应用-3D打印技术参考-(第118页)    

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  • 3D打印​实现枪械等轻型武器装备的直接制造

    3D打印​实现枪械等轻型武器装备的直接制造

    零部件直接制造是近年来增材制造技术应用发展最快的领域,尤其是金属增材制造技术的发展,与传统制造相比在提高生产效率,降低成本等方面有显著优势,有助于实现武器装备的快速制造及部署。近年来,美军在采用增材制造技术进行枪械、轻型无人机等武器装备的直接制造方面取得了多项突破。 ▌快速制造出榴弹发射器 美国陆军于2017年成功打印出榴弹发射器,其中发射管和受弹器采用选择性激光熔融铝粉制造,触发器、撞针等其它零部件采用4340合金钢粉打印。除此之外,他们甚至还打印了40毫米口径的训练弹。出于安全考虑,研究人员对组装部件进行了测试性发射,并获得了成功。 3D打印的榴弹发射器及部件 该研究项目的任务是弄清是否可以用增材制造工艺来制造武器和弹药,3D打印的武器是否可以有效射击,而不是为了检验3D打印是否省钱或节省资源。未来,3D打印有望在短短几个小时或几天内实现对战士武器的改进和修理。 ▌直接制造用于侦查的蜂群微型无人机 自2015年开始,美国国防部战略能力办公室开始领导实施一项名为“微型无人机”的实验。实验中,战斗机会发射出一种3D打印的微型无人机,它们拥有情境意识和能力,脱离发射箱后能够根据实际战场情形发现队友并组成“蜂群”队形。 3D打印的微型无人机 微型无人机“蜂群”战术在电影中的展示威力无敌 微型无人机的机翼宽度仅约1英寸(约合2.54厘米),除了可由F-16和FA/18战机发射外,也可由地面投掷或像弹弓一样发射升空。“蜂群"队形,可用于侦查,也可对敌方实施一定程度的干扰。有咨询机构猜测,美国超级无人机技术综合了“3D打印+无人机+无线传感网络+人工智能”等技术。 ▌开发新型耐腐蚀两栖无人系统 美国约翰霍普金斯大学为海军开发出一种名为“耐腐蚀空中隐蔽无人航海系统”的两栖无人机,机身采用增材制造技术制造,具有构件数量少、机身重量小、接缝数量少和耐腐蚀性强等优点,可防止发动机进水,并可长时间浸没水中,具有良好的隐蔽性。 点击查看该无人机所使用的3D打印技术 END 目前,该应用方向主要开展了建立材料、工艺和性能数据库,提升设备传感能力,制定相关规范和标准,提高増材制造产品质量等关键技术研究。未来,随着增材制造技术的不断进步,有望实现各种复杂结构、复合材料的快速按需制造,并将成为武器装备制造的一个重要手段,例如枪械、微小型无人机、卫星、头盔、战斗部以及一些小型海上装备将采用增材制造进行直接制造。 欢迎转发联系笔者:2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738延伸阅读: 将电子器件打印至武器装备中,实现结构功能一体化 实现新型仿生/梯度结构设计,催生新概念武器装备 高温合金增材制造成熟用于武器装备核心部件高质量制造 突破发动机复杂系统设计局限,改进武器装备性能
  • 全球最大一体式3D打印火箭燃烧室,获美空军150万美金资助

    全球最大一体式3D打印火箭燃烧室,获美空军150万美金资助

    在全球民营航空航天公司中,美国一直走在前列,对新技术的大胆使用使其持续保持强有力的创新性。新技术已经成为航空航天初创公司快速脱颖而出的重要途径,于2017年成立的小型火箭公司Launcher即是如此。该公司致力于创建高效的火箭解决方案,并将3D打印置于其外太空事业中的关键位置,借助该技术开发的先进产品,使该公司获得了大笔融资和美空军奖励。Launcher3D打印的E2火箭推力室3D打印全球最大一体式燃烧室,获美空军150万美元奖金E-2火箭发动机是Launcher目前正在开发的用于小型卫星运载火箭的性能最高的发动机,它能够产生10吨推力,可将重达773公斤的卫星有效载荷送至低地球轨道,具有最高的有效载荷与火箭质量之比。Launcher E-2火箭发动机燃烧室是E-2发动机的关键部件。其高85厘米、直径40厘米,与喷嘴一起被设计为整体部件,具有更高的冷却性能,同时减少了零件数量和对装配的需求,最终通过EOS M4K(M400改进版)进行打印。该部件据称是以单个部件打印的世界上最大的液体火箭发动机燃烧室。Launcher E-2火箭发动机铜合金燃烧室E-2火箭发动机的首次大规模测试计划于2020年第二季度进行。Launcher Rocket-1火箭采用五个E-2发动机提供动力,发射第一阶段使用四个,第二阶段使用一个。为帮助加快E-2发动机的开发和测试,Launcher在2019年11月5日举办的美国空军太空与导弹系统中心(SMC)“Air Force Space Pitch Day”期间获得了150万美元的奖励,这是一项用于航空航天创新的资助计划。照片为此前获得75万美金时拍摄拓展阅读3D打印技术的应用可以减少发动机零件的数量,缩短开发时间,并且更加易于制造复杂功能集成的部件,Launcher 开发的3D打印铜合金发动机部件就集成了复杂冷却通道,这一设计将使发动机冷却效率得到提升。Launcher 测试3D打印的E1火箭推力室火箭发动机燃烧室的制造材料非常关键。用来打印燃烧室的铜合金材料均来源于经过验证的传统铜合金。2014年,NASA对其GRCop-84(Cu-8% Cr-4% Nb)实施SLM用粉改造,采用该牌号粉末制造的燃烧室可以产生高达2000磅的推力。2019年,NASA研究人员宣布成功完成GRCop-42(Cu-4 % Cr-2% Nb)粉末的改造和工艺开发,该材料旨在替代GRCop-84,它可以在保证同等高强度的前提下,大幅提高导热系数,而且它比当前燃烧室内衬用合金NARloy-Z(Cu-3%Ag-0.5%Zr)的导热率还要高。燃烧室内衬铜合金导热率比较(点击图片查看详情)发动机燃烧室复杂的冷却通道同样是制造的难点。传统的制造过程动辄数月甚至更长时间,并且容易导致不同部件的质量水平不同。采用3D打印制造带有复杂冷却流道的燃烧室,同时满足了对复杂设计、低成本和快速交付的要求。然而,基于SLM制造的发动机腔壁和内部冷却流通道表面通常较为粗糙,会造成热传递增加并降低冷却介质的流动效率,目前主要通过改进打印工艺或者在打印完成进行后处理来改善。3D打印的燃烧室双层夹壁结构通过3D打印技术制造整体式的火箭发动机是从事小型航天器发射的航天公司的技术聚焦点之一。实际上不只是国外,相信国内也在从事相关工作的研发,在一系列的展会期间,我们也曾多次看到一体打印的燃烧室部件。航空航天部门无法拒绝它兼具效率和经济性的制造特点,而一系列的测试也将其安全性不断向前推进。往期上传:NASA新材料3D打印工艺开发备忘录详细过程欢迎转发联系笔者:2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738延伸阅读:NASA新材料铜合金3D打印工艺开发备忘录3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量重点解析:铜材料的直接打印问题---广告--- 原文始发于微信公众号(3D打印技术参考):全球最大一体式3D打印火箭燃烧室,获美空军150万美金资助
  • HRL使用高强7A77铝合金探索先进设计和创新应用

    HRL使用高强7A77铝合金探索先进设计和创新应用

    今年10月,美国休斯研究实验室(HRL)开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料因使用锆基纳米颗粒作为成核剂,避免了7075和6061铝合金在采用激光进行打印时出现的易开裂问题,并可实现细晶粒微观结构,强度超过600 Mpa,成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。 自上月起,HRL已开始探索7A77的工业应用。NASA马歇尔太空飞行中心已经开始将这种材料应用于大规模航空航天零部件的生产。近日HRL 又与3D打印设计和工程软件公司nTopology以及航空航天制造服务提供商Morf3D合作,开发了一项能够突出7A77传热和流动性能优势的应用,这也是3D打印技术参考本期介绍的重点。 ▌采用生成式设计制造高强度材料 利用7A77铝合金的固有热导率,HRL及其合作伙伴为航空航天用户开发了一项经过专门设计的机油冷却器。在这种设计中,合金的高强度满足了关键的爆破压力要求,同时能以与常规AlSiMg合金相比更薄的壁厚实现更好的换热效果。7A77铝合金的高屈服强度使热交换器设计人员将交换器的壁厚减少了50%,有效地提高了传热性能。 由nTopology设计、Morf3D打印的7A77铝合金,回旋结构热交换器 nTopology是一家为高级制造提供下一代工程设计的软件公司,它利用计算建模平台定义了一个结构,目的是使其质量最小而表面积最大。借助强大的计算功能,nTopology能够生成比传统管壳结构表面积大146%的内抽芯结构(专业术语),通过将HRL的高强度铝合金与生成设计相结合,nTopology设计的冷却结构能够将传热率提高300%。 ▌满足材料和应用需求 nTopology最终的设计结果呈现的是一种拓扑回旋换热器,可最大程度提高零件强度,并使质量最小化,性能优于其他3D打印的铝合金。该案例也揭示了高强铝合金的一大应用特点,即材料强度更高,可减少零件制造的材料用量,因此重量更轻,性能也更高。 最终的拓扑回旋换热器内部结构 美国航空航天制造服务提供商Morf3D提供了热交换器的制造。其采用EOS SLM系统进行打印,为了展现内部特征,该公司将零件切开进行了分别打印,从中可以看出内部回旋流道的复杂性。 拓展阅读 近年来,铝合金金属3D打印在生产中的应用迅速增加,但仍有许多应用领域以低强度的AlSiMg系为主,无法满足目前对铝合金增材制造零件高强度的要求。此前,3D打印技术参考曾对国内外商用高强铝合金的现状进行过介绍。 空客公司针对航空用铝合金零件增材制造需求,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,室温拉伸强度520MPa,已经应用于A320飞机机舱结构零件的增材制造。今年,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%,基于该材料开发的航空散热结构件已成功替代传统采用钛合金制作的中温构件,并帮助法国某型号发动机实现瘦身。 当前高强铝合金的性能对比,(笔者逐一查询,具体成分数据上传至QQ群) 今年2月,国内航天科工旗下长沙新材料产业研究院通过添加稀土元素及化学成分调整、后处理工艺摸索等手段,成功研制出了一种高强铝合金粉末材料,其室温拉伸强度535MPa,屈服强度510MPa,延伸率为12%,在过去的几个月正在被国内某高端应用部门验证。8月,苏州倍丰吴鑫华研究团队宣布其3D打印的铝合金材料Al250C达到最高水平,其拉伸强度超过590Mpa,屈服强度580MPa,延伸率11%,制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小时的稳定试验,因此获得包括通用、波音、雷神、赛峰等多家航空巨头的重视。 3D打印的铝合金卫星支架 HRL高强铝合金的加入不仅仅丰富了材料种类,更代表了一种强大的应用趋势。从本文的案例中我们其实能够读出另一点意味,即国外针对新材料也在努力的寻找应用,不过他们会针对材料特点和应用要求进行产品的重新设计和制造,实现效能的进一步提升,这一点值得借鉴。 本期上传内容:HRL高强7A77铝合金详细研究资料往期上传内容:EOS AlSi10Mg、Scalmalloy、A20X详细数据文本以及上述材料的成分情况,吴鑫华研究团队关于高强铝合金的研究情况欢迎转发联系笔者:2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738延伸阅读:制约铝合金3D打印应用的六大因素及国内外高强铝合金的商用进展激光粉末床熔融技术的安全性:危害和行动建议粉末可回收性因素对金属增材制造的影响国内外采用3D打印直接制造飞机起落架的技术和材料
  • GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化需须受益于人工智能

    GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化需须受益于人工智能

    当前,金属3D打印对人的依赖性极大,一键打印的畅想仍停留在概念阶段。在不考虑零件设计的前提下,仅打印零件的摆放、支撑添加,打印过程中遇到问题的解决,均离不开专业人员的干预。而这些专业人员还须具备丰富的材料学经验,这无疑对技术普及应用带来了极大不便。 在近期于波士顿举行的人工智能峰会上,GE全球研究中心增材制造项目负责人Brent Brunell谈到,在工业金属3D打印的背景下,对AI的需求正在呈现日益增长的趋势,这一过程通常又与仿真相关。GE研究人员将人工智能与仿真结合,推进计算结果的准确性和有效性。Brent Brunell提到,这是金属增材制造实现广泛工业化的重要保障。 金属3D打印若扩展到工业水平,迫切需要更强大、由AI驱动的计算功能,然而这一实践在实际的操作过程中却遇到了困难。 ▌单个AI驱动的3D打印模拟仿真所需的计算能力是巨大的 以3D打印制造的航空发动机燃料喷嘴为例,其尺寸仅有核桃般大小,但其工艺仿真过程就可以生成36TB的数据。这是Twitter一天生成的数据总量的三倍,而且这些数据非常关键。Brent Brunell解释,金属3D打印与人工智能的结合,需要更快和更强的计算能力。 GE燃油喷嘴实际3D打印的部分(点击查看) GE的研究人员正在努力将AI集成到工业3D打印机和过程中,在下面的视频中,Brunell不仅演示了SLM工艺的实时打印过程,还演示了在减速1000倍的情况下金属粉末与激光的作用过程,从中我们可以观察到从粉末到熔体流动,到金属硬化,再到孔隙和凹陷的出现过程。 在减速1000倍的情况下金属粉末与激光的作用过程 GE研究人员在AI算法中集成了要衡量的所有因素,以确保每次都能获得正确的结果。目前,GE已经可以借助人工智能确定零件打印的正确参数,未来,GE希望提高计算速度和计算能力,实时处理打印过程中出现的问题。Brunell谈到,从数据上看,GE当前的计算速度为2KHz,而人工智能若在增材制造中产生更大作用,计算速度须提到到20KHz。这需要建立完整的生态系统,包括成熟的软硬件厂商的合作,以及多方位的交叉联合。 那么人工智能在增材制造尤其是金属3D打印中,能够产生哪些作用呢? 延伸阅读 ▌AI驱动,助力金属打印控形和控性,深入理解粉末熔凝过程 国内外的研究人员倾向于在金属打印中谈及控形和控性,它要求明晰激光与金属交互作用下的冶金、凝固、往复受热的全过程非平衡相变及组织演化行为,也要求对沉积过程中非均匀、多尺度、快速热-组织-应力耦合机制及变形、开裂机理进行研究。当前,很多研究人员正在使用包括声学、光谱学和温度监测等方法来了解激光熔融过程中每一层发生了什么。但是,这些有限的监测方法并不具备自动分析的能力,只能提供供操作员解读的数据。 叶轮上部分成功打印,下半部分打印失败,该研究旨在采用机器学习和人工智能分析零件打印失败的原因,并寻找潜在的提高打印质量的因素(研究内容已上传)人工智能与这些检测手段的结合正在使问题的解决变得智能化。机器视觉可以提取打印过程中检测到的特征情况进行自动分组,并在不同层次的分析中进行比较,直到完成图像创建所需要的所有信息。人工智能可以通过计算机内置的数百个预标记的训练图像识别不同的特征,可以整体性的识别和评估打印零件的质量情况,并能够给出零件微观结构、强度、抗疲劳度、韧性等数据信息。 ▌工艺适时调整,智能控制,或可成为可能 在过去的文章中,3D打印技术参考也曾详细介绍过EOS工程师开发大水平面无支撑工艺的过程,也曾对VELO3D公司的SLM无支撑工艺进行探讨,实际上这些技术背后都显现出了工艺调控下对人工智能的需求。 EOS相应模块的监控数据(点击查看) 所谓工艺智能控制,是指系统可以根据监控数据自动计算当前需要多少能量从而匹配工艺参数,它需要积累海量的数据用以学习和训练。 VELO 3D实现SLM无支撑制造(点击查看) 当前商业化的金属3D打印普遍存在工艺的唯一不变性,即在打印某一种材料时,零件的任何位置、任何一层,均采用同样的参数。无论打印过程中零件本身的状态是否过热,甚至是否出现缺陷,打印机总是输入恒定的能量,做出一致的操作。在人工智能的干预下,未来的机器将可以在检测到异常时实时调整工艺参数,自动修复缺陷,也可根据性能要求,在同一零件同一层的不同部位输入不同的能量,以获得不同的性能。 国内某知名大学开展的SLM与人工智能研究 很显然,如此智能化的打印机目前并未出现,但实际上相关的研究却早就开始了。在过去的几个月中,国内某知名大学已经联合金属打印机制造商开始了人工智能与激光粉末床熔融工艺的合作,国外卡耐基-梅隆大学、劳伦斯•利弗莫尔国家实验室等机构也取得了很大的进展。 复合材料和金属打印机制造商Markforged也在软件平台中集成了AI功能现如今,人工智能技术或机器学习正在进入制造业。模式识别软件和AI将成为现代工厂的关键。AI还将对其他领域产生重大影响,例如质量控制,缩短设计时间,执行预测性维护等等。在GE加入这一重大研究的情况下,相信未来的进步将会加快,智能打印机也未尝不可能实现。人工智能对金属3D打印的深刻影响,只是时间问题。 本期上传内容: 1. 激光增材制造基于图像的缺陷和熔池动力学研究 2. 使用机器视觉在激光粉末床熔融工艺中开展缺陷检测和分类的方法 往期上传内容: 1. materialise支撑、应力50分钟探讨视频 2. Velo3D智能化工艺控制问题50分钟视频文件 欢迎转发联系笔者:2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738延伸阅读: EOS对SLM大水平面无支撑工艺探索 VELO3D金属打印无支撑工艺的实现方式及意义 使用光学层析成像代替无损检测保证增材制造质量 金属打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法
  • 3D打印医疗植入物的应用现状及国内研究团体

    3D打印医疗植入物的应用现状及国内研究团体

    3D打印技术在个性化骨科医疗植入物领域的应用已经比较普遍,采用3D打印制作的的颅骨、下颌骨、肩胛骨、胸骨、脊柱笼、髋臼杯、膝关节、截骨融合器等均已在临床手术中获得了应用,部分产品已经实现了稳定的批量化生产。 由于3D打印骨科医疗植入物直接与患者的生命健康和安全息息相关,因此在做手术植入人体之前必须完成大量的研发试验,包括原材料的选取和测试、结构形式的确定、动物试验的验证、临床手术的实施等。经过多年实践,3D打印骨科医疗植入物在应用过程中积累了很多宝贵的经验。 由于巨大的市场需求,目前已有多家专业的3D打印医疗植入物器械供应商。从种类上来说,截至2017年底,FDA已批准了超过100个3D打印医疗产品,涉及近20个类别。 FDA在推动美国成为3D打印医疗领域领域应用方面发挥了巨大作用 现阶段全球生产的具有多孔结构表面的髋臼杯接近25%是采用3D打印技术制造的。意大利AdlerOrtho和Lima.Lto公司通过3D打印技术生产的带有小梁结构的髋臼杯己于2007年通过CE认证,美国Exactech公司生产的同类产品也在2010年上市。据不完全统计,截至2015年,就已经有超过30000名患者植入了3D打印的髋臼杯。 点击查看髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程 在国内相关领域开展工作较多的研究团体有:上海交通大学第九人民医院的戴尅戎院士、王成焘教授、王燎主治医师团队,复旦大学中山医院、上海十院蔡郑东教授团队,北京大学第三医院张克、刘忠军、蔡宏团队,北京清华长庚医院董家鸿团队,第四军医大学郭征、高国栋团队,西北有色金属研究院罗丽娟、余森、于振涛团队以及中科院沈阳金属研究所等。 3D打印在康复领域应用 上海交通大学第九人民医院在国内率先开展了3D打印医疗植入物的应用研究。早在1987年,他们就将CAD、CAM技术引入个性化假体领域,完成100多例人工关节置换,人工半骨盆置换,累计为96家医院提供了6000多植入物。王燎主治医师还与上海政法学院的汤啸天编审合作,提出了3D打印与医疗相结合的3项建议,即:(1)建立临床应用试点;(2)促进食品药品监督局(行政主管机关)、医院(研制方)与患者(使用方)签署三方备忘录,共担研究不确定性风险,共享科技创新收益;(3)开发特殊意外保险,为规避研发风险,共担收益提供了较好的参考建议。 3D打印医疗导板应用 复旦大学中山医院曾将3D打印技术应用于经导管主动脉瓣置换手术,为77岁高龄的主动脉瓣重度狭窄合并关闭不全患者实施手术规划及导航。此外上海十院蔡郑东教授团队已成功为近200多名病人成功进行半骨盆置换手术。 3D打印手术规划应用 北京大学第三医院张克等与北京爱康宜诚医疗器材股份有限公司合作生产的椎间融合器、人工椎体两个产品即将完成临床观察。此外,2014年8月他们打印并移植了首个3D枢椎;2015年9月首个3D打印人工髋关节假体也获批进入“量产”时代。北京清华长庚医院董家鸿利用3D打印模型实时引导重要管道分离和病灶切除,成功完成10例胆道癌症精准根治性切除。 3D打印口腔矫正、修复应用 除上海、北京外,第四军医大学在3D打印植入物方面也进行了积极的探索。2014年5月,西安铂力特与第四军医大学西京医院合作,为患者打印钛合金肩胛骨植入物、骼骨植入物、锁骨植入物;2018年,西京医院首次采用3D打印多孔生物陶瓷实现可降解人造骨修复高难度长段骨缺损,同时完成全球首例4D打印乳房重建手术。 4D打印乳房重建植入物 自2016年以来,第四军医大学唐都医院先后与西工大、西交大、铂力特、西北有色、上海九院等合作,完成钛合金胸骨置换21例,钛合金肋骨置换10例,治疗胡桃夹的血管外支架置百余例,另外实验仪器、手术器械以及手术导板、医学模型等打印共计500多例。 3D打印医疗植入应用 西北有色金属研究院罗丽娟等分别通过激光和电子束选区熔化技术制备出多种不同微孔结构和力学性能的多孔钛合金,并已成功制备出口腔修复用钛合金个性化牙冠植入体,对植入物的骨整合性能、生物安全性和体内长期稳定性开展了研究。中科院金属所与山东威高骨科材料有限公司合作,制备出具有骨小梁结构的多孔钛合金颈椎融合器和腰椎融合器,治愈颈椎和腰椎疾病已获取国家食品药品监督管理局医疗器械质量监督检验中心检验合格报告,相关的临床实验正在开展中。 END 本文所述的医疗应用团体无法覆盖国内所有,但从众多成果可以看出,3D打印在医疗植入领域发挥的作用越来越被医院和病患所能接受。通过定制化来满足病患个体的需求,快速制造来及时挽救生命,复杂制造实现了更好的治愈效果,这些都是3D打印为医疗带来的变革。当前,虽然通过国家认证的3D打印植入物数量仍然有限,但相关的标准和格则正在得到快速建立,3D打印将会给社会带来更多福音。 欢迎转发 延伸阅读: TOP:10种最具创新性的3D打印医疗植入体 医疗奇迹:3D打印如何改善我们的生活 3D打印在口腔种植领域的应用效果如何? 动画揭示:髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程 长按复制 联系笔者:2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738
  • TOP:10种最具创新性的3D打印医疗植入体

    TOP:10种最具创新性的3D打印医疗植入体

    在过去的几年中,医疗行业经历了3D打印应用的热潮,国外机构因此展示了世界范围内上最具创新性的3D打印植入物。从金属到非金属,从颅骨到髋关节,这些个性化的植入体满足了每个患者的特定需求。与使用传统方法相比,3D打印解决方案在设计、制造时间和相关成本方面都更为合适。本期,3D打印技术参考对这些创新应用逐一介绍。 ▌首款采用PEEK的3D打印锁骨植入物 2018年7月,昆明医科大学第一附属医院胸外科施云飞主任团队使用一迈高温3D打印机,实施了一例3D打印锁骨置换手术。由于该患者必须接受化疗,无法进行金属植入,医疗团队最终决定使用FDM 3D打印技术,并使用目前可用的最具抵抗力的塑料材料PEEK来制造植入物。手术后,医生发现患者的身体相比金属植入物能够更快的痊愈。该案例是世界上首次运用3D打印PEEK假体替换锁骨。 ▌3D打印一体式胸骨和肋骨植入体 2018年,英国一位患有胸部肿瘤的病人在接受手术时不得不被切除部分胸骨和三根肋骨。如果不植入假体,患者将无法生存。医院通过对患者胸部进行CT扫描设计了植入假体,并由雷尼绍承担制作任务。具有网格结构的钛合金不仅减轻了假体重量而且有利于创伤的快速愈合,良好的生物相容性也避免了严重的排异反应。该案例是首个在英国制造并植入患者体内的胸腔假体。 ▌为发育期儿童3D打印的下颌植入物 2018年4月,山东大学第二医院口腔颌面外科副主任来庆国为一名10岁儿童进行了3D打印钛合金“下颌骨”植入手术,经复查确认没有并发症,手术宣告成功。这是国际上首例低龄儿童下颌骨缺损3D修复重建手术。 该患者下颌骨植入体 据悉,该名儿童患有罕见的下颌骨肿瘤,伴随着肿瘤切除,下颌骨出现了大面积缺损。由于患者年龄小,无法使用自体骨移植,且患者处于快速生长期,植入体的设计特殊且复杂。医疗团队因此进行了详细的数据采集、测量及电脑设计,期间充分考虑儿童未来骨骼发育情况,最终完成钛合金“下颌骨”假体的3D打印。 ▌3D打印人工中耳听小骨,使失聪者恢复听力 2019年5月,被视为全南非最顶尖的耳鼻喉科医师齐夫拉罗和他的团队成功运用3D打印技术,为病人量身打造了结构完全一致的人工中耳听小骨,包括锤骨、砧骨、镫骨,并进行了移植手术。这项医疗创新成为全世界第一个为失聪者带来恢复听力希望的案例,3D打印医疗运用再创新纪录。 听小骨是人体中最小的骨头之一,图片显示的是真正的听骨而不是植入物 ▌3D打印重建上颌骨,拯救毁容 澳大利亚病人Anelia Myburgh由于罹患颌骨癌,最终被切除80%的上颌,仅留下两颗牙齿、部分嘴唇和鼻子的下半部分,患者虽得以治愈但因此毁容。2018年4月,Myburgh接受了世界首例3D打印上颌骨重建手术。医生通过定制的3D打印颌骨重建技术,采用钛合金框架承载移植骨,从而得以植入牙齿;并从患者手臂上取下一些皮肤用来制作嘴唇。患者最终恢复容貌,整个手术,仅花费3000澳币。 ▌钛合金多孔胸骨植入物 2019年5月,澳大利亚一位癌症患者在接受手术时不得不面临胸骨和部分周围组织的切除。这些操作近乎截肢,外科医生必须采用渐进的方式来取代患者的胸骨区域。悉尼皇家北岸医院的主治医生在了解到3D打印之后主动寻求采用新技术,最终采用电子束来制造了这枚钛合金胸骨植入物,并成功实施手术。它的主要特点在于形状特别复杂,需要完全的定制化。 ▌首款采用柔性聚酰胺的3D打印肋骨植入物 2018年,保加利亚一位病人同样因肿瘤面临一根肋骨的移除,须植入的肋骨需要与原始肋骨具有完全相同的尺寸。经专家会诊,医生决定采用3D打印技术来制作具有相同形状、曲线、宽度和厚度的肋骨植入物。 医疗团队首先对病患的原始肋骨进行了3D扫描和设计,并使用半刚性聚酰胺材料打印。之后,专业人员用环氧乙烷、伽玛辐射和高压灭菌器对其进行了消毒处理,并且在其表面钻上小孔以促进结缔组织快速增殖。最终的植入手术非常成功,患者恢复状况良好。该例是保加利亚完成的首例3D打印肋骨植入物手术。 ▌PEKK聚合物3D打印承重假体首次获FDA批准 2015年7月,美国Oxford Performance Materials(OPM)公司宣布,其3D打印的SpineFab VBR系统植入物获得FDA市场准入许可。这是有史以来第一个获得FDA批准植入的聚合物3D打印承重假体。此前脊柱植入物多采用钛合金,具有应力屏蔽效应,而PEKK具有类似骨骼的机械性能,并能够支持骨骼的生长。 ▌3D打印重塑大面积颅骨缺失 2017年,英国20岁患者Tiffany Cullern因脑部肿瘤接受手术,术后由于其他原因导致脑部肿大,并对颅骨产生了巨大压力。为了释放压力,医生切除了患者的一大块颅骨(12.7 cm),并最终寻求使用3D打印重建。实际上,患者等待植入物重建的过程长达三个月,这可能也与当时和当地的发展水平有关,在此期间,幸运的是患者创口并没有因此恶化。据悉,Tiffany植入的颅骨修复体由钛合金、高分子材料以及钙化物构成。 ▌第一个3D打印的植入物10年之后仍保持良好 与所有现代医疗保健创新一样,3D打印植入物的寿命目前并不可知。包括医生、材料科学家等在内的研究人员无法确定新型植入物是否会随着时间而发生变化。第一个3D打印的植入体要追溯到2007年,意大利外科医生Guido Grappiolo博士将3D打印的钛合金髋关节植入患者体内,在进行了10年的观察之后,这枚植入体仍然显示出良好的状态。 虽然传统的髋关节植入体必须每10-15年更换一次,但3D打印的植入物似乎具有更好的性能,佩戴者的并发症也更少,这就为患者免除了再一次接受手术的痛苦。 END 在笔者有限的认知看来,3D打印植入物涉及的材料从金属到非金属,种类很多,一些此前极少提到的钽、镁合金近些年也在得到临床实践;从性能方面看,3D打印能够制造出加快伤口愈合的结构,促进与人体本身的融合;从手术方面看,3D打印可以在术前就设计和制造完全适应患者本身的植入体,这大大节省了手术时间,从而提高了患者的治愈几率,并能够减少病人的痛苦。 本期上传内容: 《Materialise调研报告:中国制造业眼中的3D打印》 欢迎转发 延伸阅读: 医疗:PEEK相较金属植入物的优势与不足 医疗奇迹:3D打印如何改善我们的生活 动画揭示:髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程 3D打印医疗植入体的安全性、国内审批流程及存在的问题 长按复制 联系笔者:2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738
  • 3D打印实现制造轻量化(二):优化设计,降低材料使用要求

    3D打印实现制造轻量化(二):优化设计,降低材料使用要求

    在《3D打印实现制造轻量化:从材料到结构》的上篇中,我们介绍了轻量化的金属材料、碳纤维及工程塑料,并对这些材料的3D打印工艺和应用进行了介绍。本期我们推出下篇,即3D打印优化结构设计,实现制造轻量化的特点与意义。 ▌优化结构设计,降低材料使用要求 在经典的轻量化设计中,“通过替代材料减轻重量”一直是指导原则,因此,轻量化设计的附加值来自创新材料。然而,较轻的材料通常在采购、设计和使用方面都需要高昂的成本。现代轻量化设计会考虑整个系统,在概念阶段就已经专注于减轻重量。 赛车部件轻量化解决方案 采用优化设计的方法实现制造轻量化,不仅可以降低对材料的使用要求,还能减少昂贵材料的使用量,缩短加工时间。接下来,我们会介绍3D打印工艺条件下的结构优化方法以及在航空航天、汽车、医疗等领域的应用特点。 ▌轻量化结构设计方法 ●点阵结构大规模替代实体材料,减轻重量同时赋予结构功能性 在满足性能要求的前提下,采用点阵(网格)结构大幅减少了实体材料的用量,成为结构轻量化的重要手段。在传统上,金属网格结构的制造方式主要有机加工打孔和造孔剂成型,前者受到机加工条件的限制只能制造简单结构,而造孔剂造孔成型过程也并不完全可控。如今,增材制造技术极大释放了设计人员的自由度,网格结构设计的复杂程度也得以扩展,设计人员不必再过多考虑能不能实现的问题,而是哪种结构性能更好的问题。 点阵结构具有不同的胞元形状 网格结构的正向设计通过一系列的单元结构生成网格阵列,在实现轻量化的同时,填充结构的布局和设计又可产生隔振、吸声、吸能、传质等功能。组成网格阵列的单元结构也可产生不同的力学性能,关于最佳结构性能特征的设计特点以及提高网格结构可加工性和质量的设计规则也正在成为研究的趋势(研究详情请进QQ群下载)。 Materialise为Atos开发的轻量化卫星钛合金镶件(点击查看)网格结构的另一种设计方法是基于影像的反求法,主要应用于医疗领域。其原理是通过对自然骨的网格结构进行扫描,得到骨小梁结构的三维数据模型后,直接对三维模型数据进行修改设计,是基于逆向工程技术的一种延伸。这种方式设计的网格结构保留了生物网格结构的特征,但由于三角网格的数据非常庞大,对计算机的处理性能有较高要求。 基于人类松质骨CT影像数据,使用SLM技术直接制备具有类似人类松质骨结构的多孔Ti植入物,详情查看查看QQ群上传资料 ●拓扑优化为增材制造提供创新设计,增材制造为拓扑优化提供制造手段 拓扑优化是结构优化的另一重要手段,用于计算给定问题下最优的材料空间分布状态。一般而言,针对指定的目标,在给定的载荷、约束和边界条件下,通过拓扑优化算法可以在给定的设计区域内找到最佳结构配置。经拓扑优化后的零部件理论上可满足载荷需求,实现特定算法下的材料最优分布,可以获得在特定体积分数下的最优承力结构,从而实现结构的轻量化。 然而,拓扑优化的几何构型复杂,采用传统制造工艺制备非常困难,设计人员往往要基于制造技术及经验对优化结果进行二次设计,来满足可制造性,降低制造成本。这种做法往往会损坏结构的最优性,得到的结构性能甚至达不到已有构型。另一方面,受制于传统设计理念及制造工艺,结构往往仅进行宏观拓扑设计,并未充分利用结构在多尺度上的变化或者空间梯度变化所带来的广阔设计空间,使得产品性能提升非常有限。增材制造技术的出现,使得几何形式高度复杂结构的制备成为可能。著名设计专家程耿东院士提到,拓扑优化为增材制造提供了创新设计,增材制造为拓扑优化提供了制造手段。 ●创成式设计,突破设计极限,实现结构不断进化 创成式设计(Generative Design)是一个人机交互、自我创新的过程。通过算法,设计人员可以迭代数百甚至数千种不同的设计,而无需手工创建单个物理模型。通过输入不同的参数来创建多种设计结果,可以设置所需要的不同的应力水平、温度或湿度、零件可能在其工作环境中受到影响的其他因素,生成潜在的可行性设计方案,经过综合对比,筛选出设计方案供设计者进行最后决策。 通过创成式设计生成的轻量化丰田气缸盖 创成式设计可以帮助设计师优化零件强度重量比,可以模仿自然结构发展的方式,创造出最强大的结构,同时最大限度地减少材料的使用。而增材制造技术可以将复杂的设计变为现实,两者的发展正在改变着设计制造的模式。 ▌材料和结构协同制造,满足更高要求 在商用飞机、军机、火箭、卫星、汽车等领域,减重一直是永恒的话题。轻量化的材料+创新型的设计+3D打印,新模式为减重进一步释放了空间。材料和结构协同制造,使满足更高要求成为可能。 西北工业大学的研究团队调研了应用于飞机和航空航天结构设计的拓扑优化技术的最新进展。通过重新分布材料布局和相应的承载路径,拓扑优化已被认为是在航空和航天工程应用中最有效的设计工具之一。同时,航空航天结构工程快速发展中突出的大量技术难题也推动了拓扑优化理论的进步(研究内容已上传)。 传统的观测卫星天线支架由几个独立的部分通过柳钉结合,重量大、发射成本高。通过拓补优化和3D打印,天线支架减轻了40%的重量,比最低要求强度提高了30%,降低了系统成本和燃料消耗,并顺利完成静动态测试和可靠性测试,成为航天认证产品。在汽车领域,传统的车身结构及设计方法可能不再适用,取而代之的是创成式的优化设计方法,它既能减少零件质量,又能延长零件使用寿命。创成式的优化设计方法还能使车身零件数大幅减少,未来也会成为轻量化制造的有效手段。 宝马i8 Roadster软顶支架迭代过程及通用汽车采用创成式设计将8个零件集成为1个 点阵结构基于其强大的功能性,其应用覆盖高端领域和普通消费品。在点阵结构中,单胞排列可以是相同的,也可以是不同的;可以是均匀的排列,也可以是不均匀的排列;甚至可以是不同的单胞、不同的排列方式进行排列,结构可以是千变万化,对应的性能也是千差万别。 钛合金混合晶格结构 点阵结构医疗植入物 在医疗器械中,点阵结构不仅可以实现植入体减重,还可以促进人体组织的长入,加速愈合过程。在军工应用领域,点阵结构还可实现隔振、吸声、吸能、传质等功能;在消费品领域,点阵结构也广泛应用于运动鞋、头盔等产品的制造。 不同品牌不同点阵结构的3D打印运动鞋(点击查看) END 3D打印技术与制造的复杂性基本无关,结构优化能为增材制造提供创新设计,而增材制造则为结构优化提供制造手段,两者的结合实际上互相成就了对方,成为各领域结构减重、推出创新产品的新模式。 而优化的结构设计结合高性能的材料,再利用3D打印技术,采用最佳的工艺流程,就有可能实现产品的最终优化目标。 本期上传内容: 1.SLM网格结构类型力学性能及最佳结构设计特点 2.SLM直接制备近人类松质骨结构的多孔Ti植入物研究 3.西工大:航空航天结构设计中的拓扑优化 欢迎转发 延伸阅读: 3D打印实现制造轻量化:从材料到结构3D打印实现制造轻量化:从材料到结构 考虑极限特征约束的增材制造设计方法 3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计 长按复制 联系笔者:2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738
  • 增减材混合制造技术大幅提高武器装备生产速度

    增减材混合制造技术大幅提高武器装备生产速度

    金属增材制造技术在加工精度上与传统加工相比较低,因而受到极大限制。将增材制造与传统加工工艺有机地集成起来,成形件加工完成后无需后处理即可直接投入使用,大幅缩短了制造时间和生产成本,还可拓宽原材料范围,减少生产过程中切削液的使用,实现绿色加工。近年来,增减材混合加工工艺与装备不断涌现,在提高制造精度,增大制造尺寸、提高生产效率等方面取得多项进展。 ▌洛马公司建造世界首台多机器人增减材混合制造系统 几年前,洛马建成了世界上首台“多机器人增减材混合设备”,该设备由两个机器人串行工作,具备增材制造、减材加工和工艺过程监测、尺寸检查、热测量等多种功能,适用于多种材料加工,能够显著提升大型复杂结构的制造效率,降低制造成本。 洛马公司多轴激光束沉积打印机 洛马公司增减材制造的卫星燃料箱体 2018年,洛马公司使用电子束增减材制造技术生产了迄今为止最大的3D打印空间零件—卫星燃料箱体。采用该工艺,使部件减少了超过80%的材料浪费,并将总交付时间从两年减少到三个月,同时部件经过了严格的质量测试,使其能够承受严峻的发射和长达数十年的空间真空任务。目前,该部件已作为标准件用在了LM 2100卫星平台上。 ▌Fabrisonic公司开发出能在现有超声波增材制造设备中协同定位增减材单元的专利技术 2017年,美国Fabrisonic公司获得一项新的专利(源文件已上传QQ群),它涉及一种能在其已有超声波增材制造(UAM)设备中协同定位增材、减材单元的技术。该公司以超声波增材制造技术而著称,宣称此项专利进一步提高了其金属混合3D打印设备的能力。 点击查看3D打印“铣床”工作过程 新技术将超声波增材制造焊接头转变为一台标准数控铣床刀库中的一个工具,通过协同定位数控铣床中的焊接和铣削功能进行零件加工制造,成形速度可达245.8cm3/h,同时可提高加工精度,增大零件制造尺寸。 ▌GE公司大力推动增减材混合制造工艺发展 GE是与增材制造(AM)的进步最密切相关的主要“玩家”,最经典的当属LEAP喷气发动机的燃油喷嘴案例。2015年GE收购阿尔斯通电力公司后,还获得了通过Hamuel的混合增材制造设备来修复涡轮叶片的技术。 通过混合增材制造,GE提高涡轮叶片修复效率 该技术也是采用激光沉积焊接系统来实现增材制造,结合五轴加工、检验、抛光和激光打标于一体。特别是在修复磨损叶片和叶盘方面有着优秀的加工能力。GE采用该工艺不仅用于部件修复,还提升了部件性能。 END 目前,该应用方向开展的关键技术研究主要包括:零部件再设计、增减材混合制造系统开发等。随着航空航天等领域对高性能复杂零件需求曰益突出,如何兼顾零件复杂成形和高精度加工将受到广泛关注。未来,增减材混合制造系统将不断涌现,极大提高了成形效率和质量,将有力推动增材制造技术在批量化生产中的应用,将武器装备研制生产的周期缩短一半以上。 欢迎转发 延伸阅读: 武器:突破发动机等复杂系统的设计局限,改进武器装备性能 装备:实现新型仿生/梯度结构设计,催生新概念武器装备 将电子器件打印至武器装备中,实现结构功能一体化 大尺寸金属制造(二)--激光熔覆制造技术 长按复制 联系笔者:2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738
  • 惠普:粘结剂喷射技术用于 TPU 3D打印与SLS对比

    惠普:粘结剂喷射技术用于 TPU 3D打印与SLS对比

    今年五月,惠普发布新型工业级3D打印机HP Jet Fusion 5200系列,同时推出了由巴斯夫开发认证的新型热塑性聚氨酯—Ultrasint TM TPU01。新型TPU的推出为惠普现有的材料体系PA12、PA11、玻璃微珠填充PA12提供了补充,不仅拓宽了材料使用范围,更增加了应用方向。 ▌新型TPU的性能特点与应用 巴斯夫新型TPU专为惠普多射流熔融3D打印工艺而设计,是制造柔性和弹性部件的理想选择。该公司旗下的3D打印子公司B3DPS是惠普MJF系统的认证材料合作伙伴,通过优化粉末打印参数,增强了系统处理能力并加快了打印机的处理速度。 此前,TPU的3D打印成型方式包括熔融挤出和激光烧结,而惠普多射流熔融技术的成型材料主要为尼龙,该工艺能否打印TPU,打印的性能如何需要得到验证。作为惠普Jet Fusion 5200 3D打印机及Ultrasint TPU 材料的早期测试单位,Materialise一直致力于开发该材料的创新解决方案,并对其性能数据进行了测试。(Materialise测试的MJF工艺制造的TPU性能数据PDF文档已上传QQ群。) 据称,MJF用TPU粉末是一种具有柔韧性能的全功能材料,特别适用于生产耐磨和弹性部件,其灵活性与其形状恢复及减震特性相结合,适用于原型设计和制造应用,如夹具、密封件、鞋类和其他可穿戴设备。 3D打印的TPU减震鞋垫 此外,TPU为3D打印部件提供了复杂的细节和光滑的表面质量,同时还提供了出色的零件精度和强大的性能。 3D打印的TPU Kupol头盔 3D打印的TPU Kupol头盔内部 据巴斯夫称,Ultrasint TPU 01特别适用于生产晶格结构,具有“无限设计可能性”的潜力。它可以很好的用于汽车原型,如座椅部件,晶格结构改善了传统泡沫的舒适性和柔韧性。针对TPU晶格结构,惠普推出了带有集成蓝牙扬声器的弹性头枕、减震鞋垫、头盔等应用。 内置TPU晶格结构的部件 TPU晶格结构汽车头枕,内置蓝牙音箱 新型的TPU材料还可以用于挠性部件,如空气管道、复杂管道、柔性轮、骨科模型,以及其他功能和设计原型等。TPU本身为白色粉末,由于定影剂的作用显示为灰色,其表面质量非常光滑。 ▌EOS推出基于激光烧结工艺的巴斯夫TPU 1301 上月24日,EOS也推出了一款全新的柔性高分子材料TPU 1301,该材料同样是由巴斯夫3D打印解决方案公司B3DPS提供。EOS高分子系统与材料业务高级副总裁表示,TPU 1301具有极佳的回弹性、良好的耐水解性以及高紫外线稳定性,可广泛用于对弹性及易加工属性有要求的应用领域,该材料的推出是3D打印迈向批量生产的一大步。为了达到不同应用所需的弹性和相应的阻尼水平,这些属性可以通过结构设计和所使用的构建工艺参数来进行调整。 EOS 打印的TPU 1301拖鞋 目前尚无法查询到基于激光烧结工艺的该TPU材料的性能数据,但笔者查阅了国内某知名SLS工艺制造商的材料数据,其TPU材料的拉伸强度达到18-20Mpa,这一数据远高于materialise测量的基于惠普MJF工艺的新型TPU的强度(8-8.5Mpa)。两种工艺打印的TPU材料的详细性能数据已上传QQ群。 惠普MJF工艺打印的TPU鞋底 此外,笔者了解到,某3D打印鞋底制造商在查看了惠普MJF工艺制造的中底之后,给出的评价也并不乐观,与其基于SLS工艺的性能有差距。不过,我们更愿意相信,materialise提供的这些数据以及上述制造商看到的产品,都是基于惠普最初的工艺,也许新产品,会有很大改进。 本次上传内容共7个文件,包括: 1.巴斯夫3D打印材料性能数据,包含PA6、PP、PA11、TPU等。 2.巴斯夫3D打印解决方案 3.惠普3D打印材料系列、性能数据及应用 4.惠普MJF与SLS打印TPU材料性能数据表 欢迎转发 延伸阅读: 从先进制造的角度谈3D打印鞋垫的成本问题 3D打印特种材料汇编 先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来 EOS与惠普的批量化制造技术之争:LaserProFusion与MJF 长按复制 联系笔者:2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738
  • 高温合金增材制造成熟用于武器装备核心部件高质量制造

    高温合金增材制造成熟用于武器装备核心部件高质量制造

    高温合金通常的工作温度超过600℃,在高温下的强度、延展性、抗蠕变性能以及抗腐蚀能力都很强。对于高温合金零部件,增材制造技术不仅能够缩短生产时间、降低生产成本,还能优先考虑功能设计,非常适用于制备航空发动机及燃气轮机喷嘴、叶片、燃烧室等热端部件,以及航天飞行器、火箭发动机等复杂零部件。近年来,高温合金增材制造技术发展迅速,已在航空航天领域实现了多项应用。 ▌航空发动机采用镍基合金增材制造零部件 赛峰集团是航空发动机市场中涡扇发动机和战斗机发动机的主要制造商之一。该集团eAPU60微型涡轮发动机采用了增材制造的镍基合金喷嘴,并作为AW189型直升机的辅助动力装置的核心部件之一。 eAPU60涡轮喷嘴采用选区激光熔化3D打印工艺制造,采用镍基合金X代替传统上使用的铬镍铁合金铸件。传统的涡轮喷嘴由八个组件组成,通过3D打印允许将其切割成仅仅四个部件,使得喷嘴比原来轻了35%。采用3D打印技术制造涡轮喷嘴也缩短了开发时间,3D打印组件可以在几天内就完成制造。 XWB-97拥有有史以来首个最大的3D打印民用航空发动机组件 罗罗公司通过与英国制造技术中心(MTC)合作,在XWB-97发动机中采用3D打印制造了镍基合金前轴承座结构件,该部件直径1.5米、厚0.5米,大小类似于拖拉机轮胎。该组件并非整体,其包含的48个气动形状的叶片组件也是采用増材制造技术制成。 ▌巡航导弹等高超声速武器使用高温合金增材制造燃烧室   超燃冲压发动机是高超声速武器的源动力之一,其整个结构在工作过程中整体会处于非常高的温度状态,当飞行速度为6倍声速时,燃烧室温度达2700 K左右,进口处的温度甚至也达到1500K。 高超声速武器发动机再生冷却结构(点击查看) 如此高的温度普遍使用主动冷却系统,即再生冷却结构,其水力直径约2 mm,比火箭发动机的冷却通道尺寸更小。2016年,美国ATK公司采用激光粉末床熔融技术,实现了燃烧室的一次性整体成型,不仅大幅降低了设计与制备难度,而且有效提高了燃烧室的整体性能,而高温合金就是制造燃烧室的主要材料。 ▌增材制造镍基合金用于火箭发动机部件 2017年,美国洛克达因公司与美国空军合作开发了价值约1.15亿美元的AR1火箭发动机,旨在取代俄制RD-180发动机。 AR1火箭发动机采用3D打印制造了一种高强度、耐烧蚀性好的镍基超金属合金材料(Mondaloy200™),用于制造转子和流体之间传递能量的发动机部件,此前俄制RD-180发动机部件需要金属涂层,而这种新材料则无需涂层。 ▌空客部署高温合金大型工业级金属增材制造系统 2016年,西亚基公司向空客交付的电子束增材制造(EBAM)110系统,能够在打印过程中实时监测和控制,可用于许多金属和难熔合金,如铁、钽、铌、钨、镍和不锈钢等。 EBAM 110系统建造尺寸为1778×1194×1600 mm 从诸多报道也可以看出,当前电子束3D打印正普遍用于高温合金的成型,除了上述案例,最为知名的当属GE在近两年大批采购和使用ACRAM EBM打印机,其生产的钛铝合金叶片已经应用于GE9X发动机,相比传统使用的镍基合金轻50%左右,具有更加优异的强度重量比。 GE9X发动机低压涡轮TiAl合金叶片(点击查看) END 高温合金增材制造作为目前的研究热点与前沿方向,主要围绕钛合金、镍基高温合金、钴铬高温合金等材料开展大量技术与应用研究。该应用方向主要开展的关键技术研究包括:开发模型、性能预测、高温合金增材制造标准化等。未来,高温合金增材制造将成熟用于航空发动机、军用发动机、燃气轮机等装备,主要在燃气式、涡轮叶片、涡轮盘等核心部件的制造中使用,有望大幅降低武器装备的生产成本,缩短生产周期。 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读: GE9X发动机:多材料金属3D打印航空应用的集大成者 国内空天动力部门对3D打印高温合金的有哪些要求 突破发动机等复杂系统的设计局限,改进武器装备性能 发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程 长按复制 联系笔者:2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738