后面才是干货我们还记得Atlas机器人，它的纵身一跳，让我们觉得从此以后外国人真不再带我们玩了。而近期Atlas的开发者波士顿动力公司，为其另一款机器人SpotMini安装了一对仿生手臂，再次让我们震撼。这些世界上最先进的机器人集成了世界上最先进的技术，机械工程、3D打印、机器视觉、仿生技术，甚至深度学习，多种传统和现代技术的融合让我们感叹科幻片里的场镜似乎正在变为现实。Atlas手臂摆动、腿部弯曲、整个躯干都参与进来机械狗SpotMini单臂开门2012年，美国国防高级研究计划启动了一项机器人挑战赛，旨在推动救灾机器人技术在当前的基础上向前迈进一大步。这项计划极大推动了美国机器人水平的发展。Atlas和SpotMini也在这项计划的帮助下，经过多次迭代，从开始的蹒跚学步，到如今健步如飞，甚至貌似还学会了中国功夫和跳舞，可谓让人目瞪口呆，电影里的画面似乎要成真。2013年Atlas外接电源，经常摔跤2017年Atlas表演后空翻，“书包”里装了电池最新型号的Atlas高约1.5米，重80公斤，完全动力自主（在30-60分钟之间运行，取决于活动），并拥有28个自由度，强度、密度也已提升到与人类相近的程度。同样的，SpotMini机械狗多年来也实现飞速进化，从无手臂到安装单支机械喙，再到安装双仿生手臂，使这个25公斤的机器人可承载14公斤的有效载荷的机器人更加灵活、执行更加复杂的操作。然而无论Atlas还是SpotMini，这些复杂功能和灵活性的实现，3D打印发挥了无可替代的作用。接下来，我们深究3D打印如何帮助这些世界上最先进的机器人减重、提高空间利用率并提升效率。通过3D打印实现更高效率、更复杂功能 超燃必看：波士顿动力学机器人的演变过程1. 3D打印定制非标部件当机器人的体积越来越小，小到人类规格的时候，市面上便很难找到适用于它的高性能伺服阀。于是研究团队自行开发，采用3D打印制作了比航天使用的更小巧、更轻质的伺服阀，新的伺服阀拥有多种模式，阀门响应时间短，旁路泄露极低。这也是3D打印参与Atlas非标部件制造的典型案例。2. 3D打印优化结构设计减轻机器人肢体惯性无论对于人还是足式机器人，两足行走都是自然界非常高效的运动方式。不论加速还是减速，机器人系统的大部分动力都消耗在腿部的摆动上，由于其本身重量较高，肢体惯性便成为步行机器人的大问题。为解决这一问题，研究团队对Atlas的腿部进行了优化设计，使其更轻，更紧凑，更加集成。单腿跳跃从结构图可以看出，Atlas腿部采用了仿生设计，具有高强度/重量比的晶格以及类似人类骨骼的多孔洞结构，既保证强度又减轻质量，这种结构也只有3D打印能够制造。腿部结构细节，集成多种部件然而找寻到这种结构却并非易事，研究人员还需要将歧管、液压管路以及执行器都集成进腿部结构里面，这么多部件的集成也为结构设计带来困难。其封闭处理步骤之多，甚至足以抵消增材制造 (对比传统机械制造) 的部分优势。最终，3D打印技术使有限的空间得到更加高效的利用，Atlas的肢体惯性得到了有效降低。SpotMini机械狗全新仿生手臂SpotMini机械狗最初并无手臂设计，之后推出了机械喙版本，近期推出的人体仿生手臂则进一步增加了其灵活性和稳定性，也极大提高了其进行实际操作的能力。该仿生手臂是由意大利仿生设计公司Youbionic采用3D打印技术开发，采用微处理器和伺服电机控制每根手指的运动，实现仿生手臂像人的手臂一样灵活。3. 3D打印液压动力单元（HPU）实现更高效率液压动力单元其中一个很重要的优势就是具有极高的功率重量比—极小规格尺寸的单元可以传递很高的功率。采用3D打印来制造液压动力单元，可以制造紧凑、轻量型阀块，极大减轻重量并提高空间利用率。3D打印参与Atlas液压动力单元制造波士顿动力将3D打印应用于制造Atlas机器人的液压动力单元（HPU），并具有相当的可扩展性。HPU位于机器人的中心位置，3D打印用于制造收集电力并输出液压动力所涉及的稳态控制器、传感器、过滤器、排污阀等部件，有效利用了原本剩余的空间。另外，Atlas的歧管有18个阀门，实现机器人上半身功能，通过结构有机设计和3D打印制造减轻了压力下降的问题，并淘汰了大量过剩的组件。最终，整个结构的重量仅为5千克，功率达到5千瓦，设计人员介绍，如果没有先进的设计技术和3D打印，这不可能实现。电影中的这个画面，也许真能实现总结从3D打印助力Atlas和SpotMini机器人制造来看，3D打印不仅仅是用来制造，设计也不仅仅是设计，两者的有机结合再加上深入应用，才能发挥重要的作用。可以想象，这两个机器人如果在月球或者火星表面行走，这不就是我们一直说的外星人吗？欢迎转发TCT Asia 2019 ，预登记参观免50元门票欢迎材料、机械、设计、控制等专业的学生及技术人员加入3D打印技术参考QQ群：867355738。本群将提供技术交流、工作机会以及资料分享。延伸阅读：人工智能和3D打印：满足制造业的未来Week 5：3D打印一周招标及精彩看点视频案例：3D打印、区块链和人工智能如何融入实际生产俄科学家采用新技术为飞机“瘦身”约一吨美国技术封锁 VS 中国发布战略性新兴产业长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：深度阅读：看3D打印如何助力世界最先进机器人

众所周知，3D打印已经开始用于实际生产，人工智能也开始参与先进设计，而区块链技术却是提得多、落地的少，而本期我们提到的案例却将三者紧密结合，实现了真正应用。Carbon Performance Ltd.是一家总部位于英国利兹的汽车初创公司，专门为高性能赛车提供定制的端到端解决方案。它同时也是一家数字制造公司，决心利用人工智能、3D打印和区块链技术引领该领域的创新来颠覆汽车行业。其为路特斯汽车开发的直立悬挂结构，不仅使重量减轻了25%，外倾刚度也提高了25%。该公司致力于将增材制造纳入汽车零部件制造体系。 Carbon Performance Ltd.的目标是通过为汽车工业生产下一代环保可持续部件，将自己置于第四次工业革命的前沿。该公司也是是世界上第一个专注于开发全系列增材制造产品的汽车消费品零售品牌。通过提供晶格优化和生成设计等数字化制造解决方案，实现高度复杂的有机设计制造，以提高性能、燃油效率以及美观性。立式悬挂结构重量减轻25%为了展示了其专业知识和能力，该公司为路特斯Elise跑车开发了铝合金3D打印制造的直立悬挂结构。其独特之处在于，悬挂结构使用人工智能参与设计，巧妙的将9个不同的零件整合成一个部件，实现了一体化制造；9个零部件实现一体化整体制造与区块链技术相结合加密数字生产直立悬挂是汽车的重要部件，对于跑车来说更是如此。该部件是整个悬架系统的承载构件。它始终承受压力与振动，并随着车轮的运动而不断运动。该部件是跑车中的关键部件，通过该部件的改造，Carbon Performance展示了其在理解汽车制造挑战和性能要求方面的实力。结构优化使悬挂结构外倾刚度提高25％增材制造的部件不仅改进了使用性能并且极大减轻了重量。以下是该部件制造过程中的显著特征：9个部件合并成1个 重量减轻25％外倾刚度提高25％ 借助AI共同开发有机结构,仿生设计 3D打印铝合金制造数字生态系统/集成QR码区块链集成数字库存根据联合国环保组织报告，采用非环保工艺或零部件生产的汽车，在使用过程中和报废后，对环境的破坏作用不可忽视，这种影响甚至超过尾气排放的危害。Carbon Performance通过专注于工业4.0，力推将增材制造用于批量生产，借助新工艺减少对环境的破坏。该公司研究团队甚至认为，“从本质上讲，以传统制造方式生产的新能源汽车对于保护环境并没有意义。”不过笔者认为这样并不客观。随着数字制造的兴起，数据安全问题时有发生，为了保护客户的关键数据，该公司率先将区块链技术（数字加密技术）引入工作流程，以防止数字库存泄露。未来随着数字制造的不断发展，先进设计将越来越重要，3D打印也只有依赖先进设计才能体现更多优势，数据安全问题会持续受到关注，三者的有机结合也许会是未来发展的趋势。欢迎转发TCT Asia 2019 ，预登记参观免50元门票欢迎材料、机械、设计、控制等专业的学生及技术人员加入3D打印技术参考QQ群：867355738。本群将提供技术交流、工作机会以及资料分享。延伸阅读：Week 5：3D打印一周招标及精彩看点俄科学家采用新技术为飞机“瘦身”约一吨您的下一航班将使用3D打印的引擎部件人工智能和3D打印：满足制造业的未来创新设计：NASA借助AI和3D打印制造蜘蛛行星着陆器长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：视频案例：3D打印、区块链和人工智能如何融入实际生产

11月26日，俄罗斯卫星通讯社报道，日前，俄罗斯科学家和工程师已经找到了将航空发动机零件重量减少20%的方法，可以将飞机减重约一吨。伊柳辛Il-20M飞机制造业都是以每公斤计，即使微小的重量变化也能显著提高效率并改善飞行特性。据报道，此次俄发动机减重，借助了现代材料学、航空制造的新科技以及最新的设计方法等飞机工程的最新理念。俄发动机俄罗斯国立科技大学生态技术与工程学院院长安德烈•特拉维诺夫表示，这一最新研发的国产航空制造技术独特之处在于，发动机支架采用仿生结构设计，按照现代材料学的方法，合理分配材料，以适应零件负重和工作条件，并采用选区激光熔化技术（金属3D打印技术）和钛合金制造。最终，采用新技术制造的零件成功减重20%。拓补优化的钛合金航空支架目前，一家俄罗斯飞机制造厂已顺利制造出试验批次的创新型支架，并完成台架试验。试验证明，采用拓补优化和3D打印制造而成的新型支架完全符合全俄国家标准。俄罗斯航空冶金专家、乌法国立航空技术大学铸造系副教授帕维尔•阿利金称："对于航空发动机的设计者来说，单件产品可减重100克，这已经是很大的成就。然而这项技术的好处不仅在于大幅减轻产品质量，更让研发新支架的速度前所未有得加快。"据悉，新型支架从创意到生产设计总共用了一周，而在此前，这至少要花费六个月。阿利金认为，两三年后就可用上3D打印参与制造的量产发动机。实际上，单个零件重量减少20%并不意味着整个发动机的重量减少20%。但据专家估计，这项技术能让发动机重量减少至少10%，这也是很大的数字，意味着每台发动机能减少200-250千克，也就是一架飞机可减重近一吨。除了彻底减轻重量外，科学家还通过节省昂贵的3D打印粉末，大大降低了生产成本。TCT Asia 2019 ，预登记参观免50元门票欢迎材料、机械、设计、控制等专业的学生及技术人员加入3D打印技术参考QQ群：867355738。本群将提供技术交流、工作机会以及资料分享。延伸阅读：您的下一航班将使用3D打印的引擎部件珠海航展：看3D打印如何助力中国军备创新设计：NASA借助AI和3D打印制造大蜘蛛行星着陆器从美国技术封锁到中国发布战略性新兴产业，谈中美两国之间的技术博弈长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：俄科学家采用新技术为飞机“瘦身”约一吨

增材制造正在许多行业获得使用，航空航天更是如此。笔者在往期文章中已多次谈到3D打印火箭发动机以及西门子的涡轮叶片，越来越多的应用看起来似是如火如荼，让很多人只有羡慕的份儿。航空工业是如此青睐3D打印，仅仅是因为它能节省成本、能进行复杂制造？波音、空客这些航空航天巨头下一步又要走向何方？本期以空客为例，谈一下航空应用，以及背后的认证问题。空客选择3D打印的原因空客一直都在投资增材制造技术，该公司基于新的设计自由度，获得了业界前所未有的创新生产解决方案。这里，我们再系统梳理一下3D打印制造方式的优势：3D打印制造优势零部件坚固耐用，性能优于铸件、接近锻件，甚至在一些情况下优于传统锻件；节省材料，降低生产成本；快速制造，加工周期短；一体化制造，减少零件数量，降低组装成本；复杂结构制造，可制造传统方法无法实现的复杂制件；分布式生产，无需集中的、固定的制造车间。在航空领域，最重要的是实现器件轻量化，飞机越轻，所需燃料越少，载客越多，可以再次降低成本使公司受益。3D打印在降低生产成本的同时，制造的部件具有优异的重量与强度比，这足够引起航空公司的兴趣。增材制造为航空业盈利实现了良性循环。 空客3D打印应用除此之外，当某些部件（如座椅）需要升级改造，原有的分包商无法生产时，空客转向增材制造解决问题。事实也证明，增材制造是最有效的解决方案。他们能够重新设计零件并快速3D打印，而无需通过分包商制造与运输，无需等待订购周期，这在国内航空公司也实现了较好的应用。空客下一步如何做？未来，空客会继续增加增材制造技术的投资用于批量生产。自2019年1月起，空客新型客机发动机PDOS引擎支架将首次采用3D打印制造。空客公司与GE Additive和GE Aviation紧密合作，由后者生产的该3D打印发动机部件已获得美国联邦航空管理局（FAA）的批准。GE 3D打印的钴铬合金引擎支架PDOS支架也叫作电动门开启系统支架，在引擎架构中起着非常重要的作用。具体的说，是当飞机在地面检修发动机时，该支架可以打开和关闭发动机的风扇罩门。之所以放弃传统加工方式进而使用3D打印，是因为后者能够减少90%的材料浪费并能减轻10%的重量，不仅设计、加工周期短，还降低了总体制造成本。虽然这个支架仍是在地面使用，但这对于民用航空来说，仍然是一大进步，因为从认证角度来说，民航相比军用的审查更为严格。复杂的航空认证看起来似乎就是一个简单的零件，一项简单的3D打印应用，但通过认证背后包含的内容颇多。下面，我们展示德国在增材制造领域资格认证的一些内容，帮助最终用户在生产中成功应用增材制造技术。1. 设备认证用于打印的设备需要进行一系列的检验和测试，以客观验证是否满足最终产品质量的所有必要要求，其中还涉及机器的安装、运行以及维护程序。除一般质量管理所需的标准操作程序和工作说明外，机器认证在每个关键工序上需要详细的作业指导书和标准表格。此外，还必须建立生产、维护和质量保证的协议。PDOS引擎支架由Concept Laser M2打印2. 材料认证材料认证直接涉及航空安全性，没有经过认证的材料也不会被航空部门接纳。这些认证包括用于航空航天装备零部件增材制造的原材料制备工艺要求、规格、成分组成以及性能要求等。标准可以支持航空航天装备关键部件的认证，并保证供应链内材料性质数据的完整性与可追溯性。3. 质量与安全认证为了保证零件质量，并监测材料、零件和工艺性能的偏差，必须建立持续、全面的质量保证。质量保证步骤必须包括在过程验证中，并且它们的措施必须能够检测和评估零件性能。这些质量保证措施包括流程检验、粉末组成分析、精度测量、拉伸性能测试和无损检测等。4. 人员认证只有合格的人员才能在工业“连续”生产中成功实施和鉴定高度复杂的增材制造工艺。由于航空业是要求苛刻和高风险应用的行业，增材制造人员资格的重要性将在不久的将来持续增长。德国因此出台了增材制造从业人员国家标准DIN 35225，这其中就包括了激光粉末床熔融系统操作人员的身体和技能要求，如视力、动作协调性，以及理论和实际操作标准。德国人的标准，只怕具有很高的严肃性，操作人员通过严格认证的周期会很长。上述提到的只是所有认证相关的一部分内容，倘若材料、设备工艺甚至环境发生改变，相关的认证还得从头来过，而且经常要回头看，这可以称得上牵连甚广，具体内容不做展开。如今关于认证的话题提的越来越多，门槛也越来越高，对于安全，是慎之又慎。END增材制造在航空领域大规模使用将是大势所趋，只是时间问题，相关认证标准也会越来越成熟。成功实施合格的增材制造生产标准并创建可行的应用案例，必须在整个公司内传播专业知识，这涉及研发、工程设计、生产采购以及一般管理部门，这些都将为通过认证并成功应用创造机会。这也突出表明，一般性的增材制造服务公司，越来越难以进入这个领域，看明白就好。TCT Asia 2019 ，预登记参观免50元门票资料下载请加入3D打印技术参考QQ群：867355738在校生3D打印专业知识交流与分享，寻找工作机会，请加入高校人才社区交流群：942944143延伸阅读：Week4：3D打印一周招标及精彩点评空客为未来航班生成仿生设计由EOS帮助空客A380优化高压液压阀块质量和结构得到的启示看东方航空如何将增材制造运用到民航维修改装领域看波音如何在集成机械设计中应用增材制造长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：您的下一航班将使用3D打印的引擎部件

笔者在前几期曾发布一篇名为《人工智能和3D打印：满足制造业未来》的文章，细数当下AI和3D打印如何结合生成创新设计。就在前几日，NASA宣布他们与Autodesk合作，借助这两项先进技术打造了史上最炫酷的行星着陆器“spider”，再次将两项先进科技的结合推向前台。 Spider着陆器2012年，NASA将好奇号发射到了距离地球5500万公里之外的火星，到目前为止，在过去或现在都没有找到关于火星生命的证据。NASA喷气推进实验室（JPL）的设计师和工程师这次将目光锁定在了距离地球更远的土星及其卫星。众所周知，太空发射具有高昂的成本，任何重量的增加意味着需要消耗更多的燃料。在航天器结构完整性和耐久性允许的情况下尽量减重，便成为各航空大国都在追求的目标。合作背景针对此项目，Autodesk主动向JPL寻求合作，后者则提出了一个非常明确的目标：找出减轻深空着陆器重量的方法。行星际着陆器需要在远低于零的温度下执行复杂的操作功能，并且要承受比地球上大几千倍的辐射水平，但首先，它必须有足够的燃料才能到达目的地。Spider着陆器渲染图在太空探索中，升空时的重量是最重要的考虑因素之一。从结构有效载荷中节省出来的每千克质量，可以大大提高传感器和科学仪器的有效载荷。在零风险和使用潜力之间取得平衡在很多行业，试错可以推动产品改进。但在太空探索中，失败的代价太高，任务通常只允许一次成功，很少有B方案，因此可以理解包括国内航空在内的所有航空公司都如此谨慎小心。JPL团队在此项目中坚持使用已经验证过的材料，如钛合金和铝合金，这些材料可以承受恶劣的空间环境，也能够进行CNC加工等经过验证的制造工艺。与此同时，他们需要探索新技术可以带来什么，这里面有成本因素也有避免被其他公司淘汰的担忧。他们总是在零风险和使用潜力之间取得平衡。项目成员精心组装着陆器的组件在JPL内部会有专门的部门尝试新工艺，并推荐能够对特定任务抱有安全承诺的团队。他们一直谨慎的将新技术融入工作中，尝试新技术，同时将风险降到最低。利用AI实现30%甚至更高的性能提升最初10%的减重并未引起JPL的兴趣，真正的变化发生在Autodesk开始借助AI软件。使用云计算、机器学习和实验生成设计技术，快速生成一系列适合工程师设定的特定约束的设计解决方案，它使设计团队能够探索更广阔的设计空间，同时仍然受到制造工艺和性能需求的约束，也即生成的设计必须能够通过现有的制造手段加工出来。3D打印、CNC和铸造 - 用于制造着陆器的不同部件JPL团队探索了多个结构部件的实验性生成设计，包括放置科学仪器的内部结构和将着陆器腿部连接到主有效负载箱的外部结构。其中一些部件最终通过3D打印制造，与最初的基准设计相比，外部结构的质量减少了35％。着陆器约2.5米宽，1米高与此同时，AI生成设计的另一个主要好处是它使JPL团队能够快速迭代设计。随着设计的成熟和新的性能或环境数据的出现，AI生成设计可以让客户快速创建新结构。大多数团队通常需要2-4个月才能完成的修改，使用AI则可以在2-4周内完成，设计人员只需要更新约束条件，而不需要从头重新开始，这也使得设计过程发生真正革命性的改变。END创建一个能够承受极端条件的着陆器是一项巨大的挑战，JPL的设计人员正在研究和使用他们掌握的所有新技术。目前，AI生成设计的应用仍然被视为JPL内一个发展性的研究项目。但把看似不可能的事情变成可能是JPL的特色，正如上世纪60年代大型计算机计算能力的突飞猛进帮助太空计划达到新的高度一样，AI生成设计等技术正在太空探索中创造新的可能性，使我们能够更进一步、更多地了解我们在宇宙中的位置。欢迎转发资料下载请加入3D打印技术参考QQ群：867355738在校生3D打印专业知识交流与分享，寻找工作机会，请加入高校人才社区交流群：942944143延伸阅读：人工智能和3D打印：满足制造业的未来先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来焦点：3D打印大规模制造面临的挑战长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：创新设计：NASA借助AI和3D打印制造spider行星着陆器

琴棋书画培养气质，3D打印培养逻辑创新能力。3D打印在高精端的航空航天、平民化的消费品以及医疗领域已经实现了较大范围的应用和推广，但不得不说，这门技术离大多数人还存在着一定距离。外行人一提起3D打印，“嗯，高科技！”每次听到这么说，笔者就笑笑。在很多人把精力集中在应用推广上时，还有一部分人盯上了教育行业，这是一块巨大的市场，也是最容易推动的产业。本期来说说，3D打印如何融入教育领域。一. 为什么要在教育中融入3D打印3D打印改变了传统的教学规则。教师可以将3D打印引入教学实践，提高课堂教学吸引力及互动性，达到更好的教学效果；学生通过3D打印项目的完成，可以培养他们的创新意识和动手能力，更有助于其团队合作能力和问题解决能力的提升。对于企业来讲，开展3D打印教育，带动行业发展，倒也是这个行业实现盈利的一条路子。借助3D打印学习科学3D打印可以彻底改变科学项目的学习方式。生物老师可以借助3D打印制作器官横截面使学生更好地了解人体；化学和物理老师可以打印出复杂的分子、原子结构帮助学生理解；而复杂地貌特征的展现则可以帮助学生直观学习地理课程；代表地形、人口或人口统计学的3D打印区域模型将帮助学生解决现实问题。3D打印原型和最终产品3D打印还可用于更具创造性的教育领域，如食品制作中的3D模型、3D打印模具以及刀具模板。设计和工程专业的学生会发现3D打印的更多用途，如产品原型设计、制造机械部件，甚至以低成本生产最终产品等等。3D打印为学生带来创业机会对于在校学生而言，3D打印不失为一个良好的创业项目。3D打印所具备的无限潜力为学生提供了多种类型的业务方向，三维扫描、创新设计、教育培训、个性化定制等等。学生可以借助该项目培养独立思考的能力，并熟悉企业的运作模式，这些都是创业的重要技能。在他们职业生涯的下一阶段，已经在学校熟悉3D打印的人将会看到在设计和生产过程中使用3D打印的潜力，凭借各种材料和3D打印方法，企业家可以利用他们在学校获得的知识生产出功能齐全的零件。二. 中小学课堂如何引入3D打印其实国外已经普遍性的将3D打印引入教育和日常生活。先来讲个小故事：美国一位小学老师，其女儿由于腿部残疾需要借助辅助工具才能走路，然而随着女孩儿身体成长辅助工具越来越不舒服，这为她带来很多烦恼。这位老师组织了6名小学生，决定采用3D打印来解决这一问题。他们为女孩儿进行了相应部位的测量、建模，并充分考虑安全性与舒适度，提出了多种解决方案，并采用学校配备的3D打印机制作原型确定最佳设计，最终为小女孩儿制作了舒适的辅助工具。从这个例子我们不难看出，这个项目能够引起参与者的兴趣，能够解决实际问题，每个人都能有参与感。国内中小学3D打印教育主要集中在3D打印技术发展较为迅速的城市，如北京、上海、深圳以及西安等城市，在实践方面有很多可以探讨的地方，但都离不开与学生兴趣的结合。技术本身冰冷生硬，如果不能引起学生兴趣，这堂课估计也难以开展下去。在3D打印中小学教育方面，北京二十七中、五十中可谓走在了前列，他们陆续开展了与3D打印相关的科技竞赛活动，得到了不少企业的技术支持和赞助，学生真正投入其中，在数学、平面设计、控制以及制造方面得到了锻炼，取得了较好的效果。2018年北京市科技创客活动MEV项目，来源：超级贝勒何如果中学生的3D打印学习离不开科创项目，那么小学生的学习就应该切实与每个学生产生联系，让学生产生兴趣，结合孩子们喜欢的主题展开对于3D打印知识的渗透，让索然无味的原理知识变得生动有趣。这当然是一个需要特别深入研究的方向，在当前3D打印课程普遍缺乏的情况下，任何形式的实践都可以去尝试和借鉴。有兴趣的读者应该深入查找更多资料。3D打印技术参考后续会推出关于教育实践方面的推文。5、6年级学生“植物大战僵尸”主题3D打印作品来源：超级贝勒何30多位小盆友5天夏令营的作品来源：超级贝勒何北京某小学3D打印课堂来源：超级贝勒何想想笔者小时候只有橡皮泥和剪纸。三. 当前国内3D打印教育的主要形式据业内未来三维黄志国先生介绍，国内3D打印在教育方面的推广模式有有四种：一是直接在学校里面推广，这种就要通过教委或学校领导同意后建立创客教室，定时安排培训老师去讲课，现在很多省市都是采用这种方式，而且多是与从事3D打印教育相关的公司合作。像XXXX公司（笔者不做广告），在小学、中学以及职业院校内推广，不断尝试，也已取得了一些效果。二是在校外办理课外培训班的，利用自己独特的3D打印培训课程吸引学生报名；三是与其他的培训机构合作，让已经成熟的培训机构多增加一个科目，利益分成；四就是线上教学。四. 当前国内开展3D打印教育的主要困难如今3D打印教育，普遍缺失的是教材以及教师队伍，这当然也是一条需要不断摸索的道路，好在一些单位已经取得了很大的进展，形成了局部范围内比较成熟的案例。3D打印教育已成为我国教育界的一个研究热点。2017年9月，教育部印发了《中小学综合实践活动课程指导纲要》，其中“3D设计与打印技术的初步应用”作为推荐主题，亮相劳动技术课课程大纲。2018年1月，教育部印发了《普通高中课程方案和语文等学科课程标准(2017年版)》，其中3D打印被纳入《17-1834普通高中通用技术课程标准》和《17-1847普通高中信息技术课程标准》两大文件中。3D打印的教育推广，已是势在必行。但倘若有些地方欲与相关公司合作引入3D打印教育，也务必考核合作单位的资质和诚意，莫被其忽悠。最后来一句名人名言：3D打印融入课堂的重点不是3D打印技术本身，而是3D打印能够成为学生呈现创造力及想象力的有力途径。欢迎转发资料下载请加入3D打印技术参考QQ群：867355738在校生3D打印专业知识交流与分享，寻找工作机会，请加入高校人才社区交流群：942944143长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印如何融入教育领域

写在前面：本文以FDM大规模制造为例，介绍在当前条件下面临的挑战，所涉及的内容，同样适用去其他规模化使用的3D打印技术。FDM（熔融沉积）是如今业内最常用的3D打印技术，对于许多用户来说，这是他们开始接触3D打印时最先使用的增材制造技术，也是普通老百姓想到3D打印机时，最先出现在他们脑海中的形象。从微观尺度到建筑房屋，3D打印的应用是无穷无尽的，我们每天也都会看到3D打印的新用途。我们不仅将FDM应用于不同规模的应用、不同种类的材料，还将其应用于各种各样的产业，其应用比我们所能想象的更潜力无限！FDM技术工作原理将FDM技术从理论知识拓展至多种技术类型，再到各个行业的应用，我们发现学校、研发机构以及服务商不过是FDM对于不同应用和众多用户群体的一种应用形式。虽然每一项应用都可以对FDM技术提出独特挑战，但将FDM作为3D打印技术的首选却有着必然原因。本文我们将仔细研究FDM 3D打印技术在生产中所面临的挑战，讨论零件数量的调整如何影响学校3D打印实验室、研发机构和服务商的运作。为什么选择FDM？FDM的最大特点是具有灵活性和多功能性，并且技术本身具有相当好的成本效益，设备价格甚至可以低至1000元。从桌面型到工业版本，FDM可以高度适应各种应用，可以生产从快速原型到最终用途的任何标准零件。除了固定成本低之外，该技术的可变成本也非常经济。对于一般的维护、修理和配件更换以及用电，FDM都是迄今为止最具成本效益的3D打印技术。FDM 3D打印的最大卖点之一是可用材料的多样性，从巧克力到塑料，再到碳纤维甚至金属，几乎任何可以制成丝材的材料都可以用于某种特殊类型的FDM打印机。FDM相比其他技术的使用成本更低FDM 3D打印技术面临的挑战有了这些优势，就会出现一些明显的缺点。虽然该技术易于使用，但掌握FDM 3D打印却需要极大的耐心。FDM常见的打印质量问题很多，例如强度不够、表面质量差、扭曲错位以及翘曲窜动等等。虽然针对于这些问题都有对应的解决方案，但是为了获得期望的外观可能需要进行多次尝试。FDM机器具有许多移动部件和参数设置，需要根据零件的几何形状、打印机所处的环境以及预期的打印质量进行调整。FDM打印质量问题另一个明显的缺点是打印更多或批量零件。由于大多数桌面FDM设备被设计为只能同时打印一个或少量零件，因此扩大生产将是一项挑战。对于工业FDM 打印机，可以具有更大的打印床并且每次可以处理更多部件，所面临的挑战是确保使用正确的设置或者要冒整批零件废掉和相关成本的风险。FDM 批量生产问题当在学校3D打印实验室、研发机构以及服务商那里使用FDM技术时，随着处理的部件数量增加，上述挑战将成倍增加。当要面对数十个用户，用多台机器一起工作生产数百个零件时，每台打印机可能出现的小问题将累积成为巨大挑战。处理大量3D模型文件在扩大生产时，首先要考虑的是如何管理这些增加的、要处理的3D文件。3D打印过程的首要问题是对3D文件进行多步修复确保可打印，查看和修复3D文件，检查几何中的常见问题以及分析特定材料的可打印性需要专业知识和多个软件。如果每天只需要处理1-2个零件，这不是一个大问题，可以使用一些免费工具。但如果每天处理超过10-15个零件甚至数百个零件时，可以想象使用多个软件是多么让人沮丧和费时。同一个项目中众多的零件分解图与FDM特别相关的是，处理大量不同3D文件的最大挑战是要对不同的零件进行不同的设置，以确保打印质量。选定材料和机器类型、设置参数以及摆放方式都需要时间，并且以有效的方式对数百个零件执行所有这些操作并非易事。服务商可以针对用户重新订购、打印相同项目的批次或用于原型设计的迭代情况下存储过去的打印机设置。文件管理和工作效率是大规模FDM 生产面临的重要问题。这些问题对研发机构和服务商尤为重要。每一个零件都有其独特的参数设置对于研发机构，最大的挑战是管理文件的版本，参数设置以及管理不同的机器。在进行原型或工具设计时，研究人员针对相同文件会有进行修改或优化后的多个版本。在迭代时，可能还会多次尝试使用不同的FDM打印机设置进行打印。为了获得更佳的效果，有可能会有不同的设备和不同的材料及工艺，如此文件的管理就变得更加复杂。对于服务商而言，最大的挑战是优化生产工作流程，从接收用户文件到检查和修复文件，再到生产，需要确保整个过程的良好沟通。在进行同一部件再次生产的情况下，拥有记录可以为服务商带的工作流程带来极大便利。管理多台机器除了文件及工艺管理问题之外，在任何3D打印实验室管理多台机器对于FDM技术来说都是一个真正的挑战。由于许多FDM打印机的批量加工能力有限，根据材料类型识别哪些机器可用并且能够将部件合理分配给打印机变得越来越重要。首先，服务部门要识别可用的机器。虽然可能有许多打印机可以打印多种部件，但并非每台设备都可以打印每个部件或材料，这是确定哪个部件最适合哪台机器的重要部分。举个简单例子，假设您有三台FDM打印机，A、B、C每台打印机都使用不同材料，并且打印尺寸不同。现在，有30个部分要打印，很明显，你不能均匀地每台打印机分配10个部分。有些部件对于打印机C而言太大，有些部件需要金属材料，这些部件只能在打印机A上完成，有些部件过去已成功在打印机B上完成。要手动检查每个部件并将其分配给打印机，将花费很多时间，而且还可能出现失误或遗漏信息。一旦确定哪个打印机打印哪个部件，还将面临决定首先打印哪个部件以及预计部件何时完成的挑战。由于这些原因，管理多台设备是FDM 3D打印的一个特殊问题。FDM批量生产面临设备管理问题在服务商那里，可追溯性至关重要。能够快速识别所面对的零件适合哪种或哪台设备，将在生产效率和客户得失之间起到微妙作用。客户希望知道他们的零件制作已经运行到了哪一步以及何时可以拿到零件；管理人员希望了解机器的使用问题，包括导致问题的原因及每台打印机的投资回报率；生产工程师想知道哪种机器最适合哪种类型的项目，以及它们如何提高每次生产运行的效率。对于所有这些情况，可追溯性是至关重要的，解决这个问题，将带来巨大的投资回报。用于增材制造的可追溯性学校3D打印实验室，通常会将多台FDM 3D打印机放置在教学楼的不同教室，或者甚至会在不同校区分别管理。这种情况面临挑战是要知道哪些机器真正可用。协调FDM操作人员如前所述，FDM 技术有许多设置和配置需要根据项目、材料和机器进行调整。当面临多个操作人员使用同一台设备时，可能会产生可追溯性问题，对协作提出挑战，并妨碍技术交流和共享。知道每个3D打印实验室中哪个人正在使用哪台机器很重要。无论是创客空间、学校、研究机构还是服务商，机器和操作人员的可追溯性都是管理的一个关键方面。协作对于学习和技能增长具有重要作用，一台设备如果有多个操作人员，能够分享最佳打印设置、使用某些材料的经验，或知道某台设备的特殊性可以在成功打印和重复打印之间产生显著差异。此外，如果业务做得很大，设备分散，那么技术团队将面临知识共享的特殊挑战。广泛的技术交流极为重要我们已经看到很多跨国公司正在通过增材制造替代传统的原型设计方法，并寻找与不同业务部门的同事分享知识、增进交流。鉴于增材制造刚刚开始显示其真正的潜力和应用，团队技术共享对于任何增材制造计划的成功都至关重要。如何面对FDM在批量生产中的挑战？当前国内的3D打印服务市场可能还不是太大，也许还没遇到上述问题，但这个行业迟早会做大。国外针对此情况有的推出了增材制造管理系统，旨在帮助用户以数字方式安排3D打印生产并确定其优先级，但实则是一个生产管理系统。笔者未能找到如何解决这一挑战的方法，但文中出现的问题会随着业务量的增大会逐渐出现，有兴趣的读者请加入3D打印技术参考讨论群，自行下载解决方案简版，为未来可能出现的问题做好准备。资料下载请加入3D打印技术参考QQ群：867355738在校生3D打印专业知识交流与分享，寻找工作机会，请加入高校人才社区交流群：942944143延伸阅读：大型FDM打印机的工业应用与挑战工业级 FDM 3D 打印技术原理解析奥迪实现高效3D打印产出的应用经验FDM深度应用：最普及但又最实用的3D打印技术欢迎转发长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：焦点：3D打印大规模制造面临的挑战

难熔金属材料具有高熔点及特有性能,在国民经济中占有重要地位,一直以来作为高新材料加以发展。这类材料由于熔点高、高温强度高,给冶炼加工也带来很大困难,因此大部分难熔合金都采用粉末冶金工艺制造。随着对难熔材料成形复杂结构及降低成本、提高效率的要求,传统的粉末冶金工艺也显示出了其不足:需要昂贵的工装模具、复杂工艺过程，而且难以成形出复杂的三维实体零件。在此情况下，采用增材制造实现难熔金属成型，便成为一种有效途径。 材料钨钽钼铌熔点(℃)3400300026002470在现有常用的金属增材制造用材料中，熔点较高的应当是金属钛，其熔点达到1660℃，而难熔金属的熔点比之高出1000-2000度，即便采用激光成型，也存在一定困难，所以使用也比较少。随着激光成型设备的升级、制粉工艺的进步以及材料使用需求的不断提高，对难熔金属进行激光成型逐渐被开展，到目前为止，也已经取得了很大进步。1. 钨及钨合金钨的熔点高达3400°C，是熔点最高的金属材料，高温强度和抗蠕变性能以及导热、导电和电子发射性能都好，比重大，除大量用于制造硬质合金和作合金添加剂外，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。飞利浦企业打印的壁厚小于0.1mm的纯钨准直器，薄壁有助于最大限度减少X射线散射钨材料的3D打印工艺以SLM为主流。2014年飞利浦利用EOS金属机开发出纯钨SLM工艺，并将其应用于X射线透视设备（如CT/PET/SPECT）上的高精度零部件制造。铂力特打印的钨合金光栅华中科技大学2010年左右即已开展钨合金的SLM工艺研究，但受限于多种因素并未引起太多关注并得到应用。2016年在珠海航展期间，铂力特展出了钨合金打印的光栅器件，最小壁厚0.1mm，但对其是否实现应用，铂力特并未进行详细介绍 。多孔钨固定件同年，华曙高科与某航空单位合作，制作了钨合金芯片散热器固定件，多孔变径结构一次成型且无需后期机加工，大孔尺寸为 1.5±0.02mm，小孔尺寸为0.5±0.02mm，工件致密度＞96%。但华曙高科采用的钨粉并非球形粉末。除此之外，GE采用电子束熔融技术开发了钨材料成型工艺，并将其应用于X射线和CT扫描仪上的过滤装置。钢铁研究总院采用EOS设备于近年开展了纯钨球形粉末的成型工艺研究。3D打印对于钨这种难加工材料的精加工，是一种有效手段。2. 铌基合金铌合金具有良好的抗血液腐蚀的能力,可制作血管支架；同时由于其比重小、强度高、韧性好、易焊接等优点，也是制造航空航天高温部件的重要材料。纯铌的熔点为2470℃，但针对纯铌的3D打印工艺开发笔者未能找到相关报道。铌2014年美国空间零部件供应商Metal Technology（MTI）宣布成功开发一种名为C-103的铌基合金3D打印工艺，采用的设备为3D Systems的ProX 300打印机。该材料熔点为2350℃，具有极好的耐热性，质量轻、可靠性好，而且具有经受强烈振动和低温的能力，被广泛用于航空航天。C-103铌基合金成分表C-103铌铪钛锆钽钨含量(%)余量10.00.7-1.30.70.50.5C-103铌基合金SLM成型实验C-103铌基合金最开始在NASA阿波罗指挥模块中使用，MTI针对此材料开发3D打印工艺，为其获得洛克希德马丁、穆格、NASA等客户的空间部件订单打开了大门。3. 钽多孔钽也被称为小梁金属,在医疗领域已安全己使用多年,它不与起搏器电极箔发生相互作用，不透过X射线,可用于颅骨修补。近年来, 钽棒已被用作全髓关节和膝关节植入物、脊椎关节植入物和骨坏死的早期治疗。钽金属属于难熔金属，熔点高达2996 ℃，其3D打印工艺难度大，对粉体性能、激光熔化参数、设备稳定性、铺粉质量、打印精度等要求很高。2016年Metalysis3D打印的钽材料2016年，英国公司Metalysis开发出金属钽球形粉末，并开展了3D打印及医疗方面的研究，证明了钽粉在SLM制造医疗植入物中的有效性。全球首例3D打印钽金属修复体2017年，我国西南医院完成全球首例3D打印钽金属修复巨大骨缺损手术，产品由株洲普林特增材制造有限公司采用华曙高科设备打印。同年斯坦福材料公司开始研究钽粉在髋关节等生物医学中的应用。斯坦福材料公司3D打印的钽金属髋关节假体2018年，西安赛隆金属成功利用自主研发的电子束金属3D打印机打印出钽金属。致密度高达99%，孔隙率> 70％，并获得科技部“个性化多孔钽植入假体粉床电子束增材制造关键技术和临床应用”重点研发计划的支持。4. 钼钼具有极好的物理、化学和机械性能,常被用作玻璃加工、航空航天和高性能电子部件材料。相比于其它难熔金属, 钼的密度要低得多,这表明钼的比强度较高,为要求减重应用的场合带来实效。2017年，国内清华大学开展了纯钼选择性激光熔化中的致密化和裂纹抑制研究，致密度达到99%。2018年，美国橡树岭国家实验室（ORNL）采用Renishaw激光熔化系统成功实现放射性同位素钼-99（Mo-99）成型，作为现代医学中最常用的放射成像同位素，3D打印Mo-99成为美国医疗保健材料商业化生产的重要一步，同时，这也是3D打印有史以来第一次放射性材料成型。关于钼材料的3D打印商业应用，还鲜有报道。总结衡量一种金属材料能不能进行激光熔化成型，不能仅凭熔点高低，它还与材料成分、材料性质有重要关系。不必迷信“第一次”“首发”这样的字眼，能够打印和能够做好、能够应用有很大区别。文中提到的对一些材料进行研究的机构，也只是一部分而已。敢于尝试，就能获得一些经验。欢迎转发资料下载请加入3D打印技术参考QQ群：867355738在校生3D打印专业知识交流与分享，寻找工作机会，请加入高校人才社区交流群：942944143延伸阅读：Fraunhofer开发薄壁零件后处理消振结构从气流和零件摆放角度探讨SLM打印表面质量金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制Fraunhofer 开发VCSEL工艺减小金属打印过程中内应力长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：激光成型高温难熔金属材料的种类及应用

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