梯度性能资料（Functionally Gradient Materials, FGM）是基于一种全新的资料计划观点而拓荒的新型性能资料。因为资料组成因素(因素、构造布局等)正在几何空间上持续蜕变，从而获得本能正在几何空间上也是持续蜕变的非均质资料，正在繁杂境况下行使时，要比本能平均的资料更具上风。FGM最初的宗旨是管理高本能航空航天航行器对超高温资料的需求，通过梯度化连合金属和超耐热陶瓷来符合十分温度蜕变，以管理航天飞机的热包庇题目。

　　目前，FGM资料考虑还处于根性情考虑阶段，合键召集正在资料计划、造备和资料本能评议三方面。梯度性能资料的计划通常采用逆计划编造，即按照行使前提对资料的构成和布局梯度漫衍举行计划。梯度性能资料的造备历程需端庄限定浓度、流量、温度及应力等参数，以是工艺相当繁杂。而FGM的操纵也不再限定于航空工业，已推广到核能源、电子、光学、化学、生物医学工程等界限。

　　FGM的明显特色是降服了两种资料连合部位的本能不完婚成分，告竣了资料两侧拥有分歧的性能，能有用防御正在高温或温差蜕变大的境况下形成突变的热应力，节减对中枢装备的影响。FGM已成为国际资料科学考虑的前沿课题，日本科技部早正在1987年就照准了一个为期五年的合于FGM的考虑项目，用了20年驾驭的光阴就急迅活着界梯度性能资料的分娩和操纵考虑界限攻克了相当首要的职位。而美国把梯度性能资料举动国防部的合头时间中枢来奉行，加入了洪量的资金和人力，并正在梯度性能资料界限赢得了宏大转机，处于天下当先职位。此表俄罗斯、德国，以及由瑞士、乌克兰、芬兰和英国构成的欧洲团结体也正正在对FGM举行考虑。梯度性能资料因其特殊的本能和普及的操纵远景，其构成仍然由最初的金属-陶瓷，开展到了金属-合金、非金属-非金属、非金属-陶瓷、高分子膜-高分子膜等多种组合，估计成为资料科学界限的一个首要开展倾向。

　　梯度性能资料3D打印时间是一种进步的成立时间，它准许正在打印历程中告竣资料因素和布局的持续梯度蜕变。目前可用于成立梯度性能资料的3D打印时间合键有选区激光融解/烧结、电子束熔化等粉末床熔融工艺；激光近净成形、激光熔覆、激光金属浸积等定向能量浸积工艺；及浆料挤出、粉末挤出等熔融挤出工艺。3D打印时间正在梯度性能资料上的操纵特色合键表示正在：

　　精准因素与布局双重梯度：可弥漫应用3D打印逐层成型的特色，精准限定资料的因素梯度和布局梯度蜕变；

　　计划自正在度高：3D打印不再受操纵布局的局限，可按照行使场景，计划高度适配的繁杂梯度性能布局件；

　　资料兼容性强：按照分歧的成型工艺，可行使粉末、颗粒、浆料等类型资料，有利于梯度性能资料的操纵拓展；

　　火速拓荒迭代：3D打印成型工艺相对古代法子相对方便，可火速造备和认证梯度性能新资料，加快科研项宗旨研发；

　　近几年，跟着3D打印时间开展的逐渐长远，正在梯度性能资料的操纵上也有着长足影响 。2023年《Science》和《Nature》正刊上的九篇作品中提到了3D打印科研冲破，此中包罗梯度资料的高通量打印时间，可能正在打印历程中变动墨水混淆比例，以古代成立法子无法告竣的体例分娩资料；青岛理工大学和西安交通大学提出了一种基于多资料3D打印和统造放弃层持续性能梯度资料-布局一体化成立新工艺，告竣了群集物基持续性能梯度资料的全新造备；2024年深圳升华三维应用PEP打印法，研发了全新的三螺杆双组份单喷嘴编造，推出了基于颗粒资料挤出的金属/陶瓷性能梯度资料3D打印机，符号着国产时间正在该界限的首要冲破；中国科学院深圳进步时间考虑院纳米调控与生物力学考虑核心团队正在3D打印性能梯度数字资料赢得宏大转机，告竣了简单树脂打印拥有高差别率、普及可调繁杂力学梯度的性能梯度数字资料。跟着时间的接续开展和前进，预期3D打印时间正在梯度性能资料界限表示出更多潜力。

　　升华三维自愿布最新拓荒的梯度性能资料打印法及兴办UPR-241从此，从来正在深化其正在分歧金属、陶瓷的梯度性能研发操纵。目前已帮力多个科研高校告竣梯度性能资料的造备。

　　基于粉末挤出打印（PEP）时间的梯度性能资料打印法，采用了升华三维自决研发的三螺杆双组份单喷嘴编造，通过三个阶段告竣因素比例、混淆与挤出资料组份的及时调控。限定颗粒资料按梯度计划自愿调控混淆打印成型，可告竣资料的梯度持续性蜕变。该时间与古代粉末冶金法造成上风互补，拥有计划自正在度高、工序方便、兴办及资料本钱低等上风，且可直接行使粉末冶金法的烧结等后执掌工艺，能告竣持续梯度层的繁杂几何块状性能梯度资料的造备。

　　持续梯度性：采用颗粒资料按梯度计划自愿调控混淆打印成型，可告竣持续梯度层的具体型性能梯度资料计划与造备；

　　兼容PIM资料：声援金属-陶瓷、陶瓷-陶瓷、金属-金属分歧品种的梯度性能资料，可适配PIM工艺所行使的粉末资料；

　　进步的挤出编造：拓荒了三螺杆双组份单喷嘴挤出编造，可通过配套的UPrsie 3D切片软件自愿调控供料比例（10%-90%），告竣资料因素的动态或等比例梯度层的梯度蜕变；

　　UPR-241举动升华三维推出的首台金属/陶瓷梯度性能资料3D打印机，可通过分歧阶段告竣成份比例、混淆与挤出资料组份的及时调控。双侧给料编造按照组分计划条件，及时自愿安排给料螺杆速率告竣两种喂料的因素限定；进入预混料仓后，主螺杆挤出编造举行平均混淆后并挤出至成型平台，从而告竣繁杂布局梯度性能资料的打印成型。

　　该兴办成型尺寸为180×240×160mm(W×D×H)，可知足大片面科研及向例操纵，目前已有更大尺寸的梯度性能资料打印兴办需求处于拓荒中。挤出编造幼型化，兴办布局紧凑，装备有负压吸附成型平台，装置拆卸便捷，取件容易；拥有自愿进料性能，可告竣无人看守长光阴打印。可为金属/陶瓷梯度性能新资料的拓荒及产物造备，供给计划模仿和试验声援。

　　PEP时间拥有前端资料拓荒和后执掌工艺的高适配性，可大幅优化梯度资料造备工艺和资料本钱，为金属/陶瓷梯度资料计划及造备工艺的拓荒供给更始性管理计划。

　　梯度性能资料举动一类高本能资料，其计划、造备和本能表征均涉及繁杂的时间题目。这些成分合伙限造了3D打印时间正在梯度性能资料行业的火速开展。

　　正在资料计划方面：必要长远考虑资料的因素、布局和本能之间的相干，以告竣梯度性能资料正在分歧境况下的最优本能。然而，因为资料的繁杂性和多样性，这一方针的告竣照旧面对诸多穷困。

　　正在造备工艺方面：3D打印机固然能告竣梯度性能资料的正确限定和火速造备，然而念要高轨范的科研宗旨，还必要长久的考虑和实习。

　　正在本能表征方面：因为梯度性能资料的本能受资料因素、资料品种、本能因素等多种成分影响，怎么告竣资料之间的合理连合，切确评估其本能也成为了一个挑衅。

　　FGM因其特殊的本能，正在航天、能源、生物医学、国防军工等多个界限表示出普及的操纵潜力。跟着3D打印时间的开展和操纵界限的扩展，FGM的需求将进一步开释，行业开展远景广大。3D打印可能成立高度繁杂的零件，是古代成立工艺的最佳代替计划，应用增材成立梯度性能资料已成为国表里研发烧门之一。估计这一界限将迎来更多科研冲破和操纵。