2021年6月9日深交所披露：中国证券监督管理委员会批复同意迈普医学首次公开发行股票注册。公开资料显示，迈普医学是一家研发与技术驱动的企业，多年来聚焦生物增材制造等系列先进制造技术开发高性能植入医疗器械，主要产品为III类植入医疗器械，属于国家重点监管的医疗器械产品。迈普医学多年来以临床需求为导向，围绕以生物增材制造为核心的先进制造技术平台，形成与生物增材制造相关的系列核心技术，相关技术与成果处于行业领先水平。顺应全球植入医疗器械领域注重仿生微观结构等技术发展趋势，迈普结合生物增材制造生产植入医疗器械的发展特点，积极布局软组织修复领域，率先将生物增材制造技术应用于软组织修复领域的产品开发。 推出多款生物3D打印产品及重要装备 招股书显示，迈普医学商业化的3D打印人工硬脑（脊）膜补片、数字化设计与精密加工生产技术制造（3D打印辅助生产）的颅颌面修补产品等多个产品已出口至欧洲、南美、亚洲、非洲等70多个国家和地区，并为其贡献了绝大部分营收。 除此之外，该公司采用生物3D打印技术生产的口腔可吸收修复膜和可吸收功能性创面修复补片目前分别处于产品临床试验阶段和产品注册检验阶段。口腔可吸收修复膜用于置于口腔软组织和骨缺损之间，选择性地阻挡新生成纤维细胞和上皮细胞进入骨缺损区，辅助骨缺损愈合；可吸收功能性创面修复补片主要用于促进创面缺损的修复与重建。 迈普医学产品 随着生物3D打印市场的不断发展以及公司相关技术的日趋成熟，公司在专注于高性能植入医疗器械产品开发的同时，将在生物增材制造技术工艺与装备的经验积累，应用于生物3D打印机的研究与开发，成功推出可用于体外组织模型或活体组织构建等前沿科学及临床应用研究的“莱普® ”系列生物3D打印机。在生物3D打印机的开发过程，公司自主开发了多项专利技术，创新性地设计出一系列核心功能模块，大幅提升设备的打印精度、环境控制能力等关键指标，目前所开发的生物3D打印机已通过符合欧盟EMC、LVD、RoHS指令及美国FCC指令的检测。招股书指出，迈普推出的生物3D打印机有望成为对器官移植、药物筛选等领域产生革命性影响的细胞打印技术所需的重要装备。 生物3D打印机产业化前景不明朗风险 生物3D打印技术是目前全球生物医学领域研究前沿热点，在组织器官重建、肿瘤个性化治疗、药物测试开发等领域的产业化显示出广阔前景。但受限于技术本身以及伦理与法律法规的限制，生物 3D 打印的产业化仍存在一些障碍，发展显得缓慢及滞后。含有“活细胞”的产品在国际上仍无法形成统一的评价标准及规则，尚未有真正的产品应用于临床试验的报道。同时，目前国内对于含细胞、生长因子等活性材料的生物 3D 打印医疗产品仍无注册法规依据。未来若在技术、政策上未有大的突破，生物 3D 打印技术依旧难以大规模产业化，将对公司生物3D打印业务的发展造成重大不利影响。 招股书指出，公司在报告期内所生产或代理的3D打印设备产品不属于商务部、海关总署发布的《出口许可证管理货物目录》中实行配额、许可证管理的货物，向境外地区销售不存在法律障碍。迈普3D打印设备产品主要在境内销售，境外地区销售金额较小，主要原因系：3D打印设备主要应用于3D打印及生物3D打印相关的科学研究或应用实验，其仍处于产业发展的初始阶段，公司在3D打印设备业务尚未形成规模化销售前，将相关销售资源主要集中于境内区域，而未将境外作为目标销售区域进行大规模销售推广，从而使得公司3D打印设备业务主要集中在境内。 迈普医学N系列生物3D打印机 迈普医学生物3D打印机 与次同时，市场上现有3D打印装备及其附属打印系统倾向于前沿基础科学研究，较稳定实现个性化3D打印组织器官的应用仍有较远的距离，主要难度为：现有面向科研应用的装备体积大、系统集成度低、连续打印稳定性低且对临床应用的洁净度关注不够，该类问题的出现阻碍了生物3D打印技术向更前沿以及临床应用的发展。迈普在已开发出的面向科研应用的生物3D打印装备基础上，综合临床应用的特殊要求，对生物3D打印装备的打印主控制系统、温度控制系统、运动系统等核心单元进行优化升级，推出了小型轻量化生物3D打印装备。 END 随着植入医疗器械与增材制造技术、材料改性技术等先进工艺的融合发展，植入医疗器械的性能实现了较大提升，植入医疗器械正向精密化、个性化和功能化发展。作为一项新兴的制造技术，生物增材制造技术具有个性化、高精度、复杂成型的特点，可以满足复杂组织或器官的高精度构建等要求，有效解决传统加工工艺下难以有效控制材料内部结构的难题，精准地控制材料的组成和材料内部的微观结构，实现人工合成材料在植入医疗器械领域的广泛应用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.苏州纳米所在生物3D打印用于脊髓损伤修复研究方面获重要进展 2.生物医疗领域使用陶瓷3D打印面临的挑战 3.3D生物打印的革命：会跳动的心脏，会呼吸的肺和会生长的骨 4.中国科学家如何采用干细胞实现血管3D打印

TIWARI Scientific Instruments（TSI）是一家以设备为导向的德国初创企业，专注于材料热测量和测试系统以及金属和陶瓷增材制造技术，并为欧洲航天局（ESA）提供服务。其开发的熔丝FFF 3D打印工艺，可以在丝材中加入金属或陶瓷颗粒，并最终得到金属或陶瓷部件，从而为空间应用提供制造能力。 使用该工艺制造的不锈钢、钛、氧化铝以及碳化硅零件已经在ESA材料和电气元件实验室进行了全面的无损和破坏性测试，以评估其附加值和空间使用性。出人意料的是，这些3D打印的零件与传统制造的同类产品相比，具有更高的机械性能，其中不锈钢可以在不断裂的情况下延长到以前无法实现的100%。 3D 打印的碳化硅过滤器 作为欧空局的孵化企业，TSI注重材料的热和机械性能。基于高的导热性，纯铜的3D打印一直备受关注，TSI希望能够推出低成本的3D打印解决方案。近日，该公司成功采用FFF技术实现了高密度、结构复杂、无氧纯铜散热器打印。 将纯铜加工成粉末或细丝均极具挑战。纯铜的3D打印工艺目前虽有很多，但多为孤例，每一种工艺从事的企业都极少。采用绿激光打印是当前粉末床技术的重要发展，而适用于3D打印的绿光激光器却极少，通快推出的产品目前也不单独出售。对于要求苛刻的应用，采用SLM打印的零件可能仍需要额外的机加工和后处理，这个过程可能会影响到零件的成分和性能。 使用 nTopology 设计、TSI熔丝3D打印的纯铜热交换器 TCT展会上通快的纯铜质量评估样件 使用FFF技术，部件打印的层厚设置为50μm，由于层厚导致的粗糙度会在烧结过程中因为收缩而降低。零件在生坯条件下可以手动抛光或机械加工，从而降低了进一步后处理的成本，然后再进行脱脂和烧结。采用TSI的技术，金属和陶瓷部件的致密度可超过 99%。 采用挤出技术3D打印金属部件，目前比较知名的国外企业有Desktop Metal和Markforged，国内有升华三维、上海复志以及纵维立方。DM的设备推出多年，但似乎在升级和应用方面并没有太多新闻，国内厂家的技术多比较类似。在材料方面，国外企业多可自主生产材料，国内则多采用第三方材料。 使用 nTopology 设计、TSI熔丝3D打印的纯铜热交换器 热交换器散热效果模拟 通常，金属丝材的粘结剂含量较高，体积比占40%左右。在TCT 3D打印展会期间，上海复志展示了其公司基于挤出的金属3D打印机，在打印机旁放置的脱脂炉非常显眼；升华三维也在其官网展示了其脱脂炉；而Exone等公司的粘结剂喷射技术，则是将脱脂和烧结一步完成，没有单独的脱脂环节。 升华三维的脱脂炉 Markforged金属3D打印零件国外研究人员使用Exone的设备已经进行过纯铜材料的研究，但所制备的材料致密度和其他性能都不高，且需要经过热等静压处理才能实现致密化（且只有烧结密度超过90%才有必要）；同时也发现，粉末的粒度分布、墨水成分等都是影响制件性能的关键因素。今年2月，Digital Metal宣布推出纯铜3D打印材料，成为第一个为粘结剂喷射3D打印系统提供官方认证的纯铜材料和工艺的设备商。根据该公司公布的数据，通过粘结剂喷射技术成型的纯铜致密度为96.6%，铜纯度为99.9%，然而并不知晓该公司的后处理工艺是否也包含了热等静压。 在DLP纯铜3D打印工艺方面，国外Holo公司利用高分辨率光学成像仪对纯铜粉和光敏树脂混合而成的浆料进行3D打印，同样是结合已经非常成熟的金属注射成型（MIM）后端工艺，对打印后的生坯进行脱脂和烧结，最终生产出高性能零件。Holo还对树脂基体的成分进行了优化，它不同于金属注射成型中使用的蜡基材料，后者中的某些化学物质会影响烧结零件的机械或化学性质。Holo公司称其浆料具有极佳的分散性，在打印过程中可形成均匀的层厚，打印机可在不到10s的时间内固化新层。目前，Holo通过DLP+脱脂烧结工艺成型的纯铜的致密度平均为96-98%，足以达到大块铜95%的导热率和导电率。此外，该工艺还可能会减少激光打印产生的裂纹问题。 对于纯铜3D打印工艺的开发，主要围绕导热性和导电性展开。铜的导电性与其纯度直接相关，任何污染物，特别是铁，都会影响最终性能。实际上除了激光和电子束能够直接熔化成型纯铜，DLP、FFF、3DP等工艺都无法摆脱脱脂烧结工艺。作为近些年流行起来的新金属3D打印类型，人们更应该关注3D打印之后的环节。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.纯铜3D打印工艺的发展：从SLM、3DP、FDM到DLP 2.纯铜3D打印新工艺：采用DLP工艺实现99.99%的材料纯度 3.迄今最高：立体光刻3D打印强度超1GPa的氧化铝陶瓷 4.最新：ExOne、DM同时宣布突破铝合金粘结剂喷射3D打印

6月2日，经中国工程院院士增选第一轮评审，产生进入第二轮评审候选人235位，中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所项目总设计师、3D打印专家王向明入选。此前入选第一轮的其他3D打印专家遗憾未能进入第二轮候选，但他们将继续引领行业进步。 在航空制造领域，王华明教授率先在钛合金大型复杂主承力件激光熔化沉积控形、控性、装备、标准等方面取得重大突破，并于2015年入选中国工程院院士，而王向明考虑更多的则是如何实现创新设计、确保使用安全，着重解决3D打印面临的“会用、敢用”的问题。 王向明，工学博士、研究员、博士生导师。主持或参与多个型号机体结构设计。现任航空工业集团沈阳飞机设计研究所项目总设计师、“鹘鹰”飞机常务副总设计师、航空工业集团增材制造首席专家、创新结构国防原“973”技术首席、飞行器新概念结构航空科技重点实验室主任、辽宁省增材制造共性技术创新中心主任。某部先进制造技术专业组增材制造责任专家。王向明是飞机机体平台结构设计领军人物，长期从事结构创新设计与制造一体化研究。先后承担原总装、装发部、军科委、科技部、工信部、科工局主管的有关飞机结构设计与制造研究项目20余项，在飞机新概念结构设计、增材制造应用技术、新机快速试制等方面做出重要贡献。先后获国家技术发明奖一等奖、二等奖，国防科技进步奖一等奖2项。授权发明专利32件，发表期刊论文53篇、出版专著5本、撰写重要研究报告40余篇，大型学术会议特邀报告15次。 王向明在西安增材制造高峰论坛 2014 年，美国将增材制造列为重大颠覆性国防技术。早在2003年，沈阳飞机设计研究所与北京航空航天大学深度合作，共同开拓了飞机增材制造应用技术。北京航空航天大学在控形、控性、装备等方面已取得重大突破。作为关键技术的另一方面，设计、评定和验证是使用安全的重要保障，也是美国联邦航空局（FAA）确认的增材制造 4 个难点之一。沈阳飞机设计研究所建立融合增材制造技术的结构设计、评价与验证方法。 王向明借助在原总装先进制造专业组担任增材制造责任专家的机遇，规划出基于增材制造的大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化和功能结构一体化等飞机新概念结构领域，主导系统级技术开发与工程化验证。 基于发明的增材熔合连接方法，王向明提出多种增材主承力结构设计方法，即通过增材熔化沉积填充，一边成形、一边连接，将两个构件合并为一个整体，使构件做得更大、更复杂。其中具体包括残余应力临界值仿真预测、离散分区成形、去除残余应力、增材熔合连接，涵盖创新设计、性能评定、工程验证等。与焊接的区别是，突破厚度限制，力学性能与母材相当，近似“无痕”连接。研制出框-梁等多种整体主承力结构，拓展法向复杂承载维度。 王向明提出基于增材制造的新概念机构 针对熔合连接区疲劳特性评定，王向明提出当量应力集中系数法。将熔合连接区内部细观缺陷打包，与母材宏观应力集中当量等效，利用名义应力法确定当量应力集中系数值和寿命算法，以此作为疲劳和工艺质量评价判据。针对疲劳寿命安全，王向明建立工程化验证专用模式，与传统积木式验证不同的是，力学性能考核与工艺过程循环迭代，这样可及时暴露性能缺陷，加快改进，使增材制造主承力结构件的寿命安全保障有了技术支撑，进而解决寿命安全风险控制难题。 拓扑结构是公认的轻量化结构，减重效率可近一半，具有极大应用潜力，受到工程界的普遍关注。王向明认为，拓扑结构属静定结构范畴，任一分支失效都将导致总体破坏。寿命安全如何保障？为此，他提出按寿命设计和稳定性设计所产生的强度裕度等效面积作为裂纹扩展容限区域，分不同情况建立拓扑结构局域损伤容限设计准则。针对拓扑结构机加难点，他还提出了增材快速成坯加表面熔凝精整的低成本工艺方法，机加量减少70%，制造成本也得到降低。 上述研究解决了增材主承力结构创新设计难题，成效显著，零件数量减少2/3、结构减重1/5、疲劳寿命增加1/3。“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获得了国家技术发明奖一等奖的殊荣，这一项目由沈阳飞机设计研究所负责设计验证，北京航空航天大学负责制造。 早在2003年，王向明就与王华明教授开展密切合作，共同为飞机结构件“量身定做” 王向明介绍，选区熔化增材制造技术可打印出内部形状复杂的轻质功能件，但常规点阵结构的节点承载能力大都不满足飞机功能结构要求。为此，王向明将点阵结构的节点半径作为设计变量，通过形状优化降低应力集中和重量，由此建立多种拉压承载型节点强拘束微桁架单胞。他提出节点剪切强度计算方法，发现敏感设计参数（微杆半径），并据此建立有效设计手段；打印出散热器、格栅等多种高效功能件，解决了增材高承载功能结构创新设计难题。功效实现质的飞越，功能效率提高一倍、减重近2/5、零件减少95%。另外，据王向明介绍，飞机战损/战伤比为1∶20，结构战伤占近90%，若无法及时抢修即相当于战损。对此，他提出了补强几何应力集中/填充复合应力集中最小的修理设计方法、浪涌偏差修正方法，建立“四快”修复流程与数据库——设计、评定、制造、修复。主持完成了3类材料、9类构件的地面静态、摇摆动态环境下的工程验证，为保持舰载机完好率提供技术途径。 上述成果应用于多个型号项目，单机用量达复合材料用量的1/7，含5种工艺、9种材料。开辟了增材构件在飞机上工程化应用先河，实现了质的飞越，应用进程保持领先，使我国成为唯一实现增材制造构件在飞机上规模化应用的国家。王向明领衔的“基于增材制造的飞机结构创新设计与工程应用”项目由此获得了国防科技进步奖一等奖。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.史玉升、王向明等4位增材技术专家确认2021中国工程院有效候选人 2.贯通材料、设计和速度，打开3D打印应用的大门 3.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文 4.提前布局MES，迎接增材制造批量化生产的时代

3D打印技术的主要价值之一在于能够生产传统工艺几乎无法制造的特殊设计，而实现创新且复杂的3D设计，几乎所有的公司都很难做到，这不仅需要想象力，还需要软件工具来实现；材料，是影响3D打印应用的关键，它直接决定了终端用户能否使用，即便当前3D打印材料种类繁多，却依然难以通过很多领域的使用要求；速度，则是影响应用成本的关键，3D打印速度的突破将使其应用范围变得更加宽广。然而，很少有公司能够同时贯通材料、设计和速度，而走通了这条路，至少可以打开一个应用领域，例如Carbon公司。 功能强大，性能导向的晶格设计软件 Carbon不仅仅是一家3D打印设备制造商，还是一家材料商和软件公司，它在3D打印运动鞋制造市场中占有举足轻重的地位。其推出的高性能材料和设计工具不仅成就了Adidas的新型产品，更几乎“灭掉”了其他3D打印工艺在该领域的光彩，至少到目前为止，采用其他工艺的其他运动品牌已经许久未推出3D打印新品。 晶格，几乎是区分一款运动鞋是否采用了3D打印工艺的标志性特征，这种结构的性能具有很高的设计灵活性，通过调整点阵的相对密度、单胞的构型、连杆的尺寸，可以达到结构的强度、韧性、耐久性、静力学和动力学性能的完美平衡。 Design Engine是Carbon推出的用来生产优化产品的设计软件，尤其专注于晶格结构的生成。传统设计工具在进行增材设计时难以完全兼容，尤其是对于以晶格为代表的复杂结构。Carbon公司指出，Design Engine是为简化晶格结构设计而生，基于云端的强大计算能力可以在几分钟内生成高级共形晶格，减少了对单机运算力的需求。 高度约10cm的零件生成晶格结构仅需117s 作为在晶格结构应用方面的领导者，Carbon注重晶格结构的性能特点。Design Engine支持用户在尝试不同设计时准确预测机械性能，从而帮助用户调整设计并缩短开发时间。同时，软件采用交互式界面，可同时制作五种不同的结构设计。即便对于最具挑战的外表设计，该软件也可以提供共形晶格结构设计，并减少生成设计后繁琐的修改步骤。值得注意的是，Carbon对于晶格结构性能的准确预测是基于本公司的材料。 在产品开发方面，Carbon已使用该软件成功设计了新冠肺炎检测取样拭子、高端自行车坐垫以及冰球运动行业从未有过的Super-Tacks X头盔。今年3月，Carbon宣布其所有会员用户均可以使用Design Engine软件。5月，Adidas推出最新款基于Carbon 3D打印技术的4DFWD运动鞋，并广泛使用了Design Engine软件进行鞋底晶格结构设计，新的点阵中底包含多达五百万种晶格结构，经过特殊编码，可以在垂直撞击时向前压缩，这种功能的实现均是通过晶格结构设计实现。 Adidas 4DFWD3D打印中底晶格结构细节 前所未有，先进的3D打印可编程树脂 在很多情况下，由材料商或设备商推出的3D打印材料即便声称达到了多高的性能，但有时候却是只能感动自己。汽车领域的用户多次反馈当前的3D打印材料无法满足他们的性能要求，尤其是缺口冲击强度，PA、PP都无法满足。实际上每一种3D打印材料在其性能范围内只适合去承担其“力所能及”的应用，一味苛求它达到传统材料的性能在目前可能仍不可行。但，这反映了应用端对材料的迫切需求。无论材料商还是设备商，把握住这个需求，至少是掌握了打开市场的钥匙。 高性能树脂材料的开发便是Carbon成功的另一个关键，尤其是与粉末床熔融技术相比，Clip技术可以生产完全致密的零件。Carbon推出了多款高性能树脂，这些材料必须满足特定行业的性能标准和质量要求才能获得使用。 在汽车领域，福特、兰博基尼、自动驾驶技术公司Aptiv以及知名汽车紧固件制造和销售公司Araymond，均采用使用Carbon EPX 82材料批量生产汽车部件。EPX 82是一种高强度工程材料，其热变形温度为115°C，具有良好的冲击强度，非常适合要求强度、韧性和热循环耐久性均衡的应用，如连接器、支架和汽车和工业部门的外壳部件等。其机械性能可与玻璃微珠填充的热塑性塑料（如20％GF-PBT，15％GF-尼龙）相媲美，并符合USCAR-2流体兼容性标准。 兰博基尼SIÁNFKP 37通风口、APTIV拖挂式连接器盖、福特野马GT 500 EPB支架及兰博基尼SUV Urus油箱盖 在消费品领域，最为知名的应用便是Adidas采用Carbon的3D打印工艺、高性能树脂以及设计软件来大批量制造运动鞋中底。EPU 41是Carbon为Adidas Futurecraft 4D中底开发额革命性的弹性材料，双方密切合作，对150多种不同的材料配方进行了迭代，以实现所需的机械性能。用于最终生产的树脂材料特别适合生产弹性体晶格几何形状，在安全性和舒适性方面超越传统泡沫。 Adidas 4DFWD3D打印中底晶格结构细节 在牙科和医疗领域，Carbon有专门用来生产牙模、间接粘合托盘、牙周夹板及导板的不同种类的医用树脂，并连续于2019和2020年在Dental Labs客户满意度调查方面排名排名第一。在其他领域，Carbon的Cyanate Ester 221材料被用来生产NASA自由飞行器冷气推进系统的四个高性能离合器零件，精密冷却系统制造公司Ebullient也采用该材料3D打印芯片冷却模块。这款材料材料性能与玻璃填充的尼龙相当，高热变形温度为230℃，并且具有非常高的刚性，非常适合制造需要长期热稳定性的组件。 3D打印的芯片冷却模块 从这些不同领域的应用可以发现规律，Carbon开发的树脂材料面向了客户需求，甚至与客户一同开发材料。与应用端结合，解决客户的需求，是其致胜的关键因素之一。相比之下， PA、PEEK、PP及其复合材料，是目前较为流行的3D打印高性能材料，而材料开发商在多大程度上是因为材料已经流行了而去重复生产和开发，有多少是考虑了终端用户的真正需求呢？来自汽车制造商的数据显示，目前主流的3D打印材料多无法通过实验室测试，尤其是冲击强度。 提升百倍，革命性的3D打印速度 Carbon最引人瞩目的成就便是对3D打印速度的突破，这是其成功的最重要因素。该公司的研究人员于2015年在Science上发表论文首次展示了这种称之为连续液面生成（CLIP）的技术，凭借一种半渗透窗，可以将氧气注入液体树脂，从而形成一种能防止固化的薄的“死区”（dead zone）。在该区域上方，光线将树脂固化成固体。机械臂缓慢地将不断增长的固体从树脂中拉出，使其他材料得以固化和黏附，这种技术无需一系列层合界面，因此产品更加坚固。而因为区别于其他DLP工艺的抬起和下降步骤，它比传统3D打印技术快了100倍。   Clip技术原理 Adidas 3D打印运动鞋底的成型过程 在速度方面的突破，证实了3D打印可以被用于制造业，因此也吸引了各方的持续关注和多轮融资。自此，Carbon与福特汽车、阿迪达斯和里德尔体育公司达成协议，分别为它们生产汽车零件、运动鞋底和橄榄球头盔。这同时成为Carbon取得3D打印批量制造和商业成功的关键。 Carbon为里德尔开发的3D打印橄榄球头盔 基于Clip工艺，Carbon推出了多种类型的3D打印机。Carbon M系列是功能原型的理想选择，在零件质量、准确性和一致性方面深得客户满意；Carbon L1打印机作为成熟装备，服务于需求量产的产品设计师、工程师和制造商，其成型尺寸为400 x 250 x 460mm，阿迪达斯Futurecraft 4D鞋中底和Riddell Diamond橄榄球头盔便是采用该机型打印，它提供了稳定的质量和可靠性，并能够按需生产。 Carbon-Adidas 3D打印生产车间 在商业模式方面，Carbon采取只租不卖的模式，按年收取费用。这一方面降低了终端用户尝试Carbon技术的初期投资压力，另一方面也使得终端用户在面临Carbon后期设备技术更新的时候，能更轻松的切换到更新版本的设备。 END 从Carbon的发展历程来看，其首先突破了3D打印技术的速度限制，其次开发出了多款高性能3D打印树脂，为其产品的工业应用打开了通道。设计软件的开发，则是基于3D打印工艺在复杂结构制造方面的优势，尤其立足于使用其公司的树脂材料在晶格点阵结构方面的优异性能，开发出了只有该公司产品才能实现的、可接受的成本先进应用。 而从业内众多成功案例以及增材制造发展的趋势可以看出，速度和材料成为了一家公司致胜的关键，没有哪家公司不是在基于更快打印速度的基础上同时推出先进材料，惠普、华曙概莫能外。而尚没有哪家公司可以像Carbon那样，只有利用它们的打印技术、材料才能实现创新设计的高性能和相对低成本应用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.中国工程院院刊：3D打印技术在多个领域取得进展 2.Carbon首秀TCT Asia并官宣:3D打印实现量产不再是传说 3.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 4.预见2021：《2021年中国3D打印材料产业全景图谱》

2021年5月28日，国际著名学术期刊《Science》发表了南航材料科学与技术学院、江苏省高性能金属构件激光增材制造工程实验室顾冬冬教授团队的研究综述论文《材料–结构–性能一体化激光金属增材制造》（Dongdong Gu*, Xinyu Shi, Reinhart Poprawe, David L. Bourell, Rossitza Setchi, Jihong Zhu, Material-structure-performance integrated laser-metal additive manufacturing. Science 2021, 372, eabg1487）。标志着南航在基础研究和重大成果方面取得新突破。南航是本文第一署名单位，顾冬冬教授为本文第一作者和通讯作者。 同期Science主编以“跨尺度调控”为题，对论文做了亮点评述，认为激光增材制造有望变革零部件的设计方式。顾等人建议将串联式设计和成形构件的增材制造策略，变革至更为整体性的方法来优化金属构件。这种更为综合的方法将有助于减少制造所需的工序数量，并扩大可用于最终应用零部件的结构类型。 高性能金属构件是航空、航天、交通、能源等现代工业的基石，且高端装备的服役性能很大程度上取决于构件的高性能。高性能金属构件多服役于极端严苛环境，故对构件的选材、制造工艺、性能/功能均提出了严峻挑战。激光增材制造（3D打印）技术是当前世界科技强国竞相发展的一项战略性关键核心技术，可满足现代工业对难加工金属构件短周期、高精度、高性能制造的重大需求。激光增材制造逐点逐域的局部成形特性，决定了工艺过程和成形性能涉及宏观–介观–微观至少6个数量级的大跨尺度形性协调，这是其核心科学挑战。传统增材制造遵循典型的“串联式路线”，即结构设计–材料选择–加工工艺–实现性能；但因材料、结构和工艺等多因素耦合规律复杂，激光增材制造精确成形需反复试错，造成金属构件高性能目标实现困难。为对应上述挑战，本文提出了“材料–结构–性能一体化增材制造”（MSPI-AM）这一整体性概念，其概念性创新在于：变革传统的串联式增材制造路线，发展新的材料–结构–工艺–性能一体化“并行模式”，在复杂整体构件内部同步实现多材料设计与布局、多层级结构创新与打印，以主动实现构件的高性能和多功能。材料–结构–性能一体化增材制造的概念及内涵 为明晰“材料–结构–性能一体化增材制造”的科学内涵与技术途径，本文面向下一代空间探测器着陆器系统的整体化和多功能化发展趋势，针对隔热/防热、减震抗冲击、空间抗辐射等多功能需求，创新发展鳞脚蜗牛壳的层状复合结构、水蜘蛛的水泡构型、多孔蜂窝等仿生结构，并基于陶瓷/金属梯度复合材料、碳纳米管增强金属基复合材料等多材料设计与布局，实现仿生多材料整体构件的材料–结构–性能一体化增材制造及其高性能/多功能。 多功能整体构件的材料–结构–性能一体化激光增材制造：以下一代空间探测着陆器“大底”构件为例 本文定义了“材料–结构–性能一体化增材制造”的两大特征及其内涵。其一是“适宜材料打印至适宜位置”，从合金和复合材料内部多相布局、二维和三维梯度多材料布局、材料与器件空间布局3个复杂度层级，揭示了多材料构件激光增材制造的科学内涵、成形机制与实现途径；其二是“独特结构打印创成独特功能”，揭示了拓扑优化结构、点阵结构、仿生结构增材制造的本质是分别将优化设计的材料及孔隙、最少的材料、天然优化的结构打印至构件内最合适的位置，提出了基于上述三类典型结构创新设计及增材制造实现轻量化、承载、减震吸能、隔热防热等多功能化的原理、方法、挑战及对策。 材料–结构–性能一体化增材制造的特征之一：适宜材料打印至适宜位置材料–结构–性能一体化增材制造的特征之二：独特结构打印创成独特功能 本文建立了“材料–结构–性能一体化增材制造”的跨尺度实现原理及调控方法，包括微观尺度的材料组织与界面调控、介观尺度的粉末激光熔凝及致密化工艺控制、宏观尺度的构件结构与性能精确协调。本文进一步对“材料–结构–性能一体化增材制造”未来发展方向进行了总结与展望，包括更加数字化的材料创成和结构创新、更具自主决策功能的打印装备、更加智能化的打印过程、更加多元融合的打印工艺、更加绿色可持续的打印技术及应用等。 高性能/多功能金属构件材料–结构–性能一体化激光增材制造的跨尺度形性调控机制 “任何成绩都是苦出来的，成功没有捷径，唯在勤勉” 在着手进行论文写作时，顾冬冬和团队成员从2016年开始有意识地将研究发展目标定位在Science、Nature级别的论文上，一是因为增材制造技术日益成为国内外研究热点，Science、Nature每年都有增材制造论文发表，但多为欧美国家作者，形势催人奋进；二是因为团队长期聚焦金属激光增材制造基础研究，特别是2016-2017年获得国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目课题资助后，一直在潜心思考，如何在Science、Nature级别的期刊上取得高水平基础研究成果的突破。在前期有了充分的研究准备后，顾冬冬从2020年1月寒假期间开始构思写作这篇论文，2020年12月定稿并投稿，2021年2月收到评审意见并利用春节假期完成论文修改，2021年4月论文录用。面对论文最终成功发表的结果，顾冬冬说“任何成绩都是苦出来的，成功没有捷径，唯在勤勉”。 “论文写作的过程就是不断寻求突破的过程” Science论文注重概念性创新，因此在论文写作中，如何在金属激光增材制造研究领域发掘不同点、构筑创新点，是顾冬冬一直思索的问题。他在文中提出了“材料–结构–性能一体化增材制造”（MSPI-AM）的整体性概念，将传统的串联式增材制造路线，发展变革为材料–结构–工艺–性能一体化“并行模式”，“论文写作的过程就是不断寻求突破的过程”，顾冬冬教授在论文写作中精益求精，为了让阐释更为形象具体，采用“拼图”这一大家熟悉的形式，来诠释一体化增材制造的概念及内涵，这是在论文构思与写作过程中不断迭代、不断完善的概念性突破，以凸显研究思路的特色与创新。 Science论文具有高度凝练的思想。工程科学领域的论文既要面向世界科技前沿，更要面向国家重大需求。当前航空航天装备服役条件严苛化、材料–结构一体化、装备功能多样化的发展趋势，要求增材制造的材料和结构更多元异构化、工艺技术更复合化、增材制造过程更智能化，顾冬冬凝练了材料–结构–性能一体化增材制造的两大特征及内涵：适宜材料打印至适宜位置（the right materials printed in the right positions）；独特结构打印创成独特功能（unique structures printed for unique functions），为高性能/多功能金属构件激光增材制造提供普适性原理与方法。 “以更高的标准要求自己，不放过每一个细节” Science期刊具有强烈的精品意识，Science期刊及其论文在概念、思想、内容、形式等方方面面完美融合了科学与艺术、传统与现代、经典与时效。“以更高的标准要求自己，不放过每一个细节”，这是顾冬冬在论文写作过程中对自己的高要求，论文中的每一句语言、每一个措辞、每一幅图片、每一帧线条，无不体现着国际学术出版的最高标准和要求。Science论文集成了科研的创造力、想象力、理解力、表现力，而这些能力都需要在平日进行积累和储备。Science论文的录用与发表是一个艰辛而美好的过程。论文的概念创新和思路凝练，不是一蹴而就的工作，而是一个反复迭代的过程，在完成这篇论文的过程中，顾冬冬经历了反复思考、自我否定、探索修正、自我完善，直到形成新观点、新方法。在修改这篇论文时，正值2021年春节假期，顾冬冬放弃春节与家人团聚，每天工作12小时以上，利用两周时间完成全部修改工作。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址：延伸阅读：1.顾冬冬教授：航空航天领域增材制造四类典型结构及发展趋势 2.顾冬冬教授：系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 3.结构易仿、制造不易、科学更难 | 史玉升教授团队的4D打印研究进展 4.2021 TCT 3D打印展精品展品（二）：性能高，结构复杂，功能强大

5月26日，目前亚洲最大的3D打印技术展览会2021 TCT Asia在上海国家会展中心隆重开幕。安世增材以“聚集行业应用，推动产业升级”为主题，携最新技术成果及行业赋能方案重磅亮相，展示了以增材思维为核心的先进设计与智能制造解决方案。2020年中国已连续11年成为全球最大制造业国家，企业加速数字化转型，创造新价值，增材制造技术成为数字化研制和产品再造新的突破口。安世增材作为一家专注研发的创新型驱动企业，长期以来持续关注为各大行业赋能，推动产业升级，为行业提供咨询服务、软件配套、打印服务、生产模块配置全流程DfAM增材制造设计服务。借2021TCT Asia召开契机，安世增材向业内外人士展示自身长期深耕的成果与未来的发展方向。点击下方链接，回看现场精彩直播！ 升级与重塑 五大行业赋能发展 此次盛会，安世增材集中展示了五大行业解决方案：亟待提升产品性能质量和生产效率、完成升级换代的工业行业、客制化需求强烈的医疗、消费品与建筑行业以及教育行业。大工业领域：安世增材融合工业仿真技术经验与增材制造技术优势，构建基于正向设计的数字化研制体系，形成面向不同行业的增材制造DfAM整体解决方案，针对不同的行业、客户、工业品进行原创设计或优化再设计，在企业可接受的成本范围内达到产品性能、质量、生产效率的提升，完成产品的升级换代，辅助中国制造企业选择增材技术作为下一代的制造手段。工作人员认真为观众讲解目前安世增材已经形成了面向汽车、航天、航空等16个行业或工业品的DfAM整体解决方案。在这一次的展会中，安世增材带来了涡喷、5G通讯小基站散热器、金属高通量制备样件等工业样件，让观众在现场感受增材技术在工业制造方面的先进性。观众认真观看展品内容医疗领域：安世增材专注于数字化齿科及骨科康复解决方案的设计与应用，推动国内高性能医疗器械的突破发展，减少复诊流程，缓解医工交互困扰，另一方面能通过提高适配度，大大改善患者的治疗效果。安世增材在本次TCT展会中重点展示的限位套筒以及睿智手术导板，能实现种植牙角度深度的精准完美控制，达到安全、精准有效、经济等目的。工作人员引导观众观看医疗领域展品消费品领域：安世增材客制化制鞋解决方案，通过扫描脚的原型，将数据录入云端，生成完整的鞋数据，定制生产，即可线上销售适合于个人的定制化的鞋子，告别以产定销和批量化生产模式，满足新时代消费人群消费者对个性化、实用、颜值以及科技感的要求。安世增材打印的多款3D打印鞋在这次展会中，安世增材在展位上放置了多双3D打印运动鞋，轻薄的鞋身与炫彩的鞋面吸引了许多观众的眼球。安世增材的3D打印炫彩轻运动鞋颇为吸睛建筑领域：安世增材在建筑结构、建筑组件、建筑内装与景观类建筑打印技术上深入研发，与Luxmea公司开展友好合作，以增材思维驱动建筑数字化制造。在TCT展会现场中，观众可以看到安世增材展示的异形沙发、建筑模板，这些样件款式新颖独特，引得众多观众驻足。观众触摸感受安世增材设计的异形沙发教育领域：国家颁布的产教融合政策开启了定制人才培养时代，增材制造领域人才需求激增。安世增材作为教育部“先进设计与增材制造智慧学习工场”唯一技术支撑单位，与300多家高校合作，共建“安世增材产业学院”，助力合作高校在“人才培养”“科学研究”和“产业服务”三个方面取得更大的成就，为制造业的发展进行赋能。教育展示区域 开放与合作 推进行业整体进步 共促可持续性发展 控制驱动增材创新，开源激发生态繁荣，为实现增材技术推动各行各业的优化升级，安世增材推出自研材料矩阵、成型工艺矩阵、软件系统及APRO设备通用控制平台。更难能可贵的是，安世增材立足于根技术的发展，立志用开源、自主可控模式服务于整个增材行业以期推动行业的整体进步及未来的可持续性发展。在TCT展会上，安世增材设立技术堆栈区域，对在增材制造领域积累的技术及经验以丰满的“货架”的形式进行了分享，吸引了众多同行的目光，现场不少企业针对软件与平台的适配性进行了咨询。技术堆栈区自研材料体系3D打印设备作为增材制造的根本工具，安世增材创新性的推出桌面型、专用型、打样型、生产型四大类增材制造设备。在展会现场，观众可以通过现场播放的视频与手册，了解到公司现有的先进打印设备。观众认真观看硬件设备区 开放与合作 推进行业整体进步 共促可持续性发展 尽管安世增材在设备研发上有非常丰富的沉淀和全工艺链的覆盖，但安世增材并没有带来实体设备展示。这是因为安世增材意识到随着增材制造技术的发展，设备一定会是未来的生产工具，但不是主导行业发展的唯一落脚点，如何推动产业升级，通过技术满足消费者乃至其他供应链生产者的需求才是重中之重。现场除了多样性的解决方案展示，还有多位专家带来精彩的DfAM相关课程报告。通过以下视频，一睹现场专家们风采！关注更多现场报道，或者课程信息，请微信搜索安世亚太公众号，关注账号——点击菜单栏——商城培训——TCT现场报告分享。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2021 TCT 3D打印展精品展品（一） 2.百余增材制造新品发布 – TCT亚洲展首日启幕 3.巴斯夫Forward AM：创新增材制造 4.2021 TCT 3D打印展值得关注的新设备（精选）

由于在电子设备、热管理系统和航空航天工业以及电动汽车等许多应用领域的广泛潜力，高纯铜的3D打印得到了广泛研究。然而这种材料并没有像其他金属那样获得广泛的应用，其原因在于纯铜的3D打印有几个重大的加工挑战需要解决。 由于铜的高导热性，熔体区域散热迅速，局部热梯度大，容易导致分层、卷边和零件失效；而且，铜对氧化具有高敏感性，需要对其3D打印工艺进行特殊处理；此外，纯铜还是一种高反射金属，传统的SLM技术难以对其进行加工。然而，纯铜的3D打印工艺探索并非停滞不前，而是接连取得实质性进展。本期，3D打印技术参考汇总纯铜的3D打印工艺种类。 基于粉末床熔融技术的纯铜3D打印 纯铜的3D打印工艺最开始由激光粉末床打印开始探索，由于纯铜对主流的SLM用激光器的波长具有很高的反射率，不仅不容易熔化，甚至有可能损伤打印机光学器件；通常，基于常规激光器打印纯铜，不得不更改设备结构，配备更高功率的激光器等。因此，基于传统SLM技术的纯铜3D打印发展的始终不尽如人意。 真正的转机是绿激光和蓝激光的发展。纯铜对515nm绿激光的吸收率接近40%，对450nm蓝色激光的吸收率则达到65%，分别相当于常规SLM用红外激光的8倍和13倍。随着对短波长高功率激光器开发的克服，采用SLM技术进行纯铜3D打印开始出现转机。 2017年，Fraunhofer激光技术研究所表示正在探索采用绿激光进行纯铜3D打印；同年，日本岛津推出了100w的高功率蓝光二极管激光模块，并采用它进行了纯铜的3D打印。但对于这两家机构，目前尚未看到有专用的SLM设备推出，Fraunhofer则表示未来将创造一种可靠的用于单模操作的高质量激光器，稳定输出最大功率达400w的515nm波段激光。真正的商业化是在2018年，通快推出了第一款绿激光SLM打印机，该设备配备波长为515nm的TruDisk1020绿光激光器，打印零件铜含量高于 99.9％，实现了100％IACS的电导率和99.9％的致密度。该设备将亮相今年上海TCT 3D打印展。 通快采用绿激光3D打印的纯铜器件 除激光粉末床熔融技术外，电子束对纯铜3D打印也具有优势，不过该工艺打印的零件表面质量方面表现不佳，这为铜感应线圈等应用的后处理带来不便。 本部分上传资料：通快、EOS纯铜材料数据表及设备资料。 基于粘结剂喷射技术的纯铜3D打印 理论上，能够用于金属注射成型的材料均可采用粘结剂喷射工艺成型。然而，该技术的代表型企业Exone在很长时间内推出的官方认证材料却只有17-4PH、304L、316L、M2工具钢等等，纯铜也一直未能出现在同技术类型公司的材料清单中。 几种纯铜3D打印工艺特点对比 实际上在采用粘结剂喷射技术成型纯铜之前，已经有学者采用SLS技术对铜和PMMA的粉末混合物进行了研究。PMMA作为中间粘结剂，在激光扫描过程中融化来粘结铜粉形成生坯，之后再进行脱脂烧结处理。这种方式其实与粘结剂喷射技术的过程类似，都是先将铜粉成型出零件的形状，只是方式不同。研究人员发现，这种间接的SLM过程，纯铜的致密度远低于理论密度（约77-78%），孔隙较多，且脱脂过程产生的杂质被留在了材料内部。 无论对于金属注射成型、粘结剂喷射还是激光烧结，合理的粉末粒度分布、粘结剂的选取和脱脂工艺的控制对于纯铜的成型来说都是关键因素。相比激光烧结，粘结剂喷射技术更容易控制粘结剂的含量，这避免了前者铜粉一次掺入粘结剂而造成的固定比例问题，在工艺调节和研究过程中更加灵活。 不同3D打印工艺制造纯铜零件的性能（参考） 此前，国外研究人员使用Exone的设备已经进行过纯铜材料的研究，但所制备的材料致密度和其他性能都不高，且需要经过热等静压处理才能实现致密化（且只有烧结密度超过90%才有必要）；同时也发现，粉末的粒度分布、墨水成分等都是影响制件性能的关键因素。今年2月，Digital Metal宣布推出纯铜3D打印材料，成为第一个为粘结剂喷射3D打印系统提供官方认证的纯铜材料和工艺的设备商。根据该公司公布的数据，通过粘结剂喷射技术成型的纯铜致密度为96.6%，铜纯度为99.9%，然而并不知晓该公司的后处理工艺是否也包含了热等静压。 Digital Metal粘结剂喷射3D打印成型的散热器及扩音器天线 本部分上传资料：纯铜的粘结剂喷射成型研究；Digital Metal粘结剂喷射成型纯铜的性能数据。 基于熔融挤出技术的纯铜3D打印 2020年2月，Markforged宣布推出纯铜3D打印丝材和工艺，并成功应用于散热器和汽车制造领域。2020年12月，Desktop Metal推出了基于其Studio桌面3D打印系统的纯铜材料及工艺。 Desktop Metal打印的纯铜电机座和螺旋换热器，均具有内部冷却通道 与粘结剂喷射技术一样，基于熔融挤出的金属3D打印都需要脱脂和烧结。Desktop Metal声称，新推出的纯铜材料致密度可以达到98%，能够制造具有复杂几何形状和内部通道的零件，借助其Fabricate软件可自动执行复杂的冶金过程，从而生产出密度和特征精度均与铸造相似的高质量零件。 本部分上传：Markforged、Desktop Metal纯铜材料数据表。 基于数字光处理（DLP）技术的纯铜3D打印 2021年3月，美国Holo公司宣布推出基于DLP技术的纯铜3D打印材料。采用该公司专有的PureForm技术，利用高分辨率光学成像仪对纯铜粉和光敏树脂混合而成的浆料进行3D打印，并结合已经非常成熟的金属注射成型（MIM）后端工艺，对打印后的生坯进行脱脂和烧结，最终生产出高性能零件。 Holo公司的专有浆料材料特性 Holo公司的浆料具有极佳的分散性，在打印过程中可形成均匀的层厚，打印机可在不到10s的时间内固化新层。目前，Holo通过DLP+脱脂烧结工艺成型的纯铜的致密度平均为96-98%，足以达到大块铜95%的导热率和导电率。此外，该工艺还可能会减少激光打印产生的裂纹问题。 Holo 3D打印的纯铜零件 基于已经成熟的工艺，Holo着重于散热器件的开发与制造，而不是销售3D打印机。其目前的一条试验生产线每月可生产20000个纯铜小零件，并希望每年生产数百万个铜散热片零件。 END 在电子元器件飞速发展的今天，热损耗与热安全问题日益凸显，设计紧凑、高效、一体成形的散热器具有重要的应用空间，而这些特征正是3D打印相比传统加工技术最大的优势。 除热管理系统和热交换装置外，纯铜3D打印还可用于射频阴极和感应加热线圈等。对于不复杂的器件，纯铜3D打印可能并没有特别的必要，其发挥作用的空间还是在于产品开发、特殊结构制造等方面。 当前，纯铜3D打印的工艺其实还有其他种类，但大都局限于少量公司取得了突破，仍有极大的发展空间，这与激光、材料和后处理技术的研究和发展密切相关。 注：本期资料均已上传qq群（共五份）。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.南科大：金、银、铜等典型高反射材料的激光增材制造 2.ExOne、DM同时宣布突破铝合金粘结剂喷射3D打印 3.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择 4.纯铜3D打印新工艺：采用DLP工艺实现99.99%的材料纯度

在天问一号探测器上，航天六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的推进分系统，共计48台大大小小的发动机。它们分别为着陆器着陆过程悬停、避障及缓速下降过程提供可靠动力，为环绕器系统提供轨道转移、制动捕获、轨道调整以及姿态控制所需的精准动力。当进入合适的着陆时机，天问一号在3000N发动机作用下，下降到距离火星100km的高度，实现环绕器和着陆器分离。为使着陆巡视器降低运行速度达到着陆要求，作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机接续发挥关键作用，为着陆巡视器动力减速、悬停避障和缓速下降等软着陆任务提供轨控推力。祝融号探测器着陆该型发动机是六院研制团队在借鉴探月任务中7500N变推力发动机工程经验基础上，根据火星探测任务全新设计制造的发动机。并且相较之前探月任务中同样推力的7500N发动机，为了满足火星探测器安装结构要求和减重需求，并提升发动机性能，研制团队首次在我国开展深空探测的航天器上将推进分系统发动机燃烧室从以往的低室压方案改进为中室压方案，从而保证了相同推力情况下，发动机体积更小、性能更高。制造过程中，改进型7500N变推力发动机与以往7500N发动机的性能和推力一样，但重量和体积只有以前发动机的三分之一，结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术，“一次打印成型”避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形，也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。 祝融号火星车 “天问一号”探测器由航天五院抓总研制。在 “天问一号”的研制过程中鑫精合作为增材制造解决方案提供商，采用激光选区熔化成形技术（SLM）制造交付产品 30 余项，激光沉积技术（LDM）制造交付产品 9 项。在减重、特殊功能实现等多个维度解决火星登陆项目研制工艺技术难题。减重、减体积为关键指标——材料和结构是关键在以上报道中，减重、减体积属于关键指标。3D打印在复杂结构制造方面的优势无疑能够帮助这两个指标更容易实现。减重即为轻量化。轻量化的实现途径主要有三大方面：一是材料的优化设计和应用；二是产品结构的优化设计；三是先进制造技术的开发应用。三者相辅相成不仅可以实现最终产品减重，同时也将减少构件体积。轻量化材料就是可以用来减轻产品自重且可以提高产品综合性能的材料。材料轻量化，指的是在满足机械性能要求的前提下，通过采用轻量化的金属和非金属材料实现重量减轻的方法。在当前的轻量化材料中，钢铁仍然保持主导地位，但在天问一号上面使用钢铁减重，这显然不可能。而当前3D打印领域最主要的轻量化材料无非就是铝合金和钛合金，因此，这两类材料很可能被天问一号探测器使用。并且，关于铝合金和钛合金，及其特殊结构的应用已经不乏案例。2018年5月21日，嫦娥四号中继星“鹊桥”在西昌卫星发射中心成功发射，这是航天529厂首次实现3D打印产品的在轨应用。该星上面的斜动量轮支架便是采用铝合金3D打印生产和制造。 动量轮支架打印成品及在中继星上的装配图（来源：altair） 2019年发射的千乘一号整星结构采用面向增材制造的轻量化三维点阵结构设计方法进行设计，并通过铝合金增材制造技术一体化制备；在其他卫星产品上，铝合金点阵和拓扑优化结构产品、钛合金激光送粉3D打印产品、钛合金激光铺粉3D打印产品也已实现在轨应用。2020年，我国新一代载人飞船实验船成功验证。此次试验船搭载了星驰恒动公司研制的60余件金属3D打印产品，涉及三维点阵类轻质材料结构产品、热管理功能类产品、复杂形状直属件产品等多种类型。与此同时，新一代载人飞船直径达4米的超大尺寸整体钛框架也由3D打印工艺制造，成功实现了减轻重量、缩短周期、降低成本等目标。新一代载人飞船试验船的成功返回也标志着超大尺寸关键结构件整体3D打印技术通过大考。 新一代载人飞船试验船返回舱及采用激光沉积3D打印制造的返回舱防热大底框架实物 除此之外，与天问一号当前同在火星的毅力号上面同样也包含3D打印产品，公开报道共有11件，其中5件为钛合金的精密X射线光谱仪外壳。钛合金的高强度质量比使其重量比常规生产的零件少了3到4倍。从以上应用案例不难看出，钛合金和铝合金是当前卫星、探测器3D打印应用的重要材料，而点阵和拓扑优化结构为减重、减体积进一步贡献作用。火星探测器的着陆成功，标志着增材制造技术在航天深空探测领域应用迈出开拓性的重要一步。 这些材料和结构助力“天问一号”成功落火 在天问一号着陆火星的过程中，面临被烧毁或者坠毁的风险。任务能否成功，取决于“天问一号”的结构和采用的材料，对此官媒对此进行了介绍。以下便是为保障探测器顺利着陆和正常工作发挥作用的先进材料和结构（内容来源于《中国航天报》等媒体）： 1. 超轻质的蜂窝增强低密度烧蚀防热材料：应用于火星探测器上气动加热最严重的大底结构及大底拐角部位。 作用：在探测器着陆的阶段，该材料表面与火星大气摩擦并发生复杂的物理化学反应，带走大量的热量；同时该材料还具有良好的保温隔热性能，将热浪排除在探测器之外，有效保护探测器不被烧坏。 研究团队：中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所。 2. 连续纤维增强中密度防热材料：应用在需要维持探测器整体形状的上下边缘和结构的支撑部位以及背罩防热结构的舱盖、封边环、埋件、螺塞等零部件。 作用：该材料相比低密度材料强度更高，密度为0.9g/cm3，兼顾了耐烧蚀和承载能力。 研究团队：中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所。 3. 超轻质的烧蚀防热涂层材料：应用在气动加热较为缓和的背景部位。 作用：涂层密度为0.28g/cm3，热导率为0.06W/(m k），隔热性能优良，对着陆器的减重也起到重要作用。 研究团队：中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所。 4.特种吸能合金：应用于着陆机构。 作用：该合金具有突出的强韧性、轻质性和吸能性，可吸收探测器着陆的冲击能。 研究团队：中国科学院合肥物质科学研究院固物理研究体所。 5. 高性能碳化硅基增强铝基复合材料：应用于探测器高精密仪器。 作用：重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定，满足“天问一号”长时间运行时对关键机构的材料需求。 研究团队：上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室团队。 6.铝硅封装外壳：应用于探测器着陆系统的TR组件等核心元器件封装解决方案。 作用：保障探测器着陆系统电路的安全，为器件内部电路穿上安全可靠的保护衣，保障探测器在火星的安全平稳着陆。 研究团队：合肥圣达电子科技实业有限公司。 7. 新型铝基碳化硅复合材料：用于火星车结构、机构、仪器等几十种零部件。 作用：火星车要在工况复杂的火星表面长距离行走，这对火星车材料的轻量化、高强韧性、高尺寸稳定性、耐冲击性提出了极高的要求，传统铝、钛合金难以兼顾综合要求，新型铝基碳化硅复合材料可胜任。 研究团队：中国科学院金属研究所团队。 8. 新型镁锂合金：用于探测器结构。 作用：目前世界上最轻的金属结构材料之一，可实现探测器轻量化。 研究团队：西安交通大学团队。 9. 高精尖铝材（蒙皮板、自由锻件、超大规格板、锻环、铝锂合金）：应用于探测器。 作用：保障天问一号火星探测器长期的太空行驶及完成着陆。 研究团队：西南铝业（集团）有限责任公司。 10. 有机热控涂层：航天器外表面及仪器表面。 作用：探测器在进入轨道后，处于地球大气层以外的超高真空空间环境，朝向太阳的部分表面温度非常高，而背向太阳的部分表面温度非常低，导致航天器“冰火两重天”。该材料可以保证探测器能够在极端复杂的温度下保持正常工作，通过调控温度达到热控需求。 研究团队：中国科学院上海有机化学研究所有机热控涂层研制组。 11. 纳米气凝胶：用于火星车。 作用：很轻、隔热性能好，在探测器“落”与“巡”两项任务中发挥作用。 研究团队：中国航天科工三院306所。 12. 聚合物智能复合材料：用于可展开柔性太阳能电池系统。 作用：实现柔性太阳能电池的锁紧、释放和展开，以及展开后高刚度可承载等功能。 研究团队：哈尔滨工业大学团队。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.“天问”携“祝融”成功落火，航天五院529厂积极开展3D打印技术的研究与应用 2.含钛合金和超级合金3D打印组件，毅力号今日成功着陆火星 3.关键结构件3D打印技术在新一代载人飞船中的应用 4.从嫦娥四号登月，看航天529厂如何实现3D打印在轨应用

什么是MES MES（制造执行系统）是企业生产的整体管控系统。近几年来，智能制造成为了关注焦点，MES作为实现智能制造的重要推手，也得到了广泛关注，引发了应用热潮。 大量企业通过应用MES，解决了管理生产现场“黑箱”的问题，实现了对物料的跟踪和追溯、生产过程的可视化、生产过程的闭环控制等，达成了提升产品质量和人员工作效率、降低库存、缩短交付周期等业务目标。可以说，MES已经成为了成为企业构建智能化工厂、实现数字化转型的必然选择。 增材制造为什么需要MES 增材制造经过30余年的发展，已经从一种新兴技术演进成为一种能够挑战传统制造工艺的革命性技术。未来的几年，将是增材制造登堂入室，成为主流制造技术之一的关键时点。 要完成从设计验证向批量化终端零部件生产的转型，增材制造企业必须找到一种方式，来最大限度地利用工厂中的各种3D打印设备，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，取得更好的盈利能力。 为了应对这些挑战，需要引入增材MES这样一个能管控端到端增材制造流程的软件。当前，领先的企业已经开始为加速迈向批量化生产进行布局。可以预见，在不久的将来，增材制造对软件的需求将从设计、工艺软件平分天下转变到设计、工艺、流程管理软件三足鼎立的状态。 增材MES作为旨在记录、控制、自动化整个增材制造流程的系统，能够帮助用户节省材料和人力，提升打印质量，降低生产成本，实现端到端生产流程的可视化和自动化。那么，对于增材MES来说，最为核心功能有哪些呢？ 增材MES的六大核心功能 1 订单管理和跟踪 订单管理是MES的根基，因为后续的所有流程都与订单相关联。订单管理可以帮助企业集中管理所有订单，并在整个生产流程中形成一条完整的数字线索，通过实时状态跟踪，确保订单能准时交付。 2 自动文件准备 文件准备是增材制造流程中不可或缺的一环。对于批量化生产，为了最大限度地减少人为错误，提升生产效率，必须减少在重复性任务上花费的时间。 因此，在增材MES中，对文件准备的关注点将从功能的完备性转移到自动化程度。有了人工智能的加持，诸如自动识别零件类型、自动为零件寻找理想的摆放角度、自动添加支撑，以及高密度2D/3D自动排版等不可或缺的功能都变得轻而易举。 3 设备管理 在生产过程中实时收集和分析数据，可以清晰地了解设备状态、生产进度，并对生产流程中出现的潜在问题做出风险预警，甚至给出预测性设备维护建议。 工业物联网让海量、实时、高频的数据采集和处理成为了可能。随着越来越多的设备开始采用OPC-UA、MTConnect等工业协议，增材MES也需要集成工业物联网能力。工业物联网赋予工厂一双慧眼，将生产流程中很多原本被隐藏起来的微观信息挖掘后，清晰地展现出来。 此外，后处理的自动化也是增材制造迈向批量化生产的一大障碍。因此，除了3D打印机，对热处理、清粉、染色等后处理设备的管理同样不可忽视。 增材MES集成工业物联网能力后让海量、实时、高频的数据采集成为了可能 4 自动化生产排程 传统的人工排程无法根据订单、设备、物料状况的动态变化进行及时调整，无法适应增材制造灵活的生产要求。 自动化生产排程需要根据交货日期，将生产任务安排到多台设备上。排程结果还需要根据订单的优先级，以及设备的实时状态进行动态变更。对于有交付风险的订单，能发出警告，并进行动态插单。 如果增材MES能通过工业物联网与设备完全集成，还可以直接向设备下达指令。对于常常采用分布式生产的增材制造，这可以显著提升工厂的运营效率。 自动化排程可以显著提升增材制造工厂的运营效率 5 完整的可追溯性 可追溯性对于批量化生产至关重要。一种典型的方式是对生产流程的每一个环节，无论是3D打印、后处理、质检和发货，其中涉及的订单、零件、物料和设备信息，都生成可以追溯的二维码。 一旦在某一环节发现缺陷，则可以立刻通过分析相关信息找出问题的根源以及它的影响范围，真正做到让生产状况一览无余。 6 强大的分析和报告能力 增材MES需要分析生产流程每个步骤，通过灵活配置的看板和报表，看到生产中的各种实时数据和历史数据。全面的分析工具可以提供有关设备性能、材料使用情况等指标，让用户依据数据进行决策，找到并消除流程中的瓶颈，最终提升生产力。 通过灵活配置的看板和报表 可以看到生产流程中的各种实时数据和历史数据 扫码关注OQTON堃腾智能制造，即可免费申请软件演示 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.工艺人员会失业吗？开启金属3D打印，并没有你想得那么难 2.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？ 3.打通齿科数字化全链条！黑格科技3D打印应用云平台正式上线 4.现在及未来，将受益于陶瓷3D打印的行业有哪些

北京时间2021年5月15日8时20分左右，中国首枚火星探测器“天问”一号成功着陆火星北半球的乌托邦平原。 中国航天器首次奔赴火星，“毫发未损”地顺利出现在遥远的红色星球上，完成了人类航天史上的一次壮举，实现了我国首次地外行星着陆。 着陆后，“祝融号”火星车成功传回了遥测信号。 凌晨1时许，天问一号探测器在停泊轨道实施降轨，机动至火星进入轨道。 4时许，着陆巡视器与环绕器分离。历经约3小时飞行后，进入火星大气，经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲，成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。 从进入火星大气到着陆火星表面是整个火星着陆过程中最为惊险的时刻。我国天问一号任务火星着陆分为气动减速、伞系减速、动力减速、悬停避障与缓速下降四个阶段，历时“惊魂九分钟”。 两器分离约30分钟后，环绕器进行升轨，返回停泊轨道，为着陆巡视器的后续探测任务提供中继通信，搭建起地球和火星之间的通信桥梁。 后续，“祝融号”火星车将依次对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。 祝融号着陆过程 祝融号火星车 我国首次火星探测任务—天问一号任务于2016年正式批复立项，计划通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视探测。 中国航天科技集团公司下属中国空间技术研究院（航天五院）是天问一号探测器的总研制单位，负责执行中国第一次自主火星探测任务。据报道，“天问一号”火星探测器安装使用了超过100个3D打印定制的零部件，其中包含相当一部分的金属3D打印零件（如钛合金等），具有高强度耐高温耐辐射等各种高性能特征，可以满足在火星恶劣环境中正常工作运行的要求。高能离子浮尘、空间碎片，要考虑结构的性能和特点，深空探测器结构包括高刚度、轻量化、尺寸稳定性、拓扑优化等等需求。 天问一号火星探测器标注图（来自微博网友WLR2678，强调非官方，为个人作品） 而根据中国航天科技集团的消息，航天五院529厂针对“嫦娥”系列、火星探测器等新一代轻量化航天器发展需求，积极开展3D打印技术的研究与应用，取得了较好的效果。 “相比于传统铸件或者锻造产品，3D打印的产品研制周期明显缩短，力学性能得到提升。”该厂研究人员介绍道，“不仅可以打印薄壁结构，还可以完成‘外部蒙皮+内部三维点阵’、变密度、内部含有流道等特殊复杂构型，在突破瓶颈、减重/提升性能、缩短周期、降低成本等方面产生较大的综合效益。” 该厂采用3D打印技术制备的星敏支架、斜撑支架、主承力大底结构等产品，如今已经通过了地面测试和各项环境考核，逐步应用于空间站、深空探测航天器、运载火箭。利用3D打印技术，该厂已经完成20多个型号共计500余件产品的交付使用，有力地支撑了型号复杂形状结构产品的快速研制。 天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成，于2020年7月23日由长征五号运载火箭成功发射，至今已飞行295天，距离地球约3.2亿千米。天问一号任务突破了第二宇宙速度发射、行星际飞行和测控通信、地外行星软着陆等关键技术，是我国航天事业发展史上又一具有重大意义的里程碑事件。 关于天问一号更多3D打印技术应用，请关注后续报道。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2020年中国航天领域3D打印8大应用成就和案例 2.关键结构件3D打印技术在新一代载人飞船中的应用 3.含钛合金和超级合金3D打印组件，毅力号今日成功着陆火星 4.从嫦娥四号登月，看航天529厂如何实现3D打印在轨应用