Boom Supersonic是一家成立于2014年的初创企业，其既定目标是实现商业航空的超音速飞行。经过六年发展，该公司于10月7日推出了XB-1“超音速验证机”，成为有史以来第一架自主研发的超音速飞机。 XB-1定制的复合结构包括3700多个零件，包括起落架、飞行控制执行器和冷却系统等。为了解决制造演示机的艰巨任务，Boom大量采用VELO 3D的金属3D打印技术来降低成本并缩短生产时间。 Boom Supersonic的XB-1包含3700多个零件 将VELO 3D的现有技术扩展到了绝对极限 XB-1的许多金属3D打印部件都与空气通道有关，包含复杂的叶片、风道和百叶窗。通过这些部分的一些空气超过了华氏500度，这些零件要求基于曲面的设计方法，几何形状较为复杂。设计人员为兼顾效率和性能，需要考虑空气动力学，为零件进行修剪、倒角和加厚表面来创建实体零件。由此产生的结构非常复杂，无法通过钣金、铸造或其他方式制造，为了同时获得复杂设计和减轻重量的好处，唯一的选择就是使用3D打印。 Boom与VELO 3D为此展开了密切合作，后者为XB-1开发和制造了相当数量用于飞机关键位置的最终用途零件，包括：可变旁通阀（VBV）系统的歧管，该歧管将发动机压缩机释放的空气引导至飞机的外模线（OML）；用于冷却驾驶舱和系统舱的环境控制系统（ECS）的出口百叶窗；将中央进气口的二次引气流引导至OML的百叶窗；NACA管道和两个分流器法兰部件。 BOOM为引导流动而创造的独特结构注重减重和效率，无法用钣金、铸件或任何其他方式来实现 VELO 3D的蓝宝石打印机具有极佳的极限打印能力，通过使用Flow预处理软件，设计人员最终在NACA管道的薄壁上增加了一些结构肋以增加强度，其它绝大多数的CAD数据均保留了原始的设计意图。其非接触式的铺粉方式避免了摩擦和碰撞风险，保证了中央进气口排气百叶窗空心叶片这类具有极高宽高比（大尺寸薄壁）零件的成功打印，并且不需要多余的材料来增加内部强度。NACA管道通常用于高速飞机以捕获外部空气并将其导入飞机以冷却发动机舱 XB-1上装载有21个VELO 3D打印的金属零件，包含大量的钛合金薄壁结构。钛具有极高的耐热性，但如果冷却速度过快，则会变脆并易于开裂。尽管传统技术避免了这个问题，但采用机械加工或铸造也几乎无法制造飞机薄壁零件，这也成为使用3D打印背后的驱动力之一。然而即便3D打印技术可行，VELO 3D的工程师却也坦承，该项目将公司的现有技术扩展到了绝对极限。 XB-1的每台发动机均安装有可变排气阀（VBV）系统。该系统对发动机运行至关重要，它可以排出压缩机空气以防止发动机熄火。左侧的CAD图像来自Flow™预打印软件，外部支撑结构以蓝色表示。左图显示的是导向叶片的翼型，其在打印时没有支撑结构，保留了可优化气流性能的前缘；中间图像为打印完成的三个零件；右图是零件的特写镜头。 可变排气阀（VBV）系统，由双1KW激光器制造 Boom设计了一系列新型零件来实现减重，真正推动了减轻重量和薄壁几何形状的发展。VELO 3D的过程控制十分重要，从Flow预打印软件开始，通过Sapphire系统执行，并经过Assure的质量保证进行验证。预构建机器校准可通过点击自动检查关键变量，如激光对准、光束稳定性、粉末床质量等等，打印过程中也可计量监控各种关键指标并标记这些异常。所有部件的综合构建报告被编译并保存以备将来参考。 XB-1的VBV机身歧管上的内部流道完全没有支撑结构，节省了材料、后处理时间和劳动力。左边是歧管顶部，右边是底部。 与Stratasys合作开发相关工具、原型和测试零件 当零件在线切割完成后，精加工往往面临新的困难。零件的几何结构使创建夹具变得复杂。在XB-1零件的精加工过程中，工程师借助零件的CAD模型进行快速设计。通过与Stratasys合作，Boom利用F370和Fortus 450mc 3D打印机开发了200多种与XB-1相关的工具、原型和测试零件。两家公司达成了一项长期协议，该协议超出了原型应用的范围，Stratasys的F900打印机已经用于生产Boom超音速飞机的最终用途零件。 金属3D打印的成品零件需要经过热处理和/或热等静压处理来提高疲劳寿命。当飞机在起飞和着陆时零件会周期性地加载，超音速飞行也引入了许多不同的现象和压力。在很多情况下，飞机的整体结构会围绕部件弯曲引起应变，当具有不同热膨胀系数的零件相互安装时，也会产生很大的应力（碳复合材料、铝合金和钛合金）。将这些3D打印部件设计的非常薄而且灵活，实际上可以减轻一些此类问题。 END Boom Supersonic和VELO 3D实际上于2019年才建立合作伙伴关系，其独特的SupportFree打印过程可实现前所未有的设计自由度和质量控制，从而消除了制造商对飞机设计创新的限制。 XB-1是世界上第一个独立开发的超音速喷气飞机，也是多年开发工作的最终产品，它已经进行了多次风洞试验、数十种结构测试、数百次仿真迭代以及数万个小时的工作。XB-1将于明年在莫哈韦沙漠中进行试飞，该公司预计首个制造工厂将于2022年建成，首架商用机将于2025年制造完成，预计在2029年进行首飞。 注：详细案例研究PDF请查询qq群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.为规避SLM的制造局限性，航空航天公司选择新型金属3D打印机 2.EOS：SLM无支撑制造的可能性和局限性 3.金属3D打印企业（产品）差异化竞争的六个实例 4.VELO3D无支撑金属3D打印材料性能数据报告

近日，通用电气宣布其旗舰民航发动机GE9X经过将近5,000小时和8,000个循环的测试后取得FAA适航认证。这是为其新型双引擎波音777X系列飞机提供动力的里程碑事件。 GE航空集团总裁兼首席执行官JohnSlattery介绍：“要想创造出改变游戏规则的产品，例如GE9X发动机，就需要世界上最出色的喷气推进技术方面的人才。“没有其他航空发动机能够实现像GE9X发动机这样在尺寸，功率和燃油效率方面如此完美的结合。这款发动机将为我们的航空公司客户提供无与伦比的价值和可靠性。我要祝贺整个GE9X团队，并感谢波音，我们的合作伙伴和供应商在这一令人难以置信的成就方面的合作。” 搭载GE9X航空发动机的波音747飞行测试平台目前GE航空已经取得600多个GE9X发动机的订单和承诺304个增材制造零件，涵盖七大类型 GE9X作为一款巨大的高旁通比涡扇发动机，拥有304个3D打印的零件，首次将多种材料和打印工艺投入到单一航空发动机的生产中。基于此，GE航空建立了第一个增材制造技术工业化航空航天供应链。 GE9X中七个增材制造部件分别是： 燃油喷嘴 T25传感器外壳 热交换器 粒子分离器 5级低压涡轮(LPT)叶片 6级涡轮(LPT)叶片 燃烧室混合器 识别出适用于增材制造的GE9X组件非常复杂。作为第一个获得FAA认证的增材制造飞机发动机部件，以及在LEAP发动机上取得的成功经验，T25传感器外壳和燃油喷嘴成为第一批被选择的部件。热交换器和粒子分离器的3D打印一体化制造显示了GE航空制造转型的巨大努力，而采用该技术进行涡轮叶片的制造则是一次巨大的飞跃。LPT叶片的3D打印制造非常困难，采用电子束粉末床技术制造的TiAl合金相比传统的镍基合金轻50％左右，具有更加优异的强度重量比，使整个低压涡轮机的重量减少20％，同时将使GE9X提高了10％的推力。 GE航空指出，采用增材制造进行批量生产，需要仔细规划、对潜在风险的认识以及对细节的极大关注。如果方法得当，增材制造可以带来巨大的益处，如缩短生产周期、节约成本、整合零部件数量、减少浪费，提高可持续性和加强供应链等等。显然，GE航空取得了成功。 GE9X的9大亮点 1. 134英寸的复合材料风扇机匣，是全球商用发动机中最大的，比波音737飞机机身还要大。 2. GE9X有300多个增材制造零件。除GE9X之外，GE Aviation及其合资企业CFMI目前还拥有另外四个通过了FAA认证的3D打印零件。这些零件是用于GE90-94B的T25传感器，CFM LEAP燃油喷嘴头，GEnx-2B电动门开启系统（PDOS）支架和GE Passport空气油分离器。 3. 尽管尺寸很大，但按每分贝推力磅数计算，GE9X有望作为有史以来生产的最安静的GE发动机投入使用。 4. GE9X引擎安装了第四代复合风扇叶片。GE的首个复合材料风扇叶片于1995年开始在GE90-94B发动机上投入使用。GE及其合资企业CFMI在过去25年中使用复合材料叶片累计飞行时间超过1.38亿小时。 5. GE9X发动机中的16个复合材料风扇叶片是GE商用喷气发动机最低数量。GE90发动机有22个风扇叶片，GEnx有18个风扇叶片。较小的CFM LEAP发动机有18个复合风扇叶片。 6. GE9X创造了一项世界纪录，在2017年11月10日于俄亥俄州皮布尔斯的GE室外测试设施进行的工程测试中，产生了134,300磅的推力。GE90-115B在2002年创下了127,900磅的推力纪录。 7. GE Aviation在其波音747飞行测试床上进行了72次GE9X测试飞行，总计超过400小时。首次试飞于2018年3月8日在加利福尼亚州维克多维尔升空。 8. GE9X发动机中有五个陶瓷基复合材料（CMC）组件，包括第一级高压涡轮（HPT）护罩，第一级和第二级HPT喷嘴以及燃烧室的内衬和外衬。GE航空在商用发动机中运行CMC零件方面拥有超过800万小时的经验。GE于1986年获得了有关CMC材料的第一项专利，并一直在继续开发这种材料。通用电气已在该技术上投资超过15亿美元，并在美国建立了第一条垂直整合的CMC供应链。 9. GE9X发动机的总压力比为60:1，是所有使用中的发动机中最高的压力比。这意味着发动机可以最有效地利用进气，从而提高燃油效率。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 2.GE Additive：连续增材生产是一场马拉松，而非短跑冲刺 3.GE喷嘴真相：3D打印制造的仅是喷嘴头，但效益空前巨大 4.美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特？

近日， TWI（英国焊接研究协会创立的独立研究和技术组织）增材制造部门展示了一段非常震撼的视频，其采用SLM技术制造了20张具有高度柔性的钨薄片，其厚度仅70μm，将钨的3D打印水平提高到了新高度。 70μm厚度的3D打印钨片 作为一种非常小众的3D打印材料，钨的熔点高达3400°C，是熔点最高的金属材料；传统加工方式也只能加工钨镍铁合金，而无法直接加工纯钨。金属3D打印技术似乎能够解决它的加工难题，然而，采用激光粉末床技术制造的纯钨零件内部极容易出现微裂纹等缺陷，因此限制了钨的3D打印应用。 尽管面临挑战，钨已经证明自己是一种有价值的3D打印材料。钨及其合金广泛用于电子、电光源工业，也在航天、铸造、武器等部门中用于制作火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、触点、发热体和隔热屏等。此外， 采用3D打印制造的纯钨格栅尤其适合于制造CT机的准直器。 实际上，3D打印的钨组件已经开始商业化。国内外制造商早在五年前已经开发出适合于3D打印的钨粉和打印工艺，甚至已经有定制化的设备交付客户，因此足以看出钨的3D打印存在市场需求。 铂力特打印100%纯钨材料光栅 3D打印对于制造薄壁零件非常有效，这给CT机准直器的准直孔径角和形状带来了极大的制造自由度。国内很多制造商也多将可打印纯钨的最小壁厚作为重要的宣传参数。从报道来看，目前普遍实现的最小壁厚为0.1mm。 TWI展示的高度柔性、具有极大高宽比的 70μm 3D打印钨薄片，无疑将最小壁厚达到了新的水平，同时证明研究人员克服了包括微裂纹、应力在内的钨材料3D打印更多的难题。 LLNL利用模拟和监控技术进行了钨的3D打印研究 LLNL利用模拟和监控技术进行了钨的3D打印研究，指出钨零件的3D打印过程中出现微裂纹的确切原因仍然是个谜，但其3D打印工艺需要将优化机器参数与材料组成相结合，预热和控制打印室中的氧气水平对于降低应变速率非常重要，材料中的杂质浓度也有影响。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.激光成型高温难熔金属材料的种类及应用 2.欧洲8国21家机构携手推进多材料、多工艺协同金属3D打印 3.全球最大多材料混合增材制造系统发布，可打印金属和树脂 4.Fraunhofer开发多材料喷射系统：可同时打印陶瓷、金属等四种材料

此前有研究发现，重复使用的Ti6Al4V在电子束粉末床熔融工艺条件下的零件疲劳性能相比未使用过的新粉制造的零件降低了69倍，其原因是颗粒表面氧化导致零件内部出现了融合缺陷。在另一项研究中，采用激光粉末床熔融工艺打印的多次循环的镍基合金粉末，塑性和韧性出现降低现象。 考虑到粉末特性可能会影响零件质量的假设，以及工业应用领域的需求，3D打印材料的疲劳性能（尤其是超高周疲劳性能）研究成为增材制造研究领域亟待解决的科学问题之一。本期，3D打印技术参考分享奥本大学关于零件摆放位置和粉末重复使用对3D打印零件疲劳性能的影响研究。 粉末特性变化与对铺粉效果的影响 研究使用的粉末为17-4PH不锈钢，初始粉末粒度分布在15-45μm之间，以80kg的初始量进行15次连续打印。每次制造完成，粉末进行筛分并与未使用的粉末充分混合。分别研究零件摆放位置和粉末重复使用对零件拉伸强度及疲劳寿命的影响，研究所采用的设备为EOS M290。 打印试样布局：不同批次的样本数量分别为38个和18个，每次消耗粉末2.5kg和1.5kg 综合多家单位通过对IN718、Ti6Al4V、AlSi10Mg等材料的研究发现，粉末循环重复使用，会导致粉末特性发生变化，主要表现为： 细粉含量减少、粒度分布变窄、平均粒径增大，对于AlSi10Mg来说尤其明显； 颗粒的形貌也会变得更细长（部分研究发现）； 与未使用的粉末相比，循环过的粉末由于卫星粉的消失以及长时间高温暴露降低了水分含量，粉末团聚现象减少，流动性总体呈上升趋势 本研究的粒度测试的结果基本验证了以上结论，初始粉末的粒度宽度为45μm，第15批为41μm，粉末粒度变窄；重复多次使用的粉末相比初始粉末具有更小的颗粒间间隙，粉末流动性和填充状态得到改善。 第1、5、10、15批次的粒度分布 研究人分析认为，初始粉末由于含有卫星粉和大量细粉，颗粒间的摩擦力容易形成团聚，导致空隙产生，而细粉并不足以填充大颗粒间的空隙；随着粉末循环使用，极细颗粒和大团聚体减少，粉末堆积密度增加，粉末流动性和填充状态得以改善。为进一步验证结论，研究人员分别对粉体进行了压缩试验和气体通过实验。 粉体压缩实验显示，批次1粉体的可压缩性为4.65%，而第15批次为1.97%，这意味着初始粉末的可压缩性更强；气体通过实验也证明，气体更难以通过第15批次的粉末，这证明了其更低的空隙率。需要注意的是，粉体中的空隙会在打印过程中导致熔体中形成气体夹带。 气体渗透性测试，粉体上方的压强越大，渗透性越差 总的来说，粉末重复使用可以使铺粉更均匀、颗粒间间隙减小，这种变化增加了理解粉末规格如何影响零件性能的复杂性。同时粉末特性的变化，可能会对基板上不同位置零件的机械性能带来一些改变。 粉末特性变化影响铺粉效果，进而带来机械性能的位置性差异 对零件孔隙的观察发现，第15批零件的孔隙平均孔径和最大孔径尺寸均低于第一批次，这进一步证明了再利用粉末具有更好的填充状态，更少的空隙减少了零件孔隙的产生。此外，同批次基板左侧零件的气孔大小和数量都比右侧试样大，但是随着粉体的不断重复使用，这种差异逐渐减小，表明再利用粉末在铺粉时实现了更好的位置均匀性，这可以印证前面的描述。 第1批和第15批零件的拉伸测试结果显示，抗拉强度分别为1209Mpa和1193Mpa、屈服强度分别为1155 MPa和1138 Mpa，并未发生显著变化；两批零件的真实断裂应变分别为0.35和0.40，零件的微观结构也没有明显差异。研究人员认为，粉末多次使用对零件拉伸强度的影响可忽略不计。 第1、5、10、15批次的零件拉伸曲线 第1、5、10、15批次的零件拉伸性能数据 对疲劳行为的研究发现，粉末重复使用对于未进行机加工、具有打印态表面的零件几乎未观察到直接影响，这主要得益于表面粗糙度的保留；而对于进行了机加工的试样，在低周和中周疲劳状态下，连续重复使用粉末不会影响疲劳行为；然而，在高周疲劳状态下，第15批试样的疲劳寿命明显高于第一批。对左右两侧的试样疲劳寿命的研究发现，右侧试样的疲劳寿命与左侧试样相比要高，但这种差距仍然会随着粉末使用次数的增加而减小。 疲劳性能测试数据 研究人员认为，在激光粉末床熔融工艺中，不同位置试样的疲劳寿命的差异是由于不同位置粉末的铺展效果不一致造成的。由于粉末的流动性会影响铺粉的均匀性，基板右侧的铺粉效果要优于左侧，从而带来了更小的缺陷尺寸和数量，这有助于提高零件的疲劳寿命；而随着重复使用次数的增多，粉末流动性变好，疲劳寿命对位置的依赖性变小。 END 总的来说，目前已经可以判定粉末重复使用并不会对零件的拉伸性能造成明显影响，但会影响疲劳性能；重复使用导致的粉末流动性的改变是造成疲劳行为位置依赖性的主要原因。该研究也为粉末特性变化如何影响机械性能提供了一个新的视角。 吴鑫华院士在一次演讲中提到，打印参数的优化并不是一个静止的过程，如果要循环使用粉末，那么打印参数还要继续优化。本研究的粉末循环批次只有15次，实际的生产会比此多。 注：研究原文可在QQ群查询。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.金属3D打印工艺链对TC4粉末性能的影响 2.粉末可回收性因素对金属增材制造的影响 3.粉末粒度分布和微量元素差异造成的金属3D打印质量问题 4.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化

点阵结构一般是指由金属杆、板等微元件按一定的规则重复排列构成的空间桁架，具有体密度小、比表面积大、比力学性能高等特点。将其作为芯材的夹芯结构在爆炸冲击载荷作用下因结构动态失稳产生巨大的塑性变形并转化为热能，可吸收掉大部分的冲击能量，因而具有优良的缓冲吸能和抗爆炸冲击性能作用，其在坦克防护装甲和舰船结构水下抗爆方面均有应用。 电影中的点阵结构的防冲击场景 如今，点阵金属夹芯结构应用于轻质装甲以增加其抗爆性能的研究也开始增多。点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击问题是一个非均质材料结构在动载作用下响应的复杂动力学问题，关于点阵金属材料的力学特性研究正处于基础研究阶段，主要集中在点阵金属夹芯梁、板等结构的抗爆炸冲击和弹道冲击方面。 材料的微观结构对其吸收冲击的能力发挥着巨大作用。近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的研究人员发现了一种特别好用的结构，这种具有紧密空间的分形结构比固体立方体的冲击波消散能力强出五倍。这可能为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 3D打印的晶格结构的ct图像及三维重建 一些减轻冲击的材料利用孔隙率和分层结构来减小冲击强度，但传统的制造手段使这些材料往往缺乏结构控制，并且很大程度上需要通过反复试验开发。也有研究试图通过吸收能量的冲击驱动反应来减小冲击波的大小，但仍然需要具有尺寸稳定性和可定制机械性能的结构材料。 3D打印在材料结构控制方面的优势不必多说，来自LANL研究人员通过分形界面主导结构中孔隙的三维排列演示了冲击波的耗散。具有低至100µm自由表面间距的孔隙或自由表面的受控布置有望在适当的时间尺度上产生建设性的稀疏波前相互作用，从而减少通过结构的冲击波幅度。 不同的分层结构及防冲击测试结果 采用光固化工艺打印的点阵结构被以约每小时670英里的速度发射撞击器，结果发现结构化的立方体比相同材料的固体立方体对冲击的消散作用高出五倍。 然而目前尚不清楚分形结构是否是最好的减震设计。研究人员正在测试其他基于空隙或界面的模式，以寻找理想的结构来消散冲击。3D打印的点阵结构距离真正的装甲防护可能还有些距离，但其在体育用品上已经获得了应用，尤其是3D打印的减震头盔。 分割线 国外有研究人员分别测试了由惠普MJF工艺打印的PA11和激光烧结工艺打印的TPU材料的多种类型的点阵结构对撞击的缓冲作用。该项目获得了欧盟H2020框架计划的资助，其内容包括研究几种生成晶格结构的技术，并对这些结构进行测试，最终将其应用于在攀岩、骑行、滑冰等运动中的个人防护头盔。 研究团队设计和打印的几种点阵结构 动态冲击测试是采用5kg的圆形金属物体从1m的高度掉落到测试对象上，测试设备可以测量样品吸收的总冲击力。 不同结构的3D打印点阵防撞击测试 从测试的过程可以发现，不同结构的点阵对冲击的防护作用差别很大，研究人员需要从中选出最佳的结构。截至目前，HP、Carbon等公司均推出了基于3D打印工艺的点阵结构运动头盔。 最佳点阵结构 中国设计师开发的点阵结构运动头盔 不过，虽然点阵结构极具魅力和吸引力，但目前仍然有一些障碍使其很难用在实际生产中，尤其对于金属点阵结构。一个关键的挑战是要证明设计的性能可靠性，特别是在抗疲劳方面。由于点阵结构的表面和尖锐的交叉点很多，这带来了应力集中，在实际批量零件生产中如何解决这一问题存在一定的挑战。 另一个相关的问题是如何验证制造质量。点阵结构的复杂性使得难以通过传统方式检查，CT扫描确实提供了一种解决方案，但这种方法非常昂贵，开发简单有效的质量检测手段也是影响其应用的一大限制。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 2.北理工院士团队：3D打印几何缺陷对点阵结构力学行为的影响 3.3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 4.采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计

近几年，桌面金属3D打印技术的发展有些奇怪，凶猛的时候如惊涛骇浪，被圈内圈外的人广泛关注；但大多数时候，却又如一颗小石子扔进了湖水，只是溅起一点水花。时至今日，基于该技术的创业公司仍非常少，预想中的爆发似乎并未到来。 基于桌面的金属3D打印技术，最为知名的公司当属Desktop Metal，其推出的DM STUDIO系统第一批产品就卖给了谷歌，后续还应用到教育、消费品、汽车、能源以及重工业等行业。然而对于这些公司采用桌面金属3D打印技术开发了哪些应用，与SLM技术对比有哪些优势和不足，一直以来鲜有报道，本期3D打印技术参考对这些问题进行揭示。 Desktop MetalSTUDIO金属桌面3D打印系统 像大多数3D打印技术一样，桌面金属3D打印技术既可以用来做原型验证，也可以用来制造最终用途部件，这在实际生产中均有涉及。石油和天然气燃烧领域的产品专家John Zink Hamworthy Combustion近些年来将多种金属3D打印技术引入生产线，在产品正式生产前，所有设计都必须制作原型并进行测试，该阶段又必须用到金属打印。即便该公司拥有多种类型的金属打印机，但金属桌面打印机的运行成本比SLM打印机更低。自2019年安装Studio系统以来，该公司已经开发了很多增值应用。虽然这些原型中的大多数将继续通过铸造或机械加工来生产，但也不乏一些具有特殊结构的零件只能通过金属打印来制造。 Desktop MetalSTUDIO打印完等待脱脂和烧结的零件 该公司新近开发的燃油雾化器就是这样一款只能通过金属打印来制造的产品。最初的燃油雾化器是一个很小但相当简单的钢制部件，燃料和蒸汽在内部腔室混合，并通过圆形钻孔通道排出。这样的部件可以用调节比来描述燃烧效率，调节比越高表示燃烧效率更高。在最初的设计中，当船舶在港口或缓慢行驶时，机加工的雾化器在低负荷时的调节比为15:1。现有的燃油雾化器性能低于johnzink公司的预期，这促使他们通过改进设计来提高效率，而实现这些设计改进和效率提高意味着从机械加工转向另一种制造技术：金属3D打印。 为了提高雾化器的燃油效率，johnzink的团队首先提出了三种不同的设计方案，这些方案使用Desktop Metal的桌面金属打印机制作原型，并在现场进行测试，最成功的原型将被进一步优化改进。研究小组最终将雾化器与其底座合并，以消除接头处泄漏的危险，并借助计算流体动力学（CFD）模拟进行设计，以精细化通道。最终重新设计的雾化器采用了空气箔状的翅片，减少了零件材料使用量，而如果没有3D打印，这种几何形状将无法制造。 雾化器原有设计（左）与新设计（右） 燃料雾化器最终通过SLM技术生产，但结合金属FDM技术，John Zink更快地完成了最终设计，同时节省了开发时间和成本。使用SLM技术生产燃料雾化器需要8天，成本为1200美元；相比之下，金属FDM技术可以在5天内完成生产，成本仅为300美元。但是由于SLM技术可以一次性生产更大批量，因此使用该技术用于最终生产。 桌面金属打印与SLM技术对比分析 当然，基于3D打印技术的新设计主要目的在于提高燃油效率。实际上，采用3D打印制造的燃油雾化器的调节比为25：1，与原始机加工零件相比，燃油效率提高了67％；新设计还将每小时油耗从120公斤降低到38公斤。该公司估计，新的燃油雾化器每年可为每艘油轮节省90000美元至160000美元的燃料成本。 John Zink还发现了许多其他有价值的金属FDM技术的应用，如1967年就在生产的加力燃烧室组件和为美国海军3D打印的安全切断装置。金属FDM技术使公司能够以低成本有效地生产这些替换零件，同时避免了铸造或其他加工费用导致的生产延误。 美海军安全切断装置和手柄 除了为客户创造更加优质的产品，John Zink还作为科赫工业集团（Koch Industries）增材制造技术的领导者，来帮助向整个组织内部宣传和解释这项技术。更多像燃油雾化器这样的产品论证了3D打印技术的优势和创造更加优质产品的可能性，让其他组织部门思考该如何使用它。 分割线 除了能源行业的用户外，以福特为代表的汽车公司也在使用DM的studio系统进行原型设计，而且DM的打印机已经成为福特公司未来工厂的一部分。 福特公司也采用金属FDM技术进行原型制造 除进行原型制造外，桌面金属3D打印技术也被用来制造最终用途部件，如定制工具、夹具等。阿尔法精密集团（APG）以及联华电子公司（umc）也都采用该技术来生产冲压夹具、螺纹检验夹具以及装配工具等。由17-4不锈钢打印的零件拥有精确的细节和光滑的表面质量，不仅能够在极短时间内完成生产，还大大节省了成本，并减少了生产车间的停工时间。 APG采用桌面金属戴眼镜生产的装配线螺丝刀工具 除在汽车、能源以及其他工业领域的应用外，DM公司的桌面金属打印技术在教育和消费品领域也有覆盖。缅因大学借其办公室友好型的特点和价格优势推动3D打印技术的普及；奢侈品时尚品牌Jade Group则用其进行功能原型和各种工具的制造。 总之，以Desktop Metal为代表的桌面金属打印技术已经拓展至多个行业，无论是功能原型也好，最终用途部件也罢，相对于传统的激光增材制造和机加工，桌面金属打印确实具有更友好的工作环境以及低廉的设备成本。随着材料越来越丰富，相信国内同类技术的公司也可以开发更多的应用。 本期上传：金属桌面3D打印技术应用电子书。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.现场看懂Desktop Metal桌面机材料供给原理及工作过程 2.Desktop Metal金属桌面打印机---DM STUDIO解析 3.Desktop Metal 打印材料及产品总结 4.金属打印批量化竞争：SLM无支撑智能系统PK HP与Desktop Metal

材料学是对口腔修复学影响最大的学科之一，口腔应用材料学的发展，对口腔修复质量的提高具有不可取代的作用。 义齿制作用的金属材料可以分为贵金属、半贵金属和非贵金属三大类，其中非贵金属性价比较高，而且随着牙科材料的不断研发和改进，很多非贵金属的生物安全性和可靠性都在提升，其中钴铬合金、纯钛和钛合金是目前最常见的牙科非金属种类，也是牙科最常用的3D打印金属种类。那这三种金属在性能上有何区别？ 01 不同牙科金属力学性能对比 牙科金属材料的力学性能至关重要，因为制作出的义齿修复体需要在强度、硬度、塑性和回弹性方面满足相应的要求，才能安全可靠的应用在口腔修复领域。 为了更准确对比三种金属材料的性能，减少成型工艺对最终成型材料力学性能的影响。本研究选用目前市场上三种金属材料，统一采用激光选区熔化成型工艺，最后再对比成型后的性能。 力学测试件的成型照片 不同牙科金属材料成型后的力学性能对比 从以上对比表格可以看出，纯钛及钛合金的密度仅为钴铬合金的一半，属于轻量化的牙科金属；低密度的牙科修复体能够减少口内异物感；此外，钛及钛合金的导热性仅为钴铬合金的六分之一，因此, 牙科钛修复体具有保护牙髓、避免冷热刺激的作用。此外，TC4钛合金弹性模量与人体硬组织最接近，屈服强度又高，可发生的弹性变形要远超钴铬合金，在临床上就变现出良好的回弹性。 纯钛及钛合金都是常见的轻量化牙科金属材料，纯钛虽然具有较高的延伸率，可塑性较强，但是纯钛的强度和硬度较低，口内长期使用容易变形，固位力下降明显。而TC4钛合金相比纯钛，具有较高强度和硬度的同时，兼具弹性和塑性，更匹配口腔临床使用的要求，耐久性更好。 02 不同牙科金属耐腐蚀性能对比 金属材料长期处于口腔环境中，难以避免会有金属离子析出。因此牙科金属材料需要具有一定的耐腐蚀性，尽可能减少金属离子析出，减少安全健康隐患。 本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的耐腐蚀性。 其中重庆医科大学的文献《口腔用生物金属材料的耐蚀性能》根据不同材料的金属离子析出范围，将金属材料分成了三类，如表2所示，纯钛、TC4钛合金和钴铬合金都属于较少溶出量种类，7天溶出离子总量都低于9μg/cm2。 不同金属材料浸泡溶出离子总量 本文研究人员对3D打印的钛合金进行了耐腐蚀性实测，测试结果表明：在37℃、7天释放到指定溶液中的总金属离子为5.6μg/cm2，具有较好的耐腐蚀性，达到了贵金属的耐腐蚀性水平。3D打印技术参考在查阅资料时发现，中山大学孙逸仙纪念医院口腔科的研究指出3D打印的钴铬合金比铸造的钴铬合金耐蚀性更优；另有研究发现3D打印的纯钛比钛合金具有更好的耐腐蚀性。 03 不同牙科金属生物相容性对比 与生物相容性相关的因素主要包括材料对人体应无毒性、无刺激性、无致癌性和致畸变等作用。在体内正常代谢作用下，应保持稳定状态，无生物退变性，其代谢或降解产物对人体无害，且易被代谢。 本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的生物相容性。 其中文献《口腔金属材料安全性、相容性以及功能性的评价》研究显示钛金属及其合金材料耐磨损性能强、细胞相容性好、耐腐蚀性能强，是首选的应用材料，其次是贵金属合金材料和钴铬合金材料。 文献《钴铬合金与钛合金修复材料的细胞相容性研究》表明钴铬合金对HGF细胞具有一定的细胞毒性，而钛合金细胞相容性良好。 有关3D打印纯钛的生物相容性以及钛合金耐腐蚀性和生物相容性的研究 从上表的文献结果汇总也可以发现，钛合金材料在经过3D打印成型后具有较好的生物安全性。 04 结语 医用材料对于生物性能的要求极高，生物相容性是医用材料应用于人体后与机体之间发生相互作用，医用材料与人体机体对相互作用的反应能力能够保持相对稳定而不会相互排斥。 传统工艺制作的纯钛、钛合金以及钴铬合金已经是应用非常成熟的生物医学材料，在复杂及个性化医疗器械加工与制造过程中，也逐渐开始运用金属3D打印技术。两种工艺所制造的试件都具有良好的生物安全性，且在某些条件下，3D打印试件的性能更优于传统铸轧。3D打印技术不会改变材料的生物安全性，利用该技术的优势，纯钛、钛合金以及钴铬合金将在牙科及骨科等个性化医疗领域将会有更好的应用前景。如果非要说那种材料更好，只能说，没有最好，只有更好。 注：本文主要内容来自优材科技，3D打印技术参考整理补充，请审慎参考。本期上传：1.钛及钛合金3D打印医用产品的生物安全性2.3D打印纯钛与钛合金的腐蚀性能研究欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印在口腔种植领域的应用效果如何？ 2.隐形牙套3D打印过程及相关工艺 3.3D打印医疗植入物的应用现状及国内研究团体 4.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业

关键词：高度可重复，价格比PA12便宜，性能相近。 聚丙烯简称PP，是一种性能优良的半结晶聚合物，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，是世界上生产量第二大的商品塑料，在机械、汽车、电子电器、医疗器械、建筑、化工容器等众多领域具有广泛应用。 PP的优异性能决定了它会是理想的选择性激光烧结材料，尤其是其低廉的价格，使其在SLS领域极具市场价值。然而现实却是尼龙材料一直占据了聚合物工业3D打印的主导地位，我们在主流SLS设备及服务生产商的材料清单中根本找不到PP的身影。 01 聚丙烯激光烧结工艺存在的问题 在选择性激光烧结技术中，针对半结晶聚合物粉末，烧结窗口是一个极其重要的参数，烧结窗口宽窄即为熔体到固体的结晶相变过程的长短，决定了材料本身对预热温度的敏感性。烧结窗口越宽，对预热温度敏感性越低，意味着发生翘曲和收缩变形的概率就越小；反之，烧结窗口越窄，发生翘曲和收缩变形概率就越大。 烧结窗口窄是半结晶聚合物一大特性，进一步而言，烧结翘曲和形变收缩容易造成烧结具有复杂结构的不同制件或者同一制件的不同结构部位时容易产生应力不均，导致烧结制件性能下降。PP就是这样一种烧结窗口极窄的半结晶聚合物，有研究介绍PA12新粉的烧结窗口可以达到24℃[1]，而PP原料粉不到15℃[2]。 PP和PA12的DSC曲线显示出两种粉末的烧结窗口差异 这意味着PP分子链从熔融状态进入结晶状态的时间很短，大部分分子链来不及实现从无序到有序排列，当温度降低到固化温度时，取向排列被强制终止，造成烧结件的翘曲和体枳收缩较大，从而造成打印失败。 具有较宽的烧结窗口是表征高分子聚合物粉末在SLS性能方面最重要的参数之一，对烧结成型具有极为重要的指导意义，因此对PP粉末进行改性，拓宽烧结窗口也成为各方努力的方向。 02 EOS基于激光烧结的改性PP粉末 2017月，德国3D打印材料生产商Advanc3d Materials推出了AdSint PP flex，一种用于激光烧结的聚丙烯3D打印粉末。据介绍，该材料有“卓越的可塑性、高伸长率（29％）、低吸湿性和耐用性”。其回收率可达80-100％，与尼龙相比具有重要的成本优势。重要的是，该材料在多款SLS设备上打印成功。该公司在2018年被巴斯夫收购，后者推出了用于激光烧结的Ultrasint® PP nat 01。 巴斯夫PP粉末打印的产品 2018年，eos推出了PP 1101，官网可以查询到其抗拉强度为27MPa，在与PA12的对比中可以看到，聚丙烯的打印件具有更好的耐腐蚀性。 2020年1月，万华化学推出WANFAB® PP700N改性聚丙烯粉末。据称，该材料具有球形度高、粒径适中和粒径分布窄的特点，可有效解决翘曲变形问题，打印精度高；制品断裂伸长率可达20%，韧性较好。此外，特殊的助剂组合使得PP粉末具有出色的热稳定性，可多次回收使用，大大降低打印成本。 不同厂家出品的PP粉末打印性能 此外，在笔者查询资料的过程中发现，国内有单位利用高温诱导结晶法，成功将PP粉的烧结窗口拓宽至50.3摄氏度，同时优化了颗粒大小、形貌和熔体粘度，使之更加适用于SLS领域。 可以肯定的是，PP粉末确实引起了世界领先的化工公司以及3D打印制造商的兴趣，该材料的高重复使用性能在一定程度上能够缓解对尼龙材料的过度依赖。然而需要注意的是，截至目前仍然难以查询到PP粉末激光烧结的应用案例，即便是EOS在国内也没有过销售，在国外虽有用于汽车行业，但案例却不能公开。目前市售的改性激光烧结用PP的真实打印稳定性还需要更多时间去证明。 03 基于工业FDM的颗粒料聚丙烯 实际上不仅是采用激光烧结在打印聚丙烯时存在问题，采用FDM工艺也并不是那么容易。由于PP的收缩率较高，在打印过程中需要对原有打印设备做特殊改造，如底板温度、环境温度、喷嘴温度、底板材质等都需要根据PP特性做相应调整。因此，基于FDM技术的PP材料工业化应用并不简单。 近日，大幅面、高速3D打印机制造商Titan Robotics与巴西石油公司Braskem共同宣布推出了适用于工业3D打印的新型聚丙烯树脂。两家公司通过对新材料进行改性、调整结晶性，使其在打印过程中具有更强的层间结合力和较低的变形量，克服了传统PP在3D打印过程中遇到的挑战。 颗粒料PP打印过程 值得注意的是，Braskem曾与EOS子公司Advanced Laser Materials合作，并在此基础上推出了其首款PP材料。Braskem与Titan Robotics的合作则在2019年开始，目的即为解决聚丙烯在进行大型零件3D打印过程中遇到的挑战。Titan Robotics的Atlas-H系列打印机可以每分钟30,000mm的速度进行打印，这为PP材料在汽车、存储、化学和天然气领域的广泛工业3D打印应用提供了可能。 04 惠普基于MJF技术的PP粉末 今年6月，惠普联合巴斯夫推出了基于多射流熔融技术的新型高可重复使用的聚丙烯3D打印粉末。这种通用性强、且耐化学腐蚀的材料已通过惠普3D打印系统的认证，可在性能和成本之间实现平衡。 采用惠普MJF技术打印的PP材料车门除霜器通风口 惠普将聚丙烯PP材料视为其MJF 3D打印技术发展的新里程碑，因为PP的成本要比目前最常用的材料PA12低很多，最高可节省30%的花费，并且性能优异。为解决普遍存在的打印翘曲变形问题，惠普花费了大量精力来研究MJF技术与PP材料的适配性，通过与巴斯夫的合作，推出的新型PP粉末具有与注塑成型零件相同的性能，且可重复利用。 采用惠普MJF技术打印的PP材料风道 目前，聚丙烯已成为惠普公司产品组合中价格最低的材料。惠普通过跨界合作成功打印了汽车部件以及专业家电和工业机械零件，未来可能会涉足医疗、外包装等行业的应用。 05 结语 总结来说，业界看中PP的原因主要有三点：相比PA更低的成本、高重复利用性以及相近的工程特性。传统聚合物粉末材料的再开发与新型聚合物粉末材料的研发都依赖于粉末材料的制备工艺，这也是当前SLS成型领域的研究重点。PP作为传统通用型高分子聚合物，在SLS领域具有极高的应用潜力。 本期参考（已上传）： 激光选区烧结尼龙 12 的热氧老化机理及其微观结构、性能的研究 注：本文内容应审慎参考，谢绝转载至微信以外平台。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.EOS与惠普的批量化制造技术之争：LaserProFusion与MJF 2.惠普多射流熔融技术与激光烧结技术谁优谁劣，该如何选择 3.惠普：粘结剂喷射技术用于 TPU 3D打印与SLS对比 4.HP与Stratasys : 全彩3D打印 , 谁更具优势

本文以DfAM的设计思维分析SpaceX 龙飞船3D打印推力室的结构特点，以设计师的思考方式，系统梳理整个设计过程，并通过实际仿真切片和打印，验证其合理性，为想学习DfAM设计思维的同仁提供参考。 DfAM（Design for additive manufacturing)是一种设计方法，常见的定义是：基于增材制造技术的特点，通过形状、尺寸、层级结构和材料组成的系统综合设计最大限度提高产品性能的方法。 3D打印制造的龙飞船发动机 2020年8月，SpaceX龙飞船成功携带宇航员返回地球，商业载人航天时代正式开启。我们已经知道，帮助龙飞船实现逃逸功能的动力系统——飞船侧壁的8台超级天龙座发动机系统（Super Draco逃逸发动机），其推力室采用镍基超合金通过激光粉末床熔融技术制造而成，借助该技术的复杂制造和集成制造优势，将之前几十个不同零部件缩减为三个，保证了高压液态氧和高震动情况下的正常运行。与传统铸造件相比，3D 打印推力室具有优异的强度、延展性和抗断裂性，并极大缩短了整个发动机的设计和制造周期。 功能要求对结构设计的影响条件A：推力室本身属于压力容器，需要内部管道能够承受符合工况要求的管道压力分布。对于设计而言，就是需要保证足够的设计壁厚以承受工况压力，结合使用的材料参数，我们可以得出管道的最小壁厚尺寸要求。 条件B：该推力室运用于火箭当中，工作状态中外部环境复杂，核心包括振动影响和高温影响两个方面。对于设计而言，需要选用高温合金材料作为制造的材料，同时结构上，在满足管道压力分布条件下，还需要满足振动抗震性要求，设计上保证高刚度，在极限工况下也能保证推力室的正常工作，结合使用材料参数，我们可以得到符合火箭的极限工况的管道的最小壁厚尺寸要求。 条件C：推力室属于整个火箭动力系统的一部分，与其他部分连接的多个固定结构设计要达到整体对于该零件的强度要求，结合使用材料参数，我们可以得到相关的形位尺寸要求以及安装尺寸要求等。 在理解了功能要求对结构设计的影响以后，我们就可以得到整个零件的基本结构尺寸。包含：关键推力室尺寸、管道位置与长度、 壁厚尺寸，与其他部分的固定安装尺寸、总体大小等。 可以看出，这些设计信息只与设计的材料参数和功能实现要求的力学结构计算有关，与制造无关。在理想条件下，只要按照这些指标做三维设计，就可以保证结构的功能性实现。 增材制造工艺做结构的补充设计或调整该零件使用的制造方式是粉末床选区激光融化（LPBF）3D打印技术。虽然有粉末的支撑，但也需要考虑，分层与支撑生成两个关键工艺点。 工艺A：增材制造是一层一层制造，要保证压力管道受力的一致性，那么在主要受压结构上，需要考虑层的分布问题。对于设计而言就是——成型的方向。火箭的整个动力系统基本处于垂直放置的状态，垂直上受压，所以该零件制造时，放置方向也应该是垂直放置，而不是横向放置。 工艺B：自支撑结构+减重设计的融合 根据零件的放置方向和初步的设计计算得出的形状，能够得知在哪些地方会生成支撑，进而设计固定性结构。 对于管道，有两个方法可来避免支撑的产生：一是对于将本身水平放置的管道在不影响总体功能的前提下，调整到45度倾斜的方式，实现自支撑打印。二是改变管道本身截面形态，将圆形管道改成自支撑性截面，即使水平放置，也不会有支撑产生。 管道结构自支撑设计 对于固定结构，连接的法兰盘部分一般壁厚较厚，质量大，以传统设计方式，台阶面还会产生支撑结构，此时需要针对性的做改进，方法如下，但不限于这几种： 1. 大量的倒角圆角运用能够减少支撑的生成，同时保证强度，减少支撑。 2. 变壁厚均匀强度截面设计以满足强度的同时达到减重的设计。这一部分可以单独建模。利用拓扑优化软件，根据受力计算仿真获得优异的等强度截面，并运用到本体的设计中，不用整体所有结构都做拓扑优化。 固定结构自支撑设计 以上两步完成以后，对整体的设计细节要求做一遍检查，没有问题的情况下就可以进行制造了。由于这里是属于压力容器相关的设计，对于微晶网格结构的设计运用，以后在其他设计中再做讨论。 推力室中的自支撑结构设计综合以上的方法，我们来看看在SpaceX 3D打印推力室的设计哪些地方运用了自支撑设计的理念方法： 发动机推力室外部自支撑结构设计运用 在这个设计中，第3个是一个很有亮点的设计方式——3级等壁厚三角支撑肋板设计。该设计在倒角的基础上，通过3级等壁厚等腰三角肋板叠加的方式，在倒角的基础上，进一步减轻了重量，同时避免了支撑的产生。一个结构周期包含3个菱形和4个等腰三角形，是一个非常创新性的结构设计，可以减少大面积支撑下的自支撑结构重量，保证强度。某种意义上，这也算是一种网格设计方法。 3级等壁厚等腰三角支撑肋板设计 推力室中的自支撑结构设计验证以下是基于以上的全部分析，对根据已知的一些条件做了近似设计来验证该结构的设计可靠性。 发动机推力室近似验证设计 将模型转化，放入切片处理软件，可以看到切片的结果，只在末端固定处有少量支撑，考虑到实际设计时，内部复杂管道等，可能还是需要添加支撑，此时可以对产生支撑的局部做微小的设计调整，就可以避免支撑的产生。 加支撑与不加支撑对比 增加加强筋并无支撑打印实物打印验证 最后在增加了肋筋设计元素以后，以实物打印对比结果来看，已经实现了设计的功能要求，设计工作结束。 注：本文内容由林传春原创，3D打印技术参考稍作修改。联系方式：1209320732@qq.com欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.SpaceX正在招聘增材制造工程师，职责和要求有哪些？ 2.SpaceX龙飞船成功携带宇航员返回地球（附视频） 3.航天二院科技大讲堂—卢秉恒院士“航天增材制造” 4.LITHOZ 3D打印航空发动机陶瓷叶片型芯

2019年，美机械工程师协会电子制冷委员会（ASME K-16）和电气与电子工程师协会（IEEE）组织了一项大学生散热器设计挑战赛，获得通用电气的支持和赞助。排名前六的团队最终采用GE Concept Laser M2打印机来验证设计，由铝合金制造的散热器在受控条件下进行测试，以查看实际性能是否与仿真相当。 这一设计挑战赛使工科学生团队在考虑理论热源和实际尺寸的情况下设计可3D打印的散热器，旨在提高高性能电子设备的散热能力。比赛的评判标准为实际的散热效果、总制造成本以及生产所需要的原材料质量。 此前，3D打印技术参考曾对排名前列的设计进行过详细介绍。最终，来自普渡大学的设计性能好于预期，成本也低于最初预期，甚至最大限度地减少了材料的使用量，获得最终冠军。 普渡大学散热器结构 普渡大学团队的设计灵感来自于鲨鱼皮，它具有非常独特的表面纹理，其表面数以百万计的细小穗状突起（称为细齿）在减少阻力方面都发挥了作用，因此鲨鱼的游泳阻力很小。鉴于流体动力学定律适用于液体和气体，普渡大学的工程师在其散热器翅片上增加了类似细齿的形状，可以达到减少压力差（压降）和促进空气混合的效果。 工程师们还在散热器的正面和背面增加了涡流发生器。这些“旋流器”在设计主体中有意产生湍流，从而使空气之间的热传递最大化。最后，为了排出散热器中的热空气，设计人员在两个涡流发生器之间安装了“呼吸器”，它类似于人类肺中的气囊，能够从周围环境吸收冷空气，并通过穿孔的斜面将热空气排出。 普渡大学设计的散热器工作原理 在整体形状和材料分布方面，设计团队通过拓扑优化确定了散热器的设计尺寸和最佳的材料分布。散热器的一侧为平缓倾斜的“L”形，另一侧为凸出的“d”形，这使得气流回流并再循环，从而在散热器上停留更多时间。 该团队冷却技术研究中心的博士生Serdar Ozguc表示：“当今电子组件面临巨大的散热挑战，计算机和电话的尺寸越来越小，但消耗的电能越来越多。这些CPU产生的热量会影响性能，安全有效地散发才能保证产品的正常运行。拓扑优化的结果往往非常复杂而令人震惊，传统方法难以制造，而采用增材制造则可以轻松实现。” 一些先进的3D打印散热器结构 事实上，金属3D打印技术确实为散热器的设计优化和制造带来了更高自由度，3D打印用于散热器或热交换器的制造满足了产品趋向紧凑型、高效性、模块化、多材料的发展趋势，特别适合于异形、结构一体化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分复杂形状、点阵结构的加工，3D打印具有传统制造技术不具备的优势。 目前，从汽车、航空航天、能源到电子行业等都在尝试使用3D打印技术来提高热交换效率，而可用于散热器制造的3D打印材料主要有不锈钢、铝和铜。不过，该领域的关注焦点更多是先进结构的设计，这将是提高散热效率和体现3D打印技术优势的重点。 注：更多设计作品可查看延伸阅读。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.由GE赞助的增材制造设计挑战赛有哪些先进结构 2.GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 3.GE喷嘴真相：3D打印制造的仅是喷嘴头，但效益空前巨大 4.HRL使用高强7A77铝合金探索先进设计和创新应用