7月21日消息，一家名为VACCO Industries的公司，向美国海军提供了一款用3D打印技术制造的压力控制阀。该部件将被用于美国潜艇舰队的维护计划，零件在完成必要的测试后即可装到潜艇上。 该项目的成功意味着3D打印技术已进入美国海上关键装备供应链，这对快速维修、维护至关重要。 笔者查询到，该阀体采用激光粉末床熔融3D打印工艺制造，材料为铜镍合金。 在传统制造中，Cu-Ni合金在海洋环境中的应用已相当成熟。其对3D打印的适用性，为快速维护开辟了一条新途径，并缩短了关键备件的交付周期。 该材料具有优异的耐海水腐蚀性，因此适用于海事应用。打印完成后，VACCO公司进行阀门的最终组装。 3D打印的铜镍合金零件 随后，对组件进行了无损检测以及模拟生产条件下的测试。 此类检测可以发现内部缺陷、孔隙或与规定打印参数的偏差。对于3D打印的部件而言，这种验证尤为重要，因为工艺参数、粉末质量和部件取向都会影响其机械性能。 该研发项目由美国潜艇工业基地资助，是海上保障技术与创新联盟的一部分。项目允许美国海军在传统采购程序之外测试新的制造工艺。 VACCO公司也将此次获批归功于美国海军的材料鉴定工作。该公司表示，在此过程中开发的3D打印材料规范预计将在未来用于其他部件。 采用3D打印技术制造备品备件，这将有助于缩短潜艇维护的采购时间，特别是对于数量少或供应有限的备件，对潜艇长期维护至关重要。 自2016年以来，美国海军一直在探索增材制造技术，计划生产超过5500个零部件。不过早期的评估指出，将验证成果转化为生产部署在进度安排方面存在挑战。VACCO成功交付的这款零部件表明，至少在某些高价值应用领域，这一差距正在缩小。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

对于金属3D打印技术来说，导致使用成本高昂的重要原因来自原材料。尤其对于激光粉末床熔融工艺来说，粉末的粒径和球形度都有特定要求，这导致了用于3D打印的材料成本要高于MIM技术。 随着越来越多的传统加工企业开始使用3D打印技术，未来的材料使用范围很可能会打破高特征要求。 如能使用非标准粒径的Ti-6Al-4V粉末也能制造出具有较高性能的零件，将很有吸引力。 笔者注意到，加拿大滑铁卢大学在今年7月发布的一项研究得出了初步结论，使用这种“较差”的粉末和优化的工艺，完全可以得到与使用标准粒粉末的打印件相近甚至一致的密度和硬度，但材料的成本却明显更低。 ➡️ 三种粉末，各自优化工艺，横向对比性能 研究对比了三种类型的钛合金粉末，分别为15-53μm的标准粉，15-106μm的宽分布粉，以及45-106μm的粗粉。 不同粒度分布的粉末如果使用同一组参数打印，就完全不具备对比的价值。研究人员对上述三种粉末分别以密度、硬度和粗糙度作为对比指标进行工艺优化，并分别得到了针对不同指标的最优参数组合。 影响制造效果的参数达到23个，研究筛选出了影响最显著的几个，涉及填充功率、扫描间距、扫描速度和层厚。其中，密度主要受填充参数的影响，硬度受填充及表面参数的共同影响，粗糙度主要表面参数的影响。 实验室用的三种粉末：（a）粉末 A [15–53 µm]，（b）粉末 B [15–106 µm]，（c）粉末 C [45–106 µm] ➡️ 密度、硬度、粗糙度对比 最终的结果是，45~106μm的粗粉最优致密度为99%，取得该致密度时的样品平均实测硬度为40HRC，表面粗糙度为19.4μm。 15-53μm的标准粉末的最优致密度为99.5%，硬度为37.9HRC，表面粗糙度为12.4μm；15-106μm的宽分布粉最优致密度为98.7%，硬度为40.6HRC，表面粗糙度为14μm 对孔隙的研究发现，三种粉末打印的零件孔隙率极低且相近（0.05%–0.07%）。然而，使用粗粉制成的零件孔隙率略高。但成型状态下观察到的孔隙呈球形，表明优化后的参数通过使材料进入稳定的熔化状态，成功防止了未熔合缺陷的产生。 在优化密度参数和限制填充功率下制备的样品的显微图像 研究人员给出的结论是，三种粉末无论粒径分布如何，均可在打印态下获得近乎完全致密的结构。而且，进一步的研究发现，剩余的大部分孔隙在热等静压后均得到了密封，零件致密度均超过了99.9%。 对微观组织的观察显示，三种粉末打印的零件微观组织均为α'马氏体，热等静压后均转变为α+β稳定相，晶粒大小无本质区别。 ➡️ 应用启示 上述数据意味着粗粉打印出来的零件，在密度、孔隙率、硬度和微观组织方面与细粉相当。 文章并没有进一步测试拉伸性能和疲劳行为，并指出这是下一步的安排。但凭借已测试的数据已经能支撑部分引用，如只承受静压力的工装夹具、歧管、外壳等。 不过，采用粗粉的一个明显不足是粗糙度过高，这同样会限制一些应用，如薄壁、细杆、窄缝、小孔等。 狭缝测试 ➡️ 对电子3C应用场景的分析 笔者认为，这项研究对钛合金的3D打印应用来说具有重要的启发意义，只要工艺优化的到位，再配合合适的后处理的工艺，粗粉在一些场景中将能够降低材料成本。 以表壳为例，其在3D打印完成之后仍要进行大量的CNC加工，只要余量留的够，那么粗粉在电子3C领域的应用劣势就不复存在，而成本优势会被彻底放大。 目前，3D打印表壳均要经历毛坯打印、热等静压、CNC精修、喷射和抛光，所以粗粉打印的粗糙外层切除掉是不是就可以了？ 此外，笔者还注意到的粗粉打印的另一个优势——打印速度。这项研究中粗粉的优化工艺所采用的打印层厚为0.06mm。 这虽是粉末本身粒径偏大不得已而为之，但在该层厚下取得高致密度和高硬度，打印速度还快，这对于3C应用来说有很大的想象空间。 3D打印的更广泛应用还是需要大胆尝试，也许未来很多应用就不必固守标准粉末，使用成本的降低也会带动更多应用。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

3D打印技术参考注意到，山东雷石智能制造有限公司近日推出了一款环境箱激光送粉式增材制造设备——LAM150V。它的定位非常明确，主要面向科研院所和高校实验室。 从技术路线来说，它属于DED激光送粉定向能量沉积工艺，该工艺在3D打印材料研发方面具有更高的灵活性。 而且，雷石在这款设备上做了大量改进，它支持多路粉末独立送粉，还可预设1000组工艺参数，而且还搭载了光束整形技术和原位检测系统。 对于科研用户来说，这些配置将极大提升3D打印新材料的开发的宽度和速度。 多通道独立送粉，多材料3D打印成分更准确 新型功能材料、梯度材料、高熵合金，向来是金属3D打印材料研究的热点。 DED技术基于多种材料独立送粉，给这些研究带来了极大便利。但如果材料的配比无法被精准调控，实验效果或与预想相去甚远。 雷石针对该问题开发出了多通道独立送粉架构。 以LAM150V为例，其标配4粉筒，还能按需求选择选配2粉筒和6粉筒。设备在运行过程中，支持不同金属粉末实时按需求混合、动态调整组分占比，能够实现异种金属无缝复合、成分平滑过渡和连续梯度一体成型。 据笔者了解，LAM150V支持各类钢质合金、高温合金、铜等多种金属体系的梯度构件成型，材料界面过渡均匀，适合用于梯度功能材料、异质连接结构、金属基复合材料、多相合金配方开发等研究场景，能够大幅缩短新材料从理论配方到试样验证的研发周期。 高通量方案，1000组配方批量制造合金试样 雷石LAM150V搭配其自研的高通量光粉协同控制软件，能够实现合金试样的高通量批量制造，大大提升了新材料筛选、成分对比实验的效率。 千组工艺配方自动切换：软件能够在PC端提前设定最高1000组参数，如粉末配比、激光功率、保护气流量等，而且还支持Excel文件导入和导出，能够一键自动循环打印百多种不同成分的试样。 多路粉体动态均匀混配：在软件协同控制之下，多通道送粉器根据实验方案实时混合多种金属粉末，并通过同轴精密打印头均匀输送，稳定制备成分、微观组织可定制的致密金属试样。 不间断实验闭环控制：该设备在打印时可不停机直接续粉，且能够实时调整各种粉体输送比例、动态优化打印路径；此外，它还搭载在线熔池监测系统，能完整记录每一组试样的成型工艺以及状态数据。 整套高通量打印方案一次就能制备几十种不同配方的合金标样，完美符合新材料高通量筛选、金属成分设计、合金改性对照实验等科研需求，大大地缩短了单批次试样制备的周期。 DED超精细送粉：高精度送粉，高表面质量 传统送粉式激光增材技术，虽然灵活性强、适用范围广，但在精细度方面有明显欠缺。 雷石LAM150V针对这一难题进行了全方位技术优化： 首先，设备搭载光束整形技术，光斑形状和能量分布得以优化，大大提高了打印过程中的熔池稳定性； 其次，通过粉末特性、送粉机构和气路系统优化，送粉精度更高，同时缩小粉斑直径，确保粉末输送均匀、稳定，且能微量精准供应； 第三，雷石对LAM150V进行了硬件升级和结构优化，能够实现打印轨迹的微米级精准控制； 第四，该设备搭载的原位监测技术及全流程闭环控制体系，能实时纠正打印过程中的偏差，保证打印产品的尺寸精度以及理化性能的稳定性与一致性。 在保留送粉式增材制造灵活高效、结构适配性强、开机成本低等核心优点的前提下，雷石DED超精细送粉打印表面粗糙度能达到Ra10~20μm。 这些特点将满足微尺度高精度送粉打印基础研究、梯度功能材料送粉精细打印、异质材料连接与复合结构、原位强化与陶瓷颗粒增强金属基复合材料、原位监测与闭环智能控制等研究方向的高标准科研需求，给科研人员提供既有灵活性又有高精度的全新实验方案，打破了高精度打印只依靠铺粉设备的不足。 适合实验室科研场景 不同于工业级大型增材制造设备，雷石LAM150V采用了小尺寸紧凑化整体设计。 在保证核心功能和性能的前提下，最大程度地缩小了设备占地面积。同时，其移动方便、部署灵活，能够完美契合科研院所、高校实验室等空间比较有限的使用场景。 这也意味着用户不用对现有场地进行大规模改造，就能迅速完成摆放、调试并投入使用，甚至能依据实验需求在不同实验室之间灵活挪动，极大地提高了设备使用的便利性。 此外，雷石LAM150V的整机操作界面简洁并且友好，维护简易，减少了科研人员的使用门槛。即便是非专业增材设备操作人员也能很快上手开展实验，使得高端激光增材技术能够进入更多科研实验室，让更多材料研究团队可以便捷地使用前沿增材制造装备开展创新研究。 注：本文由3D打印技术参考创作。#3D打印 #新材料

笔者注意到，来自皇家墨尔本理工大学的研究人员，近日在TC4钛合金薄壁结构高精度、低缺陷3D打印制造领域取得进展。 他们采用三种不同的扫描策略，分别加工了100种几何构型，最终得到300个试样，并进行了全面评估。 最终发现壁厚和加工角度是影响结构完整性和尺寸精度的主要因素，扫描策略的影响相对较小。但新型的矢量自适应扫描策略，对10°至30°范围内的无支撑或少支撑打印更有优势。 Ti6Al4V 薄壁结构的CAD模型和实际打印图 随着LPBF金属3D打印技术的应用越来越深入，在航空发动机和散热结构中的极限特征应用也越来越多。尤其是薄壁结构，它们在提高强度重量比和高效导热方面正发挥重要作用。 但此类结构的3D打印并不容易，翘曲、表面质量差、制造精度低、可靠性差，是常遇到的问题。 尤其是当存在角度倾斜时，这些制造挑战就更加严重，累积的热应力和粉末支撑不足，常常导致变形或结构失效。 标准扫描策略、表面优化扫描策略和矢量自适应（自由浮动）扫描策略 工艺技术人员通常将研究重点聚焦在激光功率、扫描速度和扫描间距等基本参数的调整上，但对于扫描策略却并没有充分探索。 而实际上，扫描策略对累积的热应力和粉末支撑不足常常导致变形或结构失效。与之相关的主要参数包括扫描顺序、矢量长度和旋转角度，激光路径就是通过这些参数控制，它们会显著影响薄壁结构的变形趋势、孔隙率和尺寸偏差。 Ti-6Al-4V薄壁结构进行可制造性评估，其中“t”表示壁厚（0.1–1.0 mm），“θ”表示成型角度（0–90°）。a.使用三种扫描策略（标准、表面优化和自由浮动）成功构建，无可见变形且相对密度≥98.65%。b . θ = 0°–30° 时的表面形貌演变。c – e.代表性缺陷模式。图e中的红色双向箭头突出显示了可逆几何双稳态柔性 皇家墨尔本理工大学的研究人员提出了一种全因子实验框架，严格评估了壁厚和成型方向之间的相互作用，并重点对比新型矢量自适应扫描策略（商业化名称为Free Float）与两种成熟的传统策略。 笔者发现，Free Float实际上是SLM Solutions推出的热管理扫描策略，它能够根据局部几何形状（特别是壁厚和倾斜角）动态调节扫描矢量的数量、长度和方向，从而控制每层的扫描面积并主动缓解有害的热梯度。 他们的研究目标是确定这种自适应扫描矢量方法是否能够显著提高亚毫米级壁厚（≤ 1.0 mm）部件在所有相关成型方向下的几何精度和结构完整性。 研究制备了300个钛合金（Ti-6Al-4V）试样，涵盖十种壁厚（0.1-1.0 mm）、十个倾斜角（0°-90°）和三种扫描策略。 采用LPBF技术制造的Ti-6Al-4V结构化换热器。设计包括：a矩形板翅，b波纹板翅，c薄板晶格内部视图，d薄板晶格外部视图，e蜂窝单元，f壁厚0.3 mm的螺旋结构，以及壁厚0.5mm的螺旋结构 三种扫描策略分别为传统标准策略（不根据零件倾斜角度调整参数）、表面优化策略（引入上下表面专用参数）和矢量自适应策略。最后一种测试，其核心是通过动态调整扫描矢量的数量、长度和方向来控制热积累。 为确保统计有效性并评估工艺重复性，对实验矩阵进行了两次完整的重复实验。 此外，为消除支撑结构对三种扫描策略比较评估的干扰，另取一组全部为薄壁的试样直接在构建平台上制备。 这种方法能够对尺寸精度、结构完整性和微观结构演变进行准确评估。所有样品均采用恒定的高度和长度（10 毫米）制成，以保持一致的热历史并隔离几何形状和扫描策略的影响。 结果表明，矢量自适应策略显著提高了尺寸精度，尤其是在关键的浅悬垂区域（10°-30°）更为明显。 采用LPBF工艺制备的Ti-6Al-4V三壁不锈钢薄壁结构的尺寸偏差热图 与标准策略相比，该方法将平均尺寸偏差降低了29.7%至30.6%；与采用下表面参数自适应的表面优化策略相比，降低了3.5%至3.7%。壁厚≥0.2 mm的试样实现了高结构完整性，相对密度超过98.65%。 对比分析表明，采用自由浮动策略和表面优化策略制造的零件在尺寸精度方面差异极小。 在所有制造方向上，两种策略制造的零件中，有80%的样本中尺寸偏差小于0.02 mm。最大偏差仅为0.04 mm，出现在标称厚度为1.0 mm、倾斜角度为10°的样本中，此时自由浮动策略测得的实际壁厚为1.33 mm，表面优化策略为1.37 mm。 这也就意味着，扫描策略的影响并非最大。但该研究仍然为TC4钛合金薄壁结构的高精度可靠制造，提供了一个更优的工艺窗口，使其能够稳定打印壁厚大于0.2mm的薄壁。 这项工作将对航空航天部件和热管理部件开发提供直接工艺指导。相关研究以“Beyond expert intuition: evaluating a vector‑adaptive scan strategy to enhance geometric fidelity in hard‑to‑print Ti‑6Al‑4V thin‑walled structures”为题。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

光束整形技术为金属3D打印带来了新一轮的制造效率提升，从单激光小尺寸的实验验证到多激光大尺寸的生产设备, 这项技术正在快速普及。 汉邦激光是国内最早一批在这一技术领域取得重要成果并实现商业化的金属3D打印设备商。 该公司最近的一个视频引起了笔者注意，它对比了高斯光斑和环形光斑打印手表表壳的效果，后者不仅具有更高的打印速度，且表面粗糙度与前者一致。 LPBF金属3D打印，既要速度也要精度 光束整形在让能量分布更加均匀的时候，光斑直径也增大了几倍。 带来的直接影响就是，制造速度有了明显提升，但大光斑也让精度控制变差。 那么，汉邦激光是如何解决这一问题的？ 汉邦激光在该技术层级实现了重要创新，其推出的“光驰Ⅱ型”技术，能在毫秒内智能切换高斯光与整形光，实现打印策略的智能化，且打印过程动态无停顿，解决了光束整形金属3D打印的效率与质量平衡难题。 三种工作模式灵活切换 汉邦激光还创新应用激光三种模式，针对追求高质量、追求高制造速度，以及需要平衡速度与质量的多种应用场景，开发出了仅使用高斯光、仅使用整形光以及两种光斑灵活切换的三种工作模式。 在高斯光斑模式下，可以实现小于50μm的精细光斑，能实现零件高精度批量3D打印，零件表面粗糙度可低至3μm，以此工艺制造的高精度零件可以大幅减少后处理环节，甚至可直接适配应用。 汉邦激光还挖掘了光束整形技术的应用潜力，开发出了100–300μm的大层厚打印工艺，能够将金属3D打印的制造效率提升几倍，适合高效率批量生产场景。以此工艺打印的零件致密度超过99.99%，以此可以看出具有可靠的质量保障。 而在既需要打印效率又要求表面质量的应用，则可以在打印过程中智能切换光斑类型，实现零件的高效率、高质量制造。 一个重要展示案例是手表中框，由双激光高斯光斑打印一件需要84min，而双激光环形光斑只需要45min，效率提升1倍。 但笔者观察到的一个细节是它展现的表面粗糙度，两种模式下表面粗糙度均为Ra2.6±0.8mm。可以看出，汉邦激光在使用“光驰Ⅱ型”技术时，实现了制造效率和表面质量的双重保障。 高斯光斑打印效果 环形光斑打印效果 在航空航天应用领域展示的是一款中大尺寸的拓扑支架，分别采用两种光斑的情况下，6激光高斯光斑花费时间为37.8h，而6激环形光斑打印时间为12.5h。 此外，这也意味着汉邦激光已将光束整形技术集成在了大尺寸、多激光设备上。 据3D打印技术参考了解，汉邦激光“光驰Ⅱ型”技术已在消费电子、模具、运动装备等制造领域得到应用。 这种可以灵活切换光斑类型的技术，能帮助用户实现更多工艺选择，在保证高质量、高性能的前提下，让金属3D打印批量制造效率更高、成本更低。 注：本文由3D打印技术参考创作。#光束整形 #3D打印

本周在工业级3D打印领域，金源智能、汉邦激光、奇遇科技等公司有新进展。 ➡️ 金源智能推出CuCrZr及纯铜粉末 金源智能于7月10日宣布推出金属3D打印用高导热纯铜及CuCrZr合金粉末，主要面向AI算力等行业越来越多的散热需求。 该公司表示，通过严格把控原材料品质、精准调控合金成分、成型工艺优化等手段，使成型样件实现了高性能。 根据所公布的材料数据，此次推出的纯铜在打印态和热处理态的导热系数均能达到400W/(m·K) ，材料致密度为99.7%；热处理后的抗拉强度为240MPa，断裂延伸率超过30%。 CuCrZr在热处理态的导热系数超过350W/(m·K) ，材料致密度为99.98%；该材料在热处理后的室温抗拉强度超过512MPa，500℃的抗拉强度超过210MPa。 AI算力及商业航天的发展，推动对金属3D打印用纯铜及铜合金粉末的需求正在迅速增长。 相对来说，CuCrZr目前的商业市场更大，其具有高导热、高强度的特点，适用于LPBF和DED打印工艺，在航空航天、核聚变、工业设备等领域广泛使用。纯铜3D打印市场规模仍然较小，但随着绿激光3D打印技术普及度的提高，其增长速度更快。 金源智能纯铜3D打印应用 根据360iresearch行业预测，2025年铜增材制造市场规模估计为47.4亿美元，预计到2026年将达到50.9亿美元，复合年增长率为7.67%，到2032年将达到79.6亿美元。 ➡️ 汉邦激光一体成形大尺寸新能源汽车车架 笔者注意到，汉邦激光近日在上海国际汽车制造技术与装备及材料展览会上，展示了多件大尺寸的复杂结构汽车零部件。 其中一款为新能源汽车车架，其尺寸为760×740×1080mm，使用汉邦激光HBD E800和AlSi10Mg铝合金一体3D打印。 这款车架集成了仿生结构和轻量化设计，在保障结构力学不变的前提下，使重量减轻20%；金属3D打印一体化制造让构建曲面过渡更为平滑，防止应力集中，减少疲劳失效隐患。 其他样件还包括新能源汽车电池冷却包壳，其集成了TPMS晶格，外形尺寸为152×72×65mm；铝合金电驱壳体，外形尺寸为420×320×170mm；氢能源反应器，外形尺寸为220×104×150mm。 这些样件均体现出金属3D打印集成化和复杂结构制造优势。同时，这些大型复杂金属结构件一体化成形，相比传统制造方案省去了零件拼接，消除了装配误差，提升了产品结构强度。 这些样件体现出汉邦激光能够为高性能赛车、新能源轻量化组件提供高效制造服务的能力。 就打印设备来说，HBD E800打印尺寸为830mm×830mm×1250mm，搭载10台激光器，集成该公司开发的“光驰Ⅱ”光束整形技术、自研振镜、全自主设备控制系统与数据处理软件。 这使其既兼顾成形效率、质量保障，又能进行数字化质量追溯，目前已在航空航天、汽车、能源及大工业等领域实现了应用。 同时，笔者还发现汉邦激光这款产品成功入选工业母机创新产品典型案例，这是对这款打印机创新能力与产业应用价值的充分认可。 ➡️ 奇遇科技3D打印精准成型氧化铝多孔板 本周，奇遇科技展示了一种3D打印的氧化铝多孔板结构件。 它从外形上看只是一块平整的陶瓷板材，但内部却集成了大量精密设计的孔道。奇遇科技指出，这些孔道可进行精密设计形状和尺寸，兼具宏观结构稳定性和微观孔隙可设计性。 对于整个制造过程，经过了三维建模、生坯打印、后处理和脱脂烧结四个环节。 其中，三维建模过程将脱脂烧结过程中的收缩特点考虑在内，对整体尺寸、孔径大小等进行调控，确保最终烧结完的产品尺寸符合要求。 在打印过程，奇遇科技采用自研的陶瓷3D打印机和材料，实现氧化铝浆料逐层高精度堆积成型。 笔者通过演示发现，奇遇科技打印完的生坯可轻松使用铲刀取出样件，这说明其具有足够的强度，能保证坯体的结构完整性，同时这种强度特点也意味着材料的孔隙特征具有保障。 经清洗之后再进行脱脂烧结，使氧化铝坯体完全致密化。最终部件保持了良好的尺寸精度，同时实现了均匀的多孔分布。此类产品可以用过滤、流体控制、热管理以及高温环境等领域。 ➡️ Beehive Industries订购多套尼康SLM Solutions NXG 600E系统 7月6日消息，近期获得大量关注的美国小型发动机制造商Beehive Industries，又有新动作。 在6月份，其宣布购买30套EOS最新的Onyx金属增材制造系统，并在近期表示年产能将从上一年的2000台提升到8000台。 而在本周，该公司又向尼康SLM Solutions订购了多台NXG 600E金属增材制造系统。 NXG 600E的成型尺寸为600x600x1500mm，配备12台1千瓦的激光器，专门进行大尺寸部件和中等尺寸零件批量制造。 Beehive公司将其中一台设备专门用于打印Constellium公司的Aheadd CP1铝合金，另一台用于Ti6Al4V钛合金，使其能够为航空航天及国防领域的客户制造大型3D打印部件。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

7月9日消息，Venus Aerospace（维纳斯航天公司） 于近日完成9100万美元融资（约合6.18亿元人民币），洛克希德·马丁风险投资公司等参与了投资。 Venus采用3D打印技术以极快的研发速度和资本效率，在2025年5月，成功完成首次高推力旋转爆震火箭发动机的飞行测试。 报道提到，本轮融资将用于该公司扩大研发和生产规模，推动3D打印爆震发动机的规模化部署。 本文内容我们将分享旋转爆震发动机的与众不同之处，为什么要用3D打印制造，以及所涉及的工艺和材料。 旋转爆震发动机的优点及制造难点 大多数火箭发动机的工作原理为：燃料和氧化物被泵入燃烧室，燃烧产生的热量使气体膨胀，膨胀的气体通过发动机喷嘴排出，从而产生推力。 旋转爆震火箭发动机通过沿环形通道的一系列小型爆炸，产生超音速能量波，并将其从发动机尾部排出，这样就产生了连续推力。 火箭发动机的效率很大程度上取决于尾焰的速度，而旋转爆震火箭发动机能够实现超音速喷射。这种方法可以极大提高飞行效率，从而大幅提升运载能力和增加飞行航程。以Venus为例，其将轨道载荷增加了4倍。 旋转爆震火箭发动机的设计非常紧凑型，为额外的燃料、传感器和有效载荷腾出了空间。而且，其简单的设计所需的零部件更少，有望实现低成本生产。 然而，制造这种旋转爆震发动机并非易事。普惠公司先进军用发动机首席工程师史蒂文·伯德解释说：“听起来很简单，但要让物理原理发挥作用却并非易事。当你真正想让设计在合适的燃料和合适的运行条件下始终如一地实现预期性能时，这才是真正的挑战。” 主要挑战之一是完善喷射系统，它需要以精确且可重复的方式混合和喷射燃料。可以想象，此类发动机的设计极其复杂，它包含无数细小的通道将燃料和氧化剂输送到圆形通道，而且所有部件都必须正确对齐，爆震序列才能正常工作。 几十年来，旋转爆震火箭发动机主要停留在纸面上。燃烧环境、超音速爆震波、极高的热通量以及快速循环的压力，使得传统的机械加工难以满足硬件要求。 直到金属3D打印技术日臻成熟，该类发动机的产品化极大提速。 为什么要通过3D打印制造 3D打印能够制造出其他方法无法实现的复杂集成结构，例如冷却通道、流道和喷射器喷嘴，并可搭配能够承受旋转爆震火箭发动机内部严苛环境的先进合金，从而使其效率远超传统的化学火箭发动机。 近些年来，国内外在3D打印旋转爆震发动机领域均取得了显著进展。 NASA旋转爆震发动机 NASA在2023年成功进行了一次全尺寸旋转爆震火箭发动机燃烧室的热火测试，持续了251秒，实现了超过5800磅的推力。 Venus Aerospace则是2025年完成了首次飞行测试，让各方资本看到了投资的潜力。 2026年，Astrobotic公司完成了其Chakram旋转爆震火箭发动机的一系列热试车。有趣的是，它在发动机3D打印制造过程中，主动引入了孔隙，目的是促进冷却和流体流动。 关键的3D打印材料 爆震产生的高温、高压和高频振动，会给发动机材料带来严酷考验。 笔者查询到目前主要被使用的3D打印材料包括铜合金、高温合金、铝合金等。 使用L-PBF打印GRCop-42和IN718喷注器主体 以NASA为例，其将高导热的GRCop -42铜合金，用于推力室主热壁的3D打印制造，能够快速将热量从壁面散发出去，满足最低温度要求并防止熔化；采用能在极端环境使用的超合金GRX-810，在高温下保持高强度。 瑞士学术空间倡议组织 (ARIS) 采用铜镍硅合金3D打印了旋转爆震发动机，能够满足爆震燃烧环境下主动冷却的热需求。 Astrobotic旋转爆震发动机测试过程 Astrobotic采用铝合金和铜合金制造了关键部件，通过主动引入孔隙结构，他们制造出了具有“面冷却”能力的复杂结构火箭发动机喷注器。其所开发的发动机在今年完成了热火测试，其中包括一次长达300秒的连续燃烧，验证了孔隙引入技术的有效性。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#爆震发动机 #3D打印

气动塞或者叫做气动尖锥式发动机，是当前3D打印技术制造的热点之一。 这是因为它代表了航天发动机的下一代研究方向，但其被提出已经有70年历史。因为形状复杂，过去采用传统技术难以制造，以至于到3D打印技术开始普及之后，才再次引起了一些新兴商业航天企业的兴趣。 该类型发动机目前的研究重点涉及喷嘴设计，3D打印材料、工艺和后处理技术，来应对高热量和机械强度的极端要求。 3D打印制造气动尖锥发动机的设计挑战 该类型的发动机依然需要“再生冷却”机制，然而实际情况是，气动尖锥产生的热量非常高，仅靠传统的再生冷却策略无法满足系统层面的需求。 两家欧洲公司——Pangea Aerospace和Aenium Engineering此前曾开发了采用液氧和液态甲烷作为燃料的3D打印气动尖锥发动机。 他们利用环形气动尖锥特有的双层壁结构，将冷却系统分为两个回路。尖锥的尖端部分，即所谓的塞子或尖锥，采用液氧冷却，而外壳则采用液态甲烷冷却。这样一来，气动尖锥的传统缺点就变成了优势。同时，他们还开创了一种新的通道设计方法。 Pangea采用了逐点优化方法，通道形状更接近自然变化。冷却剂性能的急剧变化要求通道形状也必须有同样剧烈变化，以避免材料过冷或过热。新设计能够将复杂的冷却问题分解成许多微小的部分，并对每个部分进行优化，实现最高效率。这基本意味着在每个部分都尽可能接近材料的最高工作温度。 外壳的加工内表面，可见冷却通道 优化过程必须多次迭代，通过在方程中引入粗糙度和曲率，进一步探索无限的设计自由度。由于几何形状和冷却剂流动方向的限制，传统通道的曲率会对气动尖锥发动机会产生不利影响。 为了减轻这种影响，Pangea在另一个平面上引入了螺旋状的人工曲率，通道的螺旋形状通过离心作用迫使冷却剂紧贴壁面，从而进一步提高了传热效率。 3D打印的表面粗糙度是影响传热和压降的重要因素，但粗糙度对于提高关键区域的传热至关重要。制造商在构建过程中调整了相关参数，并通过增大关键区域的悬垂角度来利用增材制造结构本身固有的粗糙度变化。 气动尖锥发动机的外壳 除了结构复杂之外，气动尖锥的热管理也极具挑战性。该结构包含两个燃烧室表面，这两个表面都暴露在高温气体中，需要用等量的推进剂进行冷却。这就要求开发一套复杂的内部歧管和冷却通道系统。这些通道具有不同的方向和横截面，并以传统减材制造工艺无法实现的方式交错分布在结构中。 3D打印后处理挑战 增材制造在设计具有整体特征的单件零件时面临的最大挑战之一，是如何清除无法接触到的通道内部的残留粉末，例如冷却通道和衬里、进出气歧管、传感器端口。 同时，在机械加工、抛光和防腐蚀后处理过程中产生的切屑、毛刺和废料也必须清除；如果不清除，它们可能会造成损害，甚至导致发动机在点火过程中失效。此外，清洁过程本身也不能污染发动机或带来腐蚀风险。 考虑到气动尖锥发动机固有的几何复杂性及其极其复杂的冷却通道，要以简单、高效、经济且可行的方式实现这一目标绝非易事。 以本文展示的发动机为例，为了确保发动机内不残留任何碎屑，开发团队在结构中集成了多个粉末去除开口，为外壳和插头设计了一套特殊的排气通道和端口系统，尽可能的减少操作次数。 这些设计从制造过程的开始到结束都贯穿始终，这证明，如果从一开始就正确地采用增材制造设计方法，即使是最具挑战性的项目也可以通过实施相对简单的操作来实现。 另一个具有挑战性的领域是悬垂表面的可打印性及其与表面粗糙度的关系。以火箭发动机最重要的部件之一——内衬为例，它能确保高温气体侧和冷却剂侧之间进行有效的热交换，防止结构材料熔化。 而这一切的前提是内衬的最终尺寸和表面粗糙度必须满足极其严格的要求。这些设计限制需要推进（功能）部门、设计部门、结构分析部门和制造部门之间协作进行多次迭代，最终才能形成可以进行打印的设计。 END 增材制造是一种相对较新且先进的制造技术，它有其自身独特的优点、缺点和后处理要求。对于气动尖锥这样的高复杂度产品，3D打印将原本由成百上千个零件组装而成的复杂结构转变成一到两个部件，不仅简化了发动机的装配和连接，降低了人力成本，还极大提升了产品性能。 此外，随着AI技术的发展，人功智能技术已经被引入到气动尖锥发动机的设计流程中，借助3D打印极高的复杂设计自由度，该类型发动机正在迎来新的研发热潮。 注：本文由3D打印技术参考创作。#发动机 #3D打印 #铜合金 #后处理

铜金刚石复合材料是今年涌入3D打印领域的一种“新材料”，它的导热系数是纯铜的1.5倍-2.5倍，已成为英伟达、华为两大巨头的共同选项。 关于该材料的3D打印也迎来新进展，希禾材料近日宣布，已成功采用绿激光技术在铜金刚石复合材料基板上实现高效、高质量的纯铜嫁接打印，打印成形区域致密度超过99%。 笔者进一步查询了英伟达的散热方案，其本身就并非是采用铜金刚石来代替纯铜来制造液冷板，而是一个包含多类材料的多层级结构。 希禾增材此次取得的突破，与这一散热结构方案高度相关。 铜金刚石基板+纯铜液冷 相关资料指出，散热系统是一个多层级的工程结构，包含了多种材料和结构。 以英伟达量产方案为例，芯片背面首先是高导热的石墨界面层，用来填充间隙使表面平整。之后是铜金刚石复合散热基板，它的作用是把局部集中的热点摊开到更大的平面上。但笔者查询到，这个基板内并不包含液冷通道，而是一块实体板材。再往外，是一体式的大尺寸微通道铜液冷板，通过流体循环带走全部热量。 MSI的钻石-铜复合底板 可在查询到这些知识之前，笔者还以为是用铜金刚石复合材料代替了纯铜。 金刚石的密度只有铜的一半，但导热性却比铜高出四倍。那为什么不直接用它来给芯片导热？ 这是因为，高品质的金刚石制备特别困难，而且价格昂贵。即便是铜金刚石复合材料，在加工成液冷需要的精细结构时，也存在良率低、成本高、一致性不好把控的实际情况。 这也意味着在现在的技术条件下，没办法满足大规模量产的需求，而纯铜液冷板的制造工艺却更加成熟可靠。 来自北京安泰钢研的铜金刚石复合材料 目前，铜和金刚石的复合材料能够通过粉末冶金等成熟工艺来进行制造，导热系数通常在550-1000W/m·K之间，结合可加工性和成本来看，综合性能比纯铜要高很多。 最终，英伟达结合工程实际挑选了这种更合适的解决方案，在芯片处采用铜金刚石高效导热，然后依靠铜液冷板迅速把热量带走。 铜金刚石基板高质量嫁接3D打印纯铜 希禾增材并非直接对铜金刚石复合材料进行整体打印，而是在铜金刚石基板表面进行嫁接打印纯铜结构。 因为纯铜对绿激光有更高的吸收率，打印时能实现稳定熔化和高质量成型，从而能够在高导热基板表面高效构建复杂散热结构。 同时，绿激光打印具有能量耦合稳定、热输入可控等特点，有助于减少对金刚石相以及复合材料基板的热影响，从而降低热损伤风险。 铜金刚石基板+3D打印纯铜导热系数显著提升 3D打印的一个重要优势，是能够一体制造出超薄壁、复杂微流道和TPMS晶格等散热能力更强的复杂结构。 对于传统加工技术来说，上述这些结构不仅无法加工，且流程往往非常复杂。涉及到分体加工、逐一焊接，不仅容易产生质量风险，还会增加热阻。而3D打印只需要一次打印，就能完整制造。对于传统而言，这无疑就是颠覆。 希禾增材3D打印铜金刚石高散热结构 根据希禾增材近日展示的案例成果，其在铜金刚石基板上，成功使用绿激光3D打印了带有复杂曲面以及TPMS晶格的复合结构。 笔者进一步向希禾增材进行了咨询，该复合基板的导热系数达到了700–800W/m·K，远远比纯铜400W/m·K的室温热导率高。 此外，打印成形区域的致密度达到99%以上，展示出该解决方案具备规模化应用的潜力。 讨论 在保留铜金刚石材料高导热优势的基础上，在其之上通过3D打印直接构建复杂的散热结构，消除传统焊接带来的热阻、渗漏风险，该方案给高性能热管理器件的一体化制造提供了新的工艺途径。 同时，这一方案还进一步展现出“先进材料+先进结构+3D打印”能够实现更高性能制造的特点。 希禾增材表示，将继续发挥绿激光3D打印的优势，进一步优化工艺和设计，不断完善铜金刚石复合材料散热产品，开发更优的散热部件。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#铜金刚石 #3D打印

笔者注意到，知名手表品牌卡西欧为了纪念诞生40周年，特意推出了新的限量版MR-G系列，它的特别之处在于使用了金属3D打印，但使用的方式却又与众不同。 因为，它们并没有使用3D打印直接打印表壳。 生产的第一步，是采用3D打印制造了一个TC4钛合金的圆柱套筒，内部嵌入了多层薄壁，整个建造时间为78小时。 第二步，将纯钛粉填充到圆筒中，并在高温高压下进行热等静压。在该过程中，钛粉颗粒之间以及钛粉与套筒整体发生完全的冶金结合。 第三步，是把成型后的圆柱体根据表壳的厚度进行分割，在此基础上通过减材方法加工出表壳的形状。 通过这种方式获得的表壳具有特殊的表面纹理，这是因为第一步打印的套筒中包含的薄壁的成分与组织结构与纯钛粉不同，薄壁在中间形成了隔断，显示出不同的纹理。 笔者发现，3D打印技术正在被越来越多的高端制表品牌用于限量款的制作。国内方面，汉邦激光与高端钟表珠宝表面处理专家中南集团合作，共同打造了两款3D打印的钛合金腕表，包括表壳、表盘和表链。这两款产品在今年举办的TCT亚洲展上获得了大量观众围观。 其中一款3D打印的表链由联锁单元组成，它完全一体成型。而如果采用传统制造工艺，需要单独制造每一个单元，再依次连接，将消耗大量人力并延长产品上市时间。 另一方面，3D打印这种可活动的联锁单元，要求制造需要达到极高的精度，才能保证单元之间的自由联动和柔顺。同时，零件的各个位置需要组成均匀、无缺陷，才能保证耐用性。 另一款手表的表链采用了拓扑优化网格结构，几何形状复杂，具有轻量化的特点，更加注重设计。 汉邦激光采用搭配光束整形技术的6激光P400 3D打印机制造表壳，单个的制造时间仅约45分钟，相比高斯光斑打印缩短50%以上。搭配其“光驰Ⅱ型”技术，零件表面粗糙度可低至Ra2.6μm。 在手表零件的3D打印量产方面，目前的公开案例仅有苹果Apple Watch Ultra 3和钛金属Series 11，以及小米于去年推出的watch5钛合金版。 不过，这种趋势正在加速改变，消费电子赛道的3D打印竞争在变得激烈。在TCT亚洲展期间，多家设备商就展示了批量3D打印表壳的实力。 例如，中航迈特使用其MT400M打印的一整版表壳，总数量达1400件，以60μm的层厚打印，总时间约216h，平均单件仅9分多钟，体现出极高的制造效率。 倍丰展示的满版TC4钛合金表壳，采用8激光SP450打印，共1044件，平均15分钟一件。该公司面向消费电子等行业的产业化应用需求，已经布局了200多台装备，并建成了专门的粉末产线。 毅速激光也在消费电子领域展示了其装备及工艺的应用潜力。其采用自主开发的6激光E3-320设备，满版打印了160个表壳。 金源智能的满版表壳展示的重点不在批量制造，而在于材料。该公司为解决3C行业对钛合金的需求，推出了PA技术+EIGA装备，以及HDH+PS制粉技术，满足用户对产品质量、产能以及绿色环保的要求。 可以看出，3D打印在手表行业的应用不仅体现在结构创新、一体化成形，还体现在批量制造上。它突破了原型制造的限制，正在向差异化设计和高效制造演变。而对于3C大厂来说，采用3D打印技术还意味着材料节省，更加符合ESG的理念。 3D打印行业的材料商、设备商以及服务商也大都加大了该领域的投入，成为新的业绩增长点。 注：本文由3D打印技术参考创作。#增材制造 #3D打印