3D打印的优点之一就是设计空间的无限性，设计可以不考虑制造是否能实现，突破了传统设计的限制，可以制作目前可能只存在于自然界的形状。3D打印通过结构设计可实现轻量化与集成化的目的，对于零件可以实现减重、免组装以及提升性能的效果。轻量化设计的主要途径有四种：中空夹层/薄壁加筋结构、镂空点阵结构、一体化结构实现、异形拓扑优化结构。中空夹层/薄壁加筋结构镂空点阵结构一体化结构实现异形拓扑优化结构四种轻量化的手段通过集成的方式可以大大减轻零件重量和数量，不仅是机械叠加，而是老产品用集成制造的思维来重新设计，从而产生质的飞跃。GE采用3D打印技术将原来需要18个装配件的燃油喷油嘴进行重新设计实现一体成型，减少了此前制造所需要的单独焊接、打磨工序，制造时间大大缩短，重量减轻25%，寿命达到了传统件的5倍。目前GE已借助3D打印制造10万个以上的燃油喷嘴。美国Local Motors公司采用碳纤维增强热塑性塑料打印了电动车的车身和底盘，发动机、座椅、轮胎、玻璃等采用传统方式制造，该电动车的总共有47个零件，而一辆普通汽车的零件达到上万个。因此一体化、轻量化直接制造成为3D打印汽车的发展趋势。 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印自由设计与集成制造

2012年，奥巴马提出将制造业拉回美国，并在全国范围内建立增材制造研究中心，随即掀起全球范围内3D打印热，中国也不例外。2013-2014年，FDM桌面机在国内竞相模仿，质量参差不齐，为最为简单的入门3D打印机，然而在高端工业机方面鲜有进步；2014-2015年，SLA、DLP树脂成型机成为即FDM又一被争相模仿的3D打印工艺，于是也拉开了全国范围内的价格争夺战，该类工艺也由之前的短期回本到今天只能靠量来维持业务；2015-2016年，金属3D打印以SLM工艺成为新的“接盘侠”，然而金属3D打印却存在极大的门槛，比前面两种工艺都复杂多变，至今日也并未看到多少真正上的了台面的金属机制造商。目前国内的金属制造商有哪些？本文仅列出比较有规模的几家企业，权作思考，如下表所示。厂家代表型号背景技术技术代表铂力特BLT-S300EOS SLM黄卫东华曙FS271MSLS技术许小曙易加三维EP-M250SLS技术冯涛永年激光YLM-200锻压设备颜永年据笔者观察，国内发展较好的SLM技术供应商，在设备结构、软件、技术层面大范围的借鉴了EOS，不管是否是原创，能发展到现在的规模始终算是弥补了国内高端制造的空白。一．下面逐一介绍各个公司的规模、特点、设备。1. 铂力特铂力特依赖西工大多年的金属成型经验，短短几年发展成为国内最大的金属3D打印加工服务商。铂力特的成功有其必然性，在基础研究方面积累了多年，掌握了金属成型的多方面经验，技术实力雄厚；另一方面，观察铂力特的服务对象即可发现，其包揽了军工领域的大片江山。众所周知，军工口、航天口都不是普通加工服务商能够挤得进去的领域，铂力特也是借助于西工大的军工背景才可获得大批订单吧。至于设备，铂力特代理了EOS SLM成型机，并推出了自己公司的SLM打印机，然而遗憾的是没有自己的控制软件。由于多方面的原因，铂力特虽推出了多个版本的金属打印机却无法推入国际市场，其主要原因也是涉及版权的原因吧。无论如何，军工领域的大蛋糕，没有哪个金属打印服务商能够与铂力特匹敌。2. 华曙高科近两年华曙高科已发展成为国内SLM设备的代表厂商。源于SLS技术，该公司在金属机方面发展迅速，比较有代表性的应该是其自主知识产权的控制软件吧，当然，也是与EOS设备做了多方面的对比。相较于铂力特，华曙高科在基础研究方面要薄弱的多，好在该公司立意长远，在民用、航天领域逐步进入，应用方面不断尝试，态度积极，在开拓市场方面是其他几家金属打印公司难以企及的，也许这基于该公司领导层的国际化视野。在设备方面，华曙高科目前推出了两款金属机。据了解，设备运行方面尚可，对于设备长期使用的稳定性方面面临挑战，好在华曙高科端正的态度能够获得良好的客户资源。目前设备已推广进入国际市场。3. 易加三维易加三维源于隆源，当然曾经的隆源并未能推出金属机，是比较低调但设备尚可的金属机制造商，好在该公司有自己的控制软件，而且做出的零件据笔者观察尚可，也可以说做的很不错，甚至超过某公司的成型机，笔者在此不具体列出，但公司的商业化运营感受上缺乏了些活力。4. 永年激光江苏永年激光借助于颜永年老师的名气成长起来，公司学历最低的好像都是硕士，在技术上有比较独到的一套想法，拥有自己的控制软件，但在运营方面跟易加有些相似，低调了些。据笔者所知，该公司在努力开拓齿科领域的应用，努力向义齿加工厂推广自己的设备。总结看来，在市场推广方面。铂力特和华曙应该立意深远，一个稳固占据军工服务市场，一个努力开拓设备市场的覆盖面；就技术而言，铂力特比其他几家的积累要多得多；在成型能力方面，几家的打印效果以及设备稳定性都需要时间去验证。二．应用现状金属3D打印从业者，几家欢喜几家愁，欢喜的应该也就是上面提到的几家制造商了，而愁的应该是用户。造成现状现状情况的原因何在？金属3D打印的应用面太窄。军工、航天、医疗、模具、首饰，这是目前实实在在看得到应用，看起来很是高大上，实际上又有多大规模呢。如前所述，军工航天根本不是一般企业能够挤得进去的，目前能够做军品的就那么几家，而无一例外都有军工背景，所以一般的民企几乎没有希望。此外，军工航天对于金属打印的应用量如何？有没有实际上得到应用？据航天三院的一位工程师介绍，该院也购买了几台SLM设备，然而做完课题就放在那儿了，飞机导弹上的零配件几十年都已经定型，3D打印零件有谁敢说一定安全呢？笔者也不知到底应用量如何，也许铂力特更能回答这个问题。医疗，应该算是金属打印的一大应用领域，所具备的优点由于太明显笔者不再赘述，前景广阔然而现状却惨淡。这些永远是对有资质的企业来说，一般的小企业即便采用了标准的粉末，打印出了合适的植入物也会面临没有市场的尴尬。模具与首饰是金属打印的另两个重要应用，而且目前已经在相应厂商得到了应用。尤其在首饰方面，以往总以为非要金银，可近期爆出的不锈钢首饰也是很好的选择，不由却打开了一点思路。与其说管窥应用与发展现状，倒不如说是倒一把自己的苦水，有多少企业找不到应用点呢？是的，因为没有找到应用点所以苦。也许好的想法能够为应用迸发出火花，在这军工航天医疗都挤不进去的今天，普通金属打印从业者该如何发展如何实现自己的价值？看到太多政府为追求政绩纷纷成立展示平台购入各种设备然后闲置不用，看到太多3D打印群里面的虚妄的空嗨，甚至有时去羡慕有实力的企业不停做项目的忙碌。感叹打印之路该如何行走，且走且思考，着急真没用，还是一点点积累。 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：管窥国内金属3D打印的应用与发展现状

首饰的制作需要非常繁复的工艺步骤，首先来介绍一下传统的首饰制作流程：首先根据概念设计的图形雕刻出蜡版，再采用失蜡铸造的方法倒出银版，银版制作完成进行胶膜压制，采用胶膜来批量制作蜡版，将制作完成的蜡板进行种蜡树，灌入石膏固定，烘焙完成之后进行浇铸，待金属凝固之后即可取出铸造完成的金属饰品，将饰品依次剪切下之后进行后续处理。采用该步骤制作首饰，对从业人员的工艺水平要求极高，而且工序繁琐，最快需要15天。在倒出银版、压制胶膜、批量制作蜡板等过程中由于累积误差极易损失首饰精度和细节，对于几件至几百件的小批量制造成本也会更高。近年来3D打印工艺逐渐应用到首饰的制作中，其应用主要有两种方式，一种是蜡模的打印可以省去手工雕蜡版的步骤，另一种是金属打印，可以直接打印银版或铜版从而省去手工雕蜡版和倒出银版的步骤，这两种方式都可以缩短制版周期，但后者可以进一步提升精度以及设计自由度。以上介绍是基于首饰的批量制作，但在个性化制作单件的情况下，则可以通过金属打印直接获得。然而金属打印的饰品与失蜡铸造的饰品在品质上还是有一些差别。通过失蜡法翻铸的饰品表面光滑，而打印的饰品表面粗糙度较高，颗粒感很强，需要优化工艺来改进上表面与侧面质量。此外，金属打印的饰品若实现应用就必须在后处理上下功夫。打印出来的产品一般需要经过喷砂，采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂 ）高速喷射到被需处理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获的一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。同时喷砂带来的不好的效果就是容易将饰品的一些细节打掉。饰品的整体或局部需要借助研磨工具加以矫正或整形，加工到平整、光滑为止，使整个产品线条清晰，花式均匀、对称。涉及的工艺包括锉、磨、整形、打飞碟以及推平等。首饰研磨完之后须进行抛光。抛光工艺就是产品使用抛光设备和抛光材料对产品进行表面精细加工的具体工艺。抛光后的产品具有高光洁度和光亮度，金属表面不能有任何杂质，砂洞或伤痕。涉及的工艺有滚筒抛光，砑光，布轮抛光，电解抛光，电镀等工艺。滚筒抛光工艺，用不锈钢磨料和活性有机合成溶液放入滚筒，随旋转摩擦使表面平整光亮。砑光工艺，砑光全部以手工进行，用特制砑刀在首饰表面来回推动，这项工艺需要一定的技术和手法。布轮抛光，工作时一般用附有磨料的布、皮革或木材等软质材料的轮子(或者用砂布、金属丝刷)高速旋转以擦拭工件表面，提高其表面光洁度。电解抛光，饰品在特定条件下的溶液中，由于化学侵蚀作用，饰品表面被溶液整平，使饰品表面光亮。电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程.电镀的基本过程是将零件浸在金属盐的溶液中作为阴极，金属板作为阳极，接直流电源后，在零件上沉积出所需的镀层。利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，例如增进抗蚀能力及耐磨能力等，还可以修复磨损和加工失误的工件。近年来首饰打印逐渐在贵金属方面展现前景，包括黄金、白金、红纯金、银等材料，然而将成型仓加满粉带来的成本就非常昂贵，并不适合大批量的定制。目前国内已有厂家采用金属打印来制造不锈钢首饰，为金属打印的应用提供了一个方向。文章部分内容来自华曙在首饰方面的应用。 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属粉末3D打印用于珠宝首饰快速制造

铜合金具有良好的导热性和导电性，可以结合设计自由度，产生复杂的内部结构和冷却通道，适合冷却更有效的工具模具。3D打印铜合金零件具有良好的机械性能、优秀的细节表现及表面质量，以及易于打磨等优点，广泛应用于首饰和文化教育领域，也可用于微型换热器，具有薄壁、形状复杂的特征零件。纯铜及铜合金粉末对激光的反射率较高，吸收率较低，历来被国内外认为是较为难以打印的材料。不过近年来对于铜合金3D打印的新闻不断得到报道，国外有Aerojet Rocketdyne通过测试了全尺寸的3D打印推力室部件以及NASA的3D打印铜质发动机燃烧室。国内的3D打印机厂商也在积极主动推进铜合金的3D打印工艺。铂力特3D打印尾喷管铜合金该零件的内外壁之间设计了50条随形冷却流道，增大冷却接触表面积，降低温度达到快速冷却的效果，有效提高了零件的工作温度。2.北京易加3D打印铜合金3.中科院某研究所3D打印铜合金4.华曙高科3D打印铜合金青铜导弹部件内部结构复杂，采用传统方法难加工，且加工周期长，采用SLM技术3D打印能实现复杂结构制造，主要用于工艺、结构验证，加快航空航天、军工产品开发速度。3D打印铜合金首饰，使设计者发挥的空间更大，饰品款式更加琳琅满目。 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：国内金属铜合金3D打印案例

传统植入体的制造方法通常为铸造、锻造和机床加工,在批量化生产方面具有很大优势，但制造完成的植入体在使用过程中通常出现匹配性低，继而引起植入体易松动、病人不适应等，甚至会导致手术失败。增材制造技术出现后可满足设计及制造，推动了个性化植入体的设计，促进了个性化植入体的应用。在植入体设计方面，传统的设计方法很多,但大多是建立在CT扫描、逆向切骨重建、在三维软件中进行正向设计等流程。在病人急需手术的情况下，对上述设计的改进显得迫切。另外，根据植入之后的生物相容性和现行植入体易松动的缺点所设计的个性化多孔植入体，存在设计及制造的困难,过去多采用烧结的方法制备。但采用烧结的方法制备个性化多孔植入体，又存在很多不确定性，多孔结构参数很难控制。钴铬合金熔结珍珠面髋臼杯钛喷涂面髋臼杯早期临床上常用的钛板颅骨修复体，由于钛板等实心金属材料的强度和弹性模量都冥想高于颅骨，所以逐渐被钛网等材料取代，但是钛网的强度和硬度要低于颅骨，收到冲击时容易产生塑性变形，从而引起翘曲和褶皱，且钛网的边缘锋利容易刺破皮肤和颅内组织。上述金属多孔植入体在临床上得到了应用，但他们也存在一定的缺陷：如孔隙率低、弹性模量高（低）、受多孔结构制备方法的限制，植入体和宿主骨之间不易形成生物学结合导致植入体松动。目前逐步成熟的金属增材制造技术为金属多孔结构或材料的制造和制备提供了一个较好的解决方案。通过控制多空单元的结构可以对其生物学和力学属性进行定制，然后采用金属增材制造的方法对多孔结构进行精确制造。采用增材制造手段制造多孔植入体主要有SLM和EBSM两种工艺。SLM技术能够直接由三维实体模型制成最终的金属多孔植入体。目前可使用的材料包括钴铬合金、钛合金和不锈钢等。由于激光聚焦后具有极细小的光斑，成型后的零件尺寸精度小于0.1mm，不锈钢和钴铬合金零件的相对密度能达到99%以上。SLM工艺适合加工形状复杂的零件，适合小批量生产。EBSM技术可成型多种金属材料，由于具有真空保护，电子束能量利用率高及成型残余应力小等特点，该技术适用于成型稀有难熔金属及脆性材料。目前可对生物医用金属材料如钴铬合金、钛合金和不锈钢等精确成型。EBSM成型零件速度比SLM块，但精度不如SLM。SLM和EBSM两种方法在金属植入体的制造方面有明显的优势。在金属增材制造技术中，SLM技术具有成型精度高、可以制造任意复杂结构零件的特点，在生物医用个性化零件制造领域有较大的应用前景。较之传统工艺有两大优势，首先，它可以非常真实的根据病人CT数据把骨头重建出来，其内部细微结构可以完全模仿骨骼的结构；其次，它可以通过细胞在材料表面附着机理的研究进行细胞表面工程化，从而控制表面孔隙率、孔隙流向、结构等。本文参考《面向植入体的多孔结构建模及激光选区熔化直接制造研究》。 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：増材制造技术在医学领域的应用问题及带来的新设计理念

我们已经知道，通过SLM技术可以打印出所需要的随形水路，本文所介绍的是一种与SLM不同的增材制造技术----基于LOM的热扩散焊技术。LOM即叠层实体制作技术，计算机控制激光沿着三维CAD模型每个截面的轮廓线切割涂有热溶胶的箔材（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材），并将无轮廓区切割成小碎片，箔材一段段的送至工作台的上方，然后由热压机构将一层层纸压紧并粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件，并在每层成型之后，降低一个层厚，以便送进、粘合和切割新的一层箔材。最后形成由许多小废料块包围的三维原型零件。然后取出，将多余的废料小块剔除，最终获得三维产品。热扩散焊技术又叫真空压力热扩散焊，是指在真空条件以及一定的压力和温度作用下，通过原子扩散而不使用焊料使焊接件相互联接的焊接方法。真空热扩散焊的温度一般设为材料熔点的0.5-0.8倍，在焊接过程中，热扩散时间以及热扩散压力对三维微模具焊接质量的影响至关重要。基于LOM的热扩散焊即使用金属薄板为材料，采用激光将三维零件的轮廓切割出来，进行去污、去毛刺等处理后将二维层片堆叠起来，送入DB炉进行焊接。DB炉具备高真空、最高1350度以及150吨加载压力的工作能力，工作时温度升至1000度，焊接时间需要60分钟，整个过程循环8小时可完成焊接。三维数据切片数据二维数据激光切割去污、去毛刺、堆垛进炉焊接三维微模具的尺寸精度主要包括每层二维微结构的尺寸精度和三维微模具在厚度方向上的尺寸精度。每层二维微结构的尺寸精度主要由切割保证，而三维微模具在厚度方向上的尺寸精度则主要由真空热扩散保证。由于每层板材的厚度达到了1mm，在制造完成之后，模具表面存在明显的台阶，因此采用传统的机加工手段对模具外形进行加工获得最终产品。内孔形状基于LOM的热扩散焊技术在制作模具时无需每一层都进行二维切割，在通过传统加工更容易实现的部位将会对三维数据进行处理，即，只有在传统加工难以实现的位置才使用焊接完成。 热扩散焊采用原子扩散焊接，无需焊料填充，在结合区发生了明显的原子扩散，新的晶粒生成，因表面粗糙而存在的界面间隙受压消失,因而在堆积成形方向上尺寸收缩变小。热扩散焊可以实现与母材一致的硬度、强度和耐腐蚀性。基于LOM的热扩散焊属于典型的增材制造技术，同样的分层越小精度越高，随形水路的冷却能力越显著，一般分层1-2mm便可获得较好的冷却效果。在整个制造时间方面，该技术也比较有优势，整个制造过程仅需12小时即可完成。同时该技术相比于3D打印来说具有相似的成本投入，且无材料限制，几乎所有的工具钢都可以使用，在可实现进行大尺寸制造的同时，所焊接的模具性能与母材也基本一致。 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：基于LOM的热扩散焊技术在金属模具中的应用

在产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证方面，3D打印有着独一无二的优势。3D打印能够快速制作出产品原型，并具有较高的精度，通过该原型可进行硅胶翻模进而实现小批量制造。硅胶复模制作的产品与3D打印直接制作的产品差别：1、材料不同导致的性能差异；2、成本差异；3、制作周期差异；以上差异不能一概而论优缺点，具体情况需要针对实际案例进行分析才能下结论。本文介绍从3D打印产品原型制作硅胶模具，真空浇注，实现小批量快速制造的过程。1、3D打印原型制作借助SLA技术打印产品对产品进行打磨3D打印产品表面处理2、制作硅胶模具制作模框、放入原型并注入硅胶分模，根据事先设计的分型面将模具用刀片切开取出原型，模腔形成3、真空浇注与小批量制作开设浇口与排气口后注入配料真空浇铸，取出零件局部处理，表面打磨获得最终产品批量产品以上是借助3D打印技术快速制作原型，进行硅胶复模实现小批量制作的过程，采用该技术制作原型，精度高、成本低、效率高，是小批量制作原型的有效手段。 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：从3D打印到硅胶模具，实现小批量快速制造

选区激光熔融是一种直接使用3D CAD数据作为数字化源头的金属添加式流程，直接通过CAD数据导出行业标准格式STL, 成型高密度金属产品。金属粉末层层堆积, 同时大功率的光纤激光把金属粉末层层熔融在一起形成最终产品。常用金属粉末包括不锈钢、模具钢、钴铬合金、钛合金、镍基合金以及铝合金等。医疗领域金属打印在医疗领域具有广阔的应用空间，主要用于口腔及植入体的制造，所使用的材料包括钛合金、钴铬合金等。在口腔领域，牙冠的制作是其典型应用，可有效避免沙眼多、缩孔变形、经常返修等问题，几十微米的激光制造光斑可保证较高的精度，在成本降低的同时，制作效率和性能大大提高。此外，在口腔领域金属打印还可制作牙桥、支架以及上下颌骨等产品。口腔领域的应用主要体现在外用方面，而植入体则是通过手术植入人体内部进行使用，如人体髋关节、颅骨以及其他部位的骨骼等。骨科产品，多采用钛合金材料，与人体具有优异的生物相容性；表面网状结构可以减轻植入物的重量；定制化设计可以保证产品完全适应病人的个体需求。相比较传统工艺, 表面涂层粘合度更高, 表面结构根据不同临床病人要求更加灵活。对于植入人体的产品都存在安全性风险，因此保证产品质量，产品须在在ISO13485医疗管理体系下制造，通过ISO 10993体系下的医疗产品生物相容性评估；产品具备3种形式提供，刚加工完原始表面，光顺或抛光状态，以医药和健康产品注册法规机构注册。2．航空航天领域在航空航天领域，减重意味着节省更多的燃料、运送更多的物资从而降低成本。拓扑优化主要用来帮助工程师们找到能够满足要求的最佳概念设，优化给定设计空间里的材料分布，同时保证零件的性能不受影响。采用传统的制造手段往往无法对拓扑优化后的零件进行加工，而增材制造的灵活性恰好解决了这一制造难题。拓扑优化和增材制造相结合为传统制造方法无法处理的复杂形状打开了可能性，为航空航天减少零件重量、零件数量、制造成本提供了可能。拓扑优化航天零部件阀门部件拓扑优化卫星部件3．汽车等工业零部件应用领域与航空航天领域类似，金属打印的一个突出特点即直接制造，避免了开模带来的高昂成本，在赛车制造领域优势明显。法拉利赛车高温合金部件方程式赛车Titanium64钛合金轮毂适配器摩托车钛合金传统悬架系统(左);模具钢机床钻头(右)金属增材制造也可制作更加精密的钻头，由于在刀具主体内部具有冷却剂供给通道，传统的加工手段只能在一定范围内对通道进行加工，因此限制了钻头的制造尺寸，通过增材制造手段可以设计并制造出适用于更小钻头的螺旋型通道，可以制作小至8mm的刀片钻头。 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属增材制造技术面向工业制造和模具领域的应用