消费电子产业正加速向高精密与大规模并重演进，钛合金与铝合金结构件的百万级量产，标志着传统试错型增材制造模式的终结。

在此背景下，高端供应链的终极壁垒已从单纯的制造精度升级为系统级验证能力。即制造供应商如何向顶尖终端品牌证实，从单一零件到百万级批次，都能完美契合 DQ（设计）、IQ（安装）、OQ（运行）至 PQ（性能）的全链条质量认证闭环。

为应对这些挑战，SynaCore深核智能AM-DT增材制造数字孪生平台由此应运而生，以虚拟映射重构物理边界，为新一代制造智能提供核心驱动力。

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 DQ 设计确认
     依托虚拟映射，锁定“快速做对”的物理设计

3C头部品牌最关心什么？

在极度追求效益的消费电子赛道，如何打破前卫设计与量产可行性（DFM）的博弈？

在产品上市周期（TDM）的极限追求下，任何因工艺受限导致的后期工程变更（ECN）都是不可承受的试错成本。

以顶尖品牌极高的制程门槛为例，品牌方要求供应链在设计冻结（Design Lockdown）前，就必须从底层证明“材料+工艺+设备”的技术路线能实现99.98%的量产重复性。这意味着需要建立从设计输入到验证测试的全景追溯系统（Traceability System），确保每一个设计特征的决策，都有坚实的底层验证数据作支撑。

传统增材制造的验证断层

然而，在传统增材制造流程中，研发与制造间存在难以逾越的“部门墙”。

结果往往是，前端产出的极致轻薄中框或复杂的拓扑优化构型，在投入物理试制（Proto/EVT阶段）后才暴露出打印失败、热应力变形等致命缺陷，从而导致跨部门失效分析（FA）和返工，这一过程往往长达数周乃至数月。

SynaCore AM-DT的系统级重构

SynaCore AM-DT 数字孪生平台绝非对传统有限元仿真（FEA）的简单替代，而是构建了多尺度、多保真度的数据-物理耦合体系。

具体来看，在微观层面上，SynaCore AM-DT追踪晶粒形核与生长及其对力学性能的影响，向下深钻介观维度，解析熔池流体动力学；向上在宏观层面把控热-结构耦合演化带来的形变与应力。通过“材料-工艺-性能”的全链条数据贯通，SynaCore 让设计团队在虚拟空间即可排雷，以微观的预测能力提升宏观的良率。

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举一个典型应用场景的例子。过去，设计师要验证一个钛合金卡扣的悬垂结构是否会打印失败，只能等待漫长的物理试产。现在，借助SynaCore AM-DT，可制造性分析将跨越到通过物理计算来实现。依托云端并发算力支持，原本需要几个月的网格计算，能够被压缩到数天之内完成。增材制造用户在进行真实3D打印之前，可以先通过SynaCore AM-DT数字孪生软件，遍历不同工艺参数，找到最优工艺窗口，并最终输出可直接用于3D打印的自适应加工参数（Adaptive ToolPath）。这样一来，原本需要在物理试产中反复迭代的设计问题，都可以提前在数字世界里完成。

SynaCore AM-DT数字孪生中的晶粒生长模型、凝固分析模块及熔池流体动力学求解器是并行运行的。这意味着，AM-DT数字孪生系统能够实现真正的加核即加速，从DQ阶段即为用户创造价值，在数字域内快速收敛设计迭代。这一点与堆核却不提速的扩展瓶颈存在本质区别。

 IQ 安装确认
     打破硬件壁垒，让极致产能实现全球级精确复制

直面全球化供应链的终极考验

在消费电子的极速扩展期，代工厂如何在全球不同基地，快速复制出质量分毫不差的新产线？

对于这一问题，顶尖品牌的诉求极为清晰。制造设备的安装不仅是扭紧螺丝，而是建立信任基线。只有确保设备的安装与校准被完整地数字化记录并锁定，才能从源头上切断后续量产的质量漂移风险。

为什么传统增材设备难以精确复制？

过去，增材制造行业试图通过统一设备型号和参数表来实现标准化。但现实中，同型号机台间微小的激光波动或气流差异，足以导致最终零件的报废。这种硬件参数一致，但产出结果不一的制程黑盒现象，严重拖累了产能的全球化部署节奏。

构建双向数字闭环与数字工艺指纹

SynaCore AM-DT 重新定义了设备克隆。该软件实现的设备数字孪生克隆，不再只是将设备的参数克隆，而是克隆了设备的动态制造能力。

随着数字孪生技术的发展，不久的将来通过物理工厂与数字空间的双向交织，现实设备的工况偏差被捕捉并反馈至孪生体。而孪生体将据此自适应调整工艺策略，通过“感知-认知-决策”的智能回路抹平物理设备的个体差异。

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不久的未来，伴随海量在线监测（In- machine Monitoring）数据的持续反哺，每一次物理打印都在为 AM-DT 雕刻企业独一无二的数字工艺指纹（Digital Process Signature）。像Ti-6Al-4V这类增材制造专用合金材料，其所涉及的深度制程知识，包括复杂热历史下的相变动力学，以及高能束路径规划对宏观残余应力分布产生的非线性影响，将被系统性地从工程师的个人经验中剥离出来，沉淀为制造商专属的底层数据壁垒。

不仅如此，针对增材制造后处理环节（如热处理/HIP），SynaCore AM-DT数字孪生同样实现了透明化。平台首创“宏观热场-介观元素扩散-微观组织相变”的三级跨尺度耦合引擎，将高度依赖经验试错的热处理“黑箱”，转化为可计算的微观晶体演化路径。

以增材制造马氏体不锈钢为例。如图所示，不同温度下的相变差异可在软件中预先预测，从而避免晶粒异常粗大，锁定最佳的强塑性匹配区间，为热处理可靠性提供安全边际。

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具体而言，如图所示的增材制造马氏体不锈钢，不同温度下沉淀相的形态、尺寸、分布差异，可以在AM-DT数字孪生软件中预先预测，在这个案例中从而：

· 避免600°C下的过时效软化

· 锁定500°C附近的等轴颗粒最优区

· 为400°C低温时效的纳米级强化提供工艺安全边际

由此可见，这实现了从打印预测与优化到热处理性能定制的增材制造全流程数字孪生覆盖。

 OQ 运行确认
     跨越静态参数盲区，收敛量产不确定性

3C供应链（CM/EMS）的制程难题

在百万级量产（MP）前夕，工艺参数的微观扰动将如何影响长期良率（Yield）？更重要的是，在运行确认阶段，制程团队必须向客户证明产线能够在规定的工艺细节内，持续输出制程能力指数（Cpk）达标的零部件。

然而现实中的困境在于，消费电子制造领域极度青睐的钛合金与高强铝合金的增材制造成型工艺窗口极其逼仄，传统基于大样本试错的统计过程控制（SPC）方法，根本无法穷尽由复杂热力耦合引发的非线性制程边缘风险。

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从静态参数到“热驱动自适应路径”

传统激光粉末床熔融（ LPBF）金属增材制造长期受困于“静态配方”，而无视打印进程中剧烈演变的瞬态热场，从而导致局部热量失控。

相比之下，SynaCore AM-DT 则打破了这一禁锢。这是因为集成于其数字孪生内的自适应工艺路径模块（Adaptive ToolPath），能够基于热有限元分析，在物理打印前即可全景预测零件的热响应。

该引擎能够精准捕捉并动态补偿两个维度的热异动：

一是层间热累积（如高耸薄壁件带来的热退火风险）。

二是层内瞬态热梯度。系统据此自动生成热特征最优的扫描矢量，避免悬垂、桥接和薄支撑等复杂结构的翘曲与塌陷。进一步的，通过对整体变形量的精确预测，AM-DT 数字孪生系统实现了3D打印与CNC后加工（Post-Machining）的无缝衔接，通过预留自适应变形补偿量，提升百万级量产时的尺寸 Cpk 始终保持高阶稳定。

更重要的是，随着工艺闭环反馈的滚雪球式累积，SynaCore AM-DT数字孪生系统通过持续吸收制造现场中形变、未熔合孔隙分布等真实反馈，转化为滋养孪生体进化的数据养料，让每一次后续3D打印站在前面经验的基础上实现自进化。

 PQ 性能确认
     重塑破坏性抽样，签发孪生增强数字护照（DT-DPP）

3C供应链面临的可靠性挑战

面向顶尖3C品牌，如何在极限跌落、高频弯曲疲劳等极其严苛的可靠性测试（Rel Test）中，确保零件全生命周期的性能零衰减？更具挑战的是，品牌方正强制要求构建从粉末材料到终端成品的全息可追溯系统。

重塑统计学盲区与虚实互校验体系

传统PQ体系高度依赖破坏性物理分析（DPA）。这种基于统计学抽样（AQL）的验证模式始终存在一个痛点，即被测毁的样品永远无法代表发货的实体，留下了未抽检产品的质量盲区。

不久的未来，SynaCore AM-DT 将开启虚拟预认证（Virtual Qualification）新范式。也就是说，在开展物理实体打印之前，数字孪生体已基于锁定的工艺边界，精确推演出宏观力学性能预测报告。

需要强调的是，这并非要取消物理测试，而是构建了一套虚实结合的互校验体系。成功下线的每一个物理零件，都将锚定一份由数字孪生增强的数字产品护照（DT-DPP）。这份护照作为不可篡改的“数字主线（Digital Thread）”，结合物理抽检的基线数据，永久封存了该零件独一无二的工艺热历史与性能基因，真正实现从对批次概率负责向对单件确定性负责的工业跃迁。

增材制造虚拟预认证趋势
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 创造终极客户价值
     驱动质量认证向预认证耦合

综合以上 DQ、IQ、OQ、PQ 四个维度，SynaCore AM-DT 数字孪生软件及其内置的人工智能功能重新定义了顶级制造的交付标准。

未来，品牌方所接收的，将不再仅仅是一批批冰冷的合格硬件，而是一个个绑定着全量、高保真且不可篡改的“孪生数字质量档案”的预认证集合体。

这一数字主线的贯通，将极大地精简冗长的物理验证周期，重塑验证成本结构（Cost of Quality）。

更具战略意义的是，在头部品牌加速推动“全链条碳中和”的背景下，SynaCore AM-DT 数字孪生软件提供了最具穿透力的底层基础设施。通过精确记录微观工艺能耗与材料利用率，SynaCore AM-DT数字孪生软件将为严苛的 ESG 合规审计、范围三排放（Scope 3）核算，以及材料的闭环循环追溯，提供极细颗粒度、具备可信度的数字化基座，助力制造商在未来的绿色供应链博弈中锁定胜局。

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传统电磁器件制造依赖专业化设施与复杂装配流程，将生产限制在少数制造企业。MIT研究团队实现的这一突破攻克了多形态材料协同挤出的工程难题，为复杂机电系统从多部件装配向单片成型以及在维修现场实现快速、小批量制造提供了全新可能。

 技术挑战：功能材料异构性与工艺兼容性矛盾？

制造电磁器件需要协同处理多种功能材料：导电材料输送电流、硬磁材料产生偏置磁场、软磁材料构建磁路、介电材料实现绝缘，以及柔性材料提供机械顺应性。这些材料不仅功能各异，其物理形态与加工条件更是截然不同。

现有的大多数多材料挤出系统只能在同形态材料（如两种丝材）间切换，无法同时处理导电墨水（低粘度流体）、磁性复合材料（颗粒料）和结构塑料（丝材）。更关键的是，导电材料固化时若使用过多热量或UV光，会降解相邻的介电层；而压力驱动的墨水挤出与加热喷嘴的丝材挤出具有截然不同的物理要求。这种材料-工艺兼容性矛盾，长期制约着复杂功能器件的单片增材制造。

 技术突破：多模态多材料挤出平台

针对上述瓶颈，MIT Microsystems Technology Laboratories的研究团队开发了一套革命性的多模态3D打印平台。

四工具异构集成

图1 多模态多材料挤出系统的四个工具头

团队在E3D Motion System and ToolChanger基础上进行深度改装，创新性地集成了四个独立工具头：

• 丝材挤出器（图1a）：保留的E3D Hemera直驱挤出头，处理PLA结构材料与介电层；
• 颗粒挤出器（图1b）：改装的Mahor v4颗粒挤出机，配备定制3D打印外壳，处理FeSiAl掺杂尼龙（软磁）和锶铁氧体掺杂尼龙（硬磁）颗粒料；
• 墨水挤出器（图1c）：定制的注射器泵，结合E3D Hemera XS步进电机、丝杠和线性导轨，处理PriElex AG-1074银导电墨水；
• 加热固化器（图1d）：改装的E3D Hemera挤出头（移除喷嘴和隔热套），用于在打印过程中实时固化银墨水。

这种”多模态”（multi-modal）设计——即同一挤出原理的不同物理实现形式（热熔融、压力驱动、颗粒输送）——是系统的核心创新。

工艺窗口协调

团队精心平衡各材料的固化条件：银墨水通过80°C低温固化（避免PLA降解），而磁性材料通过高温熔融挤出。通过战略性布置的传感器与新型控制框架，系统确保四个工具头的亚毫米级重复定位精度，实现不同材料层的精确对齐。

精密控制系统

研究团队通过战略性布置的传感器与新型控制框架，系统确保：

工具一致性：机械臂可重复、精确地拾取与放置不同工具头；

层间对准精度：即使微小的错位也可能导致器件性能失效，因此系统确保每一层材料精确对齐。

正如论文通讯作者指出的那样：“我们必须将多种挤出表达形式无缝融合到一个平台，这涉及重大的工程挑战。”

 成果验证：全3D打印直线电机

研究团队选择了直线电机（Linear Motor，产生直线运动而非旋转运动）作为验证对象。这是由于直线电机在拾放机器人、光学定位系统与行李传送带中应用广泛。

图2 全3D打印直线电机的装配过程

制造参数

材料体系：单次3D打印集成五种功能材料——导电材料、硬磁材料、软磁材料、介电材料和结构材料。

制造时间：约3小时完成全结构沉积。

后处理：仅需一道磁化步骤即可实现全功能运行，无需传统制造所需的复杂绕线、焊接或装配工序。

材料成本：单件约50美分。

性能指标

螺线管：产生高达2.03mT的磁场，比文献报道的铜掺杂PLA螺线管强近4倍；

永磁体：产生高达71mT的剩磁通密度；

直线执行器：在41.6Hz共振频率下，实现318 μm的最大位移；

力-位移特性：在直流激励下，电机表现出与理论预测一致的立方非线性响应（F∝Δz³），验证了双轴弯曲弹簧的力学行为。

这是首个完全通过单一增材制造技术（材料挤出）实现的功能电机。

 挑战与未来方向

目前这项技术仍存在一些挑战，研究团队谈到了以下几点。

工艺闭环化

当前仍需3D打印后的磁化工序，团队正致力于将磁化步骤集成到多材料挤出过程中（如采用磁场辅助3D打印技术），实现真正意义上的一步式全打印。

旋转电机制造

研究团队目前验证的是直线电机，下一步需演示旋转电机（rotary motors）的制造。旋转电机是电动汽车与工业自动化的核心动力部件。研究团队发表的论文中展示了可单片制造的旋转电机概念设计（基于折纸式柔性关节和多层线圈），以及通过该平台制造的球轴承、滚子轴承和行星齿轮轴承，证明了制造旋转机械耦合件的可行性。

图4 本研究制造的轴承实物图，用于探索材料挤出3D打印技术在制造机械耦合件方面的能力。

系统扩展性

当前系统使用四个工具头处理五种材料，未来需增加更多工具头以支持更复杂的单片集成（如可溶性支撑材料、多相线圈），最终实现功率电子、传感器与执行器在同一平台一次成型。

 科学谷·视界

工业直线电机与MIT研究中验证的3D打印直线电机在制造范式上存在根本差异。传统工业电机依赖专业化设施，通过硅钢片冲压、铜线绕制、磁体烧结及精密机械装配等多步流程制造，通常涉及分散的供应链和复杂的部件对准。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

而MIT研究团队提出的3D打印直线电机则基于多模态挤出平台，将导电墨水、软磁颗粒、硬磁颗粒、介电材料和柔性材料在单一设备上单片集成，仅需打印后的磁化步骤即可组装为完整功能器件。这种”单片制造”（monolithic fabrication）模式消除了传统装配中的对准误差和界面损耗。不过该器件目前仅达到概念验证级别的电磁性能——其螺线管产生2.03 mT磁场，永磁体产生71 mT剩磁，在41.6 Hz共振频率下实现318 μm位移——与工业级直线电机的功率密度和连续运行能力仍有显著差距。

研究团队将此项工作定位为增材制造领域的关键里程碑，3D科学谷认为其特殊意义在于首次证明了材料挤出增材制造技术能够制造电气机器的全部关键组件（导电绕组、软磁芯、永磁体、机械耦合件），实现了”首个完全通过3D打印制造的电机”（first implementation of a fully 3D-printed motor）。

正如相关论文结论所述，这一突破验证了多模态、多材料挤出系统处理高性能功能材料（银墨水、高填充磁性复合材料）的能力，推进了”几乎通用的制造技术”的发展。

3D科学谷认为，其未来应用潜力不在于替代现有工业电机，而在于实现复杂机电系统的现场、定制化、低浪费制造。论文也将这项研究成果的应用指向功能性假肢、机器人和精密执行器的快速原型开发。研究团队进一步指出，未来通过集成磁化步骤、扩展至旋转电机制造，并解决多材料界面粘附与可靠性问题，该技术有望实现电气机器的”单步制造”，从根本上改变依赖全球供应链和多步骤装配的传统制造模式。

参考资料：
Fully 3D-Printed electric motor manufactured via multi-modal, multi-material extrusion
3D-printing platform rapidly produces complex electric machines

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在此背景下，传统风冷技术已难以应对如此高热流密度的散热需求，数据中心亟需新一代高效冷却方案，以破解算力增长与能耗控制之间的矛盾。
根据3D科学谷的市场观察，欧洲开展的AM2PC研究项目近日证实，新型增材制造冷却解决方案可显著降低能耗并延长芯片寿命，同时实现废热回收利用。本期谷·前沿栏目将分享该项目产生的主要研究成果。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

在刚刚收官的AM2PC项目中，丹麦技术研究所与Heatflow公司携手两家国际合作伙伴，共同研发并测试了一款适用于数据中心和高性能计算机的3D打印冷却组件。该方案采用被动式两相冷却技术，实测冷却能力达600瓦，较原定400瓦目标提升50%。

此项技术突破恰逢全球数据中心能耗问题日益严峻。除IT硬件本身外，配套冷却基础设施是数据中心的主要耗能单元，因此也成为提升系统能效的最大突破口。与此同时，GPU功耗从几年前的100-200瓦激增至当前数百瓦乃至千瓦级，传统冷却方式已难以应对。服务器功率密度正以空前速度攀升，传统风冷技术显然力不从心。

 零能耗被动冷却技术突破

3D科学谷了解到，项目团队开发的新型增材制造冷却解决方案，摒弃了传统风冷模式，采用两相被动冷却技术。

这一冷却方案的主要原理是利用冷却液在热表面蒸发的物理特性：蒸汽因密度差异自然上升，在冷凝区域释放热量后通过重力回流形成液态。这种基于热虹吸原理的被动两相过程无需泵机参与，实现热量移除零能耗。同时，蒸发散热效率远超传统风冷和液冷技术，不仅能更高效地移除芯片热量，还可通过降低芯片工作温度延长其使用寿命。

这一新型冷却解决方案的核心部件是3D打印蒸发器，它并非简单的储液部件，而是一个精密的两相换热器，它通过相变过程将芯片热量高效带走，为数据中心的零能耗散热提供了可能。

据项目组介绍，3D打印蒸发器/换热器的材料为铝合金，设计上采用了功能集成，没有装配节点，降低了泄漏风险，提升了组件可靠性。单一材质的设计还便于回收利用。

 废热利用

另外这一项目还有取得了一项极具附加值的成果。

项目组指出，虽以3D打印蒸发器/换热器研发与性能验证为核心目标，且成果超预期，但更关键的是该方案可实现60-80℃的废热回收。如此高品质的热能无需额外能耗即可直接接入区域供热网络，或应用于食品饮料、纺织造纸等工业流程，甚至为邻近温室农业提供热源。

相比之下，传统服务器风冷系统回收的热能温度较低，难以满足区域供暖和工业应用需求。研究项目虽未深入探索与区域供暖系统的集成，但已验证了技术可行性。这标志着数据中心向能源正向化迈出重要一步。

 节能减排

除运行节能外，项目在制造端同样展现环境效益。3D打印技术较之传统多材质装配的工艺，显著降低整体材料消耗。单一材质设计更使退役组件无需分拣即可直接回收。

作为示范项目，虽然最终环境效益尚待评估，但生命周期分析显示，该方案可使单台设备全生命周期排放降低25-30%。

项目背景速览

AM2PC项目聚焦数据中心两相冷却3D打印部件研发，获欧洲M-ERA.NET计划支持，丹麦创新基金提供资助。总预算1000万丹麦克朗（2023-2025年），合作方包括比利时Open Engineering公司、德国Fraunhofer IWU研究所及丹麦Heatflow ApS、丹麦技术研究所。本文图文来源为丹麦技术研究所。

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 为什么这项技术具有颠覆性？

摆脱稀土依赖！

该公司采用了#感应电机 路线，结合#金属增材制造 工艺，在不使用任何稀土材料的情况下，实现高达98%的能效等级（超越国际最高标准IE5，实际达IE7水平），将能源损耗降低70%。

 改写感应电机性能

根据3D科学谷的了解，传统感应电机因转子存在电阻损耗和磁场较弱的情况，效率通常低于永磁电机。但Additive Drives通过增材制造设计思维驱动的产品创新，克服了感应电机的电阻损耗挑战。

据报道，该公司使用#金属3D打印技术 制造电机的冷却结构、轻量化拓扑优化部件等，从而提升电机效率（宣称达98%）、推重比和散热性能。这些创新集中在电机结构设计和制造工艺上，而非依赖稀土材料提升磁性性能。

本轮融资的核心目标是加速推动在该公司在全球人工智能数据中心、量子计算、电动交通等能源密集型行业的快速渗透。建设规模化产能，满足空中客车、宝马、奥迪等全球巨头客户的订单需求强化欧洲在关键工业技术领域的战略自主权。

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现代传感技术正在将增材制造从”事后检测”推向”过程控制”的新纪元。一套完善的传感系统不仅能实时捕捉制造异常，更能通过数据闭环实现工艺自优化，成为金属增材制造的”感官神经”。

▲自主增材制造的新时代
© 3D科学谷白皮书

 迈向自主增材制造新时代！

增材制造技术虽已在航空航天、医疗、能源等高端领域展现出变革性潜力，但认证（Qualification & Certification）始终是制约其规模化应用的最大瓶颈。传统减材制造历经数十年建立了完善的认证体系，而增材制造的”逐层累加”特性带来了独特的挑战：内部缺陷隐蔽、工艺窗口狭窄、批次一致性难以保证。

在这一背景下，传感器不再仅是质量控制的工具，而是构建认证可信度的核心基础设施。它们提供的连续、可追溯、可验证的数据，正在成为监管机构认可增材制造零件的”数字证据链”。

落到操作层面，国际上，SynaCore数字孪生体AM-DT的多模态仿真模型与AI算法，能预测3D打印零件的微观组织、机械性能等，并根据所预测的包含析出相的微观组织进一步预测热处理结果。正如人类的大脑可以同时处理不同模态的信息，SynaCore的数字孪生软件平台将机器、材料和工作流程同步为一个单一的自适应核心，从而减少浪费，加速创新周期。通过SynaCore，用户在打印前可通过数字孪生软件完成“虚拟试印”，显著减少实验轮次和试错成本。

正如大脑与眼睛、耳朵等器官以及神经系统的结合才能做出更好的预测与行动一样，增材制造设备正朝着标配智能传感系统的智能化方向进化。

l 核心传感技术矩阵：构建多维监测网络
1.1 光学传感系统：熔池行为的”显微镜”

高速红外热成像（High-Speed IR Thermography）

• 核心功能：以每秒数千帧的速度捕捉熔池温度场分布，监测温度梯度、冷却速率等关键热历史参数
• 技术参数：典型帧率1-10 kHz，温度分辨率<2°C，空间分辨率可达50μm
• 关键价值：识别熔池不稳定、球化现象、过熔/欠熔等缺陷前兆

可见光高速摄像（High-Speed Visible Imaging）

• 核心功能：记录熔池形貌、羽流（plume）行为和飞溅（spatter）动态
• 创新应用：结合机器学习算法，可实时分类飞溅类型（惰性飞溅vs氧化飞溅），预测层间污染风险

近红外/短波红外相机（NIR/SWIR Cameras）

• 独特优势：穿透金属蒸汽和等离子体羽流，获得更清晰的熔池边界图像，适用于高功率激光加工监测

1.2 声学传感系统：过程稳定性的”听诊器”

声发射传感器（Acoustic Emission, AE）

• 监测频段：50-400 kHz高频段，捕捉材料内部微裂纹萌生、层间剥离等机械事件
• 布置策略：通常布置于基板或成型腔壁，采用波导结构优化信号传输

空气耦合超声（Air-Coupled Ultrasonic）

• 创新应用：非接触式监测逐层凝固过程中的孔隙形成，对未熔合缺陷敏感度高
• 技术挑战：需克服金属蒸汽对超声波传播的干扰

1.3 电磁传感系统：冶金质量的”透视眼”

光电二极管/光电倍增管（Photodiodes/PMTs）

• 监测对象：熔池辐射强度、羽辉（plume）发光强度
• 经济优势：成本低廉（<$500），响应速度极快（μs级），适合多通道阵列部署
• 典型配置：硅光电二极管监测可见光波段（400-1000nm），InGaAs探测器覆盖近红外（1-1.7μm）

光谱仪（Spectrometer）

• 深度应用：分析羽流和等离子体的发射光谱，实时监测元素烧损（如Ti-6Al-4V中的Al挥发）和氧化程度
• 技术前沿：LIBS（激光诱导击穿光谱）技术可实现在线成分分析

1.4 机械传感系统：几何精度的”守护者”

激光位移传感器（Laser Displacement Sensors）

• 功能：逐层扫描成型高度，监测翘曲变形和Z轴方向尺寸偏差
• 精度水平：分辨率可达1μm，对残余应力导致的零件变形早期预警

应变片/加速度计（Strain Gauges/Accelerometers）

• 应用：监测基板热变形和刮刀系统振动，识别铺粉不均或刮刀碰撞风险

传感器不仅是增材制造的”眼睛”，更是连接物理世界与数字世界的桥梁。 随着多模态传感、边缘智能和数字孪生技术的融合，金属增材制造正从”经验驱动”迈向”数据驱动”的智能时代。对于设备制造商和用户而言，构建一套适合自身应用场景的传感系统，将是提升质量一致性、降低制造成本、实现规模化生产的关键投资。

▲传感器组合方案
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增材制造设备，将不再只是一台”打印机”，而是一个拥有全面感知能力、能够自我学习和优化的智能制造体。而传感器，正是赋予它这种能力的核心基因。

更多信息，敬请关注SynaCore 将于TCT亚洲展会期间发布的《从数字孪生到产品数字护照到产品质量预认证白皮书》，同时敬请期待SynaCore全球范围内首次发布的基于数字孪生体AM-DT的Adaptive Tool Path，该自适应加工参数使得根据数字孪生对加工预测优化后的加工参数确保每一层都在最优工艺窗口内进行，持续反馈的数据包括在变形、开裂等缺陷的结果可以使AM-DT数字孪生体形成“感知-仿真-决策-执行-学习”的自治闭环，使下一轮3D打印在缺陷控制上再进化，形成‘越打越准、越打越稳’的自进化制造范式。

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尼康（Nikon），这个曾以影像与半导体光刻技术而闻名的名字，在商业航天崛起的黄金时代，正通过在金属增材制造领域精准的战略卡位，成为航天制造中不可忽视的力量。

近日，尼康公司对其在航天制造领域所建立的增材制造技术能力进行了回顾。本期，3D科学谷将分享这一内容，并将时间轴拉回到2019年，回顾尼康公司如何系统性的切入金属增材制造赛道，描绘其“数字制造”的战略图景。

 金属增材制造业务加速布局

从航空航天、能源动力到汽车医疗，金属3D打印正重塑多产业格局。其中航空航天领域已成为增材制造市场及尼康的战略焦点。随着小型卫星需求激增，约300mm尺寸部件渐成标准；未来对更大尺寸、更高产能构件的需求将持续攀升。

大尺寸火箭部件，来源：尼康

2024年与2025年，尼康相继在美国加州和日本设立增材制造技术中心，配备包括尼康SLM Solutions大型系统在内的先进设备，形成涵盖技术研发、原型验证与客户定制解决方案的创新枢纽。

 尼康增材制造进军航天领域

金属3D打印主要采用两种技术路径：定向能量沉积与激光粉末床熔融。

定向能量沉积技术通过激光熔化基材形成熔池，同步注入金属粉末实现逐层凝固，特别适用于部件修复、形貌改造及表面硬化处理。

激光粉末床熔融技术则通过铺粉-选区激光熔融的循环工艺实现全构件成型，已成为尼康当前核心发展方向。该技术可成型600×600×1500mm的大型构件，实现传统工艺无法企及的复杂结构，其三维晶格构建能力在确保结构完整性的同时实现颠覆性减重。

尼康系统集成多激光并行加工技术（最多12激光器同步运作），兼顾量产效率与微细特征精度。该技术无需铸造模具，大幅缩短交付周期，并能实现镍基合金等难加工材料的复杂形态成型。

尼康3D打印样件

通过整合激光粉末床熔融技术，尼康得以深度契合航天产业对极端环境下大型复杂构件的严苛需求。

目前尼康正推进火箭发动机等关键部件制造验证，并凭借长期为国际空间站提供光学设备的经验，其金属3D打印技术已入选日本宇宙航空研究开发机构
（Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA) 空间战略基金项目。该项目致力于通过轻量化高性能构件开发与生产周期压缩降低发射成本，尼康将融合定向能量沉积与粉末床熔融技术建立大型高精度火箭构件制造体系。

超越航天领域，金属3D打印技术通过工艺整合、能耗降低、废料削减及部件修复再利用，正推动制造业向可持续范式转型。

 尼康数字化制造业务图景

根据3D科学谷的市场观察，尼康已将数字制造确立为集团面向未来的增长支柱，旗下系统性整合了工业计量与先进制造两大业务单元。这一战略性布局旨在通过尼康独有的光学应用技术驱动全球制造业的革新，其明确目标是到2030年将数字制造业务打造为集团的关键利润引擎，从而有力支撑其向“全球关键技术解决方案公司”的全面转型。

为实现这一愿景，尼康正在执行一套“自主研发筑基、战略收购卡位、生态协同增值”的组合战略。

在自主研发维度，尼康持续深耕激光精密加工、在线高速测量与过程光学监控等核心技术。在增材制造熔池监测领域，尼康利用根植于半导体光刻检测的深厚积累，向增材制造领域进行技术迁移，针对增材制造的高温、动态、多尺度特点进行的系统性创新。

通过战略收购，尼康完成了对金属增材制造全链条能力的构建——整合SLM Solutions以确立设备与工艺的领导地位；控股Morf3D则在美国航空航天与国防领域建立了前沿应用中心，并实现与顶级客户的长期深度绑定。

尼康高度聚焦于航空航天与国防这一具有高壁垒、高附加值特征的赛道，致力于提供超大型结构、超高精度及超高生产率的完整解决方案，以突破传统制造在几何复杂度与材料性能上的局限。通过与全球顶级主制造商及顶尖研究机构（如德国弗劳恩霍夫研究所ILT）的深度协同，尼康旨在将其技术体系塑造为行业广泛采纳的事实标准。

为全面支撑全球业务拓展，尼康构建了日本-美国-欧洲三位一体的研发生态与运营网络：日本作为核心研发基地与技术策源地；美国西海岸作为全球战略总部与航空航天应用创新中心；德国则成为SLM设备的核心生产基地与欧洲市场技术枢纽。这一布局实现了研发、生产、应用与市场响应的高效全球化协同。

由此可以看到的是，尼康的先进制造业务是以其深厚的光学与精密控制技术为内核，通过前瞻性的资本运作与战略性整合而构建的产业生态系统。他们的长远目标不仅是提供先进的制造设备，更是致力于成为高端制造领域技术端到端解决方案领导者，特别是在航空航天与国防细分领域，并最终在席卷全球的数字化制造浪潮中重塑其产业角色与价值定位。

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从结构支架到复杂的液压阀块，工程师借助3D打印技术，优化内部结构、减少冗余材料，在保证甚至增强性能的同时，显著减轻重量。这不仅提升了能效，也为设计释放出更多空间。

 全轮驱动轮毂一体化设计

Autodesk Fusion的工程师分享了一组增材制造“全轮驱动轮毂” 案例，将不同驱动部件及其功能整合，形成紧凑轻量化设计，实现空间利用最优化。除了采用纵向拓扑优化结构外，变速箱与制动系统已实现与电动机的集成。

☑️高度功能集成：电机、变速箱、制动系统功能融合
☑️拓扑优化：材料只出现在最需要受力的位置
☑️性能不妥协：更轻、更强、响应更敏捷

这一案例为新能源汽车的先进结构设计，进一步实现减重提供了参考思路。

 案例的背后

生成式设计与优化技术通过虚实结合的原型验证，为并行工程提供系统性定量分析方法，在设计初始阶段即可实现更科学的决策。该技术不仅在性能与可靠性评估方面表现卓越，更能有效推动机械系统的持续改进。而金属增材制造技术的应用，不仅凭借无模具小批量快速制造的优势为产品设计迭代提供助力，还使得高度复杂设计的制造成为可能，与生城式设计是天然的好搭档。

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压电器件是现代医疗诊断、工业无损检测和智能传感系统的“心脏”，其中关键压电材料的高性能化与复杂结构成形能力对于实际应用都至关重要。

本期谷·专栏文章将分享来自西安交通大学与西安电子科技大学研究团队联合开展的3D打印压电陶瓷研究成果。研究团队通过数字光处理3D打印技术制造具有复杂几何形状的高性能压电Sm-PMN-PT陶瓷，实现了压电系数d33为1285 pC/N-1，这是3D打印压电陶瓷中报道的最高值。

此外团队通过3D打印设计和制造了一种超声换能器环形阵列，这种阵列使用传统制造技术难以实现。该换能器表现出卓越的性能，具有60%的大带宽、952 mV的高峰-峰值电压以及改进的成像分辨率。值得注意的是，这种卓越的性能为3D打印超声换能器在可实现的设备级别上确立了新的基准。这些结果突显了3D打印压电陶瓷和复杂结构在设备上的潜力，展示了它们满足特定需求和要求的能力。

该研究成果近日在国际知名期刊《先进材料》（Advanced Materials）上发表。

论文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202514520

 跨越从实验室走向应用的鸿沟

与传统制备方法（如模具成型、机械加工）相比，3D打印技术在高精度阵列、曲面结构等复杂/异形结构压电陶瓷元件的制备方面已经逐渐展现出了成型速度快、设计灵活度高等突出优势。

然而3D打印压电陶瓷致密化困难，电学性能与传统方法制备的陶瓷相比仍有差距，导致3D打印压电器件的性能受到限制，很难满足实际的工程应用需求。

具体来讲，打通一条从“打印成型”、“烧结致密”到“器件集成”的完整技术链路，需要解决以下几个难题：首先将高折射率的压电陶瓷粉体（尤其是铅基粉体）引入光敏树脂中，会严重影响UV光的固化过程，极易导致固化性能差、分层开裂等问题，进而影响最终烧结陶瓷的性能；其次，生坯的后续烧结致密工艺的难点在于打印引入的微小缺陷可能导致烧结过程中的致密化不充分等问题，使陶瓷内部出现较多孔隙；最后，在器件应用环节，如何合理设计与材料匹配的器件结构，利用高性能和复杂/异形结构陶瓷制备出高性能的压电器件，并验证其在实际应用中的优势，也是一大难题。

这些难题并非孤立存在，而是环环相扣。如何建立和实现从材料、打印到器件的一体化设计与制造，是当前3D打印压电陶瓷从实验室样品走向实际应用必须跨越的关键鸿沟。

针对上述问题，西安交通大学蒋庄德院士团队与西安电子科技大学杨银堂教授团队提出了基于3D打印技术的“压电材料-复杂结构-器件应用”全链条设计策略（图1），成功利用数字光处理技术（DLP）制造了高性能Sm掺杂PMN-PT（Sm-PMN-PT）压电陶瓷，实现了复杂几何结构成形，并在超声换能器应用上凸显了优势。

优化粉末粒径后，固化性能显著提升，打印陶瓷压电系数d₃₃高达1285 pC/N，进一步设计并制备了传统方法难以实现的8元环形阵列超声换能器，展现60%大带宽、952 mV峰峰值电压及优异的成像分辨率。该成果有望为应用于医疗诊断和无损检测领域的压电器件定制化设计开辟新途径。

图1 3D打印压电陶瓷与换能器设计策略

铅基压电陶瓷粉体具有高折射率，会对打印固化过程中的紫外光造成严重的散射，导致浆料固化不充分，甚至打印失败。研究团队采用有限元仿真（FEA）结合Jacob’s方程，系统研究了粉体粒径对光散射和固化深度的影响。研究发现，将粉体粒径从传统工艺常用的0.6 μm优化至1.0 ~ 1.5 μm，可显著降低光散射，大幅提升固化深度和打印质量。基于粒径优化和固化性能的改善避免了打印件的分层与开裂，并成功制备出传统工艺难以实现的8阵元超声换能器环形阵列等复杂/异形结构压电陶瓷，边缘清晰，结构完整。

(a) 不同粒径粉体的光散射仿真 (b) 不同粒径粉体浆料的固化性能实验验证

(d-f) 成功打印的3阵元、8阵元环形阵列和多种复杂结构陶瓷，展示了卓越的成型能力

在解决了打印成型的难题后，研究团队通过精细调控脱脂与烧结工艺，获得了致密度高达95%以上、无裂纹的压电陶瓷。随后，对粉体粒径和烧结工艺进行了系统优化，研究了3D打印压电陶瓷的微观结构和电学性能。采用平均粒径为1.0 μm的粉体，在1235 ℃下烧结制备的3D打印Sm-PMN-PT陶瓷展现出较高的压电性能，其压电系数d₃₃高达1285 pC/N。

(b) 优异的铁电与压电应变性能 (c) 材料微观结构与性能优化

(d) 本工作d₃₃值与已报道3D打印压电陶瓷的性能对比

理论的突破最终要服务于实际应用。研究团队利用3D打印技术，成功制造出结构复杂的8阵元环形阵列超声换能器。性能测试表明，该换能器具有高达 60%的－6dB带宽（BW）和952 mV的脉冲回波峰峰值（Vp-p），综合性能优于其他3D打印换能器。在成像实验中，与单阵元换能器相比，该环阵换能器通过动态聚焦，将成像分辨率提升了10% ~ 55%，清晰地呈现了线靶和标准无损检测（NDT）试块的精细结构，充分证明了3D打印复杂结构压电阵元在提升器件性能方面的巨大潜力。

(a) 3D打印的8环阵列换能器 (b,c) 器件表现出优异的脉冲回波响应和带宽

(e-h) 在线靶和NDT试块成像中，环阵列展现出比单阵元更高的分辨率

研究团队

西安交通大学任巍教授、庄建副教授、西安电子科技大学费春龙教授为论文共同通讯作者。

西安交通大学郑坤助理教授和西安电子科技大学全熠副教授为共同第一作者。

参与该工作的还有西安交通大学连芩教授、王琛英研究员、赵金燕副教授、赵一凡副教授、韩枫副研究员等，合作者来自西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室、电子陶瓷与器件教育部重点实验室和西安电子科技大学集成电路学部。

参考来源：西交大新闻、JAD电介质学术交流、i学术i交流

l 谷专栏 l

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场辅助增材制造（FAM）通过在成形过程中引入磁、声或电场，实现对纳米功能单元空间取向与分布的原位精确调控，为微纳尺度下材料结构与功能属性的协同设计提供了新范式，是推动高性能器件“结构-功能一体化”制造的关键技术路径。

近日，东南大学王乾乾教授、吕之阳教授团队联合哈尔滨工业大学李天龙教授团队在SCI期刊《极端制造》发表题为“External-field-assisted additive manufacturing for micro/nano device fabrication”的系统性综述，全面梳理了磁场、声场及电场辅助增材制造的技术原理与调控机制，深入剖析其在微纳机器人、生物医疗器件、电子与传感器等关键领域的应用实例，并对当前技术瓶颈、跨尺度集成挑战及未来智能化发展方向提出前瞻性展望，为FAM技术从实验室走向工程化应用提供了理论支撑与路线指引。本期谷·专栏将对该综述进行简要分享。

论文链接：
https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae098e

作者
王斌，杜建胜，张皓宇，曹迎，文呈语，Veronica Iacovacci, 吕之阳*, 李天龙*, 王乾乾*

机构
东南大学，哈尔滨工业大学

图1 外场辅助增材制造技术及应用概述。

 01 图文解析

磁场调控实现微结构编程

为实现器件在磁响应、驱动或传感等方面的定向功能，需在制造过程中对磁性颗粒的空间取向进行精确调控。磁场辅助光固化制造在逐层曝光前施加定向磁场，引导颗粒排列，实现结构构建与磁取向调控的一体化。图2展示了典型系统架构，包括多轴电磁线圈与光固化平台的集成，为制造可编程磁响应软体器件提供了关键技术路径。

图2 磁场辅助光固化系统与调控机制。

声场引导的微结构自组装

构建具有仿生微结构的生物器件，需要制造技术能够在三维空间内精确引导细胞或微粒的排列与分布。声场辅助光固化制造利用超声驻波在液态树脂中构建压力节点，引导细胞或微粒自组装成预设图案，再经光固化锁定结构。图3呈现了多换能器系统如何生成可编程声场，实现非接触、无损伤的仿生微结构构建，为复杂功能材料的精准制造提供了有效技术路径。

图3 声场引导光固化系统与调控机制。

驱动与功能一体化的微机器人制造

磁场辅助增材制造技术能够在材料成型过程中，对磁性颗粒的空间排布与磁化方向进行精确设定，从而赋予微纳机器人特定的形变模式与运动能力。图4展示了基于该技术制造的多种功能性微机器人：包括可在温度与磁场协同作用下切换运动模式的软体带状机器人、通过沟槽结构增强变形能力的多足行走机器人、可实现六自由度操作的微型磁性夹爪，以及具备可控释药功能的胶囊型机器人。这些器件的运动行为由其内部磁结构决定，在外部磁场激励下即可完成复杂任务，体现了制造过程与功能设计的高度协同。

图4 FAM应用于功能微机器人。

面向生物器件的FAM制造方案

场辅助增材制造已成功应用于多种前沿生物医疗场景：利用声场引导细胞在水凝胶中构建仿生排列的肌腱或心肌组织模型；通过磁场导航柔性导管机器人，在骨缺损或心肌病灶处实现活细胞支架的原位精准打印；借助聚焦超声穿透生物组织，无创固化药物载体或生物墨水；同时，电场辅助增材制造技术可高精度打印具有微纳级孔径与各向异性结构的柔性支架。图5集中呈现了这些从体外模型构建到体内修复实施的代表性成果，展示了该技术在构建动态、活性、精准化生物结构方面的综合应用潜力。

图5 FAM应用于生物医疗器件。

 02 总结与展望

场辅助增材制造通过磁、声、电等物理场在打印过程中对材料微结构进行原位调控，已展现出在微纳机器人、生物医疗与电子器件等领域的强大应用潜力。未来，FAM的发展将聚焦四大方向：提升场分布的空间均匀性与动态控制精度，探索多物理场协同作用机制，构建融合人工智能的闭环智能控制系统，以及突破高通量并行制造技术瓶颈。通过在这些方向上的持续研究与优化，推动该技术从实验室走向规模化和工程化应用，最终有望成为下一代高性能微纳器件制造的重要支撑平台。

图6 微/纳米器件制造中FAM的未来方向。

Citation

Wang B, Du J H, Zhang H Y, Cao Y, Wen C Y, Iacovacci V, Lyu Z Y, Li T L, Wang Q Q. 2026. External-field-assisted additive manufacturing for micro/nano device fabrication. Int. J. Extrem. Manuf. 8 012005.

作者团队及介绍

王乾乾 东南大学

东南大学青年首席教授、博导，机械工程学院副院长，省重点实验室管委会主任。破格入选国家海外高层次青年人才计划，入选首批小米青年学者，获中国电子学会科学技术奖自然科学二等奖1项，MINE优秀青年科学家奖获得者，全球Top2%顶尖科学家。主持国家自然科学基金、江苏省科技计划项目、国重实验室基金等多项科研项目。近年来发表高水平一作/通讯论文30余篇，包括Science Robotics、Science Advances、IEEE Transactions等，多篇文章入选ESI高被引、热点论文；在IEEE ICRA、IROS 等发表多篇论文并做报告和主题研讨；研究成果得到人民日报、Nature News、东南大学、香港创新科技署等国内外科研院所及专业机构的报道。担任IEEE T-ASE Associate Editor、IEEE IROS、ICRA等多个顶会Associate Editor，SmartBot，《机械工程学报》、Int. J. Extrem. Manuf.（《极端制造》）等期刊青年编委；以及包括Science/Nature代表性子刊、IEEE汇刊在内的多个学术期刊审稿人。出版机器人英文专著2部。

吕之阳 东南大学

东南大学青年首席教授，国家海外高层次青年人才项目入选者。研究方向为多学科交叉的“增材制造结构材料器件”，包括3D/4D打印技术设计与开发，结构电池微型化、定制化和一体化设计与制造，各向异性结构气凝胶材料设计制造及其在热电磁声等方面应用，以及机器学习预测新材料与新结构等。共发表SCI期刊论文70余篇，主要包括Joule，Chem. Soc. Rev.，Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，Nano Energy，Energy Storage Mater.，IJEM等。主持科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金优秀青年基金（海外）、国家自然科学基金青年基金、江苏省自然科学基金青年基金、江苏省双创博士等多项科研项目。担任中国机械工程学会极端制造分会委员、江苏省可再生能源学会理事，Fundamental Research、International Journal of Extreme Manufacturing、InfoMat、InfoSci、Nano-Micro Letters、DeCarbon、Additive Manufacturing Frontiers杂志青年编委。

李天龙 哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学机电工程学院/机器人技术与系统国家重点实验室教授、博士生导师，国家自然科学基金优秀青年基金获得者，国家重点研发计划首席科学家。主要研究方向机器人精密驱动控制与应用。在Science Robotics、Science Advances、Physical Reviews Letters、PNAS等国际权威期刊发表论文70余篇，授权发明专利60余项，主持国家级项目课题20余项，获省部级科技奖励6项。

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在无线通信技术领域，共形相控阵天线因其曲面适应能力和波束扫描灵活性，正成为无人机、可穿戴设备等应用的研究重点。然而，该技术面临动态变形导致的波束指向误差，以及柔性导电材料在成本与性能之间的平衡难题。

华盛顿州立大学的研究人员研发了一种动态波束稳定的增材制造柔性天线阵列，融合了材料与物理形变校正功能，具有低功耗、小面积特性，其瓦片式架构更易扩展，非常适合设备端部署。相关概念验证原型的研究成果已发表于《自然-通讯》期刊，本期谷·专栏将进行简要分享。

论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-64135-1

 增材制造与材料特性：铜分子分解油墨的开发

本研究采用增材制造技术制备柔性天线阵列。论文指出，增材制造”能够在三维平面上实现制造”。所使用的”可打印导电油墨不仅提供比大块铜更大的灵活性，还能实现所有三个轴上相对介电常数的精确快 速控制”。

研究团队开发了铜分子分解油墨（CuMOD）。该油墨通过球磨混合铜甲酸酯与溶剂（二甘醇丁醚和二甲基甲酰胺），并经高温处理形成导电结构。论文指出，该油墨”与各种增材制造技术兼容，包括喷墨打印、气溶胶喷射打印和挤出打印”。实验测得该油墨的电导率可达35 MS/m，经过二次高温退火处理后提升至47 MS/m，达到体铜电导率的81%。

论文图1机翼载荷的动态变化与机翼振动会导致天线阵列变形，进而影响无人机的空中无线通信与导航性能。研究团队提出的动态波束稳定处理器能够实时校正波束成形集成电路中因动态形变引起的增益损耗与波束指向误差。

 动态波束稳定处理器的实现

研究团队开发了硅基动态波束稳定处理器（DBS），该处理器能够”通过对每个单元的基本增益、相位和延迟进行片上实时控制来实现波束自适应”。DBS采用”基于扰动极值搜索的控制算法”，通过实时监测波束成形输出功率，自动调整各辐射单元的相位和延迟设置。

芯片实现方面（图5），波束成形集成电路（BFIC）的硅面积为1.6 mm× 1.6 mm，DBS处理器的有源硅面积为160 μm × 160 μm。论文指出，该设计是”低功耗、小面积的”，且”DBS是数字综合的，便于集成到先进的细线互补金属氧化物半导体技术中”。

论文图5

 系统集成与性能验证

研究采用增材制造技术实现系统集成。如图6所示，天线阵列采用多层结构制造：”天线打印在Ninjaflex基板上”，”BFIC及其射频和非射频走线印刷在AP层上”。论文详细说明了制造过程：”三个DuPont Pyralux® AP片使用FastRise EZ结合，然后与Ninjaflex基板热粘合”。

论文图4

实验验证（图4）显示，在38 cm曲率半径的弯曲变形下（图4B），DBS系统能够将波束指向误差从7°降低至小于1.5°（图4C）。论文指出，”每个循环收敛以将波束指向误差最小化到<1.5°”，同时观察到2 dB的增益下降（归因于测试支架和视距变化）。

在材料使用方面，论文提供了完整的油墨配置方案（图6）：”第1层天线使用银油墨”，”第4层的非射频走线使用CuMOD油墨打印”，”第5层的BFIC连接使用CuMOD油墨打印”。这种多层增材制造方法使得”四个通道的BFIC通过阻抗匹配的过孔和走线连接到每个天线”。

论文图6

电路测试结果（图5E）显示，BFIC单通道在2.05-2.15 GHz频段内的回波损耗小于-10 dB，支持3位增益调节。系统集成方面（图5B），实现了在NinjaFlex基板上的完整集成，最终阵列的面密度为0.464 g/cm²，厚度约8 mm。

 讨论与展望

论文在讨论部分指出，增材制造技术提供了”增强的处理灵活性和可扩展性”。DBS解决方案具有”较低的计算复杂度和功率高效的CMOS实现”，使其成为”最先进技术中能效最高的”。

未来工作将”研究直接印刷方法”，开发”低温烧结工艺”，以实现在”PET、热塑性聚氨酯（TPU）、纸张和纺织品”等基材上的直接印刷；同时”需要研究额外的计算技术，以使DBS能够适用于任意波形和空间方向”。

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