4月17日，中国航天科技集团集团公司召开2023年度研发工作会，公布了2022年度十大技术突破项目评选结果，首都航天机械有限公司电弧增材制造技术入选，这也是该公司首次荣获集团十大技术突破项目。3D打印技术参考注意到，电弧增材制造技术正在被国内外航天领域加速使用。 开辟型号生产“快车道” 8年前，首都航天机械有限公司（以下简称公司）从零起步，开始电弧增材制造技术研究。在时任一院副院长兼总工艺师王国庆的带领下，公司确定了“航天高强铝合金”这一主攻方向。团队戮力同心，使这项技术在公司生根发芽、迅猛发展。一项项专利，一件件设备，一次次成功的工程应用，公司逐步打响了航天增材制造“金名片”。 电弧增材制造技术具有成形效率高、设备成本低、柔性制造等优点。近年来，航天任务呈高强密度态势，团队充分发挥电弧增材快速响应的优势，为型号生产开辟了一条“快车道”。 2018年12月初，长征十一号火箭遥五配重支架的生产任务到公司，产品生产周期紧张，采用传统的铸造、锻造制造方式难以满足快速低成本的交付需求。就在此时，电弧增材技术作为一种型号产品生产的新方法进入了设计及工艺部门的视野。团队与设计人员快速对接，明确工艺控制要点，制定工艺方案。从模型处理、路径轨迹规划、生产准备到产品完成成形，仅耗时2天。2018年12月22日，该产品通过飞行考核，这是电弧增材制造产品首次在国内航天领域得到应用。 出流底盖是载人登月火箭的关键复杂产品。以往，该产品采用旋压成形，需要新制工装，研制周期长达半年，耗费60万元成本。团队应用了独立研制的“机器人+变形机”为核心的高效电弧增材制造系统，在成形过程中在线测量调整，仅用1个月就完成了复杂结构的研制，减少40万元的成本。 在重点型号领域的应用上，电弧增材技术也成绩斐然。重点型号的很多大型铝合金舱段都是内加筋结构。该结构是曲面，非规则分布、异常复杂。当时，国内主流的增材制造路径规划软件只能实现平面结构的成形。公司电弧增材团队与外单位合作，成功开发出基于曲面结构特征的径规划软件，解决了内加筋结构电弧增材制造难题。 某型号多功能舱呈细长型，中间的隔板结构十分复杂。上一个制造公司采用铸造的传统方法，通过7次技术迭代，耗时1年才完成生产。公司根据产品特性，改造电弧增材设备平台，设计成形路径，仅用2个月就完成功能舱生产，一次性通过气密液压试验，用优异成绩证明了技术实力。 电弧增材卫星支架 截至目前，公司已有11件电弧增材产品通过飞行考核，成功率达100%，支撑构建了我国航天型号快速响应发射能力。 迈开市场化步伐 2019年，公司开始部署增材制造领域全方位的能力提升，推动组织机构的调整。新成立增材制造分公司迈开市场化步伐，大力开展装备输出、技术输出，不断释放活力。 首都航天机械有限公司廊坊增材制造分公司 2020年8月，南昌航空大学来公司开展调研。调研组被公司先进的增材制造设备和产品吸引，在肯定公司技术实力的同时，提出了采购电弧熔丝增材制造装备的需求。在此之前，公司乃至整个航天系统都没有此类装备输出的先例。团队积极主动与客户沟通，制定了完善的技术方案。无论是整机设计，还是硬件集成和软件开发，都是根据需求量身订制，凭借过硬技术赢得了客户的信任，成功中标，实现了公司增材制造装备输出零的突破。 今年是增材制造分公司成立的第3年，团队瞄准非标装备研发方向，继续深入挖掘潜在客户，向更广阔的市场主动“进军”。“目前，我们的电弧增材装备已经在国内打开了市场，有了一定的知名度。”团队带头人王福德总工艺研究师骄傲地说道。 团队输出的产品有4种。柔性可扩展熔化极设备是主推的“明星产品”，它适用于大部分金属材料，有可拆卸的柔性平台，能加工1.2到2.4米的产品，具备在线监测、除尘等多种功能；非熔化极电弧增材设备则是易氧化材料加工的“主战场”；双路沉积设备适用于大尺寸复杂产品生产，成形幅面达到4米乘2米，是“进阶版”用户的首选；增减材复合制造设备将电弧增材、热处理、产品检测等多个工序集成，实现了整条生产线输出，大大提高了经济效益。2023年，公司还将完成4套电弧增材制造装备的商业竞标，未来产业化推广前景广阔。 熔化极电弧熔丝增材装备（左）、非熔化极电弧熔丝增材装备（右） 多年攻关过程中，公司电弧增材技术已达到国际先进、系统内领先的水平，在材料、工艺等方面形成10项标准，充分发挥了内部规范和外部引领的双重作用。电弧增材制造工艺对丝材质量要求更高，普通的铝合金焊丝难以满足要求，容易产生气孔、裂纹等缺陷。团队成员李权博士在参加学术交流会期间，注意到合金元素含量对铝合金性能的影响。受此启发，团队进一步研究丝材成分，提出了“高纯、降铜”抑制层间偏析的制造路线，研制出了适用于电弧增材的焊丝，成功解决了产品力学性能难题。新丝材将产品力学性能各向差异降到3%之内，产品抗拉强度达到440兆帕，延伸率达到10%。团队申请了国家发明专利，制定出首个集团级电弧增材制造丝材标准，确保今后的选材有据可依。 未来，公司将继续面向工程一线，开展电弧增材技术研发，不断完善“材料-工艺-装备-标准”技术体系，努力为航天高质量发展做出更大的贡献。 注：本文内容来自首都航天机械有限公司，转载已获授权。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.视频：ORNL使用3组机器人，电弧3D打印大尺寸金属零件 2.西交大：新型熔滴+电弧增材制造铝合金研究取得新进展 3.波音扩大电弧增材制造工艺测试，将3D打印大型铝合金构件 4.电弧增材如何实现基于三维数据的离散堆积或层叠3D打印？

对于粉末床激光熔融(SLM)工艺，通常被认为制造完整的高精度零件，但本文介绍的是另一种情形——在现有零件之上进行SLM打印——这是一种早已适用于模具3D打印的普遍做法，但同时又适合制造双金属零件，具有重要的应用潜力。 这种在现有零件之上进行打印的方式通常被用作零件修复，如激光熔覆、冷喷涂。但对于SLM工艺，这被称之为金属嫁接打印，它能够充分发挥SLM工艺的优势，降低包含复杂结构的大型零件的整体制造成本并提高生产效率。  复合加工——机加之上的SLM打印  SLM工艺虽然成形精度高、能制造复杂形状，但同时生产速率低、材料成本高。效率和成本方面的问题，严重阻碍了该工艺的推广应用。为充分挖掘SLM工艺的生产价值，于是诞生了一种嫁接打印的方法——采用传统加工手段经济高效的制造出零件结构简单的部分，再在该结构之上（安装在设备上）采用SLM工艺打印出结构复杂部分。这种复合加工的手段能够加快整个零件的制造周期、降低整体制造成本，并保证零件达到所设计的性能。   这种工艺模式被模具领域广泛使用，首先采用机加制造出具有简单流道的底座，再将其安装在打印机上3D打印出复杂流道的部分。这种复合加工手段在提高模具性能的同时，降低了整体制造成本，提高了制造效率。  嫁接打印工艺难点——定位困难  如果嫁接打印能够顺利实施，则能够充分发挥粉末床激光3D打印的工艺优势，同时克服其效率低下、成本过高的工艺不足，将新旧两种工艺结合从而充分发挥出3D打印在当前阶段的应用价值，对于其在民用工业领域的推广具有重要意义。 然而该方案在具体实施过程中存在着很大的困难——对底座的安装精度要求极高。尤其对于模具制造，将基座部分与打印部分精准对齐是防止水路错位的关键。按照行业标准，尺寸公差≤0.1mm才是有效的嫁接。这为模具生产企业带来了很大困难。由于没有增材专用夹具，业内普遍使用人工调校工件水平度、手动找中心点的方式；而这一环节十分依赖人员的熟练程度并受工件大小及复杂程度的影响，通常耗时达到10—60分钟。以某外壳模具为例，可在一次打印中安装超过100个底座，若每个底座都需要花几十分钟定位，浪费的时间则相当惊人。 自动嫁接——为SLM打印高精度定位   针对该痛点，华曙高科于2019年为模具行业自主研发了自动嫁接软件和控制系统，推出自动嫁接技术方案，为零件提供基准点，省去繁琐费时的传统定位工作，可显著提升生产效率。华曙高科自主研发系列软件： CCD精校软件：FarsoonCalibrationCCD 自动嫁接软件：FarsoonAutoGrafting 排包软件：Buildstar（升级新版定位功能） 建造软件：Makestar（升级嫁接功能）  采用自动嫁接技术激光定位展示（来源：东莞博通精密） 2022年，华曙高科基于对模具行业的深刻理解，对自动嫁接解决方案进行了优化升级。目前金属增材制造解决方案FS200M-2、FS273M-2等机型在嫁接打印时，自动定位仅需4分钟，模具工件尺寸公差实现≤0.05mm，超行业标准，打印注塑模具、压铸模具、吹塑模具等更加高效省时省力。   整体打印 嫁接打印 加工时间 20小时 6小时 效率提高70% 粉材用量 2.6kg 0.8kg 成本减少69% 来源于东莞博通精密实际生产数据 以某应用模具为例，采用华曙高科自动嫁接打印与模具整体打印相比可使生产效率提高70%，粉材成本减少69%，达到降本增效的目的。 自动嫁接——提高效率和良品率 采用华曙高科自动嫁接方案，可精准提取嫁接基座轮廓与内部特征信息，自动实现模型校准及高精度嫁接。 手动嫁接 自动嫁接 嫁接耗时 >30分钟 ≤4分钟 嫁接精度 >0.2毫米 ≤0.05毫米 可控性 依赖人工经验，稳定性低， 系统误差高且不可控 光学硬件和高阶算法保证精度，系统误差小且可控 来源于华曙高科某知名制造业客户实际生产数据   自动嫁接方案能使随形冷却模具内部流道顺滑，有效解决附着、阻滞及疲劳，达到减少堵塞、提升流速、稳定水压的效果，提高成品的良品率。  END   在模具领域，3D打印已广泛应用于随形冷却模具制造，优化冷却水路设计，不受水路复杂程度的限制，可提升模具的冷却效率和生产效率。嫁接3D打印的引入无疑对推动该技术的应用具有重要意义，但方案虽好仍需要解决工艺采用的痛点。实际上，不限于模具行业，嫁接3D打印技术也能用于其他领域产品的制造，如具有高强度外壳和高导热系数内部结构的散热器、局部有特殊要求同时结构复杂的异形结构等等。 同时，作为一种结合传统与新型制造工艺的解决方案，它在降低整体制造成本同时提高零件功能方面具有奇效。当遇到仅使用单一工艺无法解决问题时，不妨考虑这种复合加工手段。 4月17-20日，华曙高科将携手合作伙伴东莞博通精密、凯奔三维，在CHINAPLAS 2023国际橡塑展现场展示全新4激光金属增材制造解决方案FS350M-4，并现场开机，同时展示最新金属、高分子3D打印模具、高尔夫杆头等产业化应用，为模具行业赋能，助推产业化发展。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.模具随形水路自动化设计：3DXpert减少50%生产时间 (含免费试用和操作教学) 2.工业用户已超2万，国产3D打印数据准备软件——弥补产业空白，加速发力 3.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力 4.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果

3D打印可以生产很多特殊功能的复杂结构，且生产成本对零件的复杂度不敏感，其中晶格结构是使用最广的复杂结构之一。晶格结构是在设计区域内，按照预定规则添加的空间三维小梁（或面）结构。利用晶格结构替换实体区域后，最直接的效果就是减重，此外也有额外的功能性，如改变设计区域的力学性能、减震、提高表面积等。3D打印让晶格结构的生产也变的更简单，而晶格结构也赋予增材制造额外的使命，两者结合将为客户提供更好的解决方案。 晶格3D打印 机遇与挑战并存 晶格被广泛应用于不同行业中，如医疗、航空航天、工业和消费品等。晶格结构在基于增材制造的设计中可以降本增效，通过减少体积、优化结构来降低打印时长、用粉量，还可以在一定程度上提高产品自身的性能。在医疗植入领域，晶格结构搭配合适的孔隙率可以加快植入体和骨骼组织的融合；在航空航天领域，晶格对减少重量的帮助至关重要，达到更高的边际效益。也有一些产品利用晶格结构可以应对冲击等外力作用，用作缓冲和能量吸收。近年来，TPMS晶格结构也逐渐走入业界视野，该结构的三重周期最小表面特点成为提高换热器效率的绝佳方式。 尽管晶格可以带来诸如降本增效、提高能量吸收效率等多重好处，但它的数据量往往比普通实体零件要大得多，因此也更难仿真、数据处理时间也会更多，以致于阻碍着晶格的进一步普及应用。 赋能晶格 设计-仿真-打印 无论从事3D打印设计、工艺还是应用，都应该对晶格结构有更多的认识，而来自厂商的知识分享则不容错过！   3DXpert作为一款一站式的增材制造数据处理软件，提供了先进的结构分析，允许创建复杂的构形和结构，并将应力和变形最低化。3DXpert还提供了一系列有用的工具，可以在设计过程中获得最佳性能，从而使晶格设计变得更加高效。   首先在设计端，3DXpert提供丰富的晶格类型，以覆盖绝大多数基于增材制造的设计（DfAM）应用场景。 其次是打印仿真功能，仅仅只有晶格是远远不够的，还需要考虑增材制造的生产特点，设计可行的方案。3DXpert内置有仿真模块，能够对设计方案的可打印性进行验证，使用者可以自动识别晶格和零件实体，并针对晶格部分进行独特快捷的晶格仿真。 最后，因为3DXpert的软件一体性，非常容易将晶格和零件的其他部分区分开来，提供不同的扫描策略。  由3DXpert设计的晶格结构 3DXpert提供了医疗航空航天所需的体晶格、面晶格和消费品常用的纹理等功能；并可基于隐式建模创建TPMS结构和TPMS结构的基础流体仿真，为换热器应用提供从设计到生产的完整解决方案。 独特的网格划分求解器和等效替代晶格仿真方案，为用户带来快速精准的晶格仿真结果。在设计晶格结构时，3DXpert提供了考虑角度等制造相关特征的设计优化，也提供基于FEA力学仿真的使用需求的点阵优化和分析工具，保证设计的晶格方案不仅可生产也可更好地被使用。 3DXpert还可以自动识别晶格、支撑、实体零件等部分，并可设定不同的扫描策略，以满足DfAM生产时不同的路径规划需求。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.4.18日直播 | 适合实验室的小尺寸金属3D打印机的技术要点不容忽视 2.新技术极大提高金属3D打印晶格「结构完整性」检测的准确性 3.使用挤出间接3D打印技术制作金属和陶瓷晶格结构 4.3D打印的固有制造缺陷使其还无法完全替代热交换器的传统制造技术

导读：根据历年《Wohlers Report》全球3D打印行业报告，由热塑性聚合物粉末、光敏聚合物和丝材组成的塑料材料市场占据全球3D打印材料总市场的近80%，塑料材料一直是该行业的最重要的组成部分。   右图来自吕坚院士团队《Additive manufacturing of structural materials》 塑料材料是3D打印材料中发展时间比较久的材料， 塑料打印材料用途极广。一系列专业工程聚合物、弹性体和复合材料现已可用，这些材料具有柔性、耐用性、刚性、韧性、稳定性、透明性以及优质外观和质感等特性，能够生产出所需部件。材料创新并不止于此，塑料技术的创新提供了生物兼容性、耐热性、防水性和其他广受欢迎的品质。   在很长一段时间内，光敏聚合物由于在原型制作和其他应用方面的普及使其一直占据最大的市场份额。但值得注意的是，随着激光烧结和粘结剂喷射热熔工艺的成熟，以及各行业对3D打印应用程度的加深，2021年聚合物的销售收入首次超过光敏聚合物，这在侧面说明，3D打印正在完成由原型制造到最终用途零件制造的角色转变。 而对于3D打印塑料材料，你了解多少呢？本文内容节选了一篇来自行业巨头的3D打印材料手册，在文末可获取47页全文。 1. 通用型材料 通用型材料分为类橡胶、弹性体、刚性超、柔性材料、超高韧性塑料等。 (1)类橡胶材料：拥有高撕裂强度和出色延展性的部件  特性：耐用；耐磨且抗撕裂、出色的细节和表面光洁度、良好的回收能力。 适用于：垫圈、软管、密封件、最终用途部件的小批量到中批量直接制造等。   上图为Figure 4® RUBBER-65A BLK，是具有邵氏 65A 硬度和高断裂伸长率的中等撕裂强度、生产级品质橡胶，适合在Figure 4设备使用。 (2)原型制造弹性体：拥有高撕裂强度和出色延展性  特性：类橡胶、优异的压缩特性、高伸长率 适用于：包覆成型模型、挡风雨条、密封件垫圈、轮胎面、手柄把手等；适用于工业和消费品应用的类橡胶和弹性产品。  上图为VisiJet M2E-BK70，黑色硬质弹性体，具有高达70的邵氏A型硬度和压缩后出色的回弹性，与ProJet MJP 2500 Plus设备搭配使用。 (3)刚性柔性材料：拥有聚丙烯成型部件的外观和触感  特性：精确、耐用、高柔性适用于：原型制造、功能测、小批量生产、RTV/硅胶模具的母模和卡扣装配件等。 上图为Accura 25，适用于SLA打印机的通用柔性材料。 (4)超高韧性塑料：带来耐用模制塑料的外观和触感   特性：精确、耐用、抗冲击性、耐热性和防潮性。可媲美注塑成型和其他模具制造工艺。 适用于：消费性电子组件、钻孔攻丝应用、卡扣组件、功能装配件、用于真空铸造的母模和快速原型制造等。   上图为最新推出的Figure 4 Rigid White材料，适用于当天生产出部件的不透明白色生产级品质刚性塑料。此生物相容性材料所生产的部件具有光滑表面光洁度、长期环境稳定性、耐久性，并呈现出洁净的白色。 (5)刚性塑料：注塑模具塑料的外观和触感 特性：刚性、耐用和光滑表面等 适用于：快速模具制造（要求耐高温的应用）、某些医疗应用和快速原型制造等。  上图为VisiJet M2S-HT90材料，与ProJet 2500 Plus搭配使用，适用于需要耐90度高温和生物相容性应用。 2. 坚固耐用材料 坚固耐用的材料分为坚硬材料、陶瓷强化复合材料、高性能复合材料、Nylon 11、Nylon 12、铝填充Nylon 12、阻燃Nylon 12、玻璃填充Nylon 12复合材料和耐高温Nylon 12。 (1)坚硬材料：坚固准确的功能性部件  特性：坚硬、刚性 适用于：设计验证、功能原型开发、耐用组件和卡扣、短期生产、RTV模具的母模；模拟和替代数控加工和注塑成型的 ABS 制品。  上图为VisiJet Armor(M2G-CL)，透明材料，与ProJet MJP 2500搭配使用。 (2)陶瓷强化复合材料：耐高温的坚固部件  特性：耐热性、防潮性、耐磨性、类陶瓷 适用于：陶瓷类部件、夹具、固定装置和模具、风洞模具、母模、水和液体处理件等。  上图为Accura PEAK材料，与ProX 800和ProX 950兼容。 (3)高性能复合材料：稳定、高刚度部件  特性：耐热性、出众的刚硬度和耐磨性适用于：风洞模型、发动机罩内的汽车零部件、电器连接器、适配器装置、底座插座、夹具、固定装置和工具等。 上图为Accura HPC材料，白色纳米复合材料，与ProX 800搭配使用。 (4)Nylon 11：抗冲击性和耐疲劳性  特性：坚固耐用、高伸长率、高抗冲击强度 适用于卡扣连接、活动铰链、接头、管道、夹具、固定装置和模具等。  上图为Duraform…

 4月12日，Relativity Space公布了《Terran 1火箭首飞任务报告》，复盘了首飞任务的价值和意义，并宣布公司此后不再研发生产该型火箭，而是将工作重心转移到可重复使用的Terran R火箭。 Relativity的联合创始人兼首席执行官Tim Ellis表示，Terran 1就像一辆概念车，通过它开发了许多有价值的全新技术，重新定义了可能性的界限。自2017年以来，该公司一直将Terran 1作为一种可消耗的两级小型运载火箭进行宣传，该运载火箭可将1250公斤的有效载荷运载至近地轨道，每次任务的价格仅1200万美元。 在任务报告的第一页，文件指出，通过对Terran 1的设计、开发、生产、测试和发射，Relativity已经证明了个对商业愿景至关重要的主要假设：3D打印火箭在结构上是可行的，能够承受飞行过程中的最大应力。 而对于此次任务失败的原因，报告指出，是因氧泵工作异常导致二级未能正常点火。但Terran 1发射证明了公司的设计能力，该项目期间获得的经验、教训和数据将为开发大型可重复使用火箭Terran R做出重要贡献。而对于为何停止研发生产Terran 1，该公司并未说明原因。  Terran 1发射过程 除此之外，通过Terran 1的开发，Relativity公司开发了第四代星际之门（Stargate）金属3D打印机。3D打印技术参考注意到，该公司于4月14日首次发布了该装备的运行过程。 第四代Stargate 3D打印机于2022年10月宣布推出，新系统“克服了传统的打印限制”，打印机可以水平移动并能够将多根金属丝送入单个打印头。该公司正在使用这台新机器开发和生产Terran R的部件，这是一种即将推出的火箭，能够向近地轨道发射高达20吨重量的货物。 与前三代打印机相比，Stargate第4代打印机打印速度显著提高，前三代Stargate打印机的打印速度已经远远超过了行业标准，新版本打印速度比上一代快7-12倍。全新的打印方向使用水平移动打印可提高打印尺寸，消除了影响3D打印机垂直打印高度的天花板限制。通过水平打印，能够生产长达120英尺（约36.5m）、宽24英尺（约7.3m）的零件，打印体积容量是之前第三代产品的55倍。同时需要注意的是，更大的打印尺寸，意味着可以合并更多的零件，火箭的零件组成数量将进一步降低，火箭的总体制造速度也将提升，强大的过程监控感知技术提高打印质量和工作效率。这种自上而下的3D打印生产方法，利用软件驱动、机器学习来创建更复杂和更大的金属零件，使该行业实现了前所未有的创新以及颠覆性发展。  第四代Stargate 3D打印机 Terran R将依靠第四代星际之门3D打印机和第三代铝合金生产火箭结构，设计能力为飞行器的主要结构可重复使用20次，每个Terran R需要的3D打印质量大约是Terran 1的六倍。 3D打印的Aeon R发动机 第四代Stargate 3D打印机制作的18英尺圆顶悬挂在6英尺3D打印的Aeon R引擎上方 TerranR火箭 Terran R火箭一级使用13台3D打印的Aeon R发动机，二子级采用1台Aeon真空型发动机。 Relativity计划于2026年发射Terran R，这又是一场漫长的等待和烧钱的过程。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.人族火箭发射升空，即是3D打印技术大规模应用的重要里程碑 2.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 3.NASA纯干货分享：采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验总结（重新认识构建过程） 4.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享 近日，南京航空航天大学顾冬冬教授等人回顾了近年金属零件激光增材制造技术在高端领域的应用研究，系统地讨论了激光增材制造组件在航空航天、汽车、生物医学和核能行业的应用和未来发展。相关总结和评述于2023年1月27日在线发表于《Laser Additive Manufacturing of Metallic Materials and Components》。  原文链接：https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823783-0.00016-4 激光增材制造在航空航天工业中的应用 航空航天增材制造的应用场景包括大型金属部件、复杂集成结构、轻质晶格结构的增材制造。在该领域，顾冬冬教授发表过《航空航天高性能金属材料构件激光增材制造》一文，因此本部分为避免重复，以增材制造技术前沿的介绍为主。 激光能量沉积和粉末床熔融工艺已经被证明可用于大型金属部件的直接制造。对于激光能量沉积，国内最知名的案例是西工大使用该工艺为商飞C919生产了超过3米长度的TC4合金翼肋条，王华明教授也使用该工艺生产了战斗机使用的主承力框；在国外，NASA使用该工艺制造了大型火箭燃烧室。对于粉末床激光熔融工艺，近年来也得到了极大发展，尤其体现在大尺寸制造方面。当前装备甚至可以打印超过米级的零件，诸如火箭和导弹发动机的燃烧室、发动机箱体，均可以实现高精度制造。在此方面，国内外均有实际案例。 复杂结构集成制造也是航空航天领域增材制造技术应用的重点，尤其以GE航空最为知名。在最新的案例中，该公司合并了150个零件，设计和3D打印了涡轮中心框架（TCF）外壳；此前，它还创造了将300个零件合并为一个经典案例。一体化集成堪称3D打印制造的最佳实践，它是对传统制造方式的重大改变，影响了产品性能、开发方式以及制造相关的方方面面。  轻质晶格结构也是航空航天领域的重要应用，其在卫星蒙皮结构、支架等产品中有大量应用，最直接的优势就是减重。同时该结构当前也已经应用到了民航领域，空客商用飞机的机舱舱壁是近年来的一个成功案例。  图1 激光定向能量沉积和激光粉床熔融制造大型复杂金属构件  图2 由空客公司设计，激光选区熔化制造的新型客舱隔板 激光增材制造在汽车工业中的应用 汽车工业的燃油经济性对于降低碳排放对环境的负面影响至关重要。使用轻量级组件对于实现这一目标至关重要。拓扑优化在汽车零部件设计中的减重效果明显。重量的减轻与制造阶段的能源消耗减少有关。然而，拓扑优化在特定约束和设计条件进行结构优化设计时，通常不考虑结构的可制造性。这些优化的结构通常很难或不可能用传统工艺制造。激光增材制造（AM）作为一种先进工艺，为复杂拓扑结构的优化提供了自由。拓扑优化和增材制造技术如何结合在一起，为汽车行业的轻量化和低成本结构提供一个良好的选择。拓扑优化之前会采用有限元分析对初始设计的结构安全性进行研究，然后进行拓扑优化，在不增加激光增材制造部件重量的情况下提高其结构效率。研究人员利用AlSi10Mg合金低密度、高抗拉强度的特点，制备了一对优化后的构件，如图3所示。 图4a是布加迪采用LPBF技术进行电机支架的系列生产，该电机支架具有集成水冷，起到主动热屏蔽的作用，可以显著减少热量传递，目前该发动机支架已安装在所有系列车辆上。图4b是奔驰采用激光增材制造技术制备的零部件。图4c是刀具增材制造的实验程序，对刀具表面进行抛光，以保证工业实践通常要求的粗糙度。试验结果表明金属增材制造可以为冲压工艺提供性能优良的刀具，并显著缩短加工时间。此外，激光增材制造技术在压铸随型冷却通道设计方面也取得了突破。减小冷却通道与压铸表面的距离，以一致的速率散热促进散热均匀性，图4d。 使用高精度Trumpf TruPrint 3000设备制造了保时捷活塞，如图5所示。该过程从利用激光增材制造对活塞进行拓扑优化，每个活塞都比批量生产的锻造活塞轻10%。6个活塞安装在3.8L双涡轮发动机上，进行耐久性测试。在满载情况下运行了135小时，在不同速度的拖动负载下运行了25小时。经过200小时的测试，不仅6个活塞都通过了严格的测试，而且这些铝活塞也有潜力与铸造或锻造的活塞相匹配甚至超越。事实上，保时捷并不是唯一一家研发增材制造组件的汽车制造商。布加迪工程师采用激光增材制造技术制造出制动卡钳，比以前使用的制动卡钳轻5磅，如图5所示。  图3  金属增材制造零件拓扑优化和制备实体零件 图4 汽车工业中金属部件和工装的激光增材制造零件:(a) 激光增材制造技术加工的布加迪电机支架;(b)小批量生产奔驰正品替换件;(c)刀具增材制造程序;(d)冷却模具的设计和激光加工图5 激光AM金属零件的验证:AM加工的保时捷发动机活塞耐久性试验 激光增材制造在生物医药行业中的应用  由于激光增材制造具有专为患者设计、复杂性高、生产率高、成本效益高等优点，在生物医学领域得到了广泛应用。增材制造在生物医学中的主要应用包括组织工程模型、解剖模型、药理设计和生物医学仪器。与传统的医疗器械制造技术相比，激光增材制造技术是一种具有发展前景的新型医疗器械制造技术。根据患者的临床图像，利用激光增材制造技术可以高效、准确地制造出定制的医疗器械和手术导板。此外，激光增材制造可与多种生物相容性材料兼容，如锌合金、钴铬合金、钛合金等，被广泛应用于植入物和矫形器/假体制造。  工作流程包括四个步骤:医学成像、3D建模、增材制造和临床应用。图6a是从医疗数据到最终增材制造的工作流程。激光增材制造的另一个好处是它能够制造复杂的轻质形状，如晶格结构。图6b是基于三周期最小表面设计的多孔金属生物材料具有低弹性模量、远超皮质骨强度的高屈服强度和超长疲劳寿命，耐久极限超过其屈服强度的60%的理想组合。为了设计生物材料和骨科植入物的小尺度几何形状，可以使用骨组织适应模型或拓扑优化算法。这促进了植入物的合理设计，因为仿骨生物材料或植入物不是通用的，而是针对特定患者的特定机械负荷条件。 图6c是采用激光增材制造技术用于固定面部轮廓，恢复正常的外观和功能。激光增材制造技术的能力，如快速生产患者特定的植入物，减少患者的创伤，并通过更短的手术时间提高手术的成本效益，从而使患者更快地恢复，通过该应用得到了证明。图7是使用增材制造技术设计和打印的生物植入物的示例，包括单胞CAD模型和增材制造制胞状结构。这个案例表明增材制造技术可以开发最接近曲面的晶格结构。同时，利用增材制造技术制造的金属生物医用植入物的骨整合表面可以避免应力屏蔽现象，促进骨的长入。  图6 生物医用金属植入物的激光增材制造:(a)从生物医学数据到最终部分的流程图;(b)基于三周期最小曲面和拓扑优化的增材制造金属多孔种植体;(c)由Ti6Al4V制作的下颌骨种植体 图7 (a)种植体和细胞结构的CAD设计;(b)人造髋关节假体。  激光增材制造在核能工业中的应用 用于核反应堆应用的材料有严格的性能要求，必须能够耐受极端环境，包括高温、辐照和在受到机械应力时与腐蚀性介质接触。增材制造已被证明可以制备许多类型核材料部件。这些零件可用于国际热核实验反应堆的冷却系统。该模型具有特定的几何形状，包括薄壁(以加强热交换)和内部冷却通道。薄壁模型的一个例子如图8a所示。图8b是经过36小时的LPBF加工，具有内部冷却通道的预制件，平均气孔率约为1%。另一个例子是带有内部铜冷却通道的不锈钢组件，其中氦气将被用作冷却剂。为了提高换热元件的换热系数，内表面必须具有特定的几何形状。也有研究人员使用PHENIX-100机器通过增材制造技术制造了这种双组份物体(不锈钢/铜)，经检测，零件无孔洞、裂纹等缺陷（图8b）。  图8 激光增材制造加工的核能部件:(a)用于冷却系统的激光增材制造薄壁集复杂模型;(b)铅基反应堆燃料组件及其增材制造组件 总结和展望 (1)设计自由、制造复杂结构的能力是激光增材制造技术的主要优点。随着这一技术的进步，已用于各种高端应用，包括航空、航天、汽车、生物医学、核能等。(2)最近的发展表明，激光增材制造能够制造具有不同金属材料、复杂结构和优异力学性能的接近全密度的金属部件。(3)材料、结构和性能的一体化对于追求高性能和轻量化零件很重要。激光3D打印技术在制造一些典型金属结构及其在航空航天、汽车、生物医学和核能领域的应用方面已经开始展现出巨大的潜力和优势。(4)虽然增材制造技术与传统制造方法相比具有许多优势，但它仍然被大多数高端行业视为一种小众技术。为进一步获得业界认可，需要在设计、材料、新工艺和机器等多方面进行研究和开发，以扩大AM技术的应用范围，并将其提升为主流技术。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.人族火箭发射升空，即是3D打印技术大规模应用的重要里程碑 2.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 3.NASA纯干货分享：采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验总结（重新认识构建过程） 4.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果

导读：3D打印技术为改变工业生产带来了新的机会，例如大量零件整合实现一体化制造、高效率快速制造、更为复杂和极限的结构特征制造等。然而，当前绝大多数工艺仍只能在一个过程中生产一种材料，尤其对于粉末床激光熔融工艺（L-PBF/SLM），因此限制了进一步提高产品性能。本篇文章通过一个散热器案例来描述使用SLM工艺进行多材料设计和制造的潜力，从而实现组件更高性能，所使用的技术来源于Aerosint technology，与Fraunhofer IAPT合作完成。   Aerosint自2016年成立以来一直在开发选择性粉末沉积(SPD)技术，该技术可选择性沉积两种(或更多)粉末，形成厚度可调的单独粉末层，能够应用到几乎所有基于粉末床的增材制造工艺中，包括激光粉末床熔融和粘结剂喷射（已被Desktop Metal收购）。 多材料解决方案的应用可以是多样化的，并将随着对新材料的验证而增长。该公司的技术方案目前已经成功应用于SLM技术，并计划将集成到Desktop Metal的P1机器中。2022年，Aerosint还推出了一种无粘结剂的“压制和烧结”方法，使用选择性粉末沉积制造多材料部件。在这个过程中，使用SPD技术将多种粉末填充在模具中，然后进行压制和烧结，这使得制造金属-陶瓷部件成为可能。 除了提供选择性粉末沉积技术，Aerosint还提供SLM和BJ机器的研发服务，帮助企业寻找和开发多材料应用。在本案例研究中，Aerosint与Fraunhofer IAPT（弗劳恩霍夫增材制造技术研究所）进行了增材制造技术的合作，重点涉及这项技术的工业化和相关的技术转让，以实现全新高效的产品生产。 多材料SLM打印 激光参数和扫描路径优化 弗劳恩霍夫增材制造技术研究所开发了一个具有多材料的拓扑优化结构的散热器，其具有高度复杂的几何形状，极大减轻了重量，改善了热性能并降低了压降。由于传统技术不可能生产如此复杂的几何形状，增材制造成为首选工艺。 在设计阶段考虑了SLM工艺所特有的激光高精度和精细粉末能够创建复杂、高细节特征的制造特点，并规划了激光路径和光斑直径，以保证良好的可制造性。 多材料散热器由高强度、耐腐蚀的316L不锈钢外壳和高延展性的CuCrZr铜合金制成，内部具有珊瑚状核心。所选铜合金的导热系数是AlSi10Mg铝合金的2倍、316L不锈钢的16倍，导热效果明显高于其他常见材料。而且，铜基合金是密闭空间散热应用必不可少的材料。 多材料构件打印过程 为了能够使用SLM技术实现多材料3D打印，Aerosint的选择性粉末沉积(SPD)系统被安装在Aconity3D 公司的MIDI+机器上。作为双缸单材料铺粉的替代方案，Aerosint的SPD系统的铺粉机构由两个可旋转的转鼓组成，可携带不同粉末，如金属、陶瓷和聚合物。可在构建区域内不同位置上选择性的沉积不同类型的粉末，铺设速度可达50毫米/秒，最小区域尺寸约为0.5×0.5mm2。材料可以单独或连续扫描，可选择不同的扫描策略，优化的激光参数可将两种不同的金属粉末融合在一起，确保在界面处有足够的冶金结合。 3D打印技术参考注意到，配备SPD系统的Aconity MIDI+打印机的构建尺寸目前限制在140×96mm2。 在本文案例中使用的两种不同的材料——CuCrZr合金和316L不锈钢——具有明显不同的性能。CuCrZr合金是一种纯度较高的铜合金，对红外激光的吸收非常低，因此需要大量的能量输入才能形成稳定的熔池。如此高的能量输入会导致316L不锈钢过热和汽化，因此有必要应用不同的加工参数，并依次熔化它们。零件打印之后需要喷砂，以实现所需的表面质量。 多材料构件的热处理 为了达到高导热性，通常必须进行后热处理。Aerosint之前的研究表明，在520°C下保温1小时，炉冷后CuCrZr合金的热导率增加了两倍。在时效过程中，CuCrZr合金中过饱和(Cu)基体上会析出颗粒，达到弥散强化和提高导热性的双重目的。一般情况下，该时效温度和保温时间位于316L不锈钢去应力热处理的窗口内。因此，严格来说，对于本案例中多材料构件并没有必要进行额外的热处理步骤。 铝制散热器平均温度(59.3°C)明显高于多材料散热器52.1°C 但3D打印技术参考也查询到，一般双金属材料加工而成的零件均需要进行热处理来稳定形状和尺寸，不同的热处理工艺过程对零件的性能影响较大。通过热处理使温度敏感的双金属零件达到尺寸和性能稳定的方法，称为稳定处理。针对双金属零件的具体组成材料、结构复杂程度以及具体的工作环境，会需要不同的热处理手段。   结论 由Fraunhofer IAPT开发并使用多材料3D打印的拓扑优化散热器，证明了多材料SLM技术可以制造具有更高性能的组件。 这种创新的散热器将为汽车和航空航天行业的苛刻应用提供新解决方案。散热和节省空间至关重要，该方案可以提高电子部件的性能和使用寿命。此外，在一种工艺中生产这种多材料、多功能组件显著缩短了交货时间，降低了生产成本。 创新的多材料SLM金属3D打印工艺不仅可以通过使用不同的材料调整特定区域的性能，还可以制造复杂的几何形状。因此，这将为产品带来更高的价值，同时降低生产成本。 注：本案例由Aerosint公司李晓爽博士和Fraunhofer IAPT Arthur Seibel主导，本文获得了李晓爽博士的指导。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果 2.行业洞察：高强铝3D打印材料体系、市场化历程及其应用现状 3.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 4.五千字分享：NASA采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验

4月12日，3D打印技术参考注意到，EOS推出了用于激光粉末床熔融 (LPBF)3D打印工艺的全新Smart Fusion解决方案，它可以实时自动调整激光功率，笔者认为，这将带来革命性的变化： 1.可消除对大多数支撑结构的使用需求 2.最大限度减少材料使用 3.减少后处理需求 4.降低零件成本。 监控+先进算法——实时调整功率 多年以来，无支撑金属3D打印一直被认为是传统SLM技术发展的重要里程碑，诸多的分析文章认为是其在打印过程中实时调整了激光参数并配以合适的铺粉速度等操作来实现，但该技术的开发商Velo3D从未公开过其铺粉过程的视频。但究竟如何实现，目前也并未有100%确定的答案。除此之外，通常也认为无支撑的实现需要修改零件设计并配合局部特殊工艺，这在《反其道而行之，EOS工程师介绍无支撑粉末床金属3D打印策略》一文中进行了详细介绍。 支撑对于激光粉末床工艺来说至关重要，它的主要作用是传导热量、抵抗残余应力和应对刮刀冲击作用，但最终的目的是为了消除打印过程中局部过热带来的一系列问题。Smart Fusion解决方案的核心是与EOS现有的监控解决方案（光学断层扫描）相结合，采用先进的算法来逐层监控构建过程，并将数据反馈到激光进行调整。这使整个构建平台的热量均匀分布，从而减少零件中的应力并避免金属过热和向不希望的方向移动。 从数据的角度来看，构建室中的特殊高分辨率相机会监控每一层的熔池温度，Smart Fusion与EOSTATE及其光学层析成像（OT）相机配合，通过EOSYSTEM监测、测量和调整激光功率。 带有和不带有支撑的3D打印零件 使用OT相机拍摄的打印图像与其在Smart Fusion中的处理比较 通过这种方式，Smart Fusion软件可直观检测潜在的构建问题，自动调整激光功率，从而可以在不使用支撑的情况下实现整个打印过程稳定可靠，制造出性能更均匀、一致的部件。除了以上优势，该解决方案还可以减少与工艺调试相关的“试错”，减少时间和材料浪费。同时，Smart Fusion的实时功能不会大量增加构建时间。 智能融合——更快、更灵活 客户对Smart Fusion解决方案的Beta版测试发现，其打印速度始终比市场上的竞争对手快两到五倍。较低的单件制造成本是采用Smart Fusion的主要业务驱动力，消除支撑结构则可以打造更具吸引力的商业案例。EOS在Smart Fusion的测试阶段与多家组织合作，验证了其速度和零件的性能。至于对比的对象，3D打印技术参考认为可能是Velo3D，而对于这款解决方案，EOS将其称之为——智能融合。 无支撑打印与有支撑打印对比 从事汽车、航空航天等高性能应用的制造商Pankl Racing Systems公司表示：“在过去的几个月里，我们使用该解决方案开发了几款产品，真正展示了智能融合的潜力。“ EOS软件产品线经理Mirco Schöpf表示：“智能融合是金属增材制造的又一重要突破，特别是对于那些拥有高度工程化应用的用户，如能源、空间技术和航空航天。市场上的其他解决方案有明显的缺点，如构建时间较慢，并且需要技术人员来保障制造过程安全稳定。Smart Fusion提供了一种更快、更灵活且更易于访问的工业化解决方案。” 据了解，Smart Fusion解决方案目前可适用于以下设备和材料，其售价为27000欧元（EOS M290）和38000欧元（EOS M300-4和EOS M 400-4），EOS打算加快扩展Smart Fusion的可用性，包括AMCM系统。 Schöpf补充道：“Smart Fusion的优势在于它非常灵活、易于使用，并且可以与大多数客户购买的产品配置配合使用。EOS要求团队使用独特的软件解决方案来减轻金属增材制造面临的一项重大挑战，我们为结果感到无比自豪。“ END 纵观过往众多资料，3D打印技术参考注意到，对于激光粉末床熔融工艺实际上并不能完全消除支撑，但确定可以通过一定手段大量减少支撑使用，这仍然是对用户极具吸引力的。 EOS公司作为传统的金属增材制造龙头企业，实际上在近几年来逐渐被后起的Velo3D、Seurat以及同时代的其他公司掩盖了锋芒，但传统的工艺市场正面临极大的同质化风险。对于竞争激烈的激光粉末床熔融工艺，唯有不断创新，推出差异化的产品，排除同质化，才能在本轮竞争中持续获得市场。Smart Fusion解决方案的推出，对市场证明了其行业龙头的地位。 而对于实施自动调整激光功率这项功能本身，不得不说，用户一直想要的终于来了。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果 2.反其道而行之，EOS工程师介绍无支撑粉末床金属3D打印策略 3.精致且可靠 | 小尺寸金属3D打印机的技术要点不容忽视 4.无支撑金属3D打印：VELO3D成功探索全球范围可重复、无差别制造

近日，3D打印技术参考注意到美国国家航空航天局喷气推进实验室（NASA Jet Propulsion Laboratory，JPL）发布了2022年技术应用亮点报告，包括高级高保真紧凑成像光谱仪、深空太阳能阵列、量子电容探测器等共32项，其中关于3D打印技术的应用就涉及三项。  本期内容将详细介绍被JPL实验室纳入技术亮点的3D打印技术应用，同时需要注意的是，该实验室是3D打印技术研发和应用的重要机构，代表案例便是在毅力号火星车上的重要应用。 013D打印仿生结构精细亚毫米天线 为航天器和高空气球设计和制造天线是很困难的。从本质上讲，天线体积庞大，在太空发射过程中要承受巨大飞行压力同时要保持尺寸稳定，因此其制造一直是重要挑战。亚毫米天线用于各种地球观测、行星科学和天文学应用，需要在微小波长范围内工作，因此其制造过程不能引入缺陷，以保证其能够在较宽的温度范围内工作。 传统上，这些天线采用玻璃制作，在天线表面沉积一层薄的反光材料（如镍），背面则粘贴一个由金属蜂窝或金属条制成的支撑结构。其制造过程耗时且容易出错，在极端温度下工作时也有潜在的缺点，由于材料会以不同的速率膨胀和收缩，可能给天线带来应力和不均匀的变形。 JPL实验室的工程师试验了3D打印新工艺，其成本低，可以很容易适应不同的应用。这种新方法使用单一材料来创建支撑结构和反射表面，从而大大简化了制造过程，并获得了统一的膨胀系数。这使得整个单元对温度变化的反应一致，天线上的应力更小，变形更少，能够在使用过程中提供更好的信号。 具有仿生设计的铝合金反射镜（直径20cm） 3D打印的直径10cm的对称抛物面反射器的反射表面和背部结构 研究团队使用铝粉打印了仿生结构天线，实现了采用更少质量创建更复杂的天线设计的突破，同时也实现了传统制造技术无法实现的任务优化形状。通过使用复杂的设计软件，天线支撑元件可以根据需要调节厚度，这进一步有助于提高性能，进行高效设计。 事实证明，经过仿生设计的反射镜（直径20cm）显示了高度优化的背部结构，它只能通过计算机优化来实现，同时也无法通过传统加工来制造，而3D打印技术简化了这种天线的制造方式。事实证明，3D打印技术能够制造高性能、热稳定的天文和遥感天线。 023D打印多材料高性能磁屏蔽器 随着美国宇航局的机器人航天器越来越有能力探测来自太空的微弱信号，它们对机载机械的干扰也越来越敏感。在传统设计中，电子“噪声”设备使用金属外壳屏蔽。 为了优化它们的性能，这些外壳传统上采用减材加工高强度的金属块制造而来，既昂贵又耗时，且材料浪费极为严重。而最大限度提高电磁屏蔽的有效性，需要对结构进行优化，设计的复杂形状却又造成难以制造。 采用DED工艺打印磁屏蔽结构 JPL实验室使用的新技术利用了增材制造的优势，能比以往任何时候都更快、更容易制造出性能更好的磁屏蔽结构。激光能量沉积工艺结合激光和粉末，利用送粉方式在计算机控制下一层一层打印零件，同时能够通过改变粉末的成分，在最有效的地方沉积不同的金属合金，从而使多材料磁屏蔽制造成为可能，提高了屏蔽性能。 这是传统其他制造工艺所无法实现的，所需的时间也大大减少。与以前相比，3D打印得以用更小的质量和更低的成本实现更有效的屏蔽。033D打印可变形航天器结构 一些太空任务组件，如天线和居住模块，体积庞大，受到火箭整流罩尺寸的限制。而如果不考虑这一因素，可发射组件可以更大，功能也会更强，这在可预见的未来也许能够实现。 JPL团队开发了一种新的3D打印织物，在太空部署后可以变化为所需的形状。这些形状变形材料的灵感来源于链甲，通过打印互锁的粒子来制造，每个粒子都可以独立移动一小段距离，从而实现参数定制，非常适合特定用途。然后，这些柔性结构可以被卷成或折叠成非常小的尺寸，装入火箭整流罩进行发射。 JPL团队开发的结构可调节3D打印织物 创建一个可变形的结构需要对最终的刚化结构有一个一般但不一定精确的认知，以设计合适的互锁粒子。这些结构片材可以在有柔性的情况下成形，并且可以通过改变压力来调节刚度以获得所需的形状。然后，对相邻的结构施加力，使它们挤在一起，联锁成最终的刚性结构。3D打印技术参考注意到，该研究还曾以《Structured fabrics with tunable mechanical properties》为题发表于Nature。  这些结构织物在NASA任务和消费产品中都有许多潜在的应用。它们可以用作可展开的散热器、天线、太阳能电池板、辐射防护毯或微流星体防护罩。它们也可以作为暴露在长时间微重力环境下的宇航员的身体外骨骼；在地球上，这种结构织物可以用于医疗保健，作为自适应组件，在伤口愈合时调整其硬度，或者作为消防员或士兵的抗冲击服装。它们的特点是可折叠和可装载，然后在太空中展开成更大的刚性形状，这将可以制造更大的可定制组件和形状来实现最佳性能。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.行业洞察：高强铝3D打印材料体系、市场化历程及其应用现状 2.五千字分享：NASA采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验 3.精致且可靠 | 小尺寸金属3D打印机的技术要点不容忽视 4.聚焦应用丨报名深圳「金属增材，升级生产力」研讨会

导读：洛桑联邦理工学院的专家学者于近日报告了一项与可穿戴设备相关的研究，以“Fiber pumps for wearable fluidic systems”为题发表在最新一期的《Science》上。3D打印技术参考注意到，该研究不仅使用了3D打印工艺，相关设备还是中国品牌！   可穿戴设备是直接穿在身上，或是整合到用户衣服或配件的一种便携式设备。它不仅仅是一种硬件设备，更能通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，将会对我们的生活、感知带来很大的转变。在创造可穿戴技术时，纤维形式的组件由于其灵活性、可扩展性以及与现有纺织品生产技术的兼容性而提供了优势。基于流体驱动的软体执行器，是开发可穿戴技术的关键，这些执行器通过弹性腔体的变形实现伸展、弯曲、收缩等运动。而能够集成到目前生活中广泛使用的纺织品纤维中的活性流体组件仍未得到开发，因此阻碍了软支撑外骨骼、自适应医疗矫形器和可穿戴触觉设备的研制。以可穿戴和便携的方式产生有意义的流体动力是一个巨大的挑战，来自洛桑联邦理工学院提出了一种纤维形式的流体泵，它是一种柔性且可拉伸的器件，直径为毫米量级，可以产生连续的流体流动，而不需要任何移动部件或振动。这意味着，由该技术所制造的流体泵能够编织成纺织品的外形尺寸，具有人体尺寸应用所需的可扩展性，为可穿戴设备的进一步开发奠定了基础。3D打印技术参考注意到，基于该关键器件的研发于3月30日被发表在Science上，其采用了3D打印技术，制造设备采用的是中国品牌Raise3D（复志）。 采用3D打印制造动力装置 纤维流体泵的加工过程，看上去非常简单，但功能实现却并不容易。所开发的流体泵是一种柔性且可拉伸的管道，其直径为毫米级别，可以在没有任何部件移动或振动的情况下产生连续的流体流动。 为了满足实际应用的要求，可穿戴储能器件必须在不同的形变（如拉伸、弯曲、扭曲和折叠）条件下保持优秀的机械性及稳定性。而3D打印技术作为一种新兴的增材制造技术，可以快速准确的构建多种复杂的结构，为各种器件提供定制化服务，极大程度上满足可穿戴储能器件在尺寸、结构、性能以及一体化集成的要求。由于其高拉伸性和出色的回弹力，聚氨酯(polyurethane, PU)弹性体被广泛用于各种3D打印技术中。 纤维形式的电流体动力泵  通过使用纤维泵进行热管理 聚氨酯中的化学结构与聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈和弹性纤维中的化学结构非常相似，导致形成氢键，与有机硅相比，材料与合成纤维的粘合效果明显更好。此外，聚氨酯可以很好地润湿纤维而不会穿透，使纺织品非常耐用。 中国品牌机型助力Science研究 据介绍，此次研究引进了Raise3D高精度3D打印机——E2，该研究工作将新颖的设计和前沿的3D打印技术结合起来，引入的Raise3D E2搭载IDEX独立双喷头，支持同时打印、双色打印，双色打印交替进行互不干扰。IDEX独立双喷头系统还能实现不同材料组合打印：硬料与软料、低温耗材与高温耗材、水溶性与不可溶耗材等，大大拓展了3D打印机的应用领域。得益于IDEX独立双喷头的特殊设计，在打印TPU、TPE、PVA、等软性耗材时，缩短材料受热承力长度，进一步提高打印软性耗材的速度。 E2的复制和镜像模式 E2的默认喷嘴直径为0.4mm，可替换为0.2、0.6、0.8和1.0mm，根据打印尺寸和精度需求，选择合适的喷嘴，更换便捷。目前为止，E2可使用以下耗材:PLA / ABS / HIPS / PC / TPU / TPE / NYLON / PETG / ASA / PP / PVA/ 玻纤增强 / 碳纤增强/ 金属填充 / 木质填充，最高温度可达300℃。将大打印空间与我们能实现镜像打印和复制打印等打印模式的独立双喷头(IDEX)技术相结合；E2是大幅优化投入产出比的工具。   纤维流体泵能够以与可穿戴设备固有兼容的外形来泵送液体，在管道本身内直接产生流量，不需要外部泵，流体系统可以大大简化。这极大提高了可穿戴设备的设计自由度。纤维泵可以分布在整个设备的体积内，减少损失，提高舒适度，并在不需要阀门和连接器的情况下实现先进的多泵可穿戴设备。纤维泵的分布式特性意味着泵的重量可以与传统流体回路中所需的管道重量相比较。在采用纤维泵的情况下，管道就是泵，因此没有带来额外的重量。   使用纤维泵驱动的执行器 END 将纤维流体泵应用于新型可穿戴技术中，无疑是令人兴奋的，3D打印技术必将在可穿戴设备的生产上扮演重要的角色。但是，其应用前景远非仅限于此。据科研学者介绍，流体泵可以让在极端温度环境或治疗环境中工作的人通过衣服循环冷热液体，以帮助控制炎症；对于那些希望优化运动表现的人来说，也是巨大的福音。  欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 2.2023年（上半年）3D打印机买家指南 3.行业洞察：高强铝3D打印材料体系、市场化历程及其应用现状 4.Science最新：3D打印有机硅弹性体，制造出高性能生物结构