北京时间2020年5月31日03时22分，美国太空探索科技公司SpaceX用自家猎鹰9号火箭搭载“龙飞船”2号成功将两名宇航员送入太空，一级火箭成功回收。这是美国自2011年航天飞机计划结束以来，时隔9年再次成功发射载人飞船，SpaceX自此成为世界载人航天的第四位玩家，创造新历史。 本次发射的重要意义有两点： 自2011年美国航天飞机执行完最后一次任务退役后，美国失去了从本土出发的载人航天能力，只能依靠俄罗斯联盟号飞船前往国际空间站。SpaceX此次发射是非俄罗斯飞行器近十年首次进行载人飞行，不仅标志着美国载人航天能力的恢复，也标志着人类载人航天一个崭新时代的开始，SpaceX已独立并全面掌握了载人航天最重要的运载火箭、货运飞船和载人飞船等环节。 本次发射是NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”的组成部分。这意味着此次的发射成功正式揭开了商业载人航天的大幕！ 猎鹰9号火箭和载人“龙飞船”上的3D打印技术2013年，马斯克介绍了公司计划如何使用Leap Motion控制器，Oculus Rift虚拟现实耳机和高端金属3D打印机为其Merlin火箭发动机制造零件。2014年，SpaceX开始在太空飞行硬件上使用3D打印技术。当年1月，该公司透露，猎鹰9号火箭装有3D打印的主氧化阀部件，这是SpaceX首次使用3D打印部件。该部件在高压液态氧下正常运行，并且能够承受高振动和低温。 猎鹰9号运载火箭9台发动机布局 载人“龙飞船”由美国宇航局委托SpaceX公司打造，高约6米，宽约3.7米，共4个舷窗，可以搭载7名宇航员，具有可重复使用、乘员运输能力强、内部空间大等特点。龙飞船自备动力逃逸，飞船侧壁安装有8台超级天龙座发动机系统（Super Draco逃逸发动机），两个为一组，互为备份，一旦发现火箭出现故障，“龙飞船”能瞬间被弹向安全区域后返回地面。 龙飞船 值得注意的是，Super Draco发动机的关键部件采用3D打印制造，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，由镍基超合金通过激光3D打印制造而成，大大缩短了整个发动机的设计和制造周期。 马斯克公布采用3D打印制造龙飞船发动机 Merlin和SuperDraco发动机的开发对于SpaceX航天器的发展至关重要，它们成功的将宇航员送入了预定轨道。 在宇航服方面，此次载人“龙飞船”的宇航服重18斤左右，比普通宇航服减负1/3。外观为简约又大气的黑白拼接样式，大片感十足。黑色部分运用了聚酰胺纤维制成——弹性、柔韧性一流，这可使得宇航员不像以前一样被服装限制行动。白色部分运用了强化玻璃纤维制成，其特点为耐火耐高温，且抗酸碱性极强。 简洁的宇航服设计，科技含量无限 其中，宇航员的头盔使用3D打印技术定制制造，遮光罩、通风降温系统、耳机麦克风等都被隐藏其中，在保证安全可靠的前提下，不仅减轻了重量，也将成本压缩到极限。 宇航服对比 纳入Velo3D无支撑金属3D打印无论是在地球上还是在轨道上使用3D打印技术，SpaceX都没有丝毫放缓的迹象，并且专注于可扩展性和降低成本，这可能成为SpaceX工程学的一个重要组成部分。就在上个月，SpaceX的主要3D打印机供应商之一Velo3D暗示，SpaceX已开始将其机器用于特定组件生产，而这些组件在使用以前的技术制造时会遇到很大的问题。该公司进一步声称，SpaceX为火星星际飞船而开发下一代发动机的某些组件，将可能采用Velo3D的设备生产。 ‍Velo3D无支撑金属3D打印 与传统的SLM技术不同，Velo3D能够接近实现无支撑制造，实现在现有的金属3D打印机上无法制造的几何形状。其通过软硬件组合方案解决粉末床激光熔融技术所固有的许多挑战，包括设计限制、过程控制和一致性。此前已有霍尼韦尔等航空航天公司开始采用Velo3D的解决方案，SpaceX的大力加持，无疑证明了Velo3D的技术实力。 与传统制造方式相比，3D打印技术不仅可大幅度降低生产成本，还突破了传统制造工艺对于复杂形状的限制，它带来的是生产加工观念的革命性转变，对推动全球航空航天领域的发展起到了重要作用。 END SpaceX载人飞船的发射成功，对NASA也有着举足轻重的意义，预计一次载人任务的报价预计仅在1.6亿美元级别，单座位报价远低于俄罗斯和美国新一代飞船。曾经烧钱维持国际空间站载人航天发展的局面将得到一定改善，可节约一部分资金，支持更多商业航天发展，也为下一步着重从事的深空探测储备力量。 同时，随着世界三大载人航天大国进入新一代载人飞船同台竞技阶段，目前仅有美国和中国实现了共计三型飞船实际入轨测试，SpaceX的龙飞船、波音的星际客机(并未完全成功)和中国新载人飞船。但随着SpaceX实际载人任务的成功，美国在这一领域再次保持领先优势。不过需要说明的是，目前的SpaceX龙飞船主要定位于近地空间载人任务，和能够进一步执行深空载人任务的中美俄新一代主力载人飞船还有一定的技术差距。 注：本文部分内容参考太空精酿《SpaceX 首次发射载人火箭成功的意义与亮点》欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：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.梳理：新一代载人飞船试验船上的3D打印应用及技术来源 3.美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特？ 4.中国航天日 | 回顾2019年中国航天3D打印应用成就

2020年5月29日下午，中国载人航天工程办公室和中国航天科技集团有限公司在京举行新一代载人飞船试验船返回舱开舱仪式，与研制单位和搭载单位一道，共同见证搭载物品出舱。 此次搭载的货物达近千种，是载人航天工程历次任务中搭载物种类最多、重量最大的一次，其中包括陶瓷材料和纤维增强复合材料3D打印系统、3D打印的立方星部署器等。中国航天科技集团党组成员、副总经理杨保华宣布开舱，北京市方圆公证处对开舱仪式进行了现场公证。 在开舱仪式活动现场，载人航天工程总设计师周建平、副总设计师杨利伟，中国载人航天工程办公室主任郝淳，航天科技集团党组成员、副总经理杨保华等，向巴基斯坦驻华大使移交了搭载的巴基斯坦国旗，向阿根廷驻华公使移交了搭载的阿根廷国旗，向中科院空间应用工程与技术中心移交了陶瓷材料3D打印装置，向航天育种产业创新联盟移交了搭载的农作物、中草药等种子，向云南、宁夏和内蒙古移交了搭载的特色作物种子。 现场移交的还有时间触发控制电子系统试验装置、立方星试验部署器、采油微生物菌种和青少年科普试验物品等。 杨保华向五院502所移交搭载的时间触发控制电子系统试验装置。新飞船试验船在轨飞行期间，上述设备成功进行飞行试验。开舱之后，科研人员将对装置和数据进行分析，为后续科研提供支撑。 此外，五院研制的泄露碰撞检测系统和纤维复合材料太空3D打印系统也将在开舱后进行数据分析。 新飞船试验船返回舱开舱后，根据安排将取出“黑匣子”。这个“黑匣子”里面存储了涵盖整个飞行任务的大量数据，能够全面反映返回舱再入返回状态，是研制团队最期待获取的数据，对后续新飞船研制起到非常重要的作用。 新飞船的返回舱兼具载人和载货两种功能。此次试验船的返回舱，舱门右侧安装货架，能够验证部分载货设计技术；舱门左侧设有就餐区和卫生区，能够验证部分载人设计技术。 返回舱内的结构、材料都是为适应航天员长期在舱内生活设计、采用的。开舱后，设计人员将对相关区域进行检查，对微生物情况进行检测，为后续改进设计提供参考。 试验船返回舱开舱后还将进行首次返回舱返回后的加电测试，验证返回舱部分设备是否可以正常运行，为后续可重复使用提供相关数据支撑。 此外，新飞船试验船首次将高价值的星敏感器、星载计算机放入返回舱内带回地球，开舱后，科研人员将对这些设备进行检测，验证是否能正常使用，为后续可重复使用奠定基础。 中国载人航天工程立项实施至今，一直高度重视服务国计民生、提升综合效益。自神舟一号飞行任务开始，在历次任务中都搭载了具有科研价值或社会效益的公益项目，在带动科学研究、农业发展、产业升级和精准扶贫等方面发挥了积极的促进作用。 此次利用新一代载人飞船试验船飞行试验机会，搭载了有源科学试验、航天育种和空间生物实验，以及航天文化相关的近百个项目。 新一代载人飞船试验船，是我国面向空间站运营和载人月球探测任务全新研制的航天器，于5月5日由长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场发射升空，5月8日顺利返回东风着陆场，5月15日运抵北京。火箭和飞船分别由航天科技集团一院、五院抓总研制。 欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.梳理：新一代载人飞船试验船上的3D打印应用及技术来源 2.迄今为止集中力承载环境最“恶劣”的航天3D打印应用通过飞行考核 3.关键结构件3D打印技术在新一代载人飞船中的应用 4.重磅：我国首次完成太空3D打印

近期，EOS开发了新的Ti64增材制造工艺，该工艺与热等静压热处理相结合，可产生出色的疲劳性能。该项目的目的是在实际的植入物设计中突出并测试这些疲劳特性，并将结果与传统锻造的Ti64股骨柄进行比较。 此外，EOS希望尽可能地促进后期处理的可操作性，并在打印策略中考虑这一目标，其开发了一种无支撑设计方案，值得我们思考和借鉴。 首次在3D打印的植入物上测量到如此高的疲劳性能疲劳测试根据ISO7206-6的要求，对股骨柄的颈部疲劳特性进行5340N负载下1000万次循环测试。在这项研究中，对2个增材制造的股骨柄进行了测试，并且都通过了1000万次循环。这表明这些3D打印的植入物在疲劳性能方面至少与传统锻造的Ti64股骨柄性能持平。这是首次在3D打印的植入物上测量到如此高的疲劳性能。 下面我们具体了解一下EOS如何实现骨科增材制造的技术飞跃。 一种免支撑的工艺设计策略为避免添加支撑并方便从基板上取下植入物（零件），工艺人员在股骨柄下端周围设计了“固定件”。该固定件的主要功能是对抗刮刀铺粉产生的作用力，对植入物起到保护（为了获得最高的力学性能，使用了HSS不锈钢刮刀以确保最佳的产品性能和始终如一的铺粉性能）。 固定件和股骨柄之间没有连接，留有0.2-0.3mm的间隙 该设计的重点是固定件和股骨柄之间没有连接，而是留有0.2-0.3mm的间隙。通过DOE试验确定了理想的间隙宽度。间隙的大小是在易于拆卸和牢固防止股骨柄因刮刀摩擦振动之间的权衡。由于固定件、粉末和股骨柄之间的摩擦力，股骨柄可以顺利打印。 3D打印技术参考此前曾介绍过EOS“圣诞树无支撑打印”技术，本研究就是基于此获得的灵感。在实际应用中将这些创新想法变为现实是非常有益的（可点击深色字体查看）。 在开始打印之前，研究人员首先对设计策略进行了仿真分析，包括检查刮刀的碰撞问题、可验证变形是否在公差范围内以及热应力，最终确认该设计切实可行，不会出现任何问题。 EOS采用Amphyon软件对股骨柄进行预变形仿真在开始打印任务之前进行模拟分析可避免“试错”，确保高质量打印，从而降低成本并缩短交货时间。 优化工艺+热等静压，提高疲劳性能股骨柄使用 EOS Titanium Ti64 Grade 23级粉末，40μm 层厚的工艺参数，在 EOS M 290 上制造。M290是是市场被认证过次数最多的工业级增材制造系统，设备的可靠性和可重复性正是具备优异疲劳性能所必须的，任何缺陷都会显著降低疲劳性能。EOS将来有可能进一步优化工艺以进行批量生产，考虑到股骨柄应用的独特要求，可能会提高制造速度和稳定性。 结合优异的增材制造工艺和优化的热等静压热处理，成品最终获得了出色的疲劳性能。常规的热等静压热处理是为了改善铸件或类似铸件的质量和显微组织的力学性能。采用3D打印制造的产品质量远高于铸件，EOS 基于增材制造的独特微观结构专门开发了一套热等静压热处理工艺。 常规的Ti64热等静压工艺为在 920°C、100 MPa 下保温 2 小时，该工艺在不同领域广泛应用。EOS 开发的处理工艺是在 800℃、140 MPa 下保温 2 小时，该工艺与 EOS SLM工艺相结合，可实现1000万次循环中 795 Mpa 的疲劳强度。 最终植入物 零件的后处理也相当简单，它采用与传统制造的股骨柄相同的后处理步骤，因为无需去支撑，可直接对股骨柄锥形部位进行机加工，对股骨柄的颈部进行抛光，以实现最佳的疲劳特性。 在增材制造实际应用中可以实现锻件力学性能这一事实，是骨科增材制造领域的巨大飞跃。 本期上传：《缺陷对增材制造Ti6Al4V疲劳性能的影响》 欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.一种可在线切换喷头的高速柔性材料3D打印机 2..金属3D打印最优前沿(三)：大水平面无支撑工艺探索 3.VELO3D无支撑金属3D打印材料性能数据报告

在高性能材料FDM技术3D打印领域，远铸智能（INTAMSYS）一直处于国内领先地位，旗下多款产品远销海外，在航空航天、汽车、医疗康复等领域获得广泛应用，成为国内先进3D打印技术的优秀代表。5月25日，远铸智能继推出航空航天生产级别应用FUNMAT PRO 610 HT打印机后，又发布一款针对柔性材料生产的高速FLEX 510打印机，该设备主要聚焦体育用品、医疗康复器具、工装夹具等行业应用，可实现智能打印。本期，请跟随3D打印技术参考来了解这款打印机有何先进之处。 FLEX 510打印机的突出特点主要在于采用了特制高速柔性材料打印喷头以及独有的智能喷头库技术，可支持在线切换喷头，最多可打印四种不同类型或颜色的材料。 智能化设计，减少人工干预 FLEX 510采用主动自动调平技术（AALTM: Active Automatic Leveling），客户无需在调整平台参数上花费宝贵时间，同时也保证了打印产品的品质和速度，降低了使用者的技术门槛，尤其适合工厂技术工人操作。 FLEX 510采用主动自动调平技术 高速柔性材料挤出，突破生产效率瓶颈 FLEX 510受益于远铸智能研发的高速柔性材料挤出技术-HSFETM（High Speed Flexible Material Extrusion）, 解决了因柔性材料过于柔软引起的进给速度慢的行业难题，可使打印效率提升5倍以上。独立双喷头配置，可实现复制打印或者镜像打印，加上超快的打印速度，解决了3D打印用于生产的效率制约瓶颈问题。 远铸智能高速柔性材料挤出技术 智能喷头库，在线切换喷头 现有的FDM 主流3D打印设备一般为单喷头，双喷头或多种材料混型喷头，打印的模型最多只能兼容两种材料，无法满足多种颜色，多种材料模型的打印需求。 远铸智能INTAMSYS独创的智能喷头库技术（SXBSTM: Smart eXtruder Bay System）, 多达四个喷头的喷头库管理系统可以实现打印过程中的喷头在线任意切换，可同时打印四种不同的TPU材料或者四种不同的颜色，让整个打印在满足打印效率的同时呈现远超双喷头配置的效果。 智能喷头库，在线切换喷头 对于设计师来说，能够尽快实现并迭代设计，就可以更快的将产品打入市场，特别是对于产品迭代较快的体育用品行业。FLEX 510的创新打印技术便是帮助设计师和工厂很好的应对这些挑战的强大工具。 INTAMSYS FLEX 510打印的产品 INTAMSYS 市场总监费腾介绍，“INTAMSYS FLEX 510是增材制造行业又一突破性的3D打印解决方案，FLEX 510解决了柔性材料难以高速打印的行业难题，并聚焦行业客户需求，创造性的采用了智能喷头库技术，让设计和制造无缝衔接。柔性TPU材料结合了塑料和橡胶的特性，可以制造出具有弹性、高度耐用、可弯曲或压缩的部件，是运动装备设计，时尚设计和医疗康复应用的最佳选择。相信FLEX 510的推出必将加速行业设计与制造工艺创新，推动相关行业加速走向定制化智能制造。” 关于远铸智能（INTAMSYS） 远铸智能 (INTAMSYS)是一家快速成长的工业级3D打印设备制造商和增材制造解决方案供应商。远铸智能INTAMSYS 3D打印设备兼具智能性和易用性，可为多种高性能材料3D打印提供一体化解决方案。包括PEEK， PEEK-CF，PEKK， ULTEM，PPSU以及其他工程材料如TPU, TPE, PC，PA，PA-CF，ABS等。可完美应对小批量连续生产，并可为航空航天，汽车工业，工装夹具，医疗康复，研究开发等多种应用场景提供解决方案。获取更多信息：www.intamsys.cn 。欢迎拨打18321552075 陈经理咨询有关FLEX 510的产品性能和价格。 INTAMSYS独有的技术创新将给设计师带来无与伦比的设计自由度和灵活性，让设计与制造无缝衔接，加速推动3D打印走向批量定制化制造。 欢迎转发 联系笔者：2396747576; 技术交流和资料下载群：867355738；网址：  延伸阅读： 1.先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来 2.PEEK特种塑料应用实例及当前打印工艺 3.中科院空间应用中心碳纤维/PEEK复合材料FDM 3D打印研究取得重要进展

多年来，塑料和金属一直是3D打印业内最主流的材料，陶瓷3D打印技术的应用远没有其他技术那样迅猛。但陶瓷3D打印市场仍然发展迅速，其规模在2017年已经达到9800万美元，到2024年可能超过10亿美元。 此外，据SmarTech分析公司发布的最新《陶瓷快速成型零件生产：2019-2030年》显示，陶瓷3D打印市场将在2025年后迎来一个拐点，届时，一大批公司和行业将受益于该技术。本期，3D打印技术参考介绍的重点就在于这些将受益的行业。 光固化陶瓷3D打印技术的一般流程1.医疗保健医疗行业一直热衷于采用3D打印技术。增材制造的速度和多功能性是从假肢到植入物等一系列医疗应用的理想选择。 传统的医疗植入物制造方式既昂贵复杂，花费时间又很长。3D打印则提供了更加便捷、低成本、个性化的制造优势，而且陶瓷具有类似人体骨骼的多孔表面，在医疗植入方面能够达到更优异的治疗效果。 3D打印的陶瓷医疗植入物 与金属不同，陶瓷没有关于离子释放或腐蚀的争论，它们在软组织和硬组织中都具有长期稳定性。因此，陶瓷材料在制作长期看来尽可能自然的修复体时显示出显著的优势。 除了骨科植入物，牙科是陶瓷3D打印另一个重要的医疗应用。随着美学和性能要求的提高，陶瓷3D打印作为一种解决方案应运而生，可以满足牙科领域的挑战。它提供了新的设计自由度，同时可以克服标准陶瓷工艺的技术局限性。 牙科陶瓷3D打印 2.航空航天 高温陶瓷是一类应用到航空航天领域很有前景的材料：强度高、密度低、高温性能好，可显著减重、提高燃油效率、延长使用寿命，大大降低成本。陶瓷基复合材料（作为高温合金的替代物）以及先进陶瓷（作为飞机或者火箭发动机的高温结构组件）在航空航天领域具有重要的应用潜力。 GE在LEAP系列和GE9X发动机上大量使用陶瓷基复合材料 相比传统工艺，陶瓷3D打印可以更轻松地自定义零件。由于该过程是在添加材料而不是将其切除，因此制作独特的形状并节省昂贵材料的使用并不具有挑战性。对于需要高度专业化组件的航空航天工程，陶瓷3D打印是一项理想选择。 陶瓷基涡轮叶片 美国HRL研究室使用3D打印制造出的超强陶瓷材料不仅拥有复杂的形状，还能耐受超过1700摄氏度的高温。一些成熟的陶瓷3D打印公司则已经制造出了具有复杂结构形状的陶瓷叶片型芯、叶片、叶轮等产品。 3. 能源与电子 当前，电气和电子领域对采用3D打印生产复杂形状和微机电系统以及压电元件，这些难以用其他技术制造的元件越来越感兴趣。陶瓷不仅有助于提高系统的可靠性，它的耐磨性、电绝缘性和刚性机械性能使其能够在恶劣环境中（如熔炉中的传感器）正常工作。3D打印还可以使用多种不同的陶瓷材料，生产具有多功能性的定制陶瓷，从而满足不同的使用需求。 3D打印的无铅陶瓷材料可用于压电器件制造 3D打印的其他属性，例如构建具有定制孔隙率和成分产品的能力，正在促进其在基材制造、电子设备包装和陶瓷绝缘器件中的应用。3D打印的氧化铝已经用于生产电路和天线基板。在天体物理学中，3D打印被用于天线的碳化硅微波馈电喇叭开发，从而提高了通过空间传输的信号信噪比。 具有高质量的3D打印陶瓷产品 在光学和光电子领域，3D打印陶瓷可用于激光、医学成像设备和梯度折射率光学器件，以及滤光片支架、平移台、运动镜/镜头安装架等机械组件的生产。 此外，陶瓷3D打印还可用于生产锂离子电池、固体氧化物燃料电池和核反应堆的组件。 4. 汽车制造 陶瓷的硬度和韧性在汽车制造领域有重要应用，它能很好的平衡各种温度波动、振动，并能在潮湿和各种化学物质的环境下工作。尤其是氧化锆陶瓷，其优势在汽车上发挥的作用淋漓尽致，汽车的发动机、传感器、制动器、减震器等重要装置中都有涉及。 汽车上的高性能陶瓷产品 在汽车发动机舱中，采用3D打印可以生成各种耐热组件，如阀门和燃油泵组件，研究部门还可更方便的对耐热成分进行分析。这些部件可以降低发动机噪音水平，实现更高的效率并减少磨损。 在气体或液体回路中以及在发动机系统中，对存储、密封和滑环的要求特别高。在各种侵蚀性环境中，3D打印的氧化铝和氧化锆陶瓷能够耐高温并具有出色的耐磨性和高弹性。 3D打印的陶瓷产品 在排气阀门的应用中，3D打印的氧化锆陶瓷经受住了传统元件因为寿命短而失效的考验。由于其较低的弹性模量、高强度和耐磨性，出色的表面性能以及与钢相对应的热膨胀系数，氧化锆是3D打印制造排气阀的理想选择。 5. 军事和防御 同航空航天领域一样，国防部门也是陶瓷3D打印的领先采用者之一。陶瓷材料的高比刚度、高比强度以及相对于金属的低密度、高硬度和高抗压强度，使其在大到装甲系统、小到防弹衣上的应用非常广泛。 传统的陶瓷制造方法无法像3D打印那样快速或经济地生产定制零件。增材制造可使国防机构尽快生产出独特而有弹性的陶瓷件。2019年，美国陆军研究实验室就已在鲍鱼壳的启发下开发出了3D打印陶瓷装甲/防弹衣。由3D打印制造的碳化硼和碳化硅材料，具有梯度或内部结构，这是传统陶瓷成型技术无法生产的。 碳化硅陶瓷装甲 除了极强的机械性能外，陶瓷的耐高温性能可用于制造超音速导弹的高温部件。由于与空气的剧烈摩擦，高超声速飞行器的表面会产生极高的温度和压力，因此可以采用高温陶瓷制造整个外壳。3D打印的自由成型能力相比于传统成型技术更可以制造出形状复杂的零件。在上文中我们已经提到美国HRL已经开发出了能耐1700℃的3D打印陶瓷，此举获得美国空军相关部门的合作。 HRL开发的3D打印陶瓷耐高温达1700℃ END 陶瓷3D打印技术的发展在近几年可谓迅速，其背后的主要驱动力是对零件更高耐热性、强度和韧性不断增长的需求将金属推到了性能极限，而工业陶瓷则具有更优异的表现。陶瓷3D打印工艺和材料也更加多样化，此前昂贵的技术正在变得可以承受。 总而言之，陶瓷3D打印技术正在变得日趋成熟，那些最初采用塑料或金属增材制造技术的医疗、能源、汽车等行业，已经开始发展陶瓷3D打印，这也预示着，该技术的市场应用开始初露端倪。 本文来自微信公众号“3D打印技术参考”。谢绝转载至微信以外其他平台。欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：网址： 延伸阅读： 1.陶瓷3D打印技术汇总 2.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（陶瓷金属篇）

金属点阵结构，由于其优秀的机械性能和多功能性，被广泛用于能量吸收、热交换和结构部件。金属3D打印技术（SLM）在制造复杂晶格结构方面具有显著优势，目前已成为该领域的一项重要应用。然而该技术本身目前所无法有效克服的缺陷问题却极少在点阵结构制造中被重视，而且实际制备的试样和理想设计模型往往存在较大偏差。基于此，北京理工大学方岱宁院士团队的研究人员对其进行了深入研究。本期，3D打印技术参考对主要的研究内容进行介绍。 文章指出，研究人员往往采用理论分析、实验测试和数值模拟相结合的方法对3D打印的金属点阵结构进行研究，发现此类结构的力学性能主要取决于单元拓扑结构、几何参数、加载条件和制造工艺等因素。然而，大多数研究者在建立理论模型或有限元模型时，只强调拓扑结构与力学响应之间的严格关系，却忽略了几何缺陷的影响。 铝合金材料以及3D打印的实际点阵结构和模拟的机械性能 此外，一旦实验数据与模拟结果出现明显偏差，研究人员往往将其归因于制造缺陷。实际上，现有的几何缺陷也会对晶格的力学性能和变形机制产生重大影响，这在有限元模型的性能模拟中是不可忽略的。 3D打印的晶格结构和拉伸试样 北京理工大学采用X射线CT、原位压缩试验、统计有限元模型和数值模拟相结合的方法对3D打印产生的几何缺陷可能造成的影响进行了评价，分析了不同几何缺陷对点阵结构力学性能、变形机理和能量吸收能力的影响。 具有不同制造方向的点阵杆件的微结构 研究发现，理想实验模型的力学性能模拟结果与实验结果相比有很大差距，而如果把打印的晶格结构进行CT扫描，进而把提取到的几何缺陷引入到有限元模型中，再次模拟的结果则会与实际相吻合；此外，晶格结构中杆的厚度相比孔洞缺陷和杆件弯曲缺陷，对机械性能和能量吸收特性有更大的影响；水平杆相比竖直杆具有更多的随机几何缺陷。 理想和统计的有限元模型 总的来说，北理工的研究主要探讨了3D打印过程产生的随机缺陷对点阵结构性能的影响，拓宽和发展了有限元计算模型，所提出的统计有限元模型方法，能够更好地预测所制备试样的力学性能。如果能够将相关的统计有限元模型方法运用到实际计算中，将对结构安全可靠性的评估具有很好的指导意义。 注：方岱宁院士为国内材料与结构力学领域专家，北京理工大学先进结构技术研究院名誉院长兼首席科学家。主要从事轻量化力学超材料设计制备与性能表征、先进抗爆防护材料与结构等研究。研究原文已上传。欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：网址： 延伸阅读： 1.3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 2.3D打印实现制造轻量化：优化设计，降低材料使用要求 3.关键结构件3D打印技术在新一代载人飞船中的应用 4.新一代载人飞船实验船，实现60余件金属3D打印产品在轨应用

2020年5月8日13时49分，由中国航天科技集团空间技术研究院抓总研制的我国新一代载人飞船试验船的返回舱，在东风着陆场预定区域成功着陆！ 新一代载人飞船是面向我国载人月球探测、空间站运营等任务需求而论证的具有国际先进水平的新一代天地往返运输飞行器。此次试验船飞行任务的圆满成功，标志着中国新一代载人飞船已具备雏形，也标志着舱体结构、材料、控制系统等领域一大批新技术取得了重要突破。 其中重要的技术突破之一，是由航天五院总体部主导的超大尺寸整体钛框架设计及成型技术。超大尺寸整体钛框架结构全部采用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。 新一代载人飞船返回过程中，防热大底部位承受最恶劣气动力和气动热。防热大底框架结构就是气动力热作用下的最主要的承力部件。由于钛合金框架的尺寸超大，若使用传统锻造工艺造价极高。同时由于设计方案需要不断调整和迭代，使得原本就异常紧张的研制周期变得捉襟见肘。以航天五院总体部马彬为首的设计团队决定采用“化整为零”的思路，尝试采用激光沉积3D打印技术来实现“好、快、廉”的设计目标。该技术既能适应设计方案的快速优化与迭代，实现应对载荷分布的轻量化设计；又能同步开展超大尺寸钛框架3D打印工艺的研究，缩短研制周期，提高研制成品率，大大降低生产成本。 鑫精合激光科技发展有限公司是承担该防热大底框架增材制造工作的一家民营企业，集团董事长李澄介绍，高性能大型关键金属结构件制造可以说是金属3D打印技术的“鬼门关”，一方面由于零件尺寸超大，内部热应力也呈指数级上升，变形甚至开裂就成了金属增材制造技术的梦魇；另一方面凝固过程、冷却过程控制不住就会产生冶金缺陷，对于关键结构件来讲，冶金缺陷是绝不能容许的问题。 经过十几年的摸索和积累，鑫精合在激光沉积制造金属3D打印技术已经取得了重大突破，超大尺寸整体钛框架成功打印并应用，与其从设备研发生产到材料工艺参数研发的全面自主可控密切相关。本次打印过程中，鑫精合充分挖掘了国内自主研制的LiM-S2510设备的工艺潜力，配合强大的工艺设计和后处理能力，最终实现了该结构的无缺陷制造。下图为本项目采用的由天津镭明激光科技有限公司研制的LiM-S2510设备，其自主研制的工艺控制软件也在本项目的工艺实现过程中起到了关键作用。 目前，激光沉积制造技术正在越来越多的应用在航空航天领域，通过对增材制造技术认识的不断深入，我国金属制造业必将会发生本质性的变革。一是材料冶金技术将发生变革，体现在材料的制备及性能将摆脱传统冶金过程的原理性约束，实现非平衡、梯度、难熔等高性能新材料的智能制备，达到制造过程即是冶金过程的新境界；二是重大装备结构和性能将发生变革，结构件的轻量化、整体化等都将会达到新的水平；三是大型产品制造模式将发生变革，因零件尺寸原因带来的生产准备投入高、周期长等限制已获得突破，大型新产品的研制将可以实现快速、低成本、数字化/智能化制造。 新一代载人飞船返回舱的安全返回，意味着不计其数的新技术、新工艺正在中国人民的双手中蓬勃发展，意味着“中国制造”必将进入“中国创造”的全新时代，更意味着任何困难也不能阻止中华民族实现中国梦的伟大征程！

2019年，计算轴向光刻技术因为一篇发表于science的文章而引发关注。它采用一种完全不同的方式实现3D打印，在这个过程中，光从一个商用的DLP投影仪里射出，投向一个装有光敏液体且持续旋转的系统，在不到一分钟的时间里，物体就在液体里逐渐成型了。这个系统的核心就是CAL算法。 轴向光刻技术存在争议，也存在问题计算轴向光刻技术是受到了计算机断层扫描（CT）的启发，因为成型方式的不同，也被称为“体积增材制造”技术。这项技术的研究者加州大学与劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究团队申请了一项美国专利，然而类似的技术已由国内研究人员于2016年提出（PCT/CN2016/080097），因此引起了一些争议。此外，虽然这种方法理论上可以获得高分辨率，但与传统的DLP技术一样存在一些问题。 轴向光刻技术的原理 首先，该技术仅限于光敏材料，因而限制了制备多材料或微结构的潜力。在打印过程中，固化区域悬浮在液体中，通过加入高粘性或固体前驱体来减轻位移和几何错位。然而，这可能导致前驱体材料残留在结构中。 其次，氧含量的衰减和氧/抑制分子的扩散对该技术制造精度的影响有待进一步研究。目前研究人员提出了一种延迟固化时间的氧抑制方法。通过在打印材料中充分溶解氧或其他抑制分子，光引发剂产生的自由基优先与抑制剂反应，从而在目标区域中积累足够的光强度以确保固化。然而，在打印过程中，目标位置液体中的氧含量会衰减，因此非线性衰减对材料响应的影响需要进一步研究。在反应的最后阶段，目标位置的氧气低于阈值，材料迅速凝固。在这种液-固转换过程中，氧和其他抑制分子的反应机理还需要更多研究才能提高制造精度。 该技术打印的“思想者” 第三，光的散射和光学叠加影响制造精度。目前，通过加入染料可以限制入射光的波段，垂直入射可以降低光折射引起的模糊。然而，由于容器壁和液固界面的物理性质，入射光必然会引起一定程度的折射、反射和衰减。由于投影系统的焦距远大于打印体的直径，因此忽略了光路的这些变化。当分子聚集时，固液界面也会引起光路的变化，从而导致能量损失和成像误差。因此，为了提高打印精度，必须考虑这些因素。 在生物打印和再生医学领域有重要应用潜力尽管对CAL技术存在争议，但随着计算算法和光分析的改进，这项技术将产生更多技术突破，特别是在生物打印和再生医学领域。浙江大学的研究团队一直在进行角膜、皮肤和心脏贴片的3D打印研究，旨在开发可移植组织植入物来治疗疾病和损伤，如角膜病变引起的失明、皮肤烧伤和心肌梗死。 3D打印在生物打印和再生医学领域具有重要应用潜力 研究人员正在密切跟踪各种生物制造技术的发展，与传统的增材制造技术相比，计算轴向光刻技术在生物组织工程领域至少具有以下优势： 首先，CAL技术在液体材料制备组织或器官方面具有固有的优势。目前，至少有15种组织或器官可以使用粘性液体材料（骨、软骨、角膜、神经、肌肉、血管、淋巴组织、内分泌腺、子宫、卵巢、宫颈阴道组织、肺、气道、肝、肾）进行3D打印，其中角膜、肝、血管可以使用DLP技术。 瑞士和荷兰的研究团队采用该技术，仅几秒钟就“雕刻”出了复杂的组织形状 其次，CAL允许构建坚实光滑的表面，使大多数组织和器官的制造成为可能。例如，可以制造出表面光滑的透明角膜，并有可能移植到动物甚至人类患者身上。最后，CAL在所有其他3D打印技术中实现了前所未有的制作速度，显著加快了从制造到手术的过程。 计算轴向光刻技术增材制造技术的一大进步，它提供了前所未有的制造速度和分辨率。一旦适应生物医学的应用要求，这项技术将为组织工程和再生医学提供革命性的发展。 本期上传： 1.加州大学关于该技术的研究论文及专利 2.国内类似技术的专利 3.浙江大学关于该技术的探讨原文。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.生物组织工程技术的变革—体积打印技术 2.中国科学家如何采用干细胞实现血管3D打印 3.组织工程：角膜，也可以3D打印 4.3D生物打印的革命：会跳动的心脏，会呼吸的肺和会生长的骨

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央视网消息：长征五号B运载火箭于5月5日发生成功，此次在新一代载人飞船试验船上搭载了一台“3D打印机”，这是我国首次太空3D打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。   此次在试验船上搭载的是一台我国自主研制的“复合材料空间3D打印系统”，科研人员将这台“3D打印机”安装在了试验船返回舱之中，飞行期间该系统自主完成了连续纤维增强复合材料的样件打印，并验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。 据了解，连续纤维增强复合材料是当前国内外航天器结构的主要材料，密度低、强度高，开展复合材料空间3D打印技术研究，对于未来空间站长期在轨运行、发展空间超大型结构在轨制造具有重要意义。 太空3D打印技术可运用的领域主要有五个一是为载人航天器在轨制造替换零件，拓展航天器的寿命寿命，节约重复发射的成本； 二是材料的太空再循环利用，一台3D打印机可直接利用老化和废旧材料进行再回炉再制造，不必耗费新材料，甚至直接捕获太空垃圾制造零件，节约金钱的同时还很环保； 三是在轨制造在地面难以发射的部件，特别是物理尺寸较大的部件，如超大型光学镜头等； 四是技术足够成熟后制造整个航天器，虽然比较科幻，但理论上实现起来并非不可能； 五是利用其它行星建造基地，这点更为科幻，但只要获取足够打印原材料，给打印机配备一个太阳能电池板或者核动力装置作为动力源就可以持续打印建造基地。 太空3D打印技术面临的主要困难尽管如此，太空3D打印技术目前还面临很多挑战尚不成熟，主要的困难是： 一、太空环境复杂。太空处于微重力和零重力环境、无空气流动、昼夜温差大，对材料的加工精度，工艺和设备固定产生未知影响，相关的控制理论研究尚未完成。 二、质量管控难度大。加工流程和产品性能的监控都需要在太空环境下完成，与之配套的监控设备、内容、标准、方式还有待完善。 三、保障设施不完善。保障设施需要提供缓解外界压力的稳定平台，传输视频、遥控指令、状态监测等数据，必须针对不同的加工工艺提供不同功率，具备较高的自动化水平，这些都需要系统性研究。 四、人参与环节不可避免。3D设备的搬运、检查和调试、产品校验、软件加载等都需要人的参与，目前还不能做到完全无人化操作。 此次试验成功，预示着我国太空3D打印走向了一个新的发展阶段。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.3D打印在太空探索中的应用 2.航空中的碳纤维材料：不是金属，胜过金属 3.连续纤维增材制造技术或将颠覆航空复合材料结构生产模式 --广告--