7月25日，最早进入人形机器人赛道的企业之一优必选，宣布推出面向智能制造场景的工业人形机器人Walker S2。该机器人集成灵巧手与仿生手臂，支持自主换电等高难度动作。3D打印技术参考注意到，优必选在该机器人的开发制造过程中使用到了3D打印技术来实现轻量化和降低制造成本。 自主换电，是该机器人引起广泛关注的重要原因。人形机器人发布指出，该技术无需人工干预，同时配合群体协同技术，能实现7x24小时厂内作业，为人形机器人落地工业场景的行业痛点交出了突破性答案。 3D打印技术助力自主换电 为了实现自主换电所需的灵活性，Walker S2的腰部拥有±162°的旋转自由度。尽管增加了自由度，Walker S2通过3D打印技术和新型复合材料的应用，整机重量从Walker S1的76公斤降至70公斤，结构更紧凑，动作灵活性反而提升，为精准换电提供了硬件基础。 因为搬运产品、换电时需要旋转腰部，对机身结构的负荷较大，对机身结构的轻量化、结构件强度提出了更多要求。 Walker S2就采取了一种独特的结构件，该结构件由优必选自主设计研发，攻克了部分结构件的结构设计和加工难题，保证了腰部关节的结构强度、寿命等要素，并通过材料学革新，从而不仅确保机器人能支撑几十公斤的负载，还实现了机器人轻量化，以确保在换电过程中机器人的整体稳定性。 有机构指出，这种大型结构件的打印难度远超小型零件，因为传统3D打印技术在打印大尺寸部件时，容易出现应力不均、精度不足等问题，导致零件强度不达标。因此从结构设计层面而言，优必选这款部件，可能通过拓扑优化算法，在非受力区域减少材料用量，实现按需分配材料，既实现了轻量化目标，又满足了工业场景的强度要求。 从亿元级订单看人形机器人工业场景落地 据澎湃新闻报道，“人形机器人第一股”深圳市优必选科技股份有限公司于今年7月中标觅亿（上海）汽车科技有限公司的机器人设备采购项目，中标价格为9051.15万元。这是目前人形机器人企业披露过的中标金额最大的采购订单。 日前，智元机器人和宇树科技刚刚成功中标中国移动旗下公司“人形双足机器人代工服务采购项目”，总金额达1.24亿元。其中，智元以7800万元拿下全尺寸人形机器人标包，宇树以4605万元中标包含小尺寸人形机器人、算力背包及五指灵巧手的标包。 这些大额订单背后无疑涉及到机器人的批量生产。深公司Insight指出，优必选2025年设定工业人形机器人交付目标为500台，并为此筹备了“千台级”的年产能，这意味着人形机器人行业步入量产门槛。 而量产背后的第一个关键在于成本。面对动辄数十万的成本门槛，优必选在Walker S2研发中已采取多项降本策略，其中一项便是采用3D打印技术。 3D打印技术参考认为，3D打印技术应用于机器人行业所带来的的效益与战斗机行业应用非常相似，即能够带来复合效益。该工艺可以制造出其他工艺所无法制造出的机器人复杂结构，如拓扑优化结构、晶格结构，这些结构不仅可以提高机器人部件的强度和性能，同时能够减轻机器人整体重量；更进一步的，机器人整体重量的降低，会使其续航时间更长，可已进行的动作更为复杂多样。此外，3D打印技术还可以实现一对一定制，适应多样化的应用场景。 铂力特世界机器人大会参展展品 大多人形机器人进入工厂后，工作3～4小时后就需充电40分钟，但工厂的生产节奏是连续的，哪怕停机1小时，也会严重打乱产线节奏。Walker S2作为全球首个自主换电的人形机器人，将为人形机器人工业场景应用，带来更多畅想。 2025世界机器人大会即将开幕 京城机电将携旗下机器人相关企业亮相 2025世界机器人大会将于2025年8月8日至12日在北京举办。该大会由中国电子学会、世界机器人合作组织共同主办，主题为“让机器人更智慧，让具身体更智能”，将有200余家国内外机器人企业的1500余件展品集中亮相，首发新品超100款 3D打印技术参考注意到，京城机电将携旗下机器人相关企业亮相大会，集中展示新型机器人产品和智能制造解决方案。 中航迈特作为京城机电金属3D打印代表企业，将与配天机器人、北京人形机器人创新中心同台展示，为机器人行业创新带去金属3D打印智造解决方案。 该公司推出的MT400M将现场打印，直播展示机器人身体部件一体成形；其MT170, MT280系列金属3D打印设备，能推动机器人行业智造升级。 MT-TC4等钛合金粉末, MT-AlSi10Mg等铝合金粉末, MT-304L/316L等钢类合金粉末, 为机器人行业提供创新材料。 同时，中航迈特还将展示人形机器人胸腔、手臂、大腿、小腿等3D打印结构部件，为机器人行业结构创新与制造工艺突破提供新思路。 END 3D打印技术能够为机器人行业赋能毋容置疑。优必选通过3D打印技术在工业人形机器人领域的创新应用，不仅提升了产品性能和效率，还推动了人形机器人从实验室走向商业化落地的进程。未来，随着3D打印技术与人工智能、材料科学的进一步融合，机器人行业有望在智能制造领域取得更多突破。#增材制造# #3D打印#

随着航空航天与消费电子对高性能铝合金材料需求快速增长，苏州倍丰智能科技发布自研GA系列高强铝合金，涵盖GA570、GA520和GA480三款高强铝合金材料： GA570以其在250℃高温下5000小时服役测试的出色表现，成为航空热端结构件的理想材料选择； GA520与GA480不仅保持了高温稳定性与高强特性，更专为消费电子轻量化设计，具有优异的可打印性、阳极氧化性能，还具备显著的成本控制优势。 完备产业链支撑，从粉末设计到构件制造一体化交付 倍丰智能具备粉末成分设计—高纯雾化制备—增材打印—热处理工艺开发的全流程技术体系，公司自主掌握的高纯气雾化粉末制备与智能参数优化平台，确保GA系列材料具备批次性能一致性高、工艺适配范围宽、热处理简便节能等显著优势，支持复杂构件的一体化快速交付与批量制造。 航空航天与3C领域全能高强铝合金解决方案 由倍丰团队开发的GA570、GA520与GA480三款高强铝合金，均为增材制造专用铝合金材料，在250℃以内均表现出优异的热稳定性和结构强度，广泛适用于航空航天与消费电子领域。 三者抗拉强度在485–570 MPa之间，延伸率达12–17%，满足高温载荷结构和精密轻质件的双重需求。其中，GA570已在航空热交换器、舱段壳体等发动机服役环境中完成验证，而GA520和GA480则在智能终端结构件、散热器、花鼓、可穿戴设备等3C场景中实现了批量应用。 其中GA480在保有强度优势的同时，特别优化了阳极氧化性能，可呈现细腻均匀的金属质感表面，成为对外观品质要求较高产品的理想选材。三款材料均具备良好的打印适配性和简化热处理工艺，支持复杂构件的高效制造和大规模工程化应用。 GA480阳极氧化色差表 倍丰科技在高强铝合金领域持续深耕，通过材料成分设计、气雾化粉末工艺、打印工艺参数包与后处理热处理一体化开发，构建起“材料–工艺–应用”全链条解决方案。未来，公司将进一步推动GA570/GA520/GA480在航空航天、3C消费电子的应用，助力中国制造在高性能轻质材料领域实现突破。 #增材制造# #3D打印#

3D打印技术参考注意到，由武汉大学设计的一款面向服务场景的人形机器人五指灵巧手，从全球逾万件参赛作品中脱颖而出，获得2025德国红点奖“创新设计”奖项，该奖项约占全部获奖作品的2%。 根据Red Dot官网介绍，这款轻巧的机械手，采用充满未来感的蓝黑色配色，可无缝集成到机器人系统中。其线缆操控的中空结构TPU手指能够精确安全地抓取各种物体，无论物体是否易碎，还是形状不规则。 设计团队在结构简单化、材料轻量化、组件模块化和载具通用化上下足功夫，大量运用柔性3D打印材料TPU，以及金属3D打印工艺等，保证卓越性能的同时，还显著降低了制造成本。 3D打印技术参考查询到，该灵巧手采用了类似人体肌肉和神经的腱绳结构，通过箭绳的伸缩驱动手指，完成按、握、拧、拉等多种精细动作。这种设计大大减少了电机等元件的使用，让整只手重量只有420克，相当于一罐可乐；模块化的构造还让它能在3分钟内快速拆装。 这款灵巧手的视觉和触觉传感器确保抓取力精度达到2牛顿，定位精度达到1至2毫米。手臂拥有2×6个自由度，手部拥有2×2个自由度，可适配人形机器人及工业机械臂。 武汉大学指出，该成果由该校跨学科团队共同合作完成。以机器人学院李淼教授团队的“腱绳轻量化结构”为技术底座，运用信息管理学院姜婷婷教授团队基于生理测量的用户体验模型，设计端由城市设计学院邓俊副教授团队主导，将“数智设计”理念注入形态、材料、结构与人机交互。 邓俊副教授介绍道，“重点不在于它的握力有多强，比如拾取一个鸡蛋，要保证鸡蛋不破，拾取一张纸，不会因为使劲地捏取而把它折皱。”安全、结构简单、轻量化是这只“手”最大的特点，这也使得它的生产制造、后期的维护成本较低，具备强有力的市场竞争优势。 长江云新闻报道指出，五指灵巧手是湖北启动人形机器人整机研发专项行动后首个获得国际顶级设计大奖的机器人核心部件。目前，这款灵巧手已在医院、超市进行试点应用。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

3D打印因设计自由度高和可个性化定制的等优势而被各行各业广泛关注，应用潜力巨大，因而也涌现出了如激光粉末床熔融（LPBF）、熔融沉积（FDM）、选择性激光烧结（SLS）以及光固化（SLA）等多种打印方式。 但在实际打印过程中会出现各种各样的问题，包括在打印完成后得到的零件致密度低，打印过程中产生气孔和热裂纹等缺陷，以及在打印结构设计中支撑件存在设计稳定性和后处理困难的问题。为了解决这些问题并缩短3D打印参数设计的试错成本，许多仿真模拟软件应运而生。本期内容，3D打印技术参考注重介绍本领域聚焦不同用途的仿真软件。 微观组织演变的仿真模拟 3D打印过程中微观组织的凝固过程对于最终产品的质量影响非常大，获得高密度和高精度的产品是3D打印制备零部件的目标。COMSOL是一种可以进行多物理场耦合的仿真平台，能够模拟不同工艺下的凝固过程，从而分析3D打印中材料的微观组织演变。例如，COMSOL可以通过模拟3D打印过程中的热量分布情况为材料的熔化及凝固提供参考，也可以通过分析固体传热和固体力学物理场来预测零件的应力和变形。 不同扫描速度下熔池的数值模拟结果（使用COMSOL模拟） 左：由于存在残余应力，飞机叶轮的叶片发生翘曲；右：调整后的最终叶轮设计 Flow-3D是一款主要采用计算流体动力学（CFD）技术，可以定义多种物理模型的计算仿真工具。3D打印中材料从粉末状态到被激光或其它能量加热熔化后的凝固成型过程会涉及流体流动及相变，这些过程Flow-3D都可以进行模拟并对实际的打印给予指导。以模拟不同扫描速度为例，Flow-3D在模拟该参数下的凝固情况时可以对熔池的流动进行分析，从而发现特定的扫描速度下熔池的凝固速度过快会导致内应力较大产生裂纹。研究人员就可以基于这种结果来调整实际打印过程中的扫描速度，减少凝固过程中裂纹的产生。 支撑结构仿真，助力无支撑打印 在进行一些复杂结构设计时，支撑件的设计是必不可少的，它对于保证3D打印过程中产品的稳定性起到重要的作用。支撑件设计不当可能会导致材料的浪费，增加打印时间，甚至可能会导致打印过程中零件坍塌，导致打印失败。此外，对于一些外部封闭而内部复杂的结构件，在设计支撑件时很难在后处理的过程中将支撑件取出，合理运用仿真模拟软件能有效避免这些问题。Magics是3D打印行业应用最广泛的软件，在变形和热应力方面的仿真能力非常强大。但近几年来，国产软件也在崛起。 VoxelDance Engineering（VDE）软件在支撑件的模拟方面有很强的技术，它可以将支撑结构视为均匀密实结构后实现对支承刚度的精准模拟，从而避免仿真误差。该软件在材料库中添加了与各种常用材料相匹配的材料参数，使用户能够使用材料库中的默认参数或自定义参数，保证支撑件模拟的准确性。以封闭叶轮模型为例，VED软件可以将支撑结构视为均匀密实结构，并为支撑模型添加对应材料参数后再次进行仿真，最终有效避免了翘曲变形并提高了打印成功率。 仿真结果 打印成功的零件 除VED和Magics这两款之外，Genesis在3D打印支撑件模拟方面也展现出巨大的优势。它在针对一些如镂空结构、悬垂结构等复杂结构时可以运用其算法和智能分析技术来进行快速分析。通过结合经验数据，Genesis可以快速判断出打印过程中哪些区域可能会因为重力/结构因素导致变形/坍塌等问题，从而可以对支撑结构的位置进行设计。例如在基于Genesis中的仿真孵化策略下，3D打印的叶轮能减少其设计时的支撑体积，并具有制造封闭软管叶轮的能力，最终叶轮内部的叶片中打印出了没有支撑件且表面良好的产品。 功能/性能仿真加快3D打印设计开发流程 在前文中所提到的微观结构及支撑件方面的优化上，仿真模拟起到的一个十分重要的作用就是“降本增效”。例如，通过前文中所提到的COMSOL和Flow-3D对于凝固过程的模拟，能够预测微观组织演变，减少后期因组织上的孔隙率过高等缺陷导致后期返工，影响项目进度。在支撑结构上的优化也对实际材料成本和时间上减少浪费，例如人体骨骼模型中由于具有复杂曲面和多处悬空关节。通过采用“点支撑”布局，可以使材料消耗比传统设计减少60%（数据来源：嘉立创3D打印网站）。 西门子能源在SimScale中的热流仿真 除了在优化材料打印过程中涉及到的微观凝固和支撑结构上，仿真软件本身使用的简洁性也为仿真过程带来减少时间浪费的效果。其中，SimScale是一款广泛应用于3D打印领域的基于云端的计算机辅助工程（CAE）仿真平台，能够为3D打印提供强大的仿真支持。它能够进行多物理场仿真，包括结构力学、计算流体动力学以及热力学等，用户可以在云端对其进行访问，无需安装软件就可以进行仿真分析。在此之前，西门子能源在使用CAD使将复杂结构（如：TPMS或几何晶格结构）在导入仿真工作中会具有很大的挑战，它必须要将几何结构进行曲面细分后才能生成体积网络，创造复杂结构图形。如此一来，如热交换器的文件大小可能会占6GB，对于生成和导入就需要花几小时才能完成。 SimScale使用nTop的原生库“nTop Core”可以直接在隐式模型上进行可视化处理、网格划分和仿真，将导入时间从几小时缩短到几秒钟。除此之外，西门子使用SimScale进行了热性能优化，以最小的压力损失实现最大的热传递。 另外，晶格结构的设计可以满足现阶段倡导的轻量化及多功能散热等需求。其中ANSYS Lattice Simulation就是一种3D打印点阵结构分析工具，可以为3D打印晶格结构和超材料设计提供多尺度仿真支持。该软件具有用户界面友好，容易操作，自动生成材料数据库并支持参数优化等优势。在刚度分析上，它可以进行精确模拟，使误差值仅在百分之零点几。在点阵优化上，它还能够将复杂的点阵结构简化为宏观等效实体模型，降低建模难度并提高仿真效率。 ANSYS点阵结构刚度分析 除此之外，3D打印技术参考近日又发现一款仿真软件——PanOptimation的PanX软件。根据介绍，它将尖端的仿真和优化引入了金属增材制造行业。其采用一种新颖而独特的多网格建模方法进行热机械仿真，与传统的有限元分析 （FEA） 模型相比，运行速度快100倍，同时只需要非常适中的计算机硬件。该软件可识别并帮助纠正大多数热和机械构建问题（变形、铺粉机构卡住、开裂等），从而大大减少实验试错的需要。 END 除上述所提到的仿真软件外，还有大量的仿真模拟软件可以帮助优化3D打印，以满足不同用户及应用场景的需求。例如3Dxpert可以用来简化设计和打印的工作流程，适用于批量增材制造生产；Altair Inspire Print3D更适合SLM和MBJ打印方式，能设计减少3D打印后处理工艺；Simufact Additive能模拟3D打印的堆积及热处理等过程，适用于航空航天等高精度领域。 总体来说，仿真模拟技术在3D打印上起到了非常多的助力作用。通过仿真模拟技术，可以减少试错时间、预防支撑结构设计不合理导致打印失败，这使得仿真+3D打印技术在航空航天、医疗等领域都具有很大潜力，有望带来更高效且智能的3D打印解决方案。#增材制造#

俄罗斯与乌克兰均在推动对3D打印无人机(UAV)的需求。双方部署低成本、遥控无人机进行空中监视、运送物资以及作战等任务。 近日，同行媒体报道指出，乌克兰无人机制造商Wild Hornets正在运营一个不断扩大的3D打印农场，用于生产其Sting拦截无人机。这家乌克兰非营利组织在社交媒体上分享了图片和视频，展示了一排排两家全球头部FDM 3D打印机品牌的设备正在制造塑料无人机部件。 重要的是，Sting拦截无人机提供了一种比美国供应的“爱国者”导弹更具成本效益的替代方案，后者每枚成本约为330万美元。相比之下，据报道，乌克兰制造的拦截器生产成本在1000美元至5000美元之间，而俄罗斯的“沙赫德”无人机每枚成本估计为3.5万美元。 Wild Hornets公司称，其无人机“摧毁了1738件资产，价值16.9亿美元”，其中包括448架对方无人机。该公司正在扩大其FDM 3D打印机队伍，以提高产量并快速调整设计，满足不断变化的战场需求。这显示出3D打印技术在低成本制造、加快设计并实现生产分散化方面的优势。 另一家正在加大无人机产量的乌克兰公司是TAF Drones。该公司在乌克兰西部运营着一个生产基地，超过100名员工使用包括3D打印机，每天生产约1000架无人机。然而，该公司制造的并非拦截无人机，而是针对前线打击任务优化的轻型无人机。 德国初创公司Tytan Technologies也利用3D打印技术为乌克兰生产人工智能控制的无人机。该公司研发的Tytan拦截器专门用于对抗对方无人机。这款无人机采用3D打印机身，能够保持低成本并适应不断变化的运营需求。据Tytan公司介绍，这款拦截器的速度可达250公里/小时以上，有效载荷高达1公斤，作战半径超过15公里。 Tytan Technologies 无人机 除了乌克兰，3D打印无人机在全球国防领域也日益受到关注。总部位于美国的Firestorm Labs最近获得了4700万美元A轮融资，将用于扩大其3D打印无人机及其可部署增材制造单元xCell的规模。该微型工厂可部署在两个20英尺集装箱或一个40英尺集装箱内。它允许用户在需要时直接3D打印模块化无人机机身和组件。 Firestorm的技术引起了美国国防部的关注。今年早些时候，美国空军授予该公司一份为期五年、价值1亿美元的“不定期交付、不定期数量”（IDIQ）合同。根据该协议，Firestorm将负责开发和采购3D打印无人机解决方案，该解决方案优先考虑模块化、经济高效的设计。 3D打印巡飞弹 此外，美国航空航天和国防制造商康明斯航空航天公司的3D打印巡飞弹“地狱猎犬”S3于今年早些时候完成了首次试飞。S3是一款涡轮喷气发动机驱动的无人机系统（UAS），飞行速度可达每小时384英里（约610公里）。其设计目标是对装甲车辆、坦克和防御工事进行远程精确打击。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

3D打印技术参考于近日又发现一款极为酷炫的3D打印手表。 一家名为Ayoub Ahmad的公司打造出一款名为STRACTRA的3D打印钛金属概念腕表。这款表的小时刻度呈现在180度的几何弧线之上，其表圈受自然启迪呈现出树枝状的图案，在腕表右侧弧线形成规整线条。在这些有机结构的空隙间，小时数字、指针均以日落橙色为主色调，在钛金属的配色衬托下十分显眼。此外，分钟刻度在指针下方呈360度圆环环绕，让这款3D打印钛金属概念腕表的报时功能更为完备。 不同于传统圆形或方形钟表那种规整的设计风格，这款概念3D打印钛金属腕表的框架自带一种有机质感，表壳线条流畅自然，宛如树枝的形态或是大自然中灵动的曲线。设计师Ayoub Ahmad早有规划，打算运用3D打印技术来生产这款腕表，同时选定钛金属作为整个腕表的主要材质。借助3D打印技术，他能够顺利实现小时刻度所呈现的弧形、分钟刻度所构成的圆盘，以及表身独特的六边形设计。 左侧似乎有一个格栅，用于触感 3D打印钛金属概念腕表STRACTRA的左侧表盘，看似格栅状的设计，但实际上却带有一些凸起，以提升触感。蜿蜒的线条穿过中间的分钟刻度盘，仿佛树枝的生长。弧线从小时刻度盘延伸至中间的刻度盘，让佩戴者能够看到腕表内部的齿轮。在刻度盘旁边，镌刻着3D打印钛金属概念腕表STRACTRA的名称。 钟表背面的光滑表面 分钟盘细节图 钟表名称位于分钟盘旁边 设计线条贯穿表盘 这款腕表设计仍处于概念阶段，Ayoub Ahmad表示，这款腕表是他参加迪拜钟表周的参赛作品。迪拜钟表周将于2025年11月19日至23日举办。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

3D打印技术参考注意到，来自瑞士洛桑联邦理工学院机械工程学院的中国学者管清华等人，近日在Science Advances上以封面文章发表了“”的研究。 该团队制造了一头受肌肉骨骼启发的肌腱驱动机器人大象，其关节与可编程弯曲轮廓相结合，象鼻结构柔软连续。需要指出的是，他们没有使用不同材料来制造软、硬部件，而是开发出了一种晶格结构生成技术，其支持超过一百万种离散配置和无限几何变化，仅使用单一材料制造的不同晶格分布，即可使材料在不同的区域呈现柔软、坚硬的不同状态。3D打印技术参考注意到，该方案为设计轻量级、适应性强的机器人提供了可扩展的解决方案。 真实骨骼肌肉结构为人形机器人开发提供思路 软组织与刚性结构（一些是被动的，另一些是功能性的）的整合在能量、精度和运动范围方面提供了优势，从而可以实现各种复杂的行为。例如，猎豹有弹性的肌腱，可以与坚硬的骨骼一起储存和释放能量，实现爆发性的加速。人手中肌肉、肌腱和韧带的排列和相互作用使精细运动技能成为可能，而蛇的灵活脊柱则使运动更加灵活。这些对于机器人来说是令人羡慕的特性，并启发了机器人肌肉骨骼下肢、上半身甚至人形机器人的发展。 宇树科技机器人 多材料3D打印在机器人结构开发方面的限制 3D打印已成为制造软刚肌肉骨骼机器人的关键制造技术。这种多材料增材制造技术可以形成具有空间变化材料特性的复杂三维形状，并在驱动下表现出多模态变形。然而，动物肌肉骨骼结构的复杂性和多样性是显而易见的，存在许多不同的关节排列，甚至完全肌肉化的器官（如象鼻）。因此，我们需要能够模仿这种广泛的潜在生理结构的设计方法和3D打印技术。 多材料3D打印是实现肌肉骨骼软刚系统结构单阶段制造的关键技术。例如，通过硬骨和软韧带两种材料可以制造骨架手、视觉控制打印和多材料多喷嘴3D打印。 虽然多材料3D打印本质上可以实现材料或不同特性的组合，但这种方法在可实现的肌肉骨骼结构的复杂性和多样性方面也受到一定限制。首先，它将结构不同部件的刚度范围限制在一个离散的或通常很小的范围内，限制了复制自然界中连续变化的广泛刚度的能力。其次，材料的各向异性很大程度上是由其成分或3D打印技术决定的，这使得模拟肌肉骨骼系统中看到的底层各向异性和方向性变得具有挑战性。 可编程晶格超材料的挑战 具有可编程体积行为的晶格超材料的开发使得能够从单一基础材料中获得更连续和更广泛的机械性能。晶格结构通常使用重复的晶胞形成，例如体心立方、开尔文或八面体。虽然这些结构提供了增强的机械性能，但它们对重复几何形状的依赖限制了可实现的刚度和各向异性的范围。 最近的努力引入了更复杂的几何形状，例如拓扑调节或厚度调制，以产生梯度特性 。然而，这些方法主要关注各向同性、厚度变化或有限范围的结构变体，限制了它们在设计高度可调的机械行为中的适用性。此外，由软材料开发的晶格结构在大变形过程中表现出复杂的力学行为，这是由于材料在大变形过程中的非线性（例如，超弹性和梁屈曲）使得这些结构的设计和优化具有挑战性。 越传统晶格结构的设计方法，刚度和各向异性范围显著扩大 这项工作展示了改变晶格结构的几何形状以实现一系列结构特性的潜力，例如可编程变形、刚度、泊松比和各向同性，刚度范围和编程其各向异性的能力目前受到可创建的不同几何形状范围的限制。 研究人员提出了一种使用单一材料设计和制造可编程软硬晶格结构的方法。该方法的核心是拓扑调控 (TR)，它通过引入广义晶格混合方法扩展了晶格单元的设计空间。这使得能够创建无限多种新的晶格几何形状，其刚度和各向异性属性的范围显著扩大，超越了传统晶格设计的约束。 利用拓扑调控，研究人员可以创建具有更多样化力学行为的晶格结构，从高度柔性到刚性，从而能够更精细地控制材料属性。在此基础上，将叠加编程 (SP) 与拓扑调控相结合，从而能够在毫米级上连续或离散地改变晶格刚度、各向异性和连通性的空间。拓扑混合和叠加分布控制着晶格的空间属性，并允许结构在不同力学状态之间进行渐进或突然的转变。这使得不同的机械状态能够融合，从而创建柔软的连续身体结构和机械特性之间的离散过渡，可用于设计更刚性的关节结构。 为了利用这些新的晶格结构和融合方法，研究人员引入了一个运动行为编程的计算框架，可用于晶格结构的连续调节和离散分布。通过优化拓扑索引场和晶格单元叠加，可以将运动行为直接编码到结构设计中。该框架允许对变形轮廓、承重能力和关节行为进行结构编程，从而利用结构实现智能行为。 为了展示这种方法，研究人员制造了一个受肌肉骨骼启发的大象机器人，它集成了用单一材料打印的软硬部件。软硬结构组成肌肉骨骼机器人系统，其中刚性结构充当承重骨架，而软结构和肌腱用作肌肉来驱动各种运动。柔软而肌肉发达的躯干表现出扭转、弯曲和螺旋运动，而刚性的骨骼关节则复制了大象臀部、膝盖和足部关节的刚度和承重特性。这些结果凸显了所开发的结构编程框架如何能够综合复杂的肌肉骨骼特性和行为，并在统一的材料系统中连接软性和刚性力学。 END 总的来说，这项研究开发出了能够优化晶格结构来实现所需运动行为的工具。基于体心立方和XCube单元就生成了100多万种立方体，可以引入更多类型的晶格结构来获得更有利的特性。与蜂窝和其他晶格结构类似，强度重量比可以非常高，从而可以实现轻型、高效和低惯性的机器人开发。开放式晶格结构也非常适合在流体中使用，因为它在提供较低阻力的同时对流体呈惰性。最后，使用开放式晶格可以将其他材料、传感器和肌腱纳入结构中，从而实现进一步的智能应用。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

Boom Supersonic是一家以3D打印技术为核心，致力于通过创新引擎设计与增材制造重塑超音速飞行未来的航空先锋企业。该公司正在用粉末和激光改写规则。从大量使用聚合物3D打印技术制造夹具和固定装置，到全面进军发动机创新领域，该公司充分证明了增材制造的潜力。对于Boom的增材制造工程师Ruslan Pshichenko来说，3D打印不仅仅是制造零件，更是一层一层地打造一场飞行革命。 Boom与3D打印的渊源始于XB-1的早期阶段，XB-1是Boom首款极其成功的超音速演示飞机。Pshichenko回忆道：“我们有机器，也知道会用到它们，但直到遇到障碍时才意识到，我们可以使用3D打印。”在Stratasys FDM打印机的帮助下，团队打印了近350个飞行级热塑性部件和超过750个钻孔导轨。 这仅仅是个开始。如今，Boom正着手打造其首款商用客机Overture，并从热塑性塑料转向金属，为其下一次飞跃——商用超音速喷气式飞机Overture的专有发动机Symphony铺平道路。Symphony发动机正在分阶段进行验证，其核心部件（称为SprintCore）经过多次迭代。作为独立的测试件打造，可以使用增材制造零件快速进行多次迭代。Pshichenko解释说，“它包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮。只需测试核心部件，我们就能收集燃烧数据。” Boom与EOS的合作始于EOS AM Turnkey计划，这是一项全面的北美咨询解决方案，旨在通过将专家指导与实践学习相结合来加快工业3D打印的采用。 该端到端项目与Additive Minds团队紧密合作，在位于德克萨斯州的EOS技术中心内，为企业提供从项目规划、组件重新设计到系统配置、培训和全面量产的各个阶段的支持。通过结合实时支持、定制应用开发和丰富的行业洞察，AM Turnkey帮助Boom等企业避免代价高昂的失误，高效扩展规模，并打造一支能力全面的内部增材制造团队。 凭借EOS M400-4及其四激光系统和大尺寸制造能力，Boom实现了快速的构建速度。根据Boom的协议，该公司购买了一台3D打印机，并在EOS位于德克萨斯州的工厂内进行初步运行，并得到了EOS工程师的支持。现在，这台打印机将被转移到Boom自己的研发实验室——这标志着双方合作的开始。 Pshichenko说道，“当我们急需零件时，它帮我们避免了金属3D打印带来的高难度学习曲线。EOS让我们在他们的工厂使用机器几个月，让他们的技术人员处理首批生产批次。他们的专业知识确实帮助我们快速获得了所需的零件。” 一整套涡轮叶片、导向叶片和密封件正应运而生。当前正在生产的193个零部件，每个都支撑着Symphony的“热段”，尤其是高压涡轮（HPT）区域，这里的温度和应力将材料推向极限。Boom使用Haynes282，这是一种针对高温高应力环境优化的镍基高温合金，非常适合制造涡轮叶片和轮叶等部件。 Pshichenko表示，“这些部件是发动机的核心。它们不是装饰品——而是功能性的，是真实的，它们帮助我们验证引擎性能的方方面面。这些都是真正可用的部件，用于提供真实测试数据。” Boom使用EOS M400-4实现了快速的打印速度，这得益于该机器的四激光系统和巨大的打印体积（400毫米）。单个打印包含三个大型涡轮叶片，耗时约四天半，消耗约50公斤金属粉末，彰显了该机器的工业级产能和可靠性。 Boom增材制造的优势远不止速度。据Pshichenko所说，它能让工程师拥有不同的思维方式：“我们的一位工程师需要一种工具，能够在20英尺长的碳粘合线上均匀涂抹粘合剂。因此，我们连夜打印了一个定制的试用工具。这种灵活性是机械加工无法比拟的。” 这种创造思维的敏捷性如今正扩展到金属领域。“Boom的工程师们已经开始提出各种想法——热交换器、冲击管、密封件，”他解释道。“拥有EOS机器开始改变我们的思维方式。我们会想，我们还能打印什么呢？” 但这并非没有挑战。金属打印涉及复杂的支撑结构设计、精准的清粉处理以及诸如热等静压（HIP）、热处理和电火花加工（EDM）等细致的后处理工艺。不过，Pshichenko认为这些挑战是可以克服的，尤其是在采用合适的技术的情况下。“EOS是金属增材制造领域的领导者，对于像涡轮叶片这样复杂的部件，需要尽可能可靠的系统。” 展望未来，Boom的目标非常明确。“我们正在超级工厂里设计一个增材制造车间，不仅用于制造冲刺阶段的核心部件，还将用于生产飞行硬件、工装模具，以及任何增材制造能让我们占据优势的领域。” Boom为其原型发动机打印的部件旨在用于测试，而非飞行。然而，他们正在密切关注航空航天业如何向FAA认证的3D打印发动机部件迈进。但这只是时间问题。正如Pshichenko所说：“我们正在与FAA密切合作。验证是关键。但道路已经在那里——我们并非孤军奋战。像通用电气这样的公司已经在试飞3D打印的喷嘴，但还没有人试验旋转部件，这是下一个挑战。” Boom预计Overture将于2029年投入运营，届时其许多系统（尤其是非结构部件和客舱部件）都可以通过3D打印技术实现。Boom的故事是关于重新思考一切可能。“不用增材制造，能做到吗？也许可以，但难度会大得多。增材制造让我们行动更快，制造更智能，设计也不受限制。”#增材制造# #高超音速# 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

低温流体传输对于地面和太空系统都至关重要，传统做法需要在“预冷-充装”阶段对接收容器进行排气，来保持有利于流体流动的压力。马歇尔太空飞行中心的研究人员开发了一种新系统，它使用3D打印的喷射器和增强型热力学排气系统 (TVS)，能够最大限度减少低温流体在传输和储存过程中的蒸发。 该系统它通过逐步冷却接收罐内部，提高低温流体的传输和储存效率，并最大限度减少或消除接收罐排气口的打开时间。该喷射器由3D打印制造，可便捷地安装于各类储罐或充装设备，适用于需要输送低温流体的航天或工业场景。如果与再循环泵集成，该喷射器还可以用于长期低温流体储存，作为控制储罐压力的一种手段。 新开发的增强喷射器包含内部热交换器、流体喷头和一个外表面冷凝换热器，所有这些部件都与多个相互交织的流道相结合，包含液相、两相及气相工质的复杂流道。瞬时真空辅助喷射器为喷射器提供冷却剂源，冷却流入的流体。冷却后的流体促进了储罐空隙的冷凝，降低了压力，并维持了流入的流体流量。该系统消除了出现灌装停滞的可能性，并在低温流体输送过程中降低了储罐压力。 该喷射器采用3D打印技术打印成一个部件，与传统方法相比，可减少零件数量、提高可重复性、缩短交付周期并降低成本。 该喷射器尤其适用于低温流体价格昂贵、通过排气口损失流体存在问题以及需要实现高填充水平的应用。该喷射器可以用于容器之间典型的低温流体传输，或者，也可以用作储罐压力控制装置，用于长期储存，使用流体再循环系统将流体泵送通过喷射器，并将冷却后的液体喷回储罐。

3D打印技术参考注意到，来自英国牛津大学衍生公司First Light Fusion、爱丁堡大学物理与天文学院及极端条件科学中心等的研究人员近日在钽金属增材制造领域取得重要研究进展。 他们利用两级轻气炮，对采用激光粉末床熔融3D打印制造的钽进行了对称冲击实验，弹速最高达6.7km/s。结果显示，在125–437GPa压力区间内，3D打印钽金属的冲击响应与锻造状态的钽在实验误差范围内完全一致。这一发现证明，在惯性聚变能源及高压材料科学等极端环境中，可直接使用3D打印制造钽部件，从而为复杂结构钽部件的增材制造应用提供了依据。 3D打印钽的冲击响应是否与锻造材质不同 钽是一种高强度、难熔金属，广泛应用于航空航天、能源和国防工业。其在高压环境中具有很好的韧性和延展性，能够承受极大的压力而不破裂或变形，因此被视作聚变堆结构或靶丸等聚变能源装置的理想候选材料。但是，钽的高延展性和加工硬化倾向，使得原材料的机械加工或铣削变得困难。 近年来，增材制造行业已经开发出钽金属的激光粉末床熔融3D打印工艺，证明其能够大规模生产具有复杂几何形状的高精度全致密钽三维部件。但在将增材制造得钽部件用于高压应用之前，重要的是要确定增材制造钽的冲击响应是否与锻造的钽金属不同。 基于锻造技术制造的钽在高压下的行为已经得到广泛研究。3D打印钽的高压力学行为此前仅测试过15GPa下冲击响应，并发现3D打印样品的柱状微观结构相对于锻造材料提高了机械强度。在3D打印钽样品中也测量到了相当慢的冲击速度，尽管这种影响可能是由于样品的孔隙率造成的。目前尚不清楚两种制造工艺下材料之间巨大的微观结构差异是否会影响在高于100GPa压力下测得的冲击响应。 3D打印制造高致密钽样品 在这项研究中，研究人员使用Colibrium Additive M2 Series 5 金属3D打印机GAM公司的AM325钽粉制备了测试样品。本研究中样品的平均致密度为 99.94%，密度为16.64g/cm³，并呈现出LPBF工艺典型的柱状晶粒结构。相比之下，用于对比的锻造钽样品预计会在退火过程中形成等轴晶粒。 研究人员制造了一根直径10.3毫米、长度32.2毫米的棒材。随后，将棒材切成厚度0.33毫米的圆片（用于弹头）或厚度1.00毫米的圆片（样品），再进行两面研磨，以达到亚微米级的表面粗糙度。之后，将样品圆片切割成半圆片，用于实验。锻造钽为多晶轧制样品，密度为16.65g/cm³⁠，也用于实验中进行比较。 八次撞击实验中有六次采用3D打印钽样品，另两次采用锻造钽样品作为对比。过程中借助光子多普勒测速仪同步测得弹体速度与冲击波在样品中的传播时间，首次获得3D打印钽金属的绝对冲击状态方程。 初始微观结构截然不同冲击响应相同 这项工作的关键结果是，尽管两种制造技术获得的初始微观结构截然不同，但在实验不确定度范围内，对3D打印钽的冲击响应进行测量，与在124至437GPa压力下锻造钽的冲击响应相同。 增材制造钽靶（a）本研究中使用的增材制造钽棒横截面的背散射电子图像。电子沟道的对比度显示样品中的晶粒结构。图像中的黑点主要由碎片引起，但也有一些是由插图所示的孔隙引起的。（b）EBSD图像显示了AM Ta样品部分晶体的取向 之前的研究发现，由于微观结构强度的影响，3D打印钽样品在冲击压缩至15GPa下具有升高的弹性响应。然而，在接近和超过冲击熔化的更大冲击强度下，微观结构似乎对样品的冲击响应的影响微不足道。事实上，之前已经证明，在大的冲击强度下，样品微观结构会因塑性变形而发生剧烈改变，这会导致相当大的加热和大量的位错群，这意味着起始微观结构对高压行为几乎没有影响。 结果表明，增材制造技术能够生产完全致密的钽组件，其在极端压力下的行为可以使用现有的钽状态方程模型进行建模。这意味着，用于高压应用的钽组件不仅可以可靠地设计，还可以通过增材制造技术进行规模化生产。控制和连续改变3D打印组件密度的能力对于开发新型梯度密度冲击器也大有裨益。 3D打印技术参考注意到，开展这项研究的First Light Fusion公司致力于将核聚变能商业化，相关成果在太空和国防等其他战略领域同样具有重要意义。