一起向未来TOGETHER FOR A SHARED FUTURE冬奥会的雪车项目是速度最快且观赏性极强的项目，胜负常在毫秒之间。雪车的制造研发固然重要，但是配套设备也起到决定性的作用。 由东莞理工学院教育学院（师范学院）副教授李楠领衔的东莞理工学院雪车头盔研发团队参与研发的雪车头盔已经应用于国家队冬奥项目训练中。 华曙高科项目团队采用业内打印效率超高的双激光高分子光纤激光烧结Flight技术和万华化学新型TPU材料打印，并运用了华曙特殊后处理工艺，为运动员量身定制了25套雪车头盔内衬。 增材制造、材料科学、设计优化三方发力，为2022冬奥会国家雪车队运动员助力！雪车的平均时速在100公里左右，最高可达160公里，素来有冰上F1之称，其风驰电掣般的竞速过程，能给人带来无比刺激的感官享受，是雪车比赛的最大看点。在如此高速的状态下，运动员的安全保障工作是重中之重，而头盔装备则是保障雪车运动员安全的重要防护装备。 双激光Flight 技术兼顾效率和细节 华曙高科Flight光纤双激光烧结技术，具有超高的生产效率和极佳的细节，2个雪车头盔内衬仅需7.5个小时即可打印完成。为了保证内衬晶格结构的性能以及重量要求，华曙高科研发团队同时快速地进行了多种参数组合的实验，成功开发最优的烧结参数，以确保头盔内衬品质及性能。在后处理过程中，华曙独创的SP抛光技术能有效提升表面质量，提升打印头盔内衬晶格的结构强度。 华曙开源软件快速筛选最优化烧结参数 采用Flight双激光技术打印雪车头盔过程 2个雪车头盔内衬打印时间对比 定制TPU材料确保内衬弹性 与此同时，制造材料决定了头盔点阵结构的特性和应用。TPU具有优良的承载能力、抗冲击和减震性能，即使在-35℃时仍保持良好的弹性和柔韧性等物理性能，被广泛应用于医疗卫生、电子电器、工业以及体育等领域。同时，TPU也是主要的适用于3D打印的弹性体材料。针对此项目，万华化学专门开发了新型材料WF-PU95AB TPU，为雪车头盔赋能。 个性化设计提升运动员体验 与传统泡沫头盔相比，3D打印技术可通过采集运动员的数据，进行一对一个性化定制雪车头盔，以达到能紧密贴合每一位运动员头部效果，完成重力自适应，提高佩戴舒适度和运动安全性，且每款头盔上都刻有运动员姓名缩写，具有纪念价值。 晶格设计内衬助力减重，提升防护性能 采用碳纤维外壳及3D打印技术制作的雪车头盔，重量仅约1.1千克，比之前国家队使用的传统头盔减少了500克，有效地为运动员减少了负重。目前，这款雪车头盔已经通过GB和ECE认证，达到国际雪联规定的赛事头盔要求，并交付了国家雪车队。 3D打印在制造点阵结构方面具有天然优势，它几乎可以实现任何的空隙精度、空隙率、空隙形状、空隙大小、孔分布以及相互之间连通性。基于此，3D打印的点阵结构可以制造防护体育器材，从而为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 东莞理工学院雪车头盔研发团队开发的点阵结构由多层且软硬不一的缓冲带构成，不同碰撞频率的区域配备着不同密度的结构分布，能够精准地管理因头部碰撞而产生的各种冲击力，以抵御头盔在遇到碰撞时的各种冲击力，为运动员提供前所未有的防护性能。 头盔内衬由东莞市科恒手板模型有限公司提供设计验证 “科技冬奥”是北京冬奥会的一大亮点，在“科技奥运”理念的指引下，无数科技工作者开始了“奥运科技长跑”，这是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。近年发展迅速的3D打印，也在冬奥会的筹备过程中发挥了重大作用，作为3D打印产业化的推动者，未来华曙高科将继续为“科技奥运”贡献自己的一份力量！

雪车是冬奥会速度最快且观赏性极高的项目之一，胜负常在毫秒之间，因此对硬件要求十分严格。由东莞理工学院教育学院（师范学院）副教授李楠领衔的雪车头盔研发团队参与研发的雪车头盔已经应用于国家队冬奥项目训练中。该团队运用3D逆向建模、点阵结构3D打印技术，通过采集运动员的数据，进行一对一个性化定制雪车头盔，以达到能贴合每一位运动员实际需求的效果。该款精心“智”造的头盔具有个性化、减重、安全性等特点。本期，3D打印技术参考介绍这款雪车头盔在材料与结构方面的3D打印技术应用问题。 材料与结构的选择 根据相关要求，头盔要求所有配件、材料都需要做到中国自主。 在材料的使用上，这款自主研发的雪车头盔外层采用强度高、防撞性能优异的中国航天T800碳纤维材料制成。T800碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型材料。由于材料经过碳化及石墨化处理，因此具备密度小、强度高等优点，根据相关资料，碳纤维材料的密度比铝还要低，但是强度却比钢铁还要大。 碳纤维外壳+TPU 3D打印的点阵缓冲层 头盔内部材料缓冲层采用了3D打印点阵结构。材料的微观结构对其吸收冲击的能力发挥着巨大作用，3D打印技术参考获悉，研究团队从晶格的选择到头盔外壳及材料性能的匹配经历了上万次的计算，最终确定了最优的晶格结构与材料。采用3D打印（SLS技术）和TPU粉末材料，设计研发雪车头盔缓冲层的点阵结构，优于传统的EPS发泡材料，其抗冲击性能提升40%左右，可抵御头盔在遇到碰撞时的各种冲击力，更好地保护运动员的头部。 据3D打印技术参考了解，采用碳纤维和TPU点阵结构制成的头盔，重量仅约1.1千克，比之前国家队使用的头盔减少了500克，有效地为运动员减少了负重。目前，这款雪车头盔已经通过GB和ECE认证，达到国际雪联规定的赛事头盔要求，并交付了国家雪车队。 使用TPU 3D打印点阵缓冲结构 点阵结构一般是指由杆、板等微元件按一定的规则重复排列构成的空间桁架，具有体密度小、比表面积大、比力学性能高等特点。将其作为芯材的夹芯结构在冲击载荷作用下因结构动态失稳产生巨大的塑性变形并转化为热能，可吸收掉大部分的冲击能量，因而具有优良的缓冲吸能和抗冲击性能作用，从而起到防护功能。 3D打印在制造点阵结构方面具有天然优势，它几乎可以实现任何的空隙精度、空隙率、空隙形状、空隙大小、孔分布以及相互之间连通性。基于此，3D打印的点阵结构可以制造防护体育器材，从而为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 李楠团队开发的点阵结构 李楠团队开发的点阵结构带有运动员姓名缩写 此外，制造材料决定了点阵的特性和应用。TPU具有优良的承载能力、抗冲击和减震性能，即使在-35℃时仍保持良好的弹性和柔韧性等物理性能，被广泛应用于医疗卫生、电子电器、工业以及体育等领域。同时，TPU也是主要的适用于3D打印的弹性体材料。 基于以上因素，雪车头盔团队选择TPU作为点阵结构材料。 点阵结构极大影响缓冲性能 在点阵结构的设计上，胞元结构的大小和密度以及胞元结构方向，都会影响点阵结构的可打印性及其性能，有时甚至可以借助结构设计来弥补材料性能的不足。 胞元结构的大小和密度是指单个胞元的大小以及在一个空间内胞元的数量。胞元本身的大小取决于其节点和连接节点的梁宽度和长度。较大的胞元更容易打印，同时强度也更高；较小的胞元相对更均匀，但会受到打印工艺特征尺寸的限制。通常情况下，点阵结构会默认为不需要支撑，这一方面需要注意设计过程中的设计极限，如横梁宽度、梁的倾斜角度等等；另一方面也需要注意摆放角度，选择最理想的零件自身支撑摆放方向，尽可能降低加工成本并减少后期处理工作。但对于SLS技术而言，通常粉末材料可充当零件的支撑，从而减小了胞元结构方向对打印的影响。 李楠团队开发的点阵结构 由于冬奥会项目尚在进行之中，关于雪车头盔的性能数据，3D打印技术参考目前无法提供。但国外有研究人员此前曾测试了由惠普MJF工艺打印的PA11和激光烧结工艺打印的TPU材料的多种类型的点阵结构对撞击的缓冲作用。动态冲击测试采用5kg的圆形金属物体从1m的高度掉落到测试对象上，测试设备可以测量样品吸收的总冲击力。从测试的过程可以发现，不同结构的点阵对冲击的防护作用差别很大，研究人员可以因此选出最佳的结构。该测试项目获得了欧盟H2020框架计划的资助，其内容包括研究几种生成晶格结构的技术，并对这些结构进行测试，最终将其应用于在攀岩、骑行、滑冰等运动中的个人防护头盔。 国外研究人员设计和打印的几种点阵结构（与雪车头盔设计无关）为贯彻“筹办好北京冬奥会、冬残奥会”的要求，加快推进“科技冬奥(2022)行动计划”，2019年，科技部发布了国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项2020年度项目实施方案。科技奥运将充分利用现代信息技术和科技手段，在“更快、更方便、更准确、更安全”的原则下，让体育比赛和辅助活动顺利进行。 END 与传统泡沫头盔相比，3D打印领先的制造工艺具有固有的定制适应性，并具有优于传统泡沫头盔的独立安全测试得分。将头盔的各个组件组装在一起，包括打印的内部结构和外壳，头盔可实现按需打印，从而提高赛场上的保护性能和佩戴舒适性。 “科技冬奥”是北京冬奥会的一大亮点，在“科技奥运”理念的指引下，无数科技工作者开始了“奥运科技长跑”，这是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。3D打印作为近年发展迅速的新技术，也在冬奥会的筹备过程中发挥了重大作用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 2.一种特殊晶格结构的3D打印散热器，既提供刚度，又增加传热面积 3.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构 4.冬奥火炬能耐800℃：3D打印、碳纤维、高温阻燃树脂实现多项创新

数字科技的发展，正在不断改变医疗治疗手段。作为一种新兴的前沿技术，3D数字化为骨科医生新型治疗方式的实施提供了技术支撑，以其高效、准确的特征，助力开启骨科微创精准矫正手术“私人定制”时代。 本期，3D打印技术参考分享一则来自广州市第一人民医院的案例——在三维扫描和3D打印导板辅助下，实现胫骨后倾畸形微创三维精准矫正。该案例由丁焕文教授带领的医疗团队进行诊断及手术，树蚁医疗团队进行数字化设计，先临三维进行术前、术中、术后的下肢准确三维数据的获取。 ◆案例背景◆ “医生伯伯，我老是被同学说腿怪怪的。”在广州第一人民医院9岁小李妹妹对医生这样说道。据患者家属描述，2016年9月小李妹妹因夹伤所致右下肢膝关节骨折，彼时当地医院对其进行了固定手术。但术后却逐步出现右下肢畸形，且越来越严重以致步态异常。 小李妹妹的腿部状况；X线片 在丁焕文教授的安排下小李妹妹进行X线片、CT、MR等传统影像检查，患儿X线片和CT扫描二维断面图像均发现患者右膝有严重后倾畸形改变。于是，拿到CT数据的树蚁智能数字精准外科云服务系统团队使用建模软件对患者的全下肢进行了精准分离式三维重建，对小李妹妹重建后的患处进行了解剖方位对齐和多方位的精准三维测量，发现小李妹妹因为骨骺外伤和多年肢体畸形原因，右下肢短缩明显，达41mm。 临床诊断：右膝部畸形 1. 矢状面畸形：胫骨平台后倾26.4736° 2. 额状面畸形：内翻6° 3. 右下肢短缩畸形（41mm） ◆手术三维设计方案◆ 41mm不是一个很短的距离，在手术中，不能一次性撑开和简单的运用钢板解决问题。因此，树蚁团队第一时间为小李妹妹进行了手术三维规划，运用基于人体解剖学、树蚁Z字截骨新方案为基础，确定截骨位、截骨线。 确定“Z”形截骨线，确定胫骨近端及远端 辅助右胫骨截骨导板设计并匹配、3D虚拟场景构建与树蚁系统云端显示 明确患情后，丁焕文教授带领广州市第一人民医院临床研究团队制定了以下治疗计划：选用数字化3D打印技术辅助下行右胫骨远端精准截骨矫形、外固定+术后缓慢撑开延长术。 三维模拟手术效果（树蚁系统云端数据） ◆3D数字化技术应用◆ 术前，为了手术可以准确无误的进行，丁教授使用先临三维白光三维扫描技术——EinScan Pro 2X Plus多功能手持三维扫描仪对患者腿部进行扫描，为截骨设计了专用的手术辅助Z字截骨导板，并使用CAD设计和3D打印技术，精准定制手术导板和个性化外固定架，让手术导板能够更准确的贴合患肢，提高外固定置钉精准度，防止截骨位置发生偏差，达成微创截骨，帮助患者避免再次手术。 腿部3D扫描过程 腿部彩色3D扫描数据 高精度3D数字化技术的应用优势： EinScan Pro 2X Plus多功能手持三维扫描仪采用非接触式白光扫描技术，扫描幅面大，细节完善，精度高，单幅精度最高可达0.04mm，因此可以无创、快速高效地获取患者腿部表面的高品质数据，形成相应的3D文件，以进行CAD设计及数据存档。 术中，为了将设计的置钉定位导板安装妥帖，丁教授利用扫描所获取的3D数据在电脑上进行畸形状态评估、辅助手术导板快速匹配和精准安放。同时，术后可将3D数据用于评估畸形矫形手术效果和引导术后矫形过程。 辅助导板3D扫描 术中皮外导板使用情况 三维预后良好（树蚁系统云端数据） ◆未来可期◆ 小李妹妹术后三天借助拐杖落地行走 术后为了更加确保疗效，丁教授常规安排了小李妹妹进行了X线片、CT扫描等术后评估检测，证实小李妹妹右下肢的力线完全正常，手术效果良好。先临三维提供了下肢外观白光三维扫描，辅助术前导板定制设计、术中导板精准安放、术后评估效果及引导矫正。借助于高精度3D数字化技术，这样一台复杂疑难下肢畸形矫正手术得以精准、安全和轻松解决。 丁焕文教授：现为华南理工大学医学院教授、人体解剖教研室主任，临床医学和生物医学工程专业硕士研究生导师，第二附属医院暨广州市第一人民医院骨科主任医师。现学术任职为SICOT数字骨科学会常委、中国生物材料学会生物材料临床试验研究分会副主任委员、中华医学会医学工程分会数字骨科学组委员、中国医师协会骨科医师分会3D打印骨科学组委员等。 树蚁医疗：丁教授基于自身21年研究数字化精准骨科，依靠华南理工大学医学院虚拟应用解剖与外科手术虚拟仿真研究中心、国家人体组织功能重建工程技术研究中心，在积累了众多数字化手术使用案例后成立的一个技术转化型医疗服务公司。 *图文信息来源于广州市第一人民医院 丁焕文教授团队树蚁医疗团队 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.产品推介 | “足帮帮”3D脚型扫描仪，从采集到应用，只需要一个它 2.迈向关节3D打印的未来：Nature发布戴尅戎院士团队生物3D打印项目专访 3.苏州纳米所在生物3D打印用于脊髓损伤修复研究方面获重要进展 4.清华-伯克利深圳学院类器官3D打印研究取得重要成果（附国产生物3D打印机）

本期，3D打印技术参考总结了2021年3D打印技术值得关注的十项重要科研成果，涉及增材制造应当遵循的“串/并联式路线”、微结构立体光刻3D打印技术的进步、金属纳米结构和软体机器人直接3D打印、超材料和结构材料增材制造以及新材料方面的创新等，并介绍了这些研究可能带来的影响。其中来自国内的研究新上一个台阶，标志着我国在该领域的部分研究已经走到了世界前列。 1. 顾冬冬教授《Science》介绍“材料–结构–性能一体化增材制造”并行模式 2021年5月，《Science》发表了南航材料科学与技术学院、江苏省高性能金属构件激光增材制造工程实验室顾冬冬教授团队的研究综述论文《材料–结构–性能一体化激光金属增材制造》。标志着南航在基础研究和重大成果方面取得新突破。南航是本文第一署名单位，顾冬冬教授为本文第一作者和通讯作者。 传统增材制造遵循典型的“串联式路线”，即结构设计–材料选择–加工工艺–实现性能；但因材料、结构和工艺等多因素耦合规律复杂，激光增材制造精确成形需反复试错，造成金属构件高性能目标实现困难。为对应上述挑战，该研究提出了“材料–结构–性能一体化增材制造”（MSPI-AM）这一整体性概念，其概念性创新在于：变革传统的串联式增材制造路线，发展新的“并行模式”，在复杂整体构件内部同步实现多材料设计与布局、多层级结构创新与打印，以主动实现构件的高性能和多功能。 3D打印技术参考评选理由：同期《Science》主编以“跨尺度调控”为题，对论文做了亮点评述，认为激光增材制造有望变革零部件的设计方式。这种更为综合的方法以主动实现构件的高性能和多功能，将有助于减少制造所需的工序数量，并扩大可用于最终应用零部件的结构类型。 2. 美LLNL国家实验室：通过光束整形，实现更好的光热控制，3D打印更光滑、孔隙率更低的超高密度零件 劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）研究科学家表示，使用高斯光束特别像用喷火器来烹饪食物——难以很好地控制热量在目标材料周围沉积，从而导致较大的温度梯度以及熔池不稳定，造成气孔等缺陷的形成。而使用贝塞尔光束，则可以显著扩展激光扫描参数，避免传统光束带来的诸多问题，通过将一部分能量从中心重新分散出去，可以设计热剖面、降低热梯度，以助力微观结构晶粒细化，最终形成更光滑的表面、获得更致密的元件。此外，传统光束的另一个缺点是它们在传播时易衍射，而贝塞尔光束因其非衍射特性提供了更大的焦深。 LLNL的研究人员探索高功率激光打印（如粉末床激光熔融L-PBF）中常用的高斯光束的替代形状，以解决此问题，他们的最新研究被发表在《Science Advances》上。这项研究解决了金属增材制造领域中光学物理和材料工程之间脱节的问题，通过整合、设计光束形状来实现对熔池动力学的控制。经过整形的光束使熔池湍流和飞溅显著减少，同时，使用贝塞尔光束比传统高斯光束制造的零件更致密、更坚固，并且具有更强大的拉伸性能。 3D打印技术参考评选理由：在传统SLM技术走向更大尺寸、更多光源的背景下，对成型机理的研究依然重要。通过结合简单的光学元件进行光束整形来提高L-PBF 3D打印金属部件的质量，具有更高的成本效益。坚固且无缺陷的零件生产以及以经济高效的方式打印大型结构是大势所趋。 3. 刘锦川院士团队《Science》：利用一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 2021年10月，香港城市大学刘锦川院士团队在”利用增材制造设计成分调制钛合金“方面取得重大进展，创建出了一种具有独特微观结构的钛合金，在保持高强度的同时显著提高了延展性，达到约1.3GPa的高拉伸强度、约9%的均匀伸长率和超过300MPa的出色加工硬化能力。该研究在国际顶尖期刊《Science》上发表。 通常而言，金属材料中的成分不均匀性往往被看做材料内部的重大缺陷，是研究人员一直所努力避免的。然而，材料的成分不均匀性却很少被积极地利用起来作为有效的合金设计方法。一方面，这是由于人们对成分不均匀性的积极作用缺乏足够的认识；另一方面，也是因为传统的铸造、锻造等方法往往无法对材料内部的成分波动实现人为有效的调控。增材制造过程中所固有的金属粉末快速融化和凝固过程，以及超快的冷却速度，为研究人员提供了这样一种有效调控成分波动的手段。基于这种全新的思路，研究人员尝试在3D打印过程中采用两种常见合金粉末（Ti64和316L不锈钢）进行混合打印，并通过特殊的打印参数，创建了一种超级钛合金结构。3D打印技术参考此前曾对该研究进行了相关介绍，点击下方图片可查看详情。 3D打印技术参考评选理由：研究者创造性地将成分调制的概念和3D打印结合起来，另辟蹊径地设计出了一种前所未有的成分梯度组织。本研究工作同时极大地开拓了增材制造技术的想象空间，使得这项技术不仅仅被用作复杂构件的成型技术，更可以被开发为一种全新的合金设计和制造方法，从而有力地推动增材制造技术实现“材料-结构-性能”一体化智能设计的梦想。 4. Nature：一种直接3D打印金属纳米结构的技术 用于金属纳米3D打印的现有技术需要聚合物-金属混合物，金属盐或流变油墨，从而限制了材料的选择和所得结构的纯度。气雾剂光刻先前已被用于组装预图案化衬底上的高纯度的3D金属纳米结构的阵列，但几何形状有限。 2021年3月，《Nature》报道了韩国首尔国立大学和浦项科技大学的一种使用多材料直接3D打印金属纳米结构阵列的技术，可打印具有灵活几何形状和小至数百纳米的特征尺寸。研究人员将离子和带电的气雾剂粒子引导到一个电介质掩模上，该介质掩模包含浮在偏置的硅基板上的一系列孔。离子在每个孔周围聚集，生成静电透镜，将带电的气溶胶颗粒聚焦成纳米级射流。这些射流由在含孔掩模下形成的聚合电场线引导，其作用类似于传统3D打印机的喷嘴，使气溶胶颗粒能够3D打印到硅基板上。通过在打印过程中移动衬底，研究者成功地打印出了各种3D结构，包括螺旋、悬垂的纳米管、圆环和字母。 3D打印技术参考评选理由：研究者介绍了一种使用带电气溶胶为基础的3D纳米打印技术，这种完全干燥的技术，不涉及聚合物或油墨。3D纳米打印技术有望在多个领域实现应用，如构建微纳级别的医疗植入物，在计算机芯片上构建3D逻辑电路、甚至可以用于超轻型飞机组件。 5. ORNL开发出独特的聚合物粘结剂，可3D打印具有“极高强度”的部件 粘结剂喷射3D打印由于广泛的粉末兼容性和可扩展的工作流程，成为比其他3D打印工艺更便宜、更快的选择。然而该技术所呈现的生胚部件的低机械强度成为该技术的“主要瓶颈”，阻碍了它们更为广泛的采用。在提高生胚部件的强度时，粘结剂是重要的增强途径。 美国橡树岭国家实验室（ORNL）团队于2021年在《nature communications》报道了一种独特的PEI聚合物粘结剂，其具有独特的分子结构，能够与氰基丙烯酸酯发生反应以实现卓越的强度。该粘结剂材料的的结构经过精心设计，具有低粘度、高溶解度和有限的结晶度，使其成为粘结剂压电喷射的理想选择。通过试验粘结剂PEI负载量，该团队表示他们还能够优化其打印适配性，可实现生坯强度的近线性增加。通过原型设计，研究人员发现，打印PEI浓度为5.5%的部件，零件强度为6.28MPa，远高于使用商业粘结剂所能达到的3.60MPa。由于粘合剂喷射部件的固有孔隙率，该团队还发现他们能够通过整合二次聚合物来提高砂型部件的强度。例如，通过添加氰基丙烯酸乙酯3D打印出了6.5厘米的桥梁，抗弯强度达到53兆帕，使其比实体砖更坚固。 3D打印技术参考评选理由：从粉末中提取生胚零件而不造成损坏是粘结剂喷射技术后处理面临的首要挑战，新型粘结剂体系的开发对该技术制造高精度和高强度零件具有重要保障。 6. 麻省理工：一种新的微结构立体光刻增材制造技术 传统基于投影的微立体光刻技术（PμSL），通常采用单孔径成像配置，由于图像分辨率（影响最小特征大小）和像场面积之间的相互牵制，限制了该技术生产具有微结构的大尺寸零件的能力。 麻省理工学院于2021年9月在《Science advances》展示了的一种基于平面透镜阵列和积分图像重建的新立体光刻3D打印技术。所提出的工程投影系统基于透镜阵列，其中每个微透镜可以保持高孔径，整体打印面积可以随着微透镜的数量而增加。与数字光处理相结合的微光学器件允许通过并行传输、叠加和集成多个输入图像来对投影输出图像进行可扩展的重建，从而产生从微米级到厘米级跨越四个数量级的周期性微结构。同时，该研究提出的整体光刻系统可以结合到其他基于数字光处理的光刻系统中，使用简单且廉价的组件进一步增加系统的构建区域。这种兼容性可能会推进高通量微结构数字光刻技术的发展。 3D打印技术参考评选理由：新的微立体光刻技术与传统商业PμSL 系统相比，打印尺寸可增加102至103倍，并具有力学和结构方面的优势，未来可能将影响力学/声学超材料功能结构、细胞力学生物材料和能源/环境应用结构的生产。 7. 吕坚院士团队发表结构材料增材制造综述 2021 年 4 月 1 日，香港城市大学吕坚院士团队发表综述论文“Additive manufacturing of structural materials”。本综述涵盖了广泛的主题，包括适用于3D打印的结构材料种类，如聚合物、金属、陶瓷、玻璃和复合材料等；介绍了4D打印的常用材料和原理，对比了不同刺激方法的优缺点；对结构材料的增材制造提出了多元化展望，包括多材料（multi-material）AM，多模量（multi-modulus）AM，多尺度（multi-scale）AM，多系统（multi-system）AM，多维度（multi-dimensional）AM和多功能（multi-function）AM；最后，文章还详细介绍了结构材料增材制造技术在不同领域的巨大应用潜力，涉及航空航天、生物医疗、电子设备、核工业、柔性可穿戴设备、软质传感器/驱动器/机器人技术、珠宝和艺术装饰品、陆地运输以及水下设备等领域。 3D打印技术参考评选理由：在3D打印被逐渐广泛认知的背景下，该文系统论述了各种材料的3D打印技术的最新进展以及它们的潜在应用，讨论了结构材料增材制造的关键问题，对初学者和有一定研究经历的人士都大有裨益。 8. 史玉升教授团队顶刊综述：超材料的增材制造技术与发展趋势 超材料是指自然材料所不具备的特殊物理性质（如电磁/声学斗篷、零/负泊松比、负折射率等）的人工结构或复合材料，这些奇特的物理特性可以通过精心设计的（准）周期性结构或多材料组合来实现，在国防工业和民生领域都有着广阔的应用前景。 增材制造技术由于在制备复杂结构方面具有巨大优势，为制备超材料提供了有效技术手段。史玉升教授团队长期致力于该领域的研究工作，在增材制造超材料的设计与制备方面已发表系列文章。该团队于2021年在材料领域顶刊《Materials Today》上发表论文，对超材料的增材制造技术与发展趋势进行论述，明晰了超材料的分类、指出了增材制造不同类型超材料的研究现状和发展趋势、提出了五模超材料，为超材料在工程机械、航空航海和生物医疗等领域的应用提供了思路。 3D打印技术参考评选理由：史玉升教授团队长期致力于4D打印技术和超材料研发，该文让我们认识到了什么是超材料，以及3D打印在制备超材料时所能发挥的重要作用，为我们展示了一个采用3D打印技术制造神奇材料的世界。 9. 比钢丝绳强5倍：中国科学家3D打印蜘蛛丝复杂三维纳米结构 2021年9月，新华社报道了中国科学院上海微系统所陶虎团队与上海交通大学夏小霞、钱志刚的合作成果，他们成功用基因重组的蜘蛛丝蛋白3D打印出纳米机器人，相关研究成果被发表于《Nature Communications》。 实验表明，一束由蜘蛛丝组成的绳子比同样粗细的钢丝绳还要坚韧，它能够承受比钢丝绳还多5倍的重量而不会断裂。然而，在自然界中获取大量蜘蛛丝非常困难，该团队创新开发基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶，通过优化重组蜘蛛丝基因片段和分子量，结合基于百万级数量电子的大规模仿真模拟，实时控制加速电压调控电子在丝蛋白光刻胶里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，实现了分子级别精度的真三维纳米功能器件直写。 3D打印技术参考评选理由：蜘蛛丝蛋白优异的机械强度为复杂三维纳米结构提供了关键支持，良好的生物相容性允许进一步通过功能化，实现可载药、可驱动、可降解的4D纳米功能器件（时空可变形），在智能仿生感知、药物递送纳米机器人、类器官芯片等研究领域具有明确的应用前景。 10. 具有集成流体电路的多材料全3D打印软体机器人 在过去十年中，软体机器人领域已经确立了自己独特的适用于使用传统刚性机器人难以或不可能实现的应用。对由流体装置（如液压或气动）驱动的柔顺材料的依赖增强了软体机器人的许多固有优势，特别是在人机交互的安全性、成本更低和操纵复杂且精密结构的适应性方面。然而，目前影响软体机器人实用性的一个关键障碍在于，当需要增加独立操作的执行器的数量或自由度时，通常需要相同或更多数量的不同控制输入。 为了减少或消除对此类外部控制方案的需求，研究人员研究了多种通过流体逻辑增强软体机器人自主性的方法。美国马里兰大学的研究人员于2021年7月在《Science advances》报告了采用PolyJet 3D打印技术制造具有集成流体电路的多材料全3D打印软体机器人。研究人员最初在CAD软件中设计组装模块化组件，如流体电路元件、互连和接入端口以及软机器人执行器和结构构件，形成具有具有完全集成流体电路的软体机器人模型；然后采用PolyJet工艺在一个打印过程中实现三种材料固化成型，包括软体机器人的柔性部分、刚性结构以及支撑材料。为了支持控制软机器人功能的底层流体电路的复杂性，研究还展示并描述了与 PolyJet 3D打印策略兼容的基本类型的流体电路元件，包括流体二极管以及常闭和常开流体晶体管。 △左右滑动查看更多 3D打印技术参考评选理由：由于软机器人领域仍处于起步阶段，驱动操作的潜在输入方式仍然多种多样。这项工作采用3D打印的方式实现了软体机器人整体结构的完整成型，对传统的需要外部连接线和控制器的制造技术是一大挑战，未来可能影响生物医学应用，包括康复设备、手术工具和可定制假肢。 END 3D打印技术的进一步发展离不开实验科学的进步与研究人员的努力，本文所列举的研究成果更是对现有制造不足进行的改进尝试，它们可能在很长一段时间内无法实现落地应用，但却为技术的发展积蓄着力量。本文亦仅能遴选万千技术研究的极小部分进行展示，未来，该技术将在改变人们生活和生产方面继续发挥更大的作用。 注：本文内容由3D打印技术参考总结，转载须在正文开始前注明来源。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读：…

据中国航天报消息：日前，中国航天科工三院159厂自主研发的自主可控增材制造智能生产线突破现有的增材制造单机离散生产模式，首次将智慧物流、工业互联网与增材制造技术融合运用，粉末供应、物料运输及任务调度实现全流程自动化，单机设备利用率与综合产能大幅提升。在原有的增材制造单机生产模式的基础上，该生产线将5G网络与数字孪生技术相结合，为后续建设“5G+增材制造”智能产线奠定坚实基础。 迈向智能制造新高度 当前，随着航天产品应用的不断深入，159厂将复杂结构件的规模化生产提上日程。走进159厂增材制造技术创新中心的生产车间，增材制造智能生产线上的4台设备正在工作，技术负责人张文韬介绍，从运送产品开始进行制作，到最终生产出符合要求的成品，仅机械臂和这4台设备就可以自主完成。 厂房大厅的墙上安装着一块硕大的显示屏，反映生产过程的数据实时跳动，4台设备的工作运行情况一目了然，机械臂在自动上料、下料。 据介绍，增材制造技术与航天产品结合具有天然的应用优势，如结构功能设计一体化、零件结构拓扑优化、提升设计自由度、提高材料利用率、减轻重量、降低制造成本等，原有的单机生产模式已不能完全满足规模化的应用服务需求。技术负责人谢林表示，该生产线突破现有的增材制造单机离散生产模式，结合增材制造工艺过程特点，采用一体化布局设计，将打印主机、清粉系统、供粉系统、物流系统以及其余配套辅助系统进行布局，有效节约设备资源和车间占地。 图为工作人员进行增材制造产线巡检 谢林表示，在传统单机生产设备中，打印前的基板、缸体以及粉末材料准备工作与打印完成后的粉末清理、缸体运输等工序无法与设备打印同步进行，会占用设备资源，影响生产进度，造成平衡度较低、各工位负荷不均衡、产品生产效率低下等问题。 针对这一痛点，159厂结合增材制造工艺过程特点，采用一体化布局设计，将打印主机、清粉系统、供粉系统、物流系统以及其余配套辅助系统合理布局，提出5G+工业互联网方案，定制化研制连续生产的增材制造生产线系统。“我们现在的生产场景需要较高的网络宽带、较低的网络时延，5G网络恰好满足需求。”谢林说。 “以前天天跑生产线，查看生产进度，搬运材料、粉末、重六七百公斤的缸体及打印完的零件。”张文韬形容道，现在的智能化增材制造系统使员工从过去高强度的手工操作员转型成为了“指挥员”和“监督员”。 5G，让工厂更“聪明”“智能” “我们现在的增材制造生产线系统是运用5G技术，通过数字赋能实现的。”谢林说，159厂利用5G技术“大带宽、低时延、高可靠”的特性，将“5G+工业互联+增材制造”相结合，从而对增材制造生产过程中的各类数据进行快速采集、分析及应用，实现增材制造由传统单机生产向网络化、智能化方向转变，提高增材制造的生产效率。 从生产看，工厂要变得更“聪明”、更“智能”，5G确实是个好帮手。比如，每台设备通过5G技术实现互联互通，后台能够对各类数据进行快速采集，实现增材制造由传统单机生产向网络化、智能化方向转变，提高增材制造的生产效率。眼下应用5G技术的工厂不少，159厂有何特殊之处？谢林说，“专网”是门道。159厂通过与联通公司合作，搭建了一个边缘云专属服务器，将所有数据传输到服务器上，数据不出园区，就可实现所有生产设备互联与控制，还能对信息安全进行保护。 网络化的3D打印生产线（来源：Grenzebach） 5G将生产数据与工厂内部系统对接，实时的生产产值和数据汇总进行反馈，相关人员随时可以了解设备产值、动态，为159厂减员增效、提升品质、降低成本、缩短周期带来帮助。 “预计到年底，我们会打通物料、仓储、调度，将热处理等设备‘搬’进车间，增材制造设备打印好的产品通过AGV小车运输到下一道工序，相当于建立一个小型的智能工厂。”谢林说，测试后投入使用的AGV小车如同神经网络一样，可以连接所有的工位，把工厂内的自动化孤岛一个个都连起来。 对于159厂来说，基于5G工业互联的增材制造生产线首次将5G通信、工业互联网与增材制造技术进行深度融合应用。未来，159厂将建立基于工业互联的5G增材制造智能工厂，形成增材制造技术应用新模式和典型应用场景，使产线具备可复制、可推广的条件。 注：本文内容来自中国航天报，记者： 苗珊珊、邓雨楠。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 2.2025年服务于中国航空航天等领域的金属3D打印装备将超六百台 3.增材团队介绍：航空工业沈飞工艺研究所增材制造团队为科研与生产护航 4.增材团队介绍：航天六院7103厂采用3D打印让中国载人火箭发动机更加可靠

制造企业是否采用3D打印技术，需要综合考虑产品在整个生命周期的价值传递作用，这种作用在航天航空工业中体现的尤其明显。同时，航空航天领域也在国内外的增材制造技术的发展中起着引领性的作用。作为国内该技术领域知名的制造商，铂力特获得了业内广泛认可，通过多年深耕航空航天领域，该公司积累了大量案例。本期，3D打印技术参考对其中四个案例进行介绍，突出3D打印技术在复杂产品制造和快速响应方面给产品和企业带来的改变。 1. 千乘一号01星：整星超100万个点阵结构，最小特征0.5mm 北京时间2019年8月17日12时11分，千乘一号01星作为主星搭载中国航天科技集团有限公司捷龙一号遥一火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，火箭经主动段飞行，将卫星送入预定轨道，卫星发射入轨取得圆满成功。千乘一号卫星主结构是目前国际首个基于3D打印点阵材料的整星结构，千乘一号卫星入轨运行稳定，标志着用于航天器主承力结构的3D打印三维点阵结构技术成熟度达到九级，即实际系统成功完成使用任务。 千乘一号整星结构采用面向增材制造的轻量化三维点阵结构设计方法进行设计，整星结构通过铝合金增材制造技术一体化制备。传统微小卫星结构重量占比为20%左右，千乘一号微小卫星的整星结构重量占比降低至15%以内，整星结构零部件数量缩减为5件，设计及制备周期缩短至1个月，整星结构尺寸超过500mm×500mm×500mm包络尺寸。 该卫星部分轻量化零件由铂力特品牌设备BLT-S600打印制造，零件内部点阵轻量化结构最小特征仅为0.5mm。零件整体轮廓尺寸大，内部轻量化点阵胞元结构尺寸小，整星超过100万个点阵结构特征；蒙皮结构尺寸小，增材成形工艺难度大。整个制造过程充分展示了铂力特在大尺寸、精细化、特殊结构成形上的技术优势。 2. 3D打印火箭发动机燃气发生器和燃烧室部件 2020年3月，国内领先的民营液体火箭研制企业蓝箭航天自主研发的“朱雀二号”液体运载火箭系统中的“天鹊”10吨级液氧甲烷发动机（TQ-11）再次进行长程试车。“天鹊”发动机项目组在一周内，用一套TQ-11发动机分别进行了10秒、100秒、750秒、1500秒四次全系统热试车，均取得圆满成功。 TQ-11为国内现有唯一多喷管液氧甲烷火箭发动机，是“朱雀二号”液体运载火箭的二级游动发动机。2018年，蓝箭航天公布了“朱雀二号”液体运载火箭“80+10”的火箭动力系统技术路线，两型发动机并联组合可覆盖从小型、中型到大型的“朱雀”全系列火箭家族。目前，两型发动机均已顺利试车，铂力特承担了“天鹊”发动机燃气发生器身部和燃烧室的金属3D打印服务。 燃气发生器身部和燃烧室均为蓝箭航天“天鹊”发动机中的关键零部件，零件内部结构复杂且对外形、流道精度要求严格。燃烧室零件周身均布百余条细长流道，燃气发生器身部零件内有数十个冷却通道，零件最小特征尺寸精度为±0.05mm，使用传统锻造、焊接等工艺加工无法达到技术要求。而金属3D打印技术可实现复杂结构一体成形，大大缩短发动机装配周期，集成化设计还可有效减少零组件数量，提高发动机使用维护性，也更容易进行零部件批量化生产。 铂力特前期对零件关键特征进行充分的工艺验证，并快速进行工艺迭代优化，从力学性能、特征尺寸等方面保证成形零件满足技术要求。 根据零件尺寸及结构特点，铂力特使用BLT-S310及BLT-S400分别成形燃气发生器身部及燃烧室。双激光金属3D打印设备BLT-S400可一次成形2个燃烧室，兼顾产品品质与效率，大大缩短交付周期、减少综合成本；此外，铂力特检测中心具备Nadcap认证资质、获CNAS实验室认可，可提供专业的原材料化学检测、无损检测、热处理、流量标定等相关检测服务，为零件提供全工序质量保障。 3. 3D打印立方星部署器为空间站在轨释放微纳卫星储备技术 2020年5月8日，新一代载人飞船试验船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆，试验船飞行试验任务取得圆满成功。新一代载人飞船试验船不仅完成了首次3D打印太空实验，还搭载了世界首个基于金属3D打印技术的立方星部署器。该部署器由中国商业航天公司星众空间（北京）科技有限公司研制，由铂力特金属3D打印技术制造。 铂力特制造的金属3D打印部署器，重量仅为传统机械加工产品的一半，加工周期从过去的几个月缩短为一周，大幅度降低了设计重量，提高了结构强度。本次飞行充分验证了立方星3D打印新型部署器的结构强度、材料性能和空间环境适应性，为“3D打印+航天”的大规模应用和未来空间站在轨释放、机动部署微纳卫星提供了数据，储备了技术。 这枚名为COSPOD-3D的立方星部署器，既可满足国际标准3U立方星的发射与部署，也可满足部分增大版3U立方星的需求，容纳其多层展开帆板、大型表贴天线、相机等外部凸出载荷的应用。更重要的是，这一系列产品配有新型多星分配控制器，能够通过火箭提供的一路分离信号驱动多路部署器释放，实现一箭百星的部署能力。同样由星众空间设计研制、铂力特制造的多星分配控制器，计划在未来几个月内开展在轨试验。 采用3D打印技术加工微纳卫星部组件，在批产化方面的优势也非常显著。以此次打印的立方星部署器为例，铂力特自主研发的常规尺寸设备BLT-S310，成形尺寸为250×250×400mm，可一次成形2件部署器。铂力特其余多型号更大尺寸设备，可实现一次打印3~10件部署器的批量加工，为卫星产业“百颗”、“千颗”等大批量发射计划提供强大支持及品质保障。 4. 金属3D打印的“灵巧号”卫星，凸显速度制造优势 2021年12月，由铂力特打印、星众空间出品的“灵巧号”太空实验卫星搭载由陕西第一家商业火箭公司陕西华羿鸿达科技发射的“华羿一号”亚轨道火箭在西北某试验场成功实施首次飞行。 金属3D打印的“灵巧号”卫星（Agile Testbed），是星众空间专为生物、医药、材料、能源等太空实验设计的卫星平台。通过改造卫星结构、增强传感技术，“灵巧号”为实验载荷打造了一个有效减振、精准温控的实验环境，能够满足该类实验在轨触发和数据精准测量、记录、存储、下传等共性需求，适用于亚轨道和轨道飞行各类短期、长期任务。 铂力特本次负责“灵巧号”卫星主框架结构的打印，“灵巧号”卫星主框架结构由4件面板和4件横梁组成。为了满足主框架结构轻质、高刚度的技术要求和项目紧急的节点要求，铂力特采用AlMgSc高强度铝合金作为原材料，采用BLT-S400三激光设备实现快速研制。 铂力特接到生产任务后快速响应，使用BLT-S400系列三激光设备一炉完成成形，总机时35h。由于项目紧急，零件在内部做24小时流转，经后处理、机加工、阳极化等处理，在截止日当天晚上10点完成交付，项目总周期8天。 END 航空航天是当今世界科技强国竞相发展的重点方向之一，其发展离不开兼具轻量化、难加工、高性能等特征的金属构件。增材制造技术为高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺途径，可解决航空航天等领域发展过程中对材料、结构、工艺、性能及应用等提出的新挑战。 铂力特深耕金属增材制造技术，不断形成新的研发成果保持核心技术的先进性，为航空航天领域带来了全新的设计和制造思路，获得了系列航空航天制造商的认可。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.珠海航展上的大尺寸金属3D打印零部件背后的制造故事 2.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 3.2025年服务于中国航空航天等领域的金属3D打印装备将超六百台 4.波音的采购合同——成为大尺寸金属3D打印制造商迈入航空航天领域的第一步

本文概述了2021年3D打印市场范围内备受关注的应用突破及市场变化，在应用继续深化和取得重要成就的同时，也涌现出了一批新材料，用户对3D打印的认知更加深刻，正在更进一步探索这项技术可能带来的新增长点。国内3D打印服务市场增长明显，用户相比以前更加关注国产设备，国内增材制造商的营收水平再上一个台阶。 1. 三星堆发掘现场：我国首次借助3D打印提取文物 2021年，三星堆遗址发掘备受关注，出土文物质量极高，发掘人员采用了多种先进科技手段进行文物保护。其中3号坑发现了迄今为止三星堆出土规模最大的一件青铜器——大口尊。该大口尊长度约70厘米，尺寸大，强度弱，文物一碰即碎。通过前期方案讨论，决定采用3D打印技术提取大铜尊。 工作人员首先使用3D扫描仪对文物进行扫描及周边数据收集，然后通过3D打印机打印出文物的模型，根据模型生成硅胶体的保护套，将硅胶覆盖在文物表面对文物进行保护。据了解，此前考古和文保工作中都尝试采用过3D打印技术，但这是首次使用3D打印技术进行文物提取。 2. GE 3D打印燃油喷嘴制造数量突破10万件 2021年8月，GE航空发布消息称，其位于奥本的增材制造工厂已发货第100000个3D打印的燃油喷嘴，这是该公司和3D打印行业的重要里程碑。奥本工厂于2015年开始生产3D打印的燃油喷嘴，是业内第一个使用增材制造技术生产飞机发动机零件的大规模制造工厂。 这款知名的3D打印燃油喷嘴最初专为LEAP发动机开发和制造，根据发动机版本的不同，每台发动机上安装有18或19个燃油喷嘴。基于3D打印带来的制造优势，新设计的燃油喷嘴将原来的20个部件变成了一个精密整体，并与其它组件通过钎焊连接，喷气燃料通过喷嘴内部的复杂流道实现自身冷却。最终，新喷嘴重量比上一代减轻了25%，耐用度提高了5倍，成本效益上升了30%。 3. 连续纤维+热塑性塑料，空客正在开发代替钛合金的3D打印高强复合材料支架 空客A350 XWB支架连接器多年来一直采用钛合金3D打印制造，2021年，先进制造商Arris Composites表示正在与空客合作研究3D打印复合材料支架代替钛合金的可能性。一架商用飞机每减轻一公斤重量，就可以在其使用寿命期间减少25吨CO2排放，复合材料在性能可靠的情况下无疑会进一步推动轻量化的发展。 Arris Composites公司开发了一种称为Additive Molding的技术，通过在热塑性树脂中精确排列连续纤维，获得了具有无与伦比机械性能的下一代复合材料及成熟的大批量成型方法，这些产品具有高度集成性，所制造的产品比金属更坚固、更轻。 4. GE公司发现采用金属3D打印代替铸造，成本更加经济 大多数制造商都难以在支付了铸模费用的情况下，放弃使用铸造而选择金属3D打印，主观上的成本考量都不会将两者相提并论。然而，GE Aviation（GE航空）和GE Additive（GE增材）的合作证明，金属增材制造可以与传统铸件的价格持平。其成功制造的四个3D打印部件将削减多达35％的成本，这足以让管理部门淘汰旧的铸模。 同样重要的是，GE Additive的工程师从识别目标零件到3D打印最终原型，总用时仅10个月，而使用铸造工艺生产这些零件则需要12到18个月甚至更长时间。GE Aviation的增材制造部门负责人表示，这是他们第一次发现金属3D打印比铸造还要便宜，即便在有外部供应商报价的情况下，金属3D打印仍然具有成本优势。与以往利用零件合并来减少组装从而降低大量成本不同，此次3D打印的零件完全基于铸造模型，没有任何的设计更改。这一发现让GE Aviation着手寻找其他发动机上更多的零件，并采用金属3D打印来降低成本。 5. 航空制造3D打印专家王向明当选2021年中国工程院院士 11月18日，中国工程院公布2021年新增院士，中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所项目总设计师、3D打印专家王向明成功当选。 公开资料显示，王向明院士现任航空工业集团沈阳飞机设计研究所项目总设计师、“鹘鹰”飞机常务副总设计师、航空工业集团增材制造首席专家、创新结构国防原“973”技术首席、飞行器新概念结构航空科技重点实验室主任、辽宁省增材制造共性技术创新中心主任、某部先进制造技术专业组增材制造责任专家。在航空制造领域，王向明院士着重于如何实现创新设计、确保使用安全，解决3D打印面临的“会用、敢用”的问题。 6. 粘结剂喷射金属3D打印技术市场格局发生重大转变 2021年，Desktop Metal相继收购多家公司，尤其对Exone、Meta Additive的收购改变了粘结剂喷射金属3D打印技术的市场格局，Desktop Metal因此成为该领域的巨无霸企业，对Aidro的收购则推动其将该技术深入应用到能源和航空航天领域液压元件的3D打印制造。 2021年10月，喷墨技术专家理光宣布推出粘结剂喷射金属3D打印机。 待HP和GE Additive的同类型设备正式上市，将形成粘结剂喷射金属3D打印技术领域三家鼎立的局面。 7. 汽车制造商开始将粘结剂喷射金属3D打印技术纳入生产体系 6月，德国汽车制造商大众汽车宣布计划在其位于德国沃尔夫斯堡的主要工厂使用粘结剂喷射金属3D打印技术制造组件。该公司扩大了与3D打印机制造商惠普的合作伙伴关系，并与工业制造公司西门子建立了软件合作，将该技术引入工厂，旨在降低成本并提高制造过程的生产力。据报道，这是第一家在其生产过程中使用该技术的汽车制造商。 同月，ExOne宣布其服务中心已交付超200万件粘结剂喷射金属3D打印零件，其中包括汽车部件服务。ExOne与福特汽车公司已合作多年，双方共同致力于粘结剂喷射金属3D打印技术的批量化应用。 12月，Desktop Metal从一家德国主要汽车制造商那里获得了价值790万美元的粘结剂喷射增材制造系统订单，用于大规模生产汽车动力总成部件。考虑到宝马是Desktop Metal通过BMW iVentures的首批投资者之一，大众汽车正在积极与惠普合作，而戴姆勒奔驰已经与EOS合作多年，外媒猜测这家德国汽车制造商是宝马。 8. 黑石开始使用3D打印技术批量生产锂离子电池，目标电动汽车领域 为了进军电动汽车市场，专注于电池技术的瑞士投资公司Blackstone Resources于2019年成立了自己的德国研发子公司黑石科技，并投入巨资研发下一代电池技术。该公司已获得的3D打印技术专利可生产各种不同外形的电池，并于2021年宣布开始批量生产3D打印电池。据3D打印技术参考了解，电动汽车领域是其主要目标市场。 黑石科技3D打印的锂离子电池 该公司目前正在开发的最有前途的技术就是其专有的3D打印技术，这是一项独特的专利技术，可用于生产液体电解质电池和锂离子固态电池，具备将电池能量密度加倍并将锂离子电池制造成本降低一半的潜力。黑石公司在过去两年中一直在开发和完善其锂离子电池3D打印技术，如今推出了其首个大规模生产设施。 9. 国内3D打印服务商批量购买装备，国产设备商营收大幅增长 • 云铸三维一次性采购铂力特六台金属增材制造设备 据铂力特12月消息，国内综合性的3D打印应用解决方案服务商上海云铸三维于日前一次性采购六台BLT金属增材制造设备，目前已稳定运行8000余小时。 • 未来工场签订30台汉邦科技HBD-350T金属3D打印中型装备 大型规模化数字制造服务商未来工场已有近千台非金属3D打印设备、传统加工装备及检测检验设备，为满足客户对金属3D打印服务的需求，2021年12月，未来工场签订30台汉邦科技HBD-350T金属3D打印中型装备。双方共同致力于推进生产制造的数字化、小批量的规模化，通过双方优势结合，快速引领制造业的升级。 • 峻宸集团引入多款工业级FDM/FFF 3D打印设备 2021年8月，上海远铸智能技术有限公司成功向上海峻宸集团交付一批工业FDM/FFF 3D打印设备，此次合作意味着峻宸集团将3D打印服务能力扩充到了工业FDM/FFF领域，可以提供更具功能性的3D打印部件制作加工能力，也意味着远铸智能推动将工业FDM/FF技术应用于中国的手板市场方面又迈出了坚实一步。 • 国内造车新势力标配，Raise3D收获特斯拉、小鹏、威马等订单 2021年8月，Raise3D向特斯拉（上海）有限公司交付E2款3D打印机，加上今年早些时期的小鹏汽车和威马汽车分别购置的Pro2 Plus大尺寸3D打印机，如今专业级3D打印机已经成为造车新势力的标配和首选。除了造车新势力，2021年Raise3D在国内还收获了一汽大众、丰田、上汽、奇瑞捷豹路虎以及Tier1的泛亚、宁德时代等公司的订单。 • 南京铖联交付第500台金属3D打印机，致力于齿科行业应用 2021年12月，南京铖联安装交付了第500台金属3D打印机，该公司致力于齿科3D打印应用，其装备销量也代表了国内齿科行业3D打印制造的现状。目前，华南地区多家头部义齿企业均是南京铖联的客户。 •威斯坦工业级SLA装备单日出货100台 2021年11月，威斯坦获得500台的有效SLA工业级3D打印机订单，月出货量也高达500台。而在12月27日，该公司单日出货量达到100台，刷新该公司最高纪录。威斯坦日前推出了免设备租金、押金、包售后，用户只需支付材料费的经营模式，极大改变了光固化3D打印服务市场的现状，也表现出该领域竞争激烈程度，但从侧面也反映出市场对技术的需求呈现井喷式的增长。…

相比模具加工，3D打印可节约50-75%的成本 无模具成本 - 随时优化设计模型 – 按需生产 – 减低库存成本！ 在过去，一旦产生批量生产产品的需求时，企业首先会考虑的就是传统的CNC或开模注塑的加工方式，面对数以万计的大批量生产需求时，传统工艺的生产成本偏低，是一种合适的选择。那么当我们只需要1000件或者更少数量的产品呢？怎样的方式能够在保证快速生产的同时更省钱，是诸多企业需要面对的问题。事实上，面对小批量的产品生产需求，3D打印技术目前在成本、速度和灵活性方面优于传统制造工艺。 能够轻松实现小批量定制生产，生产周期短，有多种材料可供选择，而且3D打印产品的性能也能满足产品正常使用，随着使用成本的持续下降和打印质量的提升，3D打印的生产方式在制造产业已经势不可挡。远铸智能作为增材制造一体化解决方案的供应商，将3D打印技术的优势充分利用了起来，服务于自身业务。 通过3D打印生产的零部件在远铸智能FUNMAT PRO 410的各个部分都有应用 3D打印是降低小批量制造成本的优选通常机械设备内部零配件采用开模制造、机床加工等方式，这意味着零配件备货需要占用大量资金，且需要考虑供应商的供货周期，一旦供货不及时，对成品的出厂时间会造成影响。因此远铸智能在产品研发阶段便尝试引入面向增材制造的设计（DfAM）理念，将设备部分零件通过3D打印技术制造，最大的优势就是可以在短时间内实现小批量按需制造，种类繁多的打印材料可满足不同零部件的使用要求。 图：远铸智能FUNMAT PRO 610HT用PA-CF打印的设备导风口 上图是远铸智能用FUNMAT PRO 610HT小批量打印的FUNMAT HT导风口，3.5个小时之内可以打印54个，该打印设备可以打印高达610*508*508mm的样件，成型尺寸能够满足打印大尺寸零件或多个相对较小尺寸零件的生产需求，完全可以按需生产并且大大减少了库存的压力。 另外一个应用，以远铸智能FUNMAT PRO 410打印设备为例，其喷头罩壳对打印机来说是必不可少的一个零件，包裹式的罩壳能对打印机内部机构进行防护，防止操作人员触碰喷头而伤到手。但是想要设计出一个完美匹配喷头的罩壳，需要通过数次的设计验证，以选定合适的材料和外观，按照传统的工艺流程，我们必须通过注塑开模的方式来进行原型验证，一方面模具具有单一性，一个模具只能生产一种产品，设计迭代就意味着需要多个模具；另一方面，由于工序比较复杂，所以注塑开模的时间周期很长，且费用不菲，所以在前期需要反复沟通修改模型，种种因素都大大增加了产品的开发成本。 而在正式的生产流程中，如果仍然采用传统的注塑开模的方式，以500件为例，每生产一个FUNMAT PRO 410喷头罩壳的成本要比3D打印工艺高出55%， 而通过3D打印进行生产，不仅更省钱且打印起来非常便捷。在生产准备成本上，3D打印具备非常明显的优势。现在，对于1000件以下的小批量生产，各领域的企业都会把3D打印视为节省成本的替代方案，更重要的是，在实现这种制造模式的前提下，还能够不增加成本，不降低生产速度。 人工成本高亦是传统的制造方法昂贵的原因之一，而3D打印的过程使零件的生产变得更方便和容易，与传统制造可能需要许多不同的人操作多台机器不同，3D打印简化零部件制造的流程，批量打印零部件后，即可轻松实现装配。 多样的材料选择，更节省资源 许多人也许会质疑3D打印的材料成本会很高，然而，随着技术和工艺的不断发展，目前3D打印技术应用的材料范围已经十分广泛，可以根据自身的需求选择相对经济实惠的材料进行生产制造。 图：FUNMAT PRO 410用PC打印的料轴提杆 在FUNMAT PRO 410的使用过程中基于换料的需求，料轴提杆需要被反复地取出又安装，长时间的使用在一定程度上会造成磨损，比起选择铝材进行机加工，使用20%填充3D打印的PC材料的料轴提杆是更好的解决方案，质量更轻，并且在产生磨损后可方便快捷的进行自我生产替换，单个生产成本比传统机加工降低了85%。 不论是何种生产工艺，在制造过程都会产生浪费，在使用 FDM 3D打印技术进行制造时，成型原理是打印丝材经过熔融冷却层层堆积固化成型的，将产生比传统制造更少的废料，所以3D打印也是一种更有效地利用资源的方式。 图：（左）用PC打印的料仓加热支架，（右）用PC打印的气弹簧护盖 3D打印能够按需生产降低库存成本 作为一家生产制造型企业，在生产产品的过程中会生产大量的零部件备用，这意味着需要大量的物理存储空间来进行零件备货，用以满足数月甚至数年的生产订单。但仓库维护的成本并不低，这包括生产库存的费用、损失、废弃、仓储费、保险费、跟踪和分配等。 “公司的仓储费是多少？每年有多少次需要那些零部件？为什么不按需打印呢？” 通过使用 3D 打印进行制造，将原有的物理库存转变为虚拟库存，我们就可以在需要的时间和地点生产需要的东西，3D打印使得按需生产成为可能，精细的生产计划可有效避免生产过剩和存储成本升高的情况。 想要获取更多的小批量3D打印解决方案可以点击阅读原文。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.保时捷投资3D打印领先企业上海远铸智能，加速工业制造数字化转型 2.强强联合 | 多款工业级FDM/FFF 3D打印设备入驻国内领军3D打印手板企业峻宸集团 3.中国产工业级高温3D打印机为何备受国际顶级科研机构青睐 4.超越PEEK，3D打印的碳纤维增强尼龙有怎样的性能和应用潜力

南洋理工大学、华南理工大学与新加坡3D打印中心相关研究人员发表行业综述：金属增材制造资质鉴定与认证。一作陈泽为在读博士生，师从NTU周琨教授，该团队已经发表多篇增材制造高质量学术综述，行业综述还是首次。陈泽曾参与并指导全球范围内多个金属增材制造产业化、商业化、工艺与产品资质鉴定与认证项目。 金属增材制造在制造复杂几何形状、复杂型设计、性能理想的金属产品方面具有巨大的潜力, 已被逐步用于航空航天、汽车、医疗、能源和海事等领域。工艺和产品的资质鉴定与认证是确保各个行业成功采用金属增材制造和加速标准化进程的关键。该文章对金属增材制造的标准化现状和资质认证面临的挑战进行了全面的阐述，以期促进学术界和工业界对金属增材技术的产业化共识。资质鉴定一般指在开发或测试过程中对原型设计、材料和产品进行评估的过程，其对象可以是金属增材技术、机器、材料或是零部件，甚至是供应商。认证主要是为了满足认证机构或行业规范的要求而建立的，需要认证的对象可以是产品、零部件、体系，或者在产品研发阶段、生产过程、出厂终端进行材料/产品/零部件评估的过程。 该文首先介绍了金属增材制造过程中资质鉴定和认证的基本原理和过程，分别从现有产品增材制造和为了迎合增材制造而设计的新产品两个路线进行了阐述。资质鉴定和认证过程涉及到的各项典型活动按照各自产品类型的金属增材制造工艺路径进行了分步阐述。 文章第二章总结了国际和区域标准组织、行业协会、认证机构已经发布的标准、规范和指导，对涉及内容进行了高度概括。这些组织机构来自全球各行各业，如ASTM、ISO、NASA、SAE、AMS、 ASME等。相关标准和规范的适用性和应用范围的总结可以参考原文。 第三章是本文重点要讨论和提议的内容，阐述了当前金属增材产业化过程面临的挑战，尤其是资质鉴定和认证过程中遇到的问题，囊括了材料、工艺稳定性和可靠性，后处理，数据支持，标准和协议等方面技术难点。进而提出了两个框架来克服以上难点，首先是采用普世的质量管理体系增材制造工艺化，为制造生产提供最基本的生产质量体系保障，可以应付一般性能要求的产品需求。对于要求相对较高的专业和关键产品，应该采用更缜密的增材制造资质鉴定和认证体系，从技术评估与认证、设计、材料、打印过程、后处理、检验与测试六个方面进行了详细阐述。文章从各个方面涉及的内容与活动，可以参考的现有标准和规范，应具备的相关文件三个角度对行业进行了建议。 文章最后提出了数字化增材制造资质鉴定和认证过程的模型：作为未来制造业数字化转型中不可或缺的一部分，增材制造本身就是基于模型化的数据驱动制造过程。传统的数据处理是目前增材制造数字化的主要模式，随着新技术的涌入，智能制造、人工智能、机器学习、神经元网络系统、区块链、物联网等技术都可以和增材制造有很好的融合，其资质鉴定和认证过程自然也要相应的做出调整，认证过程会由过去的制造后测试转变为实时监测与检验，前瞻性预判材料-工艺-显微组织-性能关系。 该文总体上是对金属增材制造行业资质鉴定和认证理论上的探讨，旨在为学术和业界提供技术产业化方法论的指导，其中提到的一些认证过程中的关键技术挑战可以成为学术和业界研发的方向。注重效益和中短期投资回报周期的企业可以采用文中提出的质量管理体系和资质鉴定与认证框架，利用现有的标准和规范，生产制造除市场容易接受的产品，可以大大降低投资与质量风险。希望作者以后可以推出更多实例型研究，或是工艺产品资质鉴定与认证案例分析，尤其是成功案例，对新技术初创企业和学术界研发机构都是一种参考与激励。 文章链接： www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17452759.2021.2018938 注：综述内容已上传QQ群（867355738）。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.增材制造用钛合金的种类、应用、粉末制备技术，及市场用量情况 2.增材制造——ASTM/ISO/SAE/国内现行标准有哪些 3.西门子能源：90台金属3D打印机、100种认证应用案例、400种零件进入批量生产 4.国外3D打印从业人员如何进行职业培训和资格认证

CASTOR是一家成立于2017年的以色列公司，其开发了一套工程软件解决方案，能够并行分析数千个零件，找出哪些零件适合于3D打印，哪些进行设计修改后可以进行打印，哪些只能传统加工，以及在采用3D打印进行零件制造时相比传统制造的盈亏平衡点在哪里。此举解决了制造商使用3D打印面临的最大困难——确定在何时何处使用该技术能够降低成本。 面对实际的制造需求，3D打印有时候并不总是最好的解决方案，在缺乏足够多的商业案例以供参考的情况下，制造商知道这项技术应该被采用，然而却不知道应该在何时、何处使用它。因为这些原因，该技术的应用发展依然缓慢。基于对30000个零件的分析，CASTOR得出了一份报告，重点分析了传统零部件的3D打印可行性。 3D打印对制造业意味着什么 由于全球疫情，几乎所有公司的的商业活动都受到了影响，迫使很多人花更多的时间在实验室改进产品设计和开发新的应用。近十年来，3D打印行业发展迅速，尤其是过去五年发生了质的变化，不仅仅体现在工艺的多样性和更多的市场总量，更为关键的是，用户开始致力于将该技术用于最终用途部件，而不仅仅是产品开发。 随着这一趋势的发展，甄别出适合于3D打印的部件已经成为研发、生产和供应链决策过程中的一个关键因素。对于复杂的几何形状、轻量化的结构以及需要通过焊接来组合零件降低装配成本的情况，3D打印能够为制造商带来实实在在的好处。此外，在全球面临供应链紧张的情况下，3D打印按需制造和分布式制造的灵活性避免了供应链的中断，轻量化、更低的材料使用量等也迎合了如今对降低碳排放的环境要求。因此带来的改变，对于大型制造企业而言无法忽视。 分析3万个传统零件，洞悉制造特点 CASTOR在2019-2021年间获得了3万个上传零件，在此基础上的分析将有极高的说服力。 >>>>10%的零件可在不改变设计的情况下经济、高效的打印一般来说，为传统制造而设计的部件并不适合3D打印。对上传样本的分析证明，有10%的随机零件无需任何更改即可打印，并会因此受益。随着增材设计（DfAM）知识在工程和设计领域的传播，这个数字会上升，同时它也代表了制造端对3D打印使用情况的转变。 另有30%的零件在进行设计更改后适合3D打印，但剩下的60%，要么无法打印，要么不能成为一个好的商业案例。 最初不符合打印条件的各种零件可以相对轻松地进行修改。在许多情况下，基于3D打印技术要求的设计规则可以轻松识别现有零件的特征，此类修改包括壁厚、孔尺寸或基于相关打印平台的尺寸限制等。在提交的零件中，有很多是现成的零件，如螺栓、螺母等，这些零件不具有成本效益，因此从未打算将其视为候选零件。而一些具有拔模角度或复杂底切的注塑或压铸零件，则可以简化设计实现生产。 >>>>可打印部件的20%，采用3D打印比传统制造更省钱 “成本节约”的定义是在给定的生产数量下，传统制造与3D打印在单件成本上的差异。了解在什么情况下3D打印更省钱是企业采纳该技术的一个重要因素。分析显示，在可打印部件中有20%如果采用3D打印生产可比传统制造更节省成本，但综合生产规模和交货时间，3D打印的总体效益提升可能更为显著。   成本的盈亏平衡点在时间上往往不那么重要，特别是在供应链中断的时期。因此，是否采用3D打印的最终分析需要考虑一些软因素，如交货时间和其他商业考虑。就备件而言，因停机造成的损失可能是一个关键或主要的因素。了解3D打印按需制造的灵活性是一个关键因素，以帮助做出决策。 >>>>7.5%的零件可以在不影响零件结构完整性的情况下减轻重量 对三万个零件的统计发现，可以减轻重量的部件数量惊人，达到7.5%，而能够减轻超过一半以上重量的零件数量又超过了25%，这是一组难以被忽视的数据。如今，轻量化被越来越多的提及，碳排放指标已经成为可交易的产品，节省材料、更加环保被越来越重视。未来，通过知识积累和自动工具识别可大面积去除材料而不影响零件完整性和强度要求的努力将会越来越多。 >>>>传统零件可实现轻量化的潜力 零件整合只有在很少的情况下可用，但一旦可行，就可以节省大量资金。 使用软件工具自动识别零件是否能够整合，将大大提高3D打印技术的使用潜力，加快产品革新的步伐。在此方面，GE公司已经给出了多项案例，因零件整合和一体化制造带来一系列改变多达60项。 面向增材制造的设计(DfAM)是一套规则，帮助工程师通过改变设计来利用增材制造带来的优势。随着工程师越来越多地接触3D打印工艺，他们对DfAM的了解也会增加。了解规则是一回事，分析何时应用它们是另一回事。CASTOR目前部署了两种工具：零件轻量化和零件整合，来帮助工程师确定在何处使用3D打印可以节省资金。 >>>>零件不可打印的主要原因 零件不可3D打印且无法改变分类的典型原因有两种：一是设计驱动的零件几何形状无法实现打印，另一种是没有满足性能的材料。零件分类为不可打印但可重新分类的情况包括：容易实现设计变化，或接受软件提示的制造风险（如铣削成本较高）或改变零件非关键区域的形状特征。现成的零件如螺母螺栓等对3D打印来说则完全没有成本效益。 >>>>每次生产的总潜在节约从10美元（高数量）到100-1000美元（低数量） 每个制造项目中每个部件的总体潜在成本节约将根据所比较的具体制造技术以及生产零件的数量而有所不同。所统计的真实案例数据使用户能够深切感知采用3D打印技术的盈亏平衡点，并节省总成本。 END 从这些数据可知，我们对3D打印于整个制造业所产生影响的认识还远远不够，对如何更好的使用3D打印技术还有很长的路需要去探索。对技术的陌生、对新选择的徘徊，是制造企业面临的现实问题，这些问题仅凭这个领域内的工程师和销售们难以推动解决。然而我们仍然能够看到改变，积极接纳这一技术已经成为看得到的现象，在摸索中前进将会成为一种普遍现象，所谓的爆发或许只在不断的积累中慢慢到来。 注：报告文稿已上传QQ群（867355738）。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.因零件整合，3D打印为一体化制造带来的60余项改变 2.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 3.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文 4.罗罗通过3D打印设计和制造有史以来最大航空发动机的关键结构