碳达峰与碳中和的目标推动着我们对新能源进行深度开发利用。近期，随着各地陆续发布燃料电池产业规划，氢能概念站上风口，包括兰石重装、京城股份、龙泉股份、蓝科高新等上市公司接连收获涨停板，表现出沾上氢就上涨的关系。 氢能作为一种十分理想的替代能源，近年来备受关注。氢燃料电池汽车可以解决传统汽柴油车引起的一系列环境问题，但氢气的高额运输储存成本和低能量密度无疑是氢动力燃料电池汽车在市场上推广应用的巨大阻碍。车载甲醇重整制氢可以在不使用氢气作为直接原料的情况下为燃料电池汽车供氢，为降低其燃料储存成本和运输成本提供了一条有效路径。然而，传统催化剂机械强度低，在车辆高速运动过程中床层易破碎从而极大的影响催化剂活性。因此，开发一种高机械强度适应车载环境，同时保持高催化活性的催化剂制备技术非常关键。 3D打印制备甲醇重整制氢催化剂 在此背景下，中国科学院上海高等研究院唐志永研究员和张洁副研究员所带领的工程科学团队，在3D打印技术制备车载甲醇重整制氢催化剂研究中取得重要进展。 研究团队提出了一种使用3D打印技术制备整体式催化剂，通过调控载体组成与煅烧温度，改进催化剂空间结构等策略，成功开发了一种新型兼具高机械强度和高催化活性的3D打印催化剂制备方法。同时，开发了对金属离子在载体中的空间分布的定量分析方法，为后续新型整体式催化剂的开发提供了新思路。 3D打印催化剂，(a) DLP-3D打印后的基底载体，(b)浸渍干燥结晶后的样品，(c)煅烧后的样品，(d, e)样品的SEM图像和原子力显微镜表面形貌 该工作以光固化3D打印技术制备催化剂载体，结合低场核磁共振空间测试金属离子分布，分析研究了3D打印氧化铝多孔载体中机械强度、孔隙率与煅烧温度组成的关系，揭示了多孔载体中金属离子的扩散效应，同时开发了核磁成像定量测试金属离子分布技术。通过干燥结晶煅烧方法，成功在高机械强度氧化铝多孔载体上合成了铜锌片层结构活性组分层。另外，通过改进氧化铝载体空间结构，从而提高传热与传质效率降低床层压降，进而提高甲醇重整反应催化效果。最后，经过反应参数的优化，单位质量催化剂氢气的时空产率超过了目前报道的大部分同类型催化剂，达到536 mol/kgcat*h。 (a) 3D打印氧化铝载体机械强度与吸水性，(b) 3D打印催化剂（SP-2, SP-1.5, BS-2-1）的时空产率与文献报道值的比较 同时催化剂的机械强度是目前传统颗粒催化剂的4倍，径向压溃强度达152.4 N/mm，可以适应车载加速颠簸等情况使得该技术具有极高的商业应用意义。该研究工作有望推动甲醇重整制氢技术在车载燃料电池、分布式能源终端等多领域的运用发展，并为整体式催化剂的开发提供了新路径，可作为一种普适的方法强化各类整体式催化剂的合成。 甲醇重整制氢走上产业化发展 2019年，工信部等八部委曾发布《在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》，从政策上鼓励甲醇燃料汽车的发展，要求加快甲醇汽车科研成果转化及产业化应用。 目前，甲醇燃料电池正走上产业化发展道路。本月初，由中国船舶集团七一一所自主研发的甲醇重整制氢原理样机，在张江试验现场完成调试试验，解决了密闭空间燃料电池的安全高效用氢问题，具有重要的意义。 今年10月份，广西南宁“12GW甲醇重整氢燃料电池产业化项目”落地。10月28日，博氢新能源公司与南宁市良庆区人民政府签署《12GW甲醇重整氢燃料电池产业化项目战略合作框架意向协议》，项目总投资约90亿元，致力于打造国内首个甲醇重整氢燃料电池终端产品的全产业链，这对我国氢能及燃料电池汽车的发展具有重要推动。 △左右滑动查看更多 从A股看，目前布局甲醇燃料电池的公司包括恒久科技、深冷股份、海马汽车等。恒久科技参股多家甲醇燃料电池公司，11月23日在投资者互动平台表示，公司投资的甲醇燃料电池部分产品已实现了小批量的商业化应用，正加大力度进行市场化推进。 深冷股份参股的徐州铭寰能源有限公司具有丰富的燃料电池、重整制氢系统开发、制造及系统集成经验，公司主要产品包括甲醇重整制氢系统、甲醇重整燃料电池备用电源系统等。 海马汽车7月20日在投资者互动平台表示，公司氢能汽车正在研发过程中，公司不排除甲醇制氢研究路线。 中原内配今年7月与大连物化所旗下中科嘉鸿签署战略合作，双方将在燃料电池领域展开合作，中科嘉鸿拥有甲醇燃料电池技术领域相关的知识产权。 从甲醇上市公司来看，兴化股份、新奥股份、阳煤化工、广汇能源等主营业务均包括甲醇。 注：本文内容来自中科院上海高研院、证券时报。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.中科院化学所采用3D打印制备出极高性能的隐形眼镜结构 2.中科院格致论道：太空3D打印，到太空里办工厂 3.专访中科院太空制造技术团队：介绍太空立体光刻3D打印的意义 4.中科院化学所3D打印仿生结构登录Nature子刊

桌面级金属沉积技术、单头实现粉末和丝材打印、焊接切割功能的增减材一体化、多种金属材料的复合制造，当我们提及金属直接制造的创新技术时，这四种技术无论哪一项我们都可以将其称为创新级的增材制造技术。而新金属机设备厂商Meltio则实现了三合一颠覆性的创新。 Meltio采用了独创的3E金属沉积技术，这是一种LMD金属沉积技术的升级版本，能够自动同时使用金属丝、金属粉末或同时使用这两种金属而无需更换喷嘴，该技术可成型常用的材料，如钛、钢、铜、铝、铬镍铁合金等。用金属丝、粉末或通过将两种材料组合在同一零件中而无需更换喷嘴来制造零件，硬件的购置成本比当前市场价格低约50％至75％，并可以使用市场上任何可购买到的金属丝和粉末材料，成本降低多达10倍。从实验室研究到零件更换，Meltio可以打印从小零件到几米的大型零件，这使得该技术适应于军工、航空航天，汽车和大规模制造等各个行业。该公司已经在全球安装了约110台机器，为其客户提供价格合理且易于使用的混合制造能力，并实现了工业原型和模具制作，小批量、大规模制造以及维护和维修等应用。 以下为Meltio 3D打印机实现的应用案例： SS316L – 叶盘：• 尺寸：500 x 500 x 60 毫米•重量：9.15 公斤•打印时间：26 小时 25 分钟•打印成本：114.07 欧元 SS316L – 旋转螺杆压缩机： • 尺寸：75 x 75 x 230 毫米•重量：2.55 公斤•打印时间：7 小时 23 分钟•打印成本：31.81 欧元 SS316L – 海军螺旋桨： • 尺寸：φ600毫米•重量：12.1 公斤•打印时间：43 小时 40 分钟•打印成本：189.71 欧元 SS316L – 发动机歧管： • 尺寸：205 x 360 x 473 毫米•重量：5.22 公斤 •打印时间：19 小时 23 分钟•打印成本：95.86 欧元 Ti64 – 表盘： • 尺寸：53.37 x 44.59 x 10.85 mm•重量：29.22 kg•打印时间：5 小时 40分钟•打印成本：31.09 欧元 Ti64 – 飞机发动机支架：…

当前，增材制造企业正面临从设计验证向批量化终端零部件生产的转型。要应对这一挑战，企业必须更高效地管理生产流程，提升生产力，从而扩大运营规模，提升市场份额。 上海数造机电科技股份有限公司（数造）成立于2004年，是一家提供增材制造、3D数字化整体解决方案的高新技术企业，专注于工业级光固化、陶瓷3D打印机、三维扫描仪等高技术装备的研发、生产以及行业应用。 经过十几年的发展沉淀，数造以先进的技术、优质的产品质量和完善的服务体系，为国内外众多企业 、院校及科研机构提供产品和服务，如华为、海尔、上海交大、通用汽车、成都飞机研究院、森源集团、中央美术学院、第四军医大学等等；客户涵盖工业制造、医疗、汽车、机器人、航空航天、教育科研、展览展示、文化创意、私人定制等众多领域。 数造的挑战 “2020年，随着订单的增加、客户分布区域的拓展，数造开始探索新的技术，希望通过物联网管理软件，为客户提供更透明、友好、高效的订单服务体验。同时，也给使用数造服务和设备的客户带来更高效、智能的生产系统体验。” -- 金宜 上海数造总经理 数造之前所使用的传统物料统筹方法耗时耗力，数据却仍缺乏精度；而近年来技术层面的不断突破加速了产品迭代、服务拓展，带来了锐增的产量，也带来了管理成本的激增。 手动的数据收集缺乏实时性、可视化，不仅使整个生产链路的管理滞后，更使得数造与其期盼的精益生产理念逾行愈远……为了最高效地实现产品、服务优化，数造和 Oqton 开始了第一步的合作： Oqton的解决方案 运用物联网连接技术、传感技术，Oqton 帮助数造生产车间进行全面数字化升级：模块化地管理生产环节中的不同流程，将整个生产流程通过 Oqton MOS系统全部串联起来。管理团队可以在该系统上进行数据的输入、输出及分析、管理，从而达到资源优化、产能提升、效率提高的目标。 一、设备数据互联互通 Oqton系统的智能互联，可以帮助生产经理直接获得实时生产信息，实现实时生产状态远程监控。同时，Oqton的实时警报功能使操作员可以及时进行下机操作，进入下一生产环节，减少设备闲置时间；也使团队能够即时响应生产状态异常，确保产线正常运行。这样一来，数造不用再专门安排人在车间巡视设备，况且巡视也受到物理位置的限制、无法进行实时反馈。 “之前使用的是纸质记录方式：我们需要雇用专门的生产记录人员，负责材料使用的统计、汇总和分析，才能掌握材料的使用及损耗情况。这样不仅费时、费力，也缺乏持续性，无法进行持续的数据收集和分析，误差无法控制。” -- 安李恒 上海数造3D打印工程师 另一方面，上海数造特别注重对耗材损耗率、设备稳定性的分析，却苦于传统方法的弊端而无法进行全面的管理分析。现在，数造部署了Oqton的工业物联网系统，可以对生产工艺、物料批次、操作人员等进行全流程追溯。更重要的是，Oqton可以实时、准确地采集3D打印机的液位数据，在数据源头确立了真实性、有效性。 二、设备数据全面管理 “我们服务工厂里面的设备状态等生产数据都进行了采集。通过一个屏幕，就能方便地浏览目前的运行状况。这些历史数据会自动生成生产日报、周报和月报，为管理团队提供清晰的机器稼动率、使用效率的同比和环比。” -- 安李恒 上海数造3D打印工程师 搭配Oqton系统之后，一个面板即可实时监控所有生产设备情况、更能方便地浏览目前的运行状况。在手动或等待机器学习（Machine Learning）配置阈值之后，Oqton系统可以实现异常报警，自动发送邮件/短信警报并统计报警信息。这些历史数据会自动生成生产日报、周报和月报，为管理团队提供清晰的机器稼动率、使用效率的同比和环比。 通过Oqton的数据分析模块，数据还能被可视化呈现，用于整个团队的绩效、设备管理分析。Oqton深耕制造业，其智能算法内嵌经典生产绩效评估指数及分析报告：OEE、稼动率、生产吞吐量、生产交付周期等制造绩效参数为管理团队提供了详实的产能效率分析参考。独特的拖拽式报表设计更可以支持定制各种不同生产流程、环节的针对性数据分析。 三、数字驱动精益化物料管理 “Oqton的数据分析模块，不单单将数据进行可视化呈现，还能将数据用于分析、对比，通过这些数据来帮助生产管理团队对材料的损耗率进行分析。” -- 安李恒 上海数造3D打印工程师 通过Oqton的材料损耗率分析，数造得以高效地测量机器的输入、输出原料数量，从而准确把握整个生产链路的运营。这种数字化能力是企业转向生产精益化的关键：帮助数造生产管理团队突破了‘耗材’这一桎梏数造已久的生产瓶颈，也使数造能够更进一步地优化他们的精益生产计划、减少资源成本浪费。 “通过Oqton物联网和商业智能系统，我们不仅对生产设备进行了更好的管理，同时，用数据分析的方式对我们的客户数据、订单流转、生产现场控制、材料损耗到质检交付等方面进行了更科学、更精细的管理。这使得上海数造朝智能制造迈进了一步。” --金宜 上海数造总经理 部署Oqton MOS生产操作系统之后，上海数造： 对生产设备进行实时管理，实现生产数据互联互通，减少管理层、车间之间的沟通成本； 运用数据分析模块，对机器稼动率等方面进行精细化管理，提高机器总体生产效率与稳定性； 完善精益生产，最小化生产过程中的材料损耗，突破生产瓶颈。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.齿科3D打印新趋势：从数字化到智能化，降低使用门槛并提高批量化生产效率 2.提前布局MES，迎接增材制造批量化生产的时代 3.有没有一款3D打印数据处理软件，能满足齿科加工的所有需求？ 4.工艺人员会失业吗？开启金属3D打印，并没有你想得那么难

钛合金粉末以生产具有优异机械性能的零件而闻名，是当前价值最高、应用最广泛的3D打印金属材料之一，尤以Ti6Al4V最为知名，但在特定情况下最好能够有更多的选择。在3D打印技术参考往期文章中，介绍了能够具有代替Ti6Al4V的两种3D打印钛合金材料：Ti-5553和Ti-38644。本期将讨论的另一种适合高性能和高温应用的钛合金——Ti-6242（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si），对应我国钛合金牌号TA19，该材料正在被GE Additive重点开发相关应用。 Ti-6242有何特别之处？能满足哪些要求？ Ti-6242具有重量轻和耐高温的特性，是一种传统技术难以生产的材料。GE Additive旗下粉末制造公司AP&C专注于反应性材料生产，尤其是钛粉，并且在粉末的制造和如何控制制造过程以生产高质量零件方面拥有行业领先的深入知识。通过控制粉末中的氧含量，生产高质量粉末，对于增材制造应用至关重要。 对于航空航天、军事、核工业以及赛车运动，是性能比成本更重要的受高度监管的行业。作为一种活性合金，Ti-6242与其他钛合金的主要区别在于该材料的机械性能能够满足高温和抗蠕变应用。 Ti-6242具有高机械强度、可焊性、高温稳定性和高达500-550°C的抗蠕变性。其他常见的钛合金，尤其是Ti6Al4V，工作温度通常为350°C，因此Ti-6242能够在更高温度下工作。 AP&C开发的Ti-6242粉末 AP&C开发的不同粒度范围的Ti-6242粉末 意大利3D打印服务商BEAMIT的研究也表明，通过L-PBF生产的Ti-6242在室温下屈服强度约为1000MPa，在550°C下仍保持在600MPa以上，这些性能与采用锻造技术生产的Ti-6242和IMI834（高温下性能最高的钛合金之一）相当。4.5g/cm3的密度使其同时兼具强度-重量比优势，Ti-6242成为所有需要良好机械强度和轻量化应用的有吸引力的解决方案。因此，Ti-6242是一种有效的钢和镍基高温合金的替代品。 GE Additive 3D打印的Ti-6242测试样 GE Additive 3D打印的Ti-6242主要性能参数 以上性能满足了受高度管制行业的某些客户的要求，例如商业和军事航空航天以及核能行业，这些行业的零件需要在极端环境下工作（如发动机），它们的功能对整体性能至关重要。当其他钛合金不适用时，Ti-6242提供了一种解决方案。 同时，Ti-6242是第一种获得AMS（美国宇航材料）规范的钛合金，专门用于增材制造应用，这一事实证明了工业界的兴趣。Ti-6242与具有相同粒度分布的其他钛合金相比，它具有更高的抗氧化性，使用的安全性更高，处理和加工更容易。 Ti-6242适用于哪些高温应用？ Ti-6242适用于制造对高温稳定性至关重要的轻量化部件，例如航空航天工业中的涡轮机部件、加力燃烧室结构、高压压缩机叶片和机身热端。一些冷端区域只需使用具有低温性能的钛合金，而热端区域将受益于Ti-6242提供的高温稳定性。 这些应用中的主要考虑因素是不同的应用需要不同的材料，因此根据工作温度需求选择合适的材料至关重要。 Ti-6242也是一种极具潜力的空间应用材料，其温度范围覆盖低温至500°C，在这些极端情况下，Ti-6242可以应对不同的温度变化。 航空航天面临的挑战总是试图在最高温度下以尽可能低的重量获得最高的机械性能。在温度较高的区域，通常使用镍高温合金，但这些合金的密度是Ti-6242的两倍。因此，改用Ti-6242可以减轻航空航天行业发动机的重量，同时仍能满足温度要求。这些特点同时适用于赛车行业应用，Ti-6242提供的轻量化有助于提高这些行业发动机的性能和燃油效率。 航空发动机的主要材料组成 但Ti-6242的3D打印具有挑战性，因为它容易因残余应力而开裂。3D打印的Ti-6242满足适合高速旋转的发动机中高温区设计，材料的疲劳特性至关重要。高度球形的粉末，将提高可加工性并有助于保持打印过程稳定，防止开裂。材料的疲劳特性对缺陷很敏感，在增材制造中减少缺陷的最佳策略之一是控制原材料。 此外，通过循环热处理工艺可以实现3D打印Ti-6242机械性能的调控。新加坡制造技术研究院毕贵军博士团队已将该研究发表于Advanced Power Materials，文章题目：Effect of cyclic heat treatment on the microstructure and mechanical properties of laser aided additive manufacturing Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo alloy。 毕贵军博士团队3D打印的Ti-6242合金的室温拉伸性能：（a）工程应力、工程应力曲线；（b）室温拉伸性能柱状图；（c）加工硬化曲线 该研究提出并验证了循环热处理工艺在激光辅助增材制造近α钛合金Ti-6242中制备球状α相的方法；阐明了α与β相之间的元素扩散是激光辅助增材制造Ti-6242合金中球状α相产生的驱动力；通过球状α相的生成调控了激光辅助增材制造Ti-6242合金的强度和伸长率，使其达到了锻件标准AMS 4919J要求 (屈服强度≥827 MPa，延伸率≥10%)。 END 航空航天领域的3D打印钛材料开发正在取得重大进展，Ti-6242是一种高性能材料，结合了高温稳定性和轻质特性，非常适合航空航天、军事和空间应用。 虽然钛合金加工时的切削力只是略高于同等硬度的钢，但是加工钛合金的物理现象比加工钢要复杂的多，从而使钛合金加工面临巨大的困难。在传统工艺加工存在较大困难的情况下，3D打印提供了一种有效的加工方式。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.可替代Ti6Al4V | 航空航天结构应用和增材制造工艺的极佳候选材料 2.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 3.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择 4.北航Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金

3D打印技术参考导读：专门从事增材制造设计的创新产品开发机构Puntozero应米兰理工大学方程式车队DynamisPRC的邀请，为其高压牵引逆变器开发了一种轻巧且更高效的冷却系统，并采用成分接近纯铝的材料进行3D打印。这种具有特殊结构的散热器将传热表面积增加了300%，重量减轻了25%。 电动赛车侧重于高性能环境中的动力传动系统创新和燃油效率。每辆电动汽车的一个关键系统是驱动电动机的电力电子设备，作为功率转换单元的高压牵引逆变器，可以将电池中的直流电将转换成交流电，从而驱动电动车辆的马达。通常，逆变器的控制器元件需要保持在最佳工作温度范围内，然而牵引逆变器的传统液体冷却系统通常非常笨重，这使得它们不适合高性能赛车应用。 该项目的目标是设计一种比传统组件更轻、更紧凑的高效冷却板。设计团队专门利用增材制造技术和先进的工程软件开发了一种高性能热交换器。 解决方案概述 Puntozero和Dynamis的工程师将管道曲率附近的不均匀流动和原始CNC加工散热器的传热表面积不足确定为优化的主要机会。经过多次快速设计迭代后，最终的冷板散热器具有以下特点： 仿生导流器可在拐角处产生均匀的流速并最大限度地增加液体和散热器之间的接触面积。 最大限度减轻重量的外部晶格结构确保了可制造性并通过对流促进冷却。 模块化的设计，使散热器能够更好的定位。 最终的冷板式换热器设计更轻且模块化 受鲨鱼鳞片结构的启发，Puntozero设计了一种具有定向层状几何结构的回转体，该结构与冷板管道相符合，可在拐角处产生均匀的流速并最大限度地促进流动。 导流板基于使用先进的场驱动设计为扭曲的陀螺晶格。在nTopology中，所有几何体都定义为距离场，使用字段来驱动几何能够以此前不可能的方式定义复杂设计特征的空间变化。用户可以从点、曲面、实体，甚至模拟结果和实验数据创建场。在此示例中，Puntozero的工程师使用基本数学方程创建了一个二体场，用于描述管道通道的中平面和等值面。然后，沿着X和Y方向扭曲了一个陀螺晶格，以引导弯曲周围的流动。最后，加厚了结构并将其与外部电池结合在一起。 内部晶格基于使用场驱动设计技术扭曲的陀螺结构 最终，这种具有扭曲陀螺结构的导流板将传热表面增加了300%，极大促进了传热，并消除了沿曲线的湍流。 轻量化结构的多重优势  对于散热器的主体结构，Puntozero的工程师选择了厚度逐渐减小的金刚石TPMS晶格作为散热器的主体结构。 该团队在优化外部晶格设计的同时考虑了多种工程和制造要求。例如，晶格的厚度随着远离与功率电子器件的接触表面而逐渐减小。较厚的区域促进热传递，提高散热器的效率，并提供可在 3D 打印过程中轻松支撑的坚固表面。另一方面，较细的支柱使后处理过程中的粉末排出更容易，并通过与周围空气的对流促进散热。 外部晶格在接触表面附近逐渐变厚以促进热传递 最终，外部晶格在提供必要刚度的同时，显著降低了系统的总重量（25%）和生产成本，提高了元件的可制造性，并增加了与电力电子设备的接触表面积以促进热传递。 3D打印制造和CT扫描 散热器在EOS M290系统上采用一种成分接近纯铝的m4p PureAl制造，随后进行CNC加工。 在整个流程中都需要始终考虑设计、材料和工艺之间的相互影响。这些学科在增材制造中都不是孤立的。在这个项目中，设计人员确定了合适的打印方向，以确保打印顺利进行。 脱粉后（左）和加工过程中（右）制造部件 CT 扫描显示，这个复杂的零件是按照规范制造的，没有缺陷 在对车辆进行测试之前，该团队使用计算机断层扫描技术扫描了散热器，结果证实：散热器通道内没有粉末，内部晶格的制造没有任何缺陷故障，零件的内部孔隙率在可接受范围，整个零件的尺寸最大偏差保持小于200微米。 目前，Dynamis和Puntozero已经开始着手进一步完善下一季的设计。他们现在专注于微调内部晶格，以减少压降并最小化组件的整体尺寸，同时保持相同的传热效率，以进一步减少系统的重量和尺寸。nTopology先进的晶格生成功能和可重复使用的工作流程使团队能够在他们当前的研发工作的基础上更快地创建创新解决方案。 注：本文内容源文摘自:nTopology、普立得科技。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.无须高能热源，NASA实现铝和铜等多材料一体3D打印 2.3D打印的固有制造缺陷使其还无法完全替代热交换器的传统制造技术 3.美国家增材创新中心：借助衍生式设计平台能创建出怎样的高级热交换器 4.麻省理工在线研讨会：3D打印热交换器的特点与应用

为了进军电动汽车市场，专注于电池技术的瑞士投资公司Blackstone Resources于2019年成立了自己的德国研发子公司黑石科技，并投入巨资研发下一代电池技术。该公司已获得的3D打印技术专利可生产各种不同外形的电池，并于近日宣布开始批量生产3D打印电池。据3D打印技术参考了解，电动汽车领域是其主要目标市场。 黑石科技的3D打印电池工厂 该公司目前正在开发的最有前途的技术就是其专有的3D打印技术，这是一项独特的专利技术，可用于生产液体电解质电池和锂离子固态电池，具备将电池能量密度加倍并将锂离子电池制造成本降低一半的潜力。黑石公司在过去两年中一直在开发和完善其锂离子电池3D打印技术，如今推出了其首个大规模生产设施。 使用Blackstone 3D打印电池 黑石表示，如今的电解液电池生产线往往非常专业，一次只能生产一种电池。能源密集型过程通常非常昂贵，并且使用危险的溶剂作为电极的原材料。 另一方面，Blackstone的“厚层技术”旨在作为一种更灵活且更具成本效益的替代方案，在使用环保材料的同时涵盖更广泛的电池格式。由于3D打印过程的动态特性，Blackstone表示它甚至可以根据客户的要求定制单元的大小和形状。 3D打印技术对电池电极的结构产生了很大的影响，这就是能量密度增加的原因。长期以来，“多孔”电极可以增加能量密度，而3D打印可以将电极中的材料构建成三维晶格，这意味着电极有更多的暴露表面积以进行化学反应，从而获得更高的电池效率。另一件可以使3D 打印电池能量密度更高的事情是，电池模块不需要额外的物质来粘合它们并将它们连接在一起。可以想象，将特斯拉7104块电池连接在一起的胶水和电线可以增加相当大的重量，但3D打印一体化制造的优势可大大降低电池重量。 3D打印技术对电池电极的结构产生了很大的影响 与传统制造的同类产品相比，3D打印工艺使黑石公司的电池能量密度提高了约20%，高达220Wh/kg，空间节省了15%，降低了20欧元/千瓦时的材料成本以及23%的生产能耗。同时，3D打印可将固态电池的能量密度再增加70%，同时显著提高充电循环次数。 Blackstone Resources的创始人兼首席执行官补充道，该专利工艺依赖于一种环保的纯水工艺，可将废料减少50%。通过这种方式，并正在为交通转型和应对气候变化做出重要且可持续的贡献。同时，采用自动化的方式3D打印生产电池还可以节省高达70%的传统资本支出，与当前的生产技术相比，它还可以将运营成本降低30%。除此之外，3D打印系统的灵活性显著提高了制造效率，采用全球首创的3D打印生产工艺，可量产固态电池，并提高电池的能量密度及充电加速能力。由于避免使用液体电解质电池中常见的易燃、危险和有毒物质，这些电池也更加安全。 争取10GWh产能 黑石科技已将其初始目标年产能设定为500兆瓦时，预计将在明年年底前达到。尽管尚未确定时间表，但增长计划的第二阶段目标是每年5GWh，第三阶段最终目标是超过10GWh。 根据Blackstone Technology的董事总经理的说法，该公司的长期目标是通过一个机器园区快速、准确地打印出不同形状、不同电极和电解质材料的电池，以规模化实现成本效益。 黑石科技3D打印的锂离子电池 储能设备的3D打印在很大程度上具有巨大的应用市场，然而大部分工作仍处于研究阶段。不久前，瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员就使用3D打印制造了一种可持续的新型超级电容器。全3D打印电池由柔性纤维素和甘油基板组成，并用导电碳和石墨墨水图案化，能够承受数千次充电循环，同时保持其容量。 除此之外，3D打印储能设备专家Sakuu Corporation最近也在建设新的试验设施，用于生产自己的3D打印固态电池。据报道，这条试验线预计将于明年年初完工，每年可生产高达2.5MWh的固态电池。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.宝马领投弹性体高通量增材制造工艺，在汽车领域具有巨大应用前景 2.3D打印技术在航空航天静态和动态发动机组件中的应用案例 3.中国航空报：长五火箭首飞用到的3D打印技术，如今发展的如何了 4.高端装备产业研究中心：国内外核工业领域3D打印技术应用情况

一种被称为快速液体印刷（Rapid Liquid Print)的凝胶/弹性体3D打印技术由麻省理工学院开发，可以使用行业标准材料（如软橡胶、硅胶和泡沫）生产柔性产品，无需重新加工或后处理。宝马使用该技术证明了该技术在汽车领域快速弹性体应用方面的巨大前景。近日，宝马公司风投机构BMW i Ventures牵头投资了该技术种子轮融资。 快速液体印刷是一种新的3D打印工艺，最初由麻省理工学院的自组装实验室开发，在凝胶悬浮液中以三维形式“绘制”液体物体。RLP团队获得了麻省理工学院的独家许可，其消除了设计限制，可以一次打印大尺寸的多个零件，并且比目前市场上的其他解决方案效率都高。。 △左右滑动查看更多 RLP可在几分钟内用橡胶、泡沫和塑料等高级材料生产大型物体，材料在打印时固化，然后只需最少的后期处理即可使用。传统的3D打印受到速度慢、构建量有限和材料质量差的限制，使其作为主流制造工艺变得不可靠。RLP技术可在几分钟内创建大型、弹性、密封和高质量的产品，从而改变了游戏规则。该团队目前在与世界各地的研究人员和行业领先公司合作，研究包括医疗设备、鞋类、家居用品、航空和汽车部件在内的应用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.面向未来的战略技术：大型复合材料增减材一体制造及其关键要素 2.中科院化学所采用3D打印制备出极高性能的隐形眼镜结构 3.好打印机+好材料=好模型，最合适的3D打印材料应该如何挑选？ 4.从SpaceX到NASA，从赛峰到特斯拉，中国3D打印企业为何能走向世界？

飞机和航天器火箭发动机中的静态和旋转部件都受到极端性能要求和恶劣环境的影响，如高温、高压、腐蚀等条件。这些性能往往要求零件具备高度复杂的形状并由特殊材料制造，如压缩机叶片、涡轮叶片、导流器和叶轮等部件使用增材制造技术可以显著提高其性能。随着复杂性的增加，传统工艺的制造能力受到约束。而增材制造技术使设计师能够从使用传统制造技术常见的几何约束中获得更多的自由，从而允许设计更复杂的最终组件。 通用电气波音新型777X客机设计的下一代GE9X发动机，是有史以来最强大的商用喷气发动机。GE9X包含大量直接集成到发动机核心结构中的增材制造部件，其中228个低压涡轮叶片采用EBM工艺和TiAl合金制造，其重量是航空用传统镍基合金涡轮叶片的一半。对于GE9X发动机，这意味着与它的前身GE90相比，油耗降低了10%。 3D打印的GE9X TiAl合金叶片 西门子的一个案例研究强调了通过增材制造实现涡轮机械零件的可制造性。其在2009年对该技术进行了初始投资，2013年在燃气轮机中安装了第一个3D打印组件，2017年成功打印并安装了包含内部流道的燃机透平叶片。之后，他们继续评估使用3D打印技术（如L-PBF和EB-PBF）制造涡轮压缩机闭式径向叶轮实现商业应用的可行性。依靠成功的测试和监管部门的批准，径向叶轮在提高涡轮机械效率方面显示出了重要效果。虽然这些不是直接的航空航天示例，但它们很好地说明了高性能组件的制造潜力。 将近3000零件优化为68个3D打印的西门子燃气轮机演示器 发动机制造商Pratt&Whitney在过去25年中使用3D打印技术生产了超过10万个原型部件，目前为PW1500G发动机生产压气机定子叶片和环形同步支架，前者用于引导气流通过压气机。这些零件将用于庞巴迪C系列飞机发动机的制造。 晶格结构属于典型的轻量化设计手段，因此也引起了涡轮机械领域的兴趣。最近的一项研究表明，在压缩机叶轮上应用内部晶格结构可以减少质量和转动惯量。使用3D打印和Ti-6Al-4V制造的内部包含晶格结构的叶轮，可以通过减少打印过程中积累的残余应力来提高叶轮的性能。 包含晶格结构的3D打印叶轮 大型现代飞机发动机通常由数以万计的部件组成，虽然并非所有部件都可以通过3D打印技术制造，但除了核心涡轮和压气机叶片之外的许多部件都可以合理地使用该技术。霍尼韦尔航空航天公司完成了对其HTF7000系列飞机发动机应用的各种涡轮机械部件的研究。该研究不仅详细介绍了3D打印的高压涡轮应用，还详细介绍了机载喷射器、第二级高压涡轮喷嘴、雾化器护罩、进气增压耙和发动机支架的设计。这表明大量飞机发动机部件有可能使用3D打印制造。 航空航天领域最著名的3D打印应用仍然是通用电气LEAP发动机燃料喷嘴。截至目前，该喷嘴已经生产超过了10万个。由钴铬合金3D打印的燃料喷嘴已被安装于GE多种发动机上面。该应用取得成功后，GE在新的GE9X发动机上使用了数量更多的3D打印组件。GE9X发动机在七个多部件组件中拥有304个3D打印零件，因此，GE9X系列发动机上超过三分之一的部件是使用增材制造技术生产的。该发动机配备了28个LEAP发动机燃料喷嘴、228个低压涡轮（LPT）叶片、一个T25传感器外壳、一个燃烧混合器、8个气旋诱导器和一个热交换器，所有这些都使用3D打印技术制造。除LPT叶片和热交换器外，所有这些部件均采用L-PBF工艺由钴铬(Co-Cr)合金制成。 GE LEAP燃油喷嘴 能量沉积技术多被被用于制造大型金属结构。NASA使用该技术制造了重达2吨、高约2.8米、直径达2.43米的庞大火箭喷管，与传统的制造技术相比，3D打印使加工时间减少了50%以上。Relativity space则更加狂热，其开发了一种高度约9米的“Stargate”3D打印机，能够打印火箭燃料箱和发动机，借助一体化制造技术，它们所开发的火箭零件数量仅是同类火箭零件数量的1/100。 3D打印技术还被广泛用于修复损坏的组件，这可以显著节省航空航天应用中常见的昂贵组件的维护和制造成本，还可以减少对备件库存的要求以及对新零件制造前期的投资。进一步的研究表明，与传统方法相比，通过3D打印进行零件修复对环境造成的影响也显著降低。恢复整体叶片转子（也称为整体叶盘）的结构完整性可提供成本效益，这些部件的制造成本可能高达数万甚至数十万美元。借助3D打印技术修复的叶盘，通过旋转和低周疲劳测试，显示出良好的冶金、拉伸和侵蚀质量，使其能够获得认证。 使用LENS修复过程，（A）LENS系统修复过程（B）前缘修复后的T700叶盘（C）完成后修复的叶盘 NASA已经在多种应用中证明了3D打印复杂涡轮机械零件的可用性。集成有3D打印叶轮、泵蜗壳、叶盘、涡轮定子、出口导向叶片和喷嘴的火箭发动机涡轮泵已经成功进行了验证。该部件的零件数量相比传统制造方法减少了45%，并完成了转速超过 90000 转/分钟的旋转和发动机测试。值得注意的是，这些3D打印组件需要改进工艺，包括表面处理、材料特性、构建过程中支撑结构的应用以及尺寸公差等。 NASA使用3D打印技术制造的涡轮泵 END 航空航天是当今世界科技强国竞相发展的重点方向之一，其发展离不开兼具轻量化、难加工、高性能等特征的金属构件。激光增材制造技术为高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺途径，可解决航空航天等领域发展过程中对材料、结构、工艺、性能及应用等提出的新挑战。 增材制造技术在航空航天动静态组件上的成功应用，已经改变了该领域零部件传统的设计思路，它所带来的效益提升是空前的，已发展成为提升航空航天设计与制造能力的一项关键核心技术。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域增材制造四类典型结构及发展趋势 2.系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 3.几种主流陶瓷3D打印工艺的关键特点及航空航天应用面临的挑战 4.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料

在今年9月美国3D打印制造展览会（Rapid and TCT）和10月复合材料及先进材料展览会（CAMX）上，Thermwood公司展示了其大型增减材制造设备LSAM，并在现场成功打印出可用于航空航天复合材料成型的工装模具，向公众展示了其低成本快速响应复材制造的能力。 作为大型零件増材制造商，Thermwood开发了一种近净成形制造零件的方法，首先采用高速3D打印出尺寸比所需零件稍大的尺寸，然后裁剪到最终尺寸和形状。2017年，该公司与海军空中系统司令部的东部舰队备战中心签署了正式合作研究和开发协议，以合作开发大尺寸増材制造技术。2019年，Thermwood与美国空军研究实验室(AFRL)和波音公司合作开展研究项目——利用增材制造技术生产低成本快速响应模具，波音公司奥本工厂还拥有一台Thermwood大型聚合物增材制造系统，其具有6m的打印床，可以打印宽3m、长6m、高5 1.5m的零件。2021年，普渡大学建立了用于大规模3D打印的Thermwood LSAM研究实验室。 LSAM复合材料增减材设备及关键技术 LSAM是大型热塑性复合材料增减材制造设备，其标准型号配有固定的工作台以及可移动龙门架，在龙门架上安装有挤出式3D打印头和传统铣削头，使零件在同一设备上即可完成增减材制造，避免重新固定零件造成的误差。 LSAM 1540设备具有双龙门结构（工作台尺寸15英尺×40英尺，4.5m×12m） LSAM使用两步法的“近净成形”生产工艺。首先高速打印出比所需尺寸稍大的零件，然后通过精加工修整到最终尺寸和形状。这是3D 打印大型结构最快、最有效的方法。使用LSAM设备，可以在同一台机器上完成打印和精加工。若采用双龙门结构，可以在工作台的两端同时进行一个零件3D打印和另一个零件的铣削加工，从而进一步提高效率。 LSAM设备几乎可以加工任何热塑性复合材料零件，包括高温材料，如包括需在高温条件下成型的PSU、PESU 和 PEI等，这些材料非常适合必须在高温下条件下的模具和工具。系统集成了用于干燥和输送聚合物材料的液体冷却系统，以保持对重要系统的温度控制，这对加工高温材料尤为重要，因此能够生产高质量、完全融合的产品。这些材料也主要用于生产模具和工具，大部分用于航空航天和工业生产应用。 LSAM对两个零件分别进行3D打印和铣削加工 LSAM的关键技术包括以下几方面： 一是先进的打印系统设计。其打印头挤出机的大部分热量来自加热的机筒而不是螺杆旋转与打印材料产生的摩擦，与传统设计相比加热更为均匀且不需要更换螺杆来加工不同的复合材料；打印头使用特殊合金可支持高达450°C的加工温度；聚合物熔体泵由伺服驱动控制流量，形成均匀输出；其独特设计的压轮可实现打印层间无空隙，零件底部打印到特制粘板上，可消除冷却应力和零件翘曲。 螺杆挤出机 二是强大的控制系统。LSAM集成了一个控制系统，能够监控和调整实时温度，自动处理挤出和打印速度。当加载材料配置文件时，该聚合物的所有参数，如区域温度和压力限制都会自动设置；控制系统还能自动将熔体泵的输出与机器运动速度同步，确保尺寸绝对精确，无论机器加速还是减速运行； 温控压轮图 三是适用于大型零件增材制造的工艺软件。具有拐角回拉补偿等功能，可实现复杂零件编程并根据LSAM设备的打印特性进行自动调整。 特制粘板 LSAM独特的打印系统可生产高强度、完全融合、真空密封且几乎无空隙的零件。它不是实验室或演示机器，而是一个成熟的工业增材制造系统，完全能够用于生产大型组件。 波音验证LSAM可行性 近日，波音研究与技术实验室与Thermwood公司合作完成了一项由美国海军资助的项目，内容为应用大幅面增材制造工艺试制可适用于热压罐工艺的复合材料工装，验证其作为低成本、快速制造方式替代传统工装制造方法的可行性。所制造的热压罐需要足够耐用，能够承受180℃和586Kpa的多次固化循环。热压罐的尺寸约为1m x1m x 0.4m，波音公司采用LSAM1020设备和由碳纤维增强的PESU材料来进行零件打印，最红使用277kg的材料，用时7小时26分钟完成打印，并更换铣削头在53小时内完成最终加工，工装尺寸和表面质量达到了设计要求。经过多次热压罐工艺循环试验，工装的真空保持性、尺寸稳定性以及高温耐久性均可满足要求。该项目证明了LSAM设备在单一平台上进行增减材制造用于复合材料工装的能力，与传统制造方法相比，可节省约50%的成本，并将制造周期缩短65%。 LSAM设备打印可适用于热压罐工艺的复合材料工装 此外，Thermwood还层利用垂直层打印（VLP）专利技术成功打印出一个3.6米长的波音777x的修整工装，增减材制造总耗时约43小时，验证了LSAM设备的大尺寸低成本快速制造能力。在波音公司奥本工厂，还安装了一台具有6m的打印床的Thermwood大型聚合物增材制造系统。 波音777x的修整工装 END 复合材料制造是未来平台的一项战略技术，开发更具成本效益的工具解决方案将大大有利于生产制造。Thermwood凭借其3D打印的专利技术以及增减材一体的设计思路，提供了在一台设备上完成零件3D打印与精铣的能力，具有低成本和短周期的制造优势。凭借与此，该公司开发了当今行业中最大的复合热塑性增材制造系统，在航空航天、军事和国防、海洋与造船等行业获得应用。 注：本文内容来自航空制造网《前沿 | 新技术助力大型复合材料增减材制造》，作者：泊森。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.连续纤维+热塑性塑料，空客正在开发代替钛合金的3D打印高强复合材料支架 2.一种纤维铺放3D打印系统在速度、可靠性和性能方面处于行业领先 3.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料 4.超越PEEK，3D打印的碳纤维增强尼龙有怎样的性能和应用潜力

在刚刚过去的Formnext展会上，EOS推出了一种新型铝合金材料Al 2139AM，该合金专为增材制造而设计，可在高达200ºC的高温下提供卓越性能，是EOS推出的强度最高的3D打印铝合金，超过了目前市场上的许多类似材料。改进的强度特性为客户带来了新机遇，可以在不影响强度的情况下显著减轻零件重量。 在热处理状态下，3D打印的Al 2139AM的屈服强度和拉伸强度约为500Mpa，具有高达200°C的高温耐受性和良好的耐腐蚀性。EOS指出，该材料具有快速简单的一步热处理特点，能够减少88%的热处理时间，从而能够更快的得到最终零件。同时，3D打印的Al 2139AM零件可以进行电解抛光和阳极氧化处理。 EOS推出新型适用于高温应用的高强3D打印Al2139铝合金 Al 2139AM的低密度和强度相结合，使其适用于航空、运输、赛车和航天工业等许多要求严苛的高性能应用，同时还能够为制造业提供灵活性、更好的材料管理以及生产成本管理。EOS指出，Al 2139AM及其3D打印工艺将于2022年第一季度发布。 长期以来，铝合金一直被认为是增材制造领域中的重要材料。这是由于它重量轻、强度大和耐化学性好的特点可用于许多领域，尤其是航空航天和自动化领域。根据已经明确的案例，3D打印铝合金已被美国空军、波音、梅赛德斯-奔驰、空中客车公司所采用。 EOS 3D打印的Al2139铝合金零件 EOS这种最新材料专为增材制造而设计，优于该公司的其他3D打印铝合金，如F357。实际上，铝合金高强度的获得与热处理工艺密切相关，市场范围内多种牌号的高强度铝合金莫不如此。适当的热处理可用于满足各种应用需求，如减少各向异性。空客公司开发的世界上第一种增材制造专用高强铝合金粉末材料Scalmalloy，经热处理后室温拉伸强度达到520MPa、屈服强度480 Mpa，均高于打印态；英国铸造公司Aeromet International推出的A20X铝合金粉末经热处理后拉伸强度为511 MPa，屈服强度440 MPa，伸长率为13%；中车工业研究院开发的3D打印铝合金经特定的热处理工艺，拉伸强度稳定超过560MPa，屈服强度超过500MPa，延伸率超10%。经热处理后的EOS Al 2139AM，屈服强度和拉伸强度也达到500Mpa，与当前市场的其他高强铝合金相比处于相近水平，超过传统使用的AlSi10Mg等普通铝合金。 Al 2139的化学成分及其在搅拌摩擦焊制备后，经不同热处理所达到的性能 搅拌摩擦焊制备的Al2139经T3热处理后不同温度下的机械性能 根据3D打印技术参考查阅到的有关资料，Al 2139是一种是在Al-Cu-Mg合金基础上，通过添加微量Ag元素而开发出来的一种2000系铝合金，其具有良好的损伤容限性能、耐热性能和抗弹性能，有可能被用于下一代超音速飞机蒙皮和战车装甲等领域。NASA针对该材料的技术资料显示，Al 2139合金可通过常规应力消除和人工时效方法进行加工，但不需要像常规2XXX合金那样进行冷变形处理，可以开发具有吸引力的强度、韧性和抗疲劳裂纹扩展能力的应用组合。与此同时，该合金的性能在所有厚度下都保持不变，这与在比较中观察到的其他合金不同，因此对于在地面、飞机和航天器中的广泛应用具有重要价值。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.国产「高流动性」3D打印铝合金粉末获批量应用 2.铝合金大尺寸构件3D打印一体化制造的需求、限制因素及进展 3.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型 4.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 EOS 高强铝合金 高温应用 Al 2139