近年来，随着设备制造商推动传统金属粉末生产商提供专为航空航天、国防和生物医学领域应用而设计的特种粉末，使得高端材料增材制造的成本持续增加。基于此，粉末的可回收性和循环使用就变得更加重要。在本篇文章中，3D打印技术参考将具体阐述在金属增材制造过程中，粉末回收与循环使用存在的一些挑战。 ▌了解粉末降解行为的差异性 在一个或多个打印周期后，不同类型的粉末会出表现出不同的性能变化。Inconel 718在循环使用过程中具有较好的化学稳定性，但在评估可重复使用性时会受到形态和流动性的物理特性限制。这些材料在较高温度下熔化时，熔体周围的材料变形并烧结在一起，这会使粉末颗粒变大并且不可用。而钛合金粉末则更容易吸收氧，粉末较高的氧含量会导致打印失败，因此，必须时刻关注粉末的氧化情况，其使用次数也会受到很大限制。 了解不同类型粉末的降解行为对于制定至今尚没有的粉末再循环性标准是重要的。 金属粉末多次循环使用后的降解情况 在一项高温材料可回收性研究中，研究人员通过对多次SLM打印循环的粉末进行分析，以了解对粉末和零件性能的影响。在多次打印过程中，附着在较大粉末颗粒上的卫星粉开始分离，形成较小的单个颗粒。同时，粉末颗粒开始熔合在一起形成团聚体，其中的颗粒破碎成不完整的细颗粒。所有这些都影响了粉体的流动性和堆积密度，使粉体粒度分布变宽并且粉末的氧含量增加。然而，在使用相同批次的粉末连续13次循环之后，粉末仍符合成分规范，满足可重复使用的要求（研究详情已上传）。 ▌两种方法提高粉末的可重复使用性 提高金属粉末的可重复使用性，需要确定合格的技术来修复不合格的粉末并使其可重复使用。目前一种比较流行的方法，是在每次构建之前将新粉与旧粉进行混合。它可以降低粉体中的氧含量，还可以调控粉末粒度分布、松装密度等物理性质。但是，目前尚没有确定的混合标准，用户多凭借经验来确定最佳比例，这些尝试通常根据使用的材料和制造的零件类型而有所不同。 另一种合理的修复技术是使用感应等离子体工艺，它能够将形状不规则、流动性较差的粉末通过送粉器送入感应等离子体中，利用高温使其迅速加热并熔化，形成液滴，在表面张力作用下团聚成球形，在下落过程中发生重新凝固，从而获得球形粉末颗粒。该方法可以改善粉末流动性和堆积密度等特性。 感应等离子体工艺处理前后对比 通过重熔和固化粉末颗粒来降低孔隙率，提高粉末密度，通过提高等离子熔炼温度和修改保护气体可以选择性的去除杂质提高粉末纯度。研究机构EWI已经使用这种方法进行了一些早期研究，但必须进行进一步的测试才能评估粉末修复的可行性。 ▌制定行业准则以提高可追溯性 在粉末修复技术方面仍有很多工作要做。例如，虽然新旧粉末混合可以降低粉体中总的氧含量，但粉体中仍旧包含具有高氧含量的颗粒，如果这些颗粒最终进入零件，则可能发生灾难性零件故障。一些研究表明，在Ti-6Al-4V粉末中，较高的氧含量会导致零件的拉伸强度降低。 在高端应用方面，制造商倾向于使用新粉末进行关键部件的的3D打印，从而保证制造部件性能的一致性并将风险降至最低，这种做法产生了大量的“不合格”粉末，代价高昂。随着增材制造生产和粉末消耗的增加，粉末可追溯性将持续受到关注，这将导致与增材制造过程相关的成本增加。 END 为了使3D打印材料在技术发展中可负担得起，最重要的是开发标准的方法，不仅可以对粉末进行翻新处理，还能对粉末进行鉴定并重新投入生产。目前国外EWI正在通过其增材制造协会以及ASTM AM卓越中心来制定指南，国内也有高校和研究结构进行相关研究，详细的研究资料已上传QQ群，另请关注延伸阅读内容。 欢迎转发 延伸阅读： 国内空天动力部门对3D打印材料发展的有哪些要求 粉末一致性对3D打印的意义 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 金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

传统的电子元器件通常是坚硬的，而柔性电子器件以其独特的柔性和延展性，在武器装备中具有广泛的应用前景。采用增材制造技术，将超薄的导电油墨等材料直接打印到柔性基底材料上，可实现武器装备的结构功能一体化。近年来，外军积极利用增材制造技术改进装备设计，实现结构功能一体化。 ▌将电子器件直接打印到武器装备上，提高装备性能 美国陆军尝试采用增材制造技术将电子器件打印至头盔、战服、无人机和火炮等装备上。研究人员使用喷墨打印机和电流传导油墨来打印电子器件。 3D打印的柔性电路板 3D打印的无人机电路板 这一工艺使工程师可将传感器直接打印至武器或一件衣服中。例如，将由银纳米粒子构成的无线电天线打印至一个灵活的聚酰亚胺衬底上，然后嵌入士兵的头盔中，取代目前附着在头带上的天线。或者，电子器件可打印至火炮旁侧，从而释放更多空间。 ▌开发新型3D打印可穿戴天线，可用于战场通信和监控等 印度军方开发出一种轻量、灵活和防水的3D打印天线，可以植入士兵们的军服中，该设计（由环氧树脂基板和薄铜膜组成）比传统的天线模型要更加灵活。 通过智能材料和结构实现功能性 3D打印天线长约3厘米，宽约4厘米，设定的工作频率在3.37 GHertz左右，可以嵌入纺织品，从而实现WiMAX（全球微波接入互操作性）应用。除了军事应用，这种天线也可用于远程医疗和环境监测。 ▌利用3D打印实现发动机叶片的监测功能 喷气式飞机的维护费时费钱，但将传感器打印到航空航天部件上的一种新的3D打印方法有助于优化这一过程。英国利用气溶胶喷射技术，能够将应变及光学蠕变传感器直接打印到喷气发动机压气机叶片表面上。 在涡轮叶片结构上直写传感器和电路 利用传感器的激光检测系统和光学测量功能，研究者们能确定10纳米内的元件蠕变。这使得人们可以实时监测叶片工况，有助于提高燃油效率和发动机工作温度，降低航空航天器维护成本。 END 目前，该应用方向主要开展了结构功能一体化设计、增材制造新材料开发、多材料3D打印等关键技术研究。未来，雷达、天线、探测器等电子器件将更多采用增材制造技术生产，而柔性电子器件的增材制造是未来发展的热点。此外，还将实现可穿戴式传感器、嵌入式电子器件的高效、低成本制造，大幅提升装备性能。 欢迎转发 延伸阅读： 阅兵式：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 外军：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

仿生设计往往具有复杂的几何结构，例如说蜂窝结构、复杂点阵结构、纤维角度和方向多变结构、弧面（波浪）型结构、混合材料及梯度结构等，通过传统制造方法难以实现。增材制造技术能够实现设计中的各种＂微结构”，在实现仿生设计、梯度设计等方面具有独特的优势。近年来，美欧利用增材制造技术实现仿生结构设计、梯度结构制造等方面取得了多项成果。 ▌开发仿生“传感羽毛”改善飞机性能 游隼是世界上飞的最快的鸟，能以非常陡峭的角度进行高速俯冲捕食，其生理机能表现出的机械性能，可改善飞机的空气动力学，提升飞机的安全性和燃油效率。 借助游隼羽毛特点，开发先进结构 英国BAE系统公司于2017年利用增材制造技术开发出“传感羽毛”，能够在飞机出现失速危险时提前预警，还可改变靠近飞机表面的气流，有效减少机翼遇到的阻力，提升飞机速度，未来有望用于战斗机等武器装备中。此项研究将为航空航天业带来真正意义的创新与效益。 ▌开发用于人体防护的仿海螺壳材料 2017年，麻省理工学院的研究人员采用3D打印技术成功制造出仿海螺壳的工程材料，并且进行了有效测试。海螺壳的内部结构非常独特，包含三个不同层次，导致微裂纹难以扩散，因此使其具有超强的耐用性和抗断裂性，它的韧性甚至能够达到珍珠层的10倍。 普通结构与仿海螺壳结构的力学实验对比 这种结构适合用于制备抗冲击防护头盔或人体装甲 采用3D打印技术仿制的海螺壳工程材料，防裂纹扩展性能是最强基材的1.85倍，是传统纤维复合材料的1.7倍，非常适合用于制备抗冲击防护头盔或人体装甲。研究人员表示，这种材料具有类似Z字形的矩阵，裂缝传播困难，采用传统方法很难仿制这种材料。 ▌利用增材制造实现可变形软体机器人 在光、热、溶剂、电场和磁场等刺激下，能够发生三维形状转变的软材料已经应用于各种领域，例如柔性电子器件、新型柔韧机器人和生物医学。 点击查看详情 美国陆军基于含有铁磁微粒的弹性体复合材料，并对结构、磁畴和磁场的信息进行编程，实现机器人的复杂形状变化，从而完成爬行、翻滚、跳跃或抓取等“动作＂，满足美陆军在机器人与自治系统研究需求。 ▌实现多金属混合火箭发动机点火装置 传统的火箭发动机点火装置会采用钎焊工艺来制造，既耗时又昂贵。其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。高昂的制造成本以及漫长的等待时间让航天发射对增材制造的关注越发迫切。 多金属混合火箭发动机点火装置，点击查看详情 采用3D打印制造带有复杂冷却流道的发动机点火装置，可同时满足对复杂设计、低成本和快速交付的要求。2017年9月，NASA成功测试了首台由铬镍铁合金和铜合金3D打印制成的火箭发动机点火器，突破了多金属增材制造部件的技术瓶颈。 END 目前，该应用方向主要开展了智能仿生结构设计、3D功能梯度材料开发、梯度结构增材制造、多种材料集成等关键技术研究。未来，将有大量采用仿生结构、梯度结构设计的新型武器装备问世，例如仿生飞行器、仿生潜艇、仿生软体机器人等。随着新材料开发以及多材料集成技术的发展，增材制造技术将在催生新概念武器装备中发挥越来越重要的作用。 欢迎转发 延伸阅读： 外军：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 3D打印磁性活化材料—赋予材料生命力 3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 阅兵式：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

近年来，增材制造技术呈现出持续快速发展态势，军事强国围绕增材制造技术进行研究攻关，加速推进其在各类武器装备研制与维修保障中的应用。随着制造工艺、适用材料、设备加工能力、技术标准等不断优化和完善，增材制造工艺将获得更加广泛的应用，并扩展到更多的武器装备及其关键零部件设计及研制生产中。 综合分析近年来增材制造技术的研究进展，以及外军増材制造应用的典型事例，可以预见，未来将在八个方面将取得显著突破，成为武器装备增材制造技术应用的主要方向。本期我们介绍第一方面：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能。 随着航空航天领域的发展，发动机等复杂系统的性能要求越来越高，产品研发难度也将显著增大，采用传统设计制造模式难以满足需求。增材制造技术在复杂系统设计及制造方面的优势将使其在发动机等装备研发生产中获得广泛的应用。近年来，外军已将增材制造技术用于火箭发动机、航空喷气发动机等复杂系统的制造，不仅简化了设计流程，并且实现了传统制造手段无法满足的设计要求，大幅缩短了生产周期，降低了生产成本，同时提升了武器装备性能。接下来我们介绍几个典型案例。 ▌实现世界首台电动液体火箭发动机快速低成本研制 2016年，美国火箭实验室公司开发出世界首台采用电动泵输送推进剂的液体发动机——＂卢瑟福”，其75％以上的部件采用增材制造，可3天完成生产。由于减少了燃气涡轮泵系统中大量复杂的管路、阀门，及燃气发生器等装置，可大幅降低复杂度和制造成本，提高可靠性，便于快速批量生产。截至7月份，该公司已打印了100台卢瑟福火箭发动机。 Rocket Lab首席执行官彼得•贝克与3D打印（EBM）制造的火箭引擎▌实现火箭发动机喷嘴创新设计 火箭发动机喷嘴的外部结构看起来简单，但其内部结构非常复杂。2018年，NASA马歇尔太空飞行中心采用激光直接沉积金属丝材（LWDC）的方法，实现喷嘴冷却液通道的精确封闭，同时在适当的位置形成支撑结构，实现了火箭发动机喷嘴的创新设计，将喷嘴的制造周期从几个月缩短至几个星期。 NASA采用LWDC制造的多材料复合再生冷却推力室关于该工艺及产品的具体研究资料已上传QQ群▌GE公司将增材制造技术作为发动机设计制造的重要手段 2017年，GE公司采用面向增材制造的设计和制造方式完成了T901-GE-900涡轮轴发动机样件的生产，该发动机中使用了大量的增材制造零部件，其中一个零部件是由原来需要51个子部件组装而成的，使T901发动机的重量降低了20%，经过测试，其性能也获得了提升。 阿帕奇和黑鹰直升机使用T901动力 END 目前，该应用方向主要开展了复杂结构件设计、面向增材制造的设计、蜂窝结构设计优化、增材制造可靠性提升等关键技术研究。未来，火箭发动机、航空发动机等复杂系统将大量采用增材制造设计和生产，并且更多的复杂系统将逐渐采用面向增材制造的设计，突破传统设计局限，实现性能提升和创新式发展。更多内容，请关注延伸阅读。 关于NASA采用LWDC制造的多材料复合再生冷却推力室的具体研究资料已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例 3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

在本次阅兵式上，陆军、海军、空军、火箭军和战略支援部队部分新型武器装备受阅，集中展示了70年来国防科技工业发展水平和军队建设的巨大变化。继朱日和沙场阅兵和海上专项阅兵后，首次亮相的新型武器装备比重较高。 参阅的武器装备有两大特点： 第一，所有受阅装备均为国产现役主战装备。其中包括我军部分新型装备，集中展现我军联合作战装备体系构成，比较充分地体现了我国国防科研自主创新能力。 第二，受阅装备信息化程度普遍比较高。具体来说就是，指挥控制能力更强，打击精度更高，战场适应性更好，作战效能更大。 轰炸机梯队 3D打印加速军机研发和发展壮大 先进装备的开发与制造，离不开先进的制造工艺，3D打印因受技术、成本的限制，难以取代大规模流水线生产，但其不需要模具，可实现从设计到零件的直接转化，完成快速、自由的制造，在武器装备的设计，复杂、昂贵部件的制造，以及维修保障等方面得到广泛的应用，是未来军事装备领域制造技术革新的关键。目前3D打印已在我国军机上得到广泛应用。 3D打印技术简化了高性能金属零部件的制造流程，从而极大的缩短了军用飞机研发制造周期。国防大学军事后勤与军事科技装备教研部教授李大光表示上世纪八九十年代，要研发新一代战斗机至少要花10-20年的时间，而借助3D打印技术，最少只需3年时间就能完成。 国内外军机研发耗时（前瞻网整理）3D打印技术可以用于优化复杂零部件的结构，从而起到减轻重量、增加使用寿命的效果。美国F16战机上使用3D技术制造的起落架，平均寿命是原来的2.5倍；据专家估计，F-22的钛合金锻件，如果使用3D打印技术制造可减重40%。 3D打印技术在优化军机零件结构方面的应用（前瞻网整理） 作为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造、应用的国家，我国第一款舰载战斗机歼-15、多用途战斗轰炸机歼-16、第一款本土隐形战斗机歼-20及第五代战斗机歼-31的研发均普遍使用了3D打印技术。 我国新一代军机普遍使用3D打印技术（前瞻网整理） 在歼-15战机上，其前起落架大型整体钛合金支撑框利用激光增材制造而成。之前需要螺钉进行连接的两个或者多个部件，通过3D打印技术一次成型，保证足够强度的同时，既减轻了重量，还降低了加工难度，目前已经累计飞行起降10000余架次，工作正常。而3D打印所避免的传统加工设备成本就超过5亿元。 中国空军歼-15 3D打印对飞机结构的减重起着巨大的作用，中国现有的3D打印技术已经可以打印飞机的一些承力框部件、航空发动机重要部件过渡锻等。中航集团沈阳所利用国内结构设计新技术、新型结构材料和新工艺将苏-27改进为歼-11B并装备部队，该机实现成吨减重，飞机结构强度和推重比明显提高，这里面，3D打印技术功不可没。 歼击机梯队 在运-20研制中，激光增材制造技术在7天内完成了6种机身/主起落架接头大型主承力构件的快速制造，确保了飞机如期首飞；成果被确定为飞机“降成本计划”的主要途径，主起落架支柱、翼/身对接框、尾翼悬挂操纵一体接头等8大类、28种大型复杂整体钛合金关键主承力构件通过工程验证考核并陆续按计划装机应用。 中国运输机 END 3D打印技术对于国防、航空等重点领域高端复杂精细结构关键零部件的制造起到了很大作用，为其提供了应用的支撑平台。除了本文中提到的战斗机、轰炸机与运输机，3D打印在武装直升机上同样有广泛应用，其中就包括大气数据系统部件的高复杂性和集成制造。展望未来，3D打印将继续作为未来制造业不可或缺的工具，对航空航天和国防工业的发展带来源源不断的推动力。 注：本文所述均来自网络公开内容，参考如下： （1）中国激光3D打印带路人王华明当选工程院院士 参与运20C919研制，观察者，2015.12.07 （2）《开讲啦》歼-15舰载机总设计师孙聪：不突破常规 就不是好设计师，央视网，2017.05.26 （3）2018年中国3D打印产业发展现状与市场前景分析 3D打印在军事装备领域得到广泛应用，前瞻产业研究院，2019.03.04 欢迎转发 延伸阅读： 国内空天动力部门对3D打印材料发展的有哪些期待 国内外采用3D打印直接制造飞机起落架的技术和材料 3D打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

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。三者相辅相成以实现最终产品的轻量化制造，而这其中产品结构优化设计和材料的优化设计具有广大的研究和开发空间。本期我们讨论的重点是3D打印轻量化制造的第一部分，材料和工艺。 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，但钢铁材料的比例逐年下降，铝合金、钛合金、镁合金、工程塑料、复合材料等材料比例逐渐增加。这些材料在汽车制造领域的应用尤其广泛，我们讨论的重点也在该领域。 ▌金属轻量化材料 铝合金 汽车上常见的合金材料大多为铝合金、镁合金。其中铝合金是现阶段应用最广、最为常见的汽车轻量化材料，曾有研究表明铝合金在整车中最多可以使用540kg，这样的情况下汽车将减重40%，奥迪、丰田等的全铝车身就是很好的例子。 目前铝合金3D打印材料种类主要有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi12等，其中AlSi10Mg几乎占据绝对主流。针对AlSi系列合金的力学性能不高，无法满足高强度要求的现状，目前开发出的高强铝合金有空客的Scalmalloy、英国铸造公司Aeromet International的A20X、长沙新材料产业研究院的AlMgSc系以及苏州倍丰的Al250C等。 奔驰汽车3D打印的铝合金恒温器盖 2017年，梅赛德斯-奔驰在制造业转型中迈出了重要一步：使用3D打印技术生产金属部件，其中就包括采用铸铝合金3D打印的奔驰卡车的恒温器。不仅如此，梅赛德斯-奔驰表示，该环节通过了所有严格的质量测试。 钛合金 钛合金的主要优点是低密度、高强度密度比和优异的耐腐蚀性，另外即使在温度升至500°C时仍能保持很高的强度。钛合金用于汽车与钢、铝合金以及镁合金相比的主要缺点是成本高，但其在汽车其他方面的应用具有轻量化的潜力，可用于制造悬架弹簧、排气系统等部件。 采用3D打印制造的布加迪跑车钛合金卡钳，重量由4.9公斤减少至2.9公斤 一个典型案例是布加迪对传统的刹车盘的设计优化，其采用高强钛合金代替传统铸铝，虽然材料的密度有所提高，但材料性能得到大幅提升，配合结构设计，最终通过3D打印制造的卡钳重量减轻了40%。除此之外，钛合金作为一种高强轻量化材料，在航空航天领域具有极大的应用空间。 镁合金 镁合金也是一种强度较大的合金材料，现阶段我们可以在汽车轮毂、离合器等部件上看到它的身影，尽管它比铝合金更轻，但在汽车上的用量却很少，从目前来看世界一流的汽车上镁合金用量也仅为10kg，而自主品牌汽车镁合金用量则更少，仅为3kg左右。想要大规模的使用镁合金，还需在技术和成本上有所突破。关于镁合金的3D打印应用，目前多见于研究，公开报道的案例非常少见。 镁合金在汽车中的应用 ▌非金属轻量化材料 碳纤维 除了合金以外，近些年汽车上也出现了一些新型轻量化材料，碳纤维就是其中之一。有研究表明，如果用强度可靠的碳纤维替代钢材，车身、底盘的质量将下降40%-60%，轻量化效果可见一斑。 多材料空间框架：铝合金+超高强度钢板+碳纤维增强复合材料 碳纤维目前无法直接用于3D打印，通常作为增强材料使用，包括基于激光烧结的短纤增强和基于FDM的长纤增强两种。将碳纤维嵌入到常规材料中，可以使部件强度提升几十倍，其强度重量比甚至超过很多金属材料。这种制造工艺更类似于新的材料设计，因此在轻量化方面有非常广的应用空间。 碳纤维长纤增强3D打印：左测基材，右侧增强材料 福特3D打印的碳纤维进气歧管 在2015年的托纳汽车耐力赛期间，福特采用碳纤维3D打印制造了赛车增压室进气歧管，部件的制造仅一周时间，从而为汽车开发工程师提供了更多的测试、调整和完善时间。除此之外，福特车队的赛车还包含众多其他的3D打印部件，为赛车的轻量化、快速制造提供了保障。此次比赛，该车队也赢得了冠军。 工程塑料 另一种轻量化的材料是工程塑料，多用于制造汽车内饰件、电器件、进气歧管、控制面板等部件，既可以用作原型验证，也可直接制造最终功能部件。武汉萨普曾采用尼龙材料打印了2*0.5*0.7m的大尺寸汽车仪表盘，可对抗高温和高频振动，研发周期缩短了47%，制造成本降低了54%，而且还实现了轻量化。 3D打印的尼龙材料2*0.5*0.7m的大尺寸汽车仪表盘 奥迪汽车3D打印一次成型彩色透明尾灯盖玻片 特种塑料的3D打印市场在近年来呈现增长趋势，这不仅体现在用于3D打印的特种材料的丰富，还包括打印设备、工艺以及应用的多样化。知名的特种塑料3D打印制造商还有Stratasys，其针对航空航天、汽车行业开发了专门的打印机和高性能材料，有的甚至已经获得了航空认证。 3D打印的汽车特种材料零件 特种材料的3D打印区别于传统的塑料打印机，它往往需要更高的打印温度和保温环境，在设备开发过程中往往具有一定的门槛。目前较为知名的FDM品牌有markforged、Roboze、Apium等，国内方面有一迈智能和上海远铸等公司。这些特种材料一般包括PA、PEEK、PEKK以及PEI等。 ▌轻量化材料与先进制造工艺结合 轻量化材料的使用必须与产品设计和制造工艺相结合，只有这样才能达到有效的目的。开发适应轻量化材料的新工艺不仅可以加速新材料在汽车上的使用，同时还可以降低材料成本，有利于扩大应用。据汽车界人士预测，在今后十年中，汽车自身质量还将减轻20%，除了大量采用复合材料和轻质合金外，新材料的集成制造工艺会显著降低车身部件数量，车身设计方法也将发生重大变化。 3D打印作为一种先进的新型制造工艺之一，受到了来自汽车制造商的广泛重视，它的优势体现在增量制造所带来的材料浪费损失的降低，以及集成制造带来的轻量化效果的大幅提升。即便3D打印可直接制造的材料仍然有限，但在轻量化材料直接制造方面似乎并未遇到太多阻力。 目前，成熟的3D打印工艺和材料受到了很多汽车制造商的重视，大众、福特、宝马等汽车厂商均设立了包括增材制造在内的先进制造中心，这无疑为汽车的轻量化制造带来了更多机遇。 欢迎转发 延伸阅读： 奥迪实现高效3D打印产出的应用经验 大众汽车：在生产线上使用3D打印机进行车辆生产 福特汽车：借助3D打印技术重塑汽车生产线 FDM 3D打印技术如何助力汽车行业应用 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

一双运动鞋究竟能有多贵？坎爷（Kanye West)和阿迪达斯（adidas)联手发布的运动系列Yeezy刷新了我们对于鞋子的认知，一双普通款也要将近2,000元，联名款、红椰子、限定款则动辄上万。仿制的巨大利润使得高仿的Yeezy鞋从福建、广东及越南等地不断流入市场，真伪核验成本又极高，一直是困扰adidas公司的问题，而Futurecraft 4D将可能在当下解决这一问题。 无法复制“未来”？ 2018年3月Adidas正式发售10万双 Futurecraft 4D跑鞋，每双价格为2,600元。与以往技术所不同的是，这次的鞋底采用了硅谷3D打印技术的独角兽企业Carbon的CLIP技术进行生产。 Futurecraft 4D 10万双发售后很快售罄 “现在主要的生产在常熟工厂，我们和adidas有协议，同时adidas也是我们的大股东，所以没有办法销售给其他鞋类企业”，一位Carbon的高层人士告诉TCT。“目前我们的设备还没有供给其他国内企业，就算有的话，也很难出现仿制，因为打印的整个过程是需要联网操作的，材料需要使用我们的材料，打印制作的参数全部存在云端，只有打印时候才会将这种材料的参数下载下来，而同时打印作业也需要上载模型到云端，一旦发现鞋类的相关产品打印机可以进行设备停机。双重保障之后，就算有厂子可以从其他渠道拿到生产设备，也没有办法生产鞋底。“ 视频Carbon 3D打印宣传视频 “高仿“不再有 随着futurecraft的上市，仿制款也悄悄地开始进行开发，之前运动鞋行业就有传言2018年年底就会出该款的版型，不过时至今日还没有看到高仿的踪迹。目前在某网上平台上搜索得到近似的仿制产品，价格仅仅为60元左右，在产品示意图上完全照搬了adidas的鞋底设计。 拼*多的网络图片 实际到手后仔细观察以后则会发现这个打印完全是注塑完成，中间做的发泡的实心结构，根本不是中空的结构。 拼*多售卖的鞋中间做的发泡的实心结构（TCT Asia供图） 根据了解目前仿制这款鞋子最大的难度在于材料和工艺。Carbon在技术上并非独此一家，目前国内也有不少企业购买了如联泰、中瑞、金石等光敏树脂类3D打印设备，用以制作鞋模，其原理和Carbon基本相同，但是与鞋模不同，生产直接使用的鞋底需要保证鞋底的弹性和韧性，这两种特性是普通光敏树脂材料很难达到的。 3D打印的鞋模产品 国产品牌的3D打印之路 国内运动鞋两大品牌李宁和匹克在2012-2013年就开始着手研究3D打印技术对于未来运动鞋的发展情况，李宁（中国）运动研发中心技术总监林永佳先生告诉记者，他们是德国EOS激光烧结型3D打印机国内最早的客户之一，目前他们拥有了三台不同技术的3D打印设备，3D打印面向生产级的开发将是他们的下一步计划。 2018年李宁在巴黎时装周发布了首款实现定制化的3D打印跑鞋 相比之下匹克的动作则更为迅速，是目前国内最早开始生产3D打印运动鞋的企业。 2017年与北京易加三维合作，开发了3D打印运动跑鞋，和adidas采用的策略不同，匹克使用的属于激光尼龙烧结，技术路线和另外一家国外大厂Under Armour的策略基本一致。 Under Armour推出的3D打印鞋 两种技术上各有优缺点，从生产的角度而言Carbon的设备面向大规模生产，在打印速度上是快于尼龙烧结，但是由于是收到紫外光的固化成型，在使用过程中长时间的暴露在阳光中比一般的塑料更容易脆化。而激光烧结主要则是打印时间相对较长，应对小批量的生产足矣，但是对于大批量的经销商囤货就很难处理。目前匹克的这一款鞋也主要在线上进行直销可能也有一定的关系。 匹克新款3D打印鞋 10月在深圳举办的TCT将为鞋履行业带来更多解决方案 作为全球最知名的3D打印技术的专业展，在英国伯明翰已经举办超过24年，今年10月15-17日TCT将首次登陆深圳会展中心，和在上海成功举办的TCT亚洲展的有所不同的是，TCT深圳将更多聚焦在华南地区的技术应用方面，其中鞋履将作为重点被关注。除了中瑞等一批鞋模类型的3D打印企业以外，您还将看到其他企业还有： REVO塑成，展位号 E34 3年磨一剑，塑成公司公司将展出其设备和携带以及使用其设备打印出的Revo 3D打印跑鞋。 塑成3D打印跑鞋 PACE X 塑成公司成立于2016年，创始人海伦博士毕业于美国弗吉尼亚理工大学高分子科学与工程专业实验室的。和Carbon的创始人Joe DeSimone师出同门，回国创业后以最初以材料开发为主，3年以来，不断专注于打通软件、设备和材料，此次将首次展出利用其设备。 Formlabs，展位号 H22 同样为光敏类成型的设备，Formlabs比Carbon成名更早，早些时间以Form级小型桌面级3D打印设备成为全球第一家3D打印的独角兽，目前其已经向市场推出了新一代小型3D打印设备form 3和大型的面向生产级3D打印设备 Form 3L。 Form 3L设备 目前form 3的设备生产已经迁移到深圳本地生产，其服务本地化的能力也将比以往进一步加强，其与New Balance推出的990 Sport TripleCell 3D打印鞋也证明了其提供光固化打印鞋底的产品能力。 New Balance 与Formlabs 合作，推出TripleCell 990 Sport 3D打印限量款运动鞋 10月16日TCT深圳展同期还将举办TO C设计论坛，演讲嘉宾包括： 预约参观TCT深圳展通道现已开放，现在预约完成参观，我们将从本条推送的评论中抽取两位幸运观众，赠送一张TCT深圳论坛论坛单日门票，含所有参会资料、餐饮和茶歇。扫描下方二维码立即预约参观。 欢迎转发 延伸阅读： Carbon公司会来中国吗？它的商业模式如何？应用市场发展情况怎样？ Carbon已来中国，及可能面临的问题 五大鞋类领导品牌使用3D打印引领鞋业制造的未来 从先进制造的角度谈3D打印鞋垫的成本问题 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

此前，增材制造的零部件并没有完善的测试手段，金属打印的部件常采用无损检测（如染料渗透检测、X射线和计算机断层扫描等）检查内部缺陷。这些传统的测试方法一度成为认证组件的有效方式，但它们往往非常昂贵，而且能够提供服务的机构也非常少。在这种情况下，质量保证的成本可能比生产成本高出许多倍。 金属打印计算机断层扫描检测 然而为航空航天业生产部件必须满足严格的质量标准，特别是在批量生产中，工艺稳定性和可重复性要求会很高。 在上周航空展论坛上，航天海鹰的负责人员提到，在3D打印制造过程中，第一次打印的零件缺陷出现在这个位置，而且是通过破坏性的手段找到的；通过一些手段处理后，在第二次的打印过程中规避掉了上一次的缺陷，但其它位置又出现了新的缺陷。这样造成的制造成本相当高昂，那么还要不要进行第三次的制造，即使再次打印，能否保证这一次就没有缺陷？这便是制造稳定性和重复性的问题，是金属打印面临的重要问题。同时他也提到，采用无损检测的手段的成本相当高昂。 金属打印钛合金航天阀体的制造成本同样非常高昂 那么有没有成本低廉的无损检测手段？本期我们要介绍的便是，采用在线监测保证金属打印产品质量的有效性，以及它所带来的质量检测方式的重要转变。 ▌批量生产过程中的端到端监控 由于对安全认证的要求极为严格，新的增材制造工艺在发动机制造领域面临重大挑战。从原材料到最终产品，必须对任何预定飞行的部件进行持续监控，确保其完全没有故障。这意味着工业3D打印的质量保证——测试技术、过程控制和文件记录——需要新的方法和经济理念。 全球第5大航空发动机制造商MTU一直致力于使用增材制造开发金属发动机部件的质量保证措施。该公司于2013年开始开发光学层析成像技术，以期为增材制造工艺提供100％的监控和记录。多年前，MTU与EOS已签署框架协议，共同开发其技术战略。 eos熔池质量监控 由MTU开发的光学层析成像(OT)，是EOS模块化监测产品EOSTATE ExposureOT的强大补充。除了监控一般系统状态的多个传感器外，OT技术使用sCMOS工业相机监控整个制造环境，并以高分辨率测量熔化过程的热量排放，始终控制材料的扫描过程和熔化特性，确保最佳的铺送粉和成型质量。同时，可配置软件将记录每层打印质量的详细信息。 铺粉质量质量 MTU光学层析成像可以再现监控过程，并提供整个制造过程的质量分析方法，从而能够逐层和逐个地对金属增材制造过程进行更全面的质量控制。以前在下游进行的质量控制过程的很大一部分（无损检测）现在可以在制造过程中进行，从而显著降低与质量保证相关的成本。这同时能够满足批量生产中客户的要求。 ▌光学在线检测与传统无损检测的有效性比较 多年来，MTU一直在增材制造中使用EOSTATE Exposureot监控模块，为最新一代空客A320neo涡扇发动机的部件的工艺开发和制造提供保证。公司在质量保证过程中获得了丰富经验，并在此基础上与其他非破坏性技术进行了比较。 用于空客A320neo的齿轮传动涡轮风扇发动机的管道镜凸台的增材制造 对比一：在线检测与无损检测的有效性对比 MTU对金属打印的部件，分别使用常规射线和光学断层扫描技术进行检测，并与光学层析成像技术进行系统性的对比。对比的依据在于，EOSTATE ExposureOT能否像传统测试方法一样可靠的检测出每种可能的缺陷类型，包括孔洞、孔隙、固体夹杂物或不完全熔合；以及在线监控能否实现更高的检测概率。 对比二：在线检测与破坏性检测的有效性对比 MTU还系统性的进行了与破坏性测试的比较，如对样品横截面的显微镜检查等。 结果 与常规X射线检测、CT断层扫描以及破坏性测试相比，在线监控技术可以实现更高的缺陷检测概率，特别是对于不完全熔合的缺陷。这意味着采用常规检测方法发现的任何缺陷，在光学层析成像监控的帮助下都清晰可见。 熔化过程再现 MTU增材制造技术主管介绍，EOSTATE ExposureOT能够可靠地发现部件何时何处产生缺陷。这使他们能够在管道镜凸台系列的生产中完全不必再使用X射线和CT检测，这节省了巨大的成本。未来，MTU将会把EOSTATE ExposureOT从简单的过程监控技术升级为官方测试方法。 打印完成的内窥镜凸台 对过程控制的统计可以大大简化评估结果，分析软件会根据几个定性的无缺陷制造工作设置可容许偏差的可靠性曲线，只有在观察到偏差时才需要进一步测试。 END 研究结果显示的可靠性逐渐增强了人们对新技术的信心，并导致MTU质量保证方式的转变。使用光学层析成像对制造过程进行逐层实时监控，是进行增材制造部件质量保证的首选方式。 在过去的文章中，笔者也曾介绍过雷尼绍的在线监控能力，工程师借助LaserVIEW和MeltVIEW的模块，可以比较每个传感器的数据并发现任何可能的变化，从而对缺陷进行原因分析。 对于国内的打印机来说，已经开发在线监控并具有数据分析能力的制造商目前几极少，但拥有这一能力，无疑将是该企业研究水平的重要体现。 监控系统详细功能已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： 金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 X射线显微CT在增材制造技术中的应用 增材制造实时监控与工艺过程仿真 【增材制造】保证产品质量及批量生产的稳定性-FAA是怎么做的 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

航空、航天、军工是3D打印的重要应用领域，也是最能发挥3D打印优势的行业。从导弹到火箭，从发动机到卫星，3D打印开辟了结构设计的全新可能性，它在结构减重、强度、传热等方面具有极大的优势。 在一次增材制造的会议中，笔者了解到国内的航空航天部门在3D打印材料的基础研究、典型结构件、方案验证等级别的攻关中均已取得开创性成果。一些前沿的应用包括，歼-15战机前起落架大型整体钛合金支撑框采用3D打印制造，嫦娥四号实现3D打印零件在轨应用，千乘一号卫星主结构是国际首个基于3D打印点阵材料的整星结构等等。 嫦娥四号着陆月球背面 这样的应用案例还有很多，这些成果的取得离不开先进的工艺，也离不开强大的材料。以高温合金为例，在现代先进的航空发动机中，高温合金材料的使用量占发动机总质量的40-60%。目前高品质的粉末材料已基本实现国产自给自足，然而国内空天动力部门却也对国内材料产业发展有自己的一套看法。本期，3D打印技术参考对其进行叙述。 ▌空天应用对3D打印材料的需求 ●适合3D打印高温合金牌号研发 ●批次稳定性和可靠性提升 ●多材料复合设计与制备 ●成型工艺参数最优化 ●力学+热学性能协同优化 3D打印镍基高温合金航空发动机机匣 ▌3D打印高温合金研究与应用存在的问题 ●高温强度及塑性低，性能稳定性差 ●微结构与性能间的本构关系认知浅 ●热处理强化机理不同，热处理优化研究不系统 ●高温性能数据积累少 ●适合3D打印的高温合金材料牌号少，急需研究新牌号 ●原材料大量依赖进口，不利于自主可控发展 ●3D打印高温合金的标准和规范缺乏 3D打印镍基高温合金航空发动机叶轮 ▌3D打印高温合金原材料：需自主可控，国产替代亟待发展 国内现状   ●制粉装备多 ●收得率低 ●粉末品质较低 ●稳定性差 ●缺少规范 ●部件打印主要依赖进口粉 技术问题   ●母合金 纯净度 稳定性 ●粉末球形度 ●粉末流动性 粒度分布 粒度配比 3D打印GH4169火箭发动机预旋喷嘴 END 当前，航空航天和国防工业中的重要工程对3D打印应用的需求在不断增加，高温合金用量在持续稳步增长，高质量低成本的金属粉末制备技术已成为制约金属3D打印深入应用的瓶颈。 从上面的评述也可看出，国内金属3D打印材料的发展问题仍然颇多，核心关键材料和工艺尚需进一步发展，相关的基础性研究也需要大力跟上。 欢迎转发 延伸阅读： 看3D打印如何助力中国军备 粉末一致性对3D打印的意义 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 PREP制粉技术正在粉末品质和价格上双重挑战传统气雾化制粉技术 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

近期3D打印相关的展会实在颇多，西安展后天开始，深圳展下个月在即，上海展10月底接踵而来。。。这样频繁的展会关注的焦点各有不同，相对来说TCT系列关注的会更加丰富，从软件、工艺到应用，从塑料、陶瓷到金属，从教育、消费品到航空航天，相对来说对于用户来讲更接地气一些。毕竟西安展一大堆的高端论坛看得人有些眼花缭乱，笔者也只能心向往之。本期3D打印技术参考带来深圳展会的部分看点，并思考其背后的技术问题。 3D打印前处理软件 任何的3D打印工艺都离不开模型的前处理，这个过程包含了数据导入、文件修复、支撑生成以及切片等操作，看似简单，但目前能够高效实现这一功能的软件却并不多。 VoxelDance前处理软件 目前最为常用的3D打印模型处理软件有magics和netfabb。magics的功能非常强大，新型的智能化金属、树脂支撑添加功能既方便去除又能节省材料；改进的烧结模块零件摆放进一步提高了生产效率，这些新功能无一不是为了推进应用进一步发展；Netfabb是近几年才被用户关注和使用的新软件，最新版本可生成类似magics e-stage的大网格结构支撑，同样具备了智能化的分布特点。然而笔者对后者并不是太熟悉，因此不能提供更多信息。 Netfabb新型网格支撑 今年上半年有一款称为VoxelDance的新软件上市，除去其他必备的功能外，其主打的特点是CAD数据直接导入、智能化的支撑添加方案以及2d/3d摆放模式，可用于DLP、SLS、SLA 以及SLM等多种技术。目前有试用版本，不妨尝试。 VoxelDance具备大网格化的智能支撑添加功能 相对来说，支撑智能化似乎正在成为金属打印的一大发展特点。在magics只有单独的付费插件e-stage才能使用这一功能的情况下，netfabb和VoxelDance会不会提供新的可能？在本期展会，我们将看到相关的产品。 3D打印鞋品的国产化进一步发展 随着3D打印技术的不断成熟和材料技术的快速发展，3D打印技术在消费品领域的发展很快。许多国际品牌如：耐克、阿迪达斯、New Balance、Under Armour都已引入3D打印技术批量生产鞋中底。在众多国产运动品牌中匹克、李宁以及安踏分别已经在12、13以及18年开始从事3D打印技术的研究。多年过去，进展如何呢？ 国产体育大牌李宁虽然在从事相关的研发但至今还没见到产品上市，小米凌空也已经不再被提及。目前国内3D打印鞋品最为知名的非匹克莫属，随着它的火爆，实际上也将它的工艺提供商易加三维推到了前台，并因此吸粉无数。 匹克3D打印运动鞋 匹克3D打印运动鞋采用的是激光烧结TPU或者尼龙的工艺，这一点和New Balance和Under Armour相一致。国内的其他3D打印制鞋工艺主要是类似国外CLIP工艺的树脂成型，如北京清锋时代推出的高弹性树脂以及同样连续不间断的打印工艺。关于清锋时代的消息其实一直不断，从投融资到新材料，外界看来亦是神秘，然而不知鞋品何时上市。 清锋时代自己生产的运动鞋样本 在很多人等待清锋时代的产品时，本月9日，Revo 塑成科技宣布推出新一代 3D 打印消费级运动鞋，并在当天进行了发售。据笔者了解，该公司同样也在开发快速连续制造的树脂打印机，其目的便在于快速实现批量制造。 塑成科技开发的3D打印运动鞋 众所周知，作为制鞋产业的大国，中国制鞋企业大部分分布在以浙江为首的华东区以及广东、福建、四川省为主的华南区，而华东区域以浙江温州带为主的制鞋企业均以皮鞋为主，据不完全统计，中国80%的运动鞋生产基地主要分布于华南区。深圳展会，兴许能为3D打印运动鞋的进一步发展起到推波助澜的作用。 低成本间接3D打印技术，更应该关注后烧结设备的成本及可用性金属FDM技术凭借简单易操作、成本低廉的优势在极小批量零件制造方面可获得应用，尤其适合于企业研发和办公室环境；基于粘结剂喷射的金属间接成型技术是实现金属3D打印批量化、低成本制造的有效手段，与金属SLM相比也提供了极大的后处理便利性，尤其受到来自汽车用户的青睐。 从去年开始，基于FDM或者3DP的间接3D打印工艺开始出现在我们的视野中，当我们感慨国内没有Desktop Metal的相关技术时，国内在今年开始涌现出如升华三维这样的以FDM为主要形式的间接3D打印工艺提供商；而在今年8月份，易制科技将其基于3DP的金属打印工艺实现了全开源，这可能会带来国内一些研究的热潮。 大众采用粘结剂喷射技术制造的排档杆 实际上无论对于基于烧结的FDM还是3DP，大家关注的焦点可能更多还是在于其打印过程的实现，然而对于一件产品的制造，这远远不够。 桌面金属打印能够轻松去除支撑 基于烧结的金属或者陶瓷打印工艺，更为关键的在于后续的脱脂和烧结过程，单纯打印机的成本很低，但是全套设备的价格会比较高昂，而且能够提供这些服务的机构可能也并不多。 粘结剂喷射技术整个工艺链涉及的问题 然而这还只是一方面，间接3D打印技术对对材料、粘结剂以及打印工艺（包括粘结剂的喷射量、粉末中的压力分布、沉积时间等）、烧结制度、零件设计等等有着重要的依赖关系，技术含量并不比SLM低到哪里去，而且用户还要面临专业的粉末冶金知识的缺乏，这对于采用这项工艺的用来说也是一项不小的挑战。 END 以上所述仅仅是本次展会展商的冰山一角，对于专业观众来说，我们应该更多的去关注产品背后的技术问题。届时每家展商都会有工程师在场，这同时也是一次技术交流的好机会。 欢迎转发 延伸阅读： 五大鞋类领导品牌使用3D打印引领鞋业制造的未来 Materialise e-stage有多逆天 基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738