五千余字：从德国Formnext展，看3D打印技术的十个最新发展态势

德国Formnext增材制造展览会是欧洲首屈一指的模具制造及加工、快速成型制造、增材技术专业展览会，是专业人士了解当今最前沿3D打印技术发展现状的重要窗口，能够从中找出未来几年技术发展的方向。今年为期四天的展会已于11月举办，有802家展商和29581名观众参加，相比去年分别增加32%和64%。中国也有28家企业参展，相比去年增加了18家。

从数据看，这次展会的举办是成功的。本文部分内容来自国外资深3D打印编辑Peter Zelinski的视角，3D打印技术参考同时补充并融合了大量观点，从十个方面来看国际上最新技术的发展现状和趋势。

一. 陶瓷3D打印技术稳步发展

陶瓷已经成为即金属和聚合物之后被关注的第三种重要的3D打印材料，其发展速度虽没有前面两种材料的打印工艺那样快速和引人注目，但现有技术在成熟度和应用广度方面正在稳步发展。

Lithoz是致力于各种工程陶瓷材料和医疗植入物的3D打印技术制造商，该公司认为3D打印也是一种具有成本效益的大规模生产方式，可用于具有挑战性的陶瓷部件制造。下图展示的一种精密针状元件，可用于要求具有惰性或耐热性、耐化学性的苛刻应用，该公司的设备可以每次400多个的构建速度批量生产该零件。

Lithoz平台每次可以打印400个上述零件

高速聚合物制造商Nexa3D则展示了一种xCeramic3280陶瓷复合树脂，凭借高耐热性和抗拉强度，可用于陶瓷模具制造。

Nanoe打印的具有高介电常数的复杂通信组件

专门从事工业用创新陶瓷材料开发和制造的工业公司Nanoe展示了其在3D打印通信组件方面的技术。在无线电通信组件中，介电常数是一个关键参数。该公司使用聚合物丝材进行打印，经过脱脂和烧结制成实心陶瓷部件。这种方法损害了陶瓷的一些有用特性，但在介电常数是主要或唯一关注的参数情况下，这无关紧要。

二. 无人值守的生产流程

用于批量生产的3D打印已经在当下广泛提及，这实际上相对于至少五年前来说是一个巨大的进步。对于可预见的未来，自动化、无人值守并保持生产，可能会是3D打印用于生产的另一幅图景，就如同现在的其他工业技术一样。

Stratasys在展会上提供了这方面最突出的例子。一条无人值守的增材制造生产线有一个机器人照管着六台不同的Origin光聚合物3D打印机，零件通过机器人从打印机传递到其他设备并进行进行自动化后处理。

Stratasys展示无人值守的3D打印生产线

Boston Micro Fabrication (BMF) 是一家制造微型精密零件的光聚合物系统制造商。它的新机器能够自动开门来让机器人进入，这也是对未来用户需求的预期。

3DSystems展示了对其机器框架和结构的重新设计，一个重大变化是机器的机械装置已移至侧面，因此可以打开机器的背面以便机器人进入。

3D Systems对其机器平台重新设计

Additive Industries是激光粉末床熔融 (LPBF) 和相关后处理自动化模块的制造商，它展示了一个可以装入构建室的校准单元。该装置结合了激光功率传感和聚焦传感，允许快速校准、验证激光器的精度，它作为无人值守生产的无缝衔接部分，不需要技术人员参与。

GE Additive则展示了粘结剂喷射金属3D打印生产流程的自动化处理能力，如预测烧结过程中零件几何行为的精确建模以及自动化的粉末循环处理装置和各处理设备之间能够自动移动的打印腔室。

GE Additive展示的粘结剂喷射金属3D打印复杂零件

英国初创公司Rivelin则正在开发机器人技术，以对SLM/LPBF技术打印的零件进行有效后处理。它开发了一个高效软件，允许用户通过为零件CAD模型的不同表面分配适当的金属切削和精加工工具来快速对机器人进行编程。该公司技术的另一部分是力传感。在精加工过程中实时感应和响应零件的细微运动，使机器人能够巧妙使用这些工具，最大限度降低过切和让高价值零件报废的风险。

Rivelin用于金属增材零件的机器人后处理系统

三. 欧、美对3D打印技术的态度有差异

DMG MORI和Velo3D分别是欧美两个地区增材制造技术的杰出代表，并分别在这个地区拥有市场，但两个公司的人员均表示欧洲和美国对增材制造技术的态度有差异。

美国用户更有可能从传统生产转向增材制造，并将两种技术进行比较；欧洲用户更有可能根据过去使用增材制造技术的一些经验来考虑这项技术的可实施性。例如，DMG MORI的多材料3D打印技术在欧洲的更多应用是模具组件，但在美国则更多应用于航天领域，这其实是因为商业航天工业是美国增材制造的重要推动力。

DMG MORI装备制造的多材料火箭发动机零件

此类的差异可以被看作是市场成熟的迹象，不同大陆的文化在应用制造技术的方式上一直存在差异。如果增材制造技术只在很少的范围内使用，那么唯一圈子就只是从事这项技术的人。但如果体量够大，应用领域够广，不同地区面对技术的文化差异就会显现出来。实际上，中国用户对3D打印的态度也已经显示出与欧美不同，这正是技术应用发展到一定阶段所体现出来的。

四. 更大的成形平台能否视为技术的最新发展

无论金属还是非金属3D打印成形平台，做的更大已经是一种现状或者趋势。更大的打印空间无疑能够打印更多的零件和更大的零件，从而为3D打印批量制造和零件集成及一体化制造带来更多机会。

例如，SLM Solutions已决定开发成形尺寸达3米的SLM打印机，阿博格的新机器构建室增大到了原来的2.5倍，Photocentric DLP制造平台的成形尺寸也达到了700mm，如此等等。

Photocentric 新DLP3D打印机（700 x 395 x 1200 mm）

SLM Solutions将开发3 x 1.2 x 1.2m的SLM金属打印机

更大的成形空间也意味着要解决更多的问题，但这到底算不算是技术的发展与革新？如果从解决需求的角度，这算是技术或设备的迭代，但如果从技术的创新性角度，则需要将Carbon（连续液面制造技术）和Seurat（面区域金属3D打印）拿出来对比。对技术的未来发展，是每一个增材制造技术设备制造商都应该考虑的问题。

五. 传统制造商继续进入增材制造领域

今年的Formnext有更多从事传统行业或其他领域的巨头公司开始或进一步关注增材制造技术。

尼康在今年的动作备受关注，因为它已与SLM Solutions达成收购协议，此举将使其成为增材制造技术的主要供应商。今年早些时候，它还推出了自己的金属增材制造系统，并宣布投资混合制造技术，这些操作将使行业格局再次变化。

世界知名高端机床生产企业Grob（格劳博）也首次在Formnext上展示了其液态金属3D打印机。

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中国化工集团旗下全资子公司KraussMaffei（克劳斯玛菲）展示了两款工业级聚合物3D打印机，这可能是中国化工集团首次进入增材制造领域。

具有百年历史的高质量有色金属及零部件制造商德国Otto Fuchs （欧福在中国拥有独资公司）展示了使用DED工艺来制造锻造零件极端特征的可能性，从而减少锻造（或大部分锻造）零件所需的模具数量。

Otto Fuchs展示DED工艺创建锻造零件极端特征的可能性

六. 用于3D打印的光源正在突破认知

长时间以来，每种材料都有几个熟知的固定波段的激光用于成形，如打印金属材料采用波长1064nm的光纤激光，打印光敏树脂采用波长355nm/405nm的紫外激光，以及打印聚合物粉末采用波长10.6μm的CO2激光（早期也用于打印金属）等。

光源的属性对材料的吸收效率至关重要，对它的传统认知正在突破界限。例如，华曙高科通过改进粉末材料组成，推出了采用光纤激光打印高分子聚合物的3D打印机，进一步提高了材料的成形效率；Metshape和Incus则通过配制金属浆料，开始采用DLP技术实现金属间接3D打印成形；基于蓝色激光和绿色激光的SLM设备也已经被开发出来，而且部分已经实现商业化，为金银铜等高反射金属的高效率3D打印提供了可能。

Axtra3D推出了一种结合DLP和立体光刻的技术

一家名为Axtra3D的公司则推出了一种结合DLP和立体光刻的技术，它能够在同一构建中兼容速度和精度。在这个新系统中，DLP快速固化每一层的区域，而立体光刻确保每一层轮廓和细节的精度。关键是波长控制，执行立体光刻的激光必须与执行面曝光的DLP同步，以确保能量输入在每一层都是连续的。该公司声称其可提供市场上最快的打印速度，同时仍可提供极高的分辨率，以获得精细的特征细节和光滑的表面。

七. 不加支撑或少加支撑是趋势，但有途径

对工艺和技术的理解与控制使不加支撑或少加支撑成为流行，这为后处理提供了更多便利。

优化的设计是避免/减少支撑添加的重要途径，因此基于增材的设计要理解工艺的属性，更加智能的参数设计软件将为此提供更多便利。

从工艺的角度出发来避免/减少支撑也是重要的发展方向，尤其在Velo3D带来的“革命”下，老牌的金属3D打印领导者EOS最近几年也在开发无支撑打印工艺，并已经取得了较大的进展。在Formnext展会现场，其展示了一个带有几乎水平顶面的封闭贮罐。

EOS展示的大尺寸无支撑打印封闭贮罐

3D Systems也正在该方面做出努力，目前它已将原来的3DXpert软件划归到后来收购的Oqton产品系列中，通过该软件可以设计折断式的支撑。

除了通过改进零件设计、支撑设计和打印工艺，对设备的改造也是一种避免/减少支撑的手段。弗劳恩霍夫研究所和一家名为Metrom的公司展示了一种具有并联运动机器的聚合物沉积3D打印系统。机器的五轴工作台运动允许在每个时刻以恰到好处的角度定位零件，因此可能不需要抵抗重力的支撑，并且使用平行运动平台来实现这一点，允许五轴运动既准确又迅速的执行。不过这种形式并不新鲜，美国橡树岭国家实验室也开发了使用8轴工业机器人和旋转运动的5轴激光定向能量沉积系统。

橡树岭国家实验室的3机器人定向能量沉积大型金属3D打印机

八. 3D打印为铸造带来新形势

增材制造为许多零件提供了一种替代铸造的方法，同时它也是一种无需借助工具或通过金属铸造厂即可获得近净形金属部件的方法。3D打印技术融入铸造，通常是用来制造熔模、砂模，基于此的铸造流程通常需要一到六周的生产时间。

Foundry Lab展示了一种特殊的工艺，该公司首先使用粘结剂喷射3D打印来批量生产陶瓷模具，并使用微波烧结。然后，其并不通过浇注液态金属来进行铸造，而是在模具种放置一个金属块（铝和锌已经可用，其他金属即将推出），再使用微波来熔化金属块并制造出最终的铸件。Foundry Lab表示该技术能够克服当前金属铸造技术在速度、易用性和成本方面的限制。凭借该技术，该公司于去年11月获得了800万美元A轮融资。

金属块在Foundry Lab的3D打印模具中熔化成为铸件

Massivit3D则开发了一种复合材料模具制造工艺，它采用水溶性材料3D打印大型外壳，打印同时间歇性的将热固性树脂浇筑到壳中。在固化后将零件放入水中，待外壳溶解后可获得近净成形的铸造模/工具。该公司提供了一种快速生产大型复合材料工具的方法，使船舶制造商大大缩短航海部件、模具和原型的生产周期，因此于9月荣获IBEX创新奖。

九.用于规模生产的粘结剂喷射金属3D打印持续发展

2022年，粘结剂喷射金属3D打印技术领域的发展进入了一个新的阶段。主要表现为用于生产的装备产品集中上市、市场重组，以及一些此前默默从事该技术开发的企业开始走向前台。

本年度，Desktop Metal终于将第一台生产级系统（Production系列）P50交付给客户；HP公司历时四年，推出了其首款基于所谓Metal Jet技术的S100系统，GE航空（GE Additive）也正式推出了旗下Series 3系统。这些事件标志着用于最终用途金属零件大规模生产的粘结剂喷射金属增材制造技术真正商业化。与此同时，市场整合也出现新的变化。Markforged已经从Hoganas集团收购了瑞典公司Digital Metal；富士康也宣布开发基于粘结剂喷射的金属3D打印机；国内从事该技术开发的峰华卓立、宁夏共享以及三帝科技开始退出隐形模式走向前台。

展望未来，这项技术号称能够实现金属3D打印低成本、批量化生产且拥有高于其他3D打印技术数十倍工作效率的工艺，将成为市场增长最快的技术之一。

十. 电弧增材与冷喷涂等正在脱离非主流

虽然粉末床熔融工艺仍然是最为主流的金属3D打印技术，但需要主要的是，其它工艺类型也在稳步发展，尤其以电弧增材、冷喷涂增材最为引人注意。

电弧增材制造的成形效率高、成本低，尤其适合于制造火箭外壳、导弹舱段等大型零件。在最近的应用中，西北工业大学林鑫教授团队的铝合金电弧增材制造技术基础研究，就为我国空间站梦天舱和长五B的研制贡献了重要技术；另一国内知名的从事电弧增材制造的企业是英尼格玛。不过电弧增材制造也有缺点，电弧具有方向性，难以像激光那样实现精准聚焦，因此熔化轨迹不精细、层堆积导致表面非常粗糙。弗劳恩霍夫激光技术研究所在今年开发了一种将电弧增材制造和激光沉积融合在一起的混合金属3D打印技术，使之既能兼顾制造速度又能实现精细加工。

冷喷涂是另一种不常被提到的金属增材制造工艺，常被用于军事装备修复与再制造。知名的澳大利亚企业Spee3D已经被美国海军选中参加军事演习，意在推动将3D打印部署在实战中。该技术可以实现陆地和海上打印军用部件，帮助减少和消除供应链问题。中国从事冷喷涂增材制造的企业超卓航科也在今年实现了科创板上市，其为维修保障及装备费用节约做出了重要贡献，具有突出的行业地位。

END

时至今日，3D打印技术的发展与五年前相比已经发生了很大变化，所谓的爆发可能也正在这一年一年的悄悄变化中发生着。

最直观的感受是，从业人员或者说读者，对于新的应用变得不再像以前那样敏感和对内容疯传；当然，还体现在3D打印展商越来越多的出现在非增材制造行业的展会中。越来越多的企业似乎也变得更为自信，这是技术确实获得应用的表现，还有一批企业获得了大量融资。技术发展从未停滞，新技术正在稳步革新现有技术。再过几年，你可能更加惊叹于这些变化。