导读：两弹一星考验的是一个国家的科研能力，发动机技术考验的则是一个国家总体的工艺技术能力。作为一国科创的最高水平，航空发动机也是透视科创模式成功与否的水晶球，而鉴于航发技术的种种特性，实质决定了科创核心需求的模式，而不是反过来。本文内容来自澎湃·政务，仅代表该机构观点。国产WS-10太行涡扇发动机如果说航空工业是现代工业的皇冠，航空发动机就是皇冠上的明珠。这个世界上能自行制造核武器的国家有9个，能自行制造洲际弹道导弹的国家有5个(美俄中英法)，但能自行制造大推力军用涡扇发动机的国家只有3个(美俄中)，能自行制造大涵道大推力高性能民用涡扇发动机的国家只剩2个(美英)。世界上掌握一流水平涡扇发动机制造技术的仅有英国R&R（罗尔斯·罗伊斯）、美国P&W（普惠）和GE（通用）3家，俄法都属二流，行业的垄断程度可见一斑。毕竟一代发动机决定一代飞机，美国一直未放松过对中国航发技术的封锁，而我国之所以在航空领域薄弱，就被卡在了发动机上。航空发动机作为地球上技术水平最高、核心技术门槛最严格、涉及理论最高深、整体结构最复杂的工业产品，代表着一国科创的最高水平，无疑也将是透视科创模式成功与否的一个水晶球。航空发动机制造有多难？为什么中国造得出神舟飞船、造得出歼-10战机，偏偏造不出先进的航空发动机？因为航空发动机是经典力学在工程应用上逼近极限的一门技术，本身具有超常难度。且不说，先进发动机的工作温度在1700摄氏度以上，大大超过涡轮叶片镍基合金的熔点，单从承受压力看，发动机压气机增压后的压力高达50多个大气压，相当于3倍的蓄满水后的三峡大坝底部压力，更别提，转子每分钟旋转几万转，叶尖承受的离心力相当于40吨重卡车的拉力。虽然中国已在单晶涡轮叶片和粉末涡轮盘获得重大突破（已开始规模化生产、应用于太行发动机），但航发技术浓缩了太多尖端，仅以涡轮叶片为例，其材料就要求不仅能在1200℃以上的高温下持续工作，还能承受巨大的离心力、气动力、腐蚀、疲劳应力等常人想不到的载荷。而几平方厘米的叶片上分布的许多散热小孔位置设置极为讲究，是根据气路走向而定，即便当年我国试图拆解CFM-56（用于波音737、空客A320上的发动机）也很难“山寨”，就连维修都得靠原厂家，可见技术高超。更为重要的是，由于航空装备的特殊性，研制需要的大量数据只能靠自己试验，即便设计制造出来，还需大量试验验证，暴露问题进而改进。其中，整机试验就要做几千小时甚至上万小时；而一些性能指标比如疲劳寿命，试验累积不到一定时数，就无法知道达不达标。有些试验甚至是破坏性试验，如涡轮盘破裂试验，做完就报废，近乎“烧钱”！据统计，过去50年美国投入航空发动机预研经费就超过1000亿美元。而装备美国第四代飞机F-22的F119发动机，从最初的部件研究到具备完全作战能力历经32年，其中仅验证机研制和原型机研制共投入31亿美元。航空发动机产业显然是典型的资金和技术密集型产业，离不开大量投入，更依托于一国的总体科技、经济实力。就中国目前的航发技术看，和美国的差距仍很大。相比西方先进发动机已开始采用整体叶盘，俄罗斯、中国至今尚未或是刚展开单晶空心涡轮叶片的工业化制造，我国业内承认与“先进”之间尚有约30年的差距。中国航空发动机的落后，除了国外最严密的技术封锁以及我国科技基础相对落后、一些决策失误之外，最主要的因素还在于放不下传统的“反向设计”模式。中国军事工业以苏联技术援助起家，一度擅长逆向仿制，即拆解-仿制-组装，但涡扇发动机这个“工业王冠”就连“知其然”都难，又如何仿制创新？因此，除太行发动机装备少量歼-11B战斗机外，中国多数新研军机都是买装或仿制国外的发动机，如“飞豹”战斗轰炸机使用的是仿制英国“斯贝”发动机的涡扇9-“秦岭”。而且，从科研体制看，相比欧美等航空强国极其注重基础研究和预研（预研工程-核心机计划-发动机系列化），中国则历史上长期恰恰相反，将发动机视为飞机项目的附属，等飞机立项开始研制，才考虑发动机的研制，并有了具体型号，才去搞基础研究、应用探索，这不但不符合航空动力型号研制的客观规律，而且一旦该型号飞机下马，那么跟随的发动机也将下马。对科创模式的特殊要求鉴于此，航发技术种种特性，实质决定了科创核心需求的模式，而不是反过来。一是，航发技术的代际升级，少则几年，多则几十年，时间极长且不容中断，这就决定必须要超越国策及人事的周期性波动。不然，正如涡扇-6的命运，经历了“三下四上五转移”，耗时20年，可最终还是因歼-9、强-6先后下马而停止研制。二是在于国家与企业的界面，因为航发技术涉及国家机密，又高度垄断于美英之手，排他性不说，即便自主研发，也需国家倾一国之财力、精英共同攻克难题。罗尔斯·罗伊斯公司就曾因“台风”战斗机的巨大成功（以致欧洲战斗机市场在未来20年内都没有大规模更新换代的需求）陷入困顿，军用高科技领域一旦出现产品或技术断代之后几乎无可弥补。三是事关社会各行业间的相关合作。毕竟，航空发动机工业的技术体系相当庞大，有4个层次、5个系统、27个子系统、188个技术单元，涉及主要装备制造技术领域，这都需要各方鼎力合作。单是当初“秦岭”（原型为“斯贝”MK202）国产化参与其中的单位就达上百家，还通过全国性有组织、有计划、有步骤的推广才让“斯贝”给我国整体的机械工业领域带来醍醐灌顶似的提高。四是对材料工业的依赖与突破。研究表明，在新一代航空发动机性能的提高中，制造技术与材料的贡献率为50%-70%;而在减重贡献率中,制造技术和材料的贡献率占70%-80% , 可见先进的材料和工艺的重要性，更依赖于技术的突破。单是能完整加工钛合金的国家就只有美俄日中，更别提生产工艺的艰难与材料耗损之大了。此外，航发技术的研发需要前瞻性、超越性、关联性、跨界性。比如美英等的发动机研发就比飞机研发提前很多。美国F-22战机所用的F-119发动机属于第四代发动机，但美国的核心机技术已发展到第六代。而正是在研制之初未充分估计航空发动机工作状态转换问题，美国三代动力系统的第一个作品F100-PW-100在装备部队以后大量出问题，以致F-15战斗机经常性“趴窝”。因此，航空发动机研发不能只盯着自己的一亩三分地，还需考虑天气异常等一切可能发生的特殊情况，所涉之处皆有所求，可谓千丝万缕之中仍需纵横捭阖。缺一不可的“四个要”如此看来，任意单一变量显然是不够的，至少要适合航发技术的四个要，既要倾一国之力咬定青山不放松，又要发挥社会的力量，还要以资本杠杆进行市场化运作，更要未雨绸缪超前为未来战争做好科创准备。印度上世纪70年代引进阿杜尔发动机试图“山寨”，可惜卡佛里发动机国产化接近26年，心血还是“付诸东流”。航发技术的突破艰难在全球都是有目共睹的，即便是英国罗尔斯·罗伊斯公司当初研制首台大涵道比、三转子涡轮风扇发动机时也因研发费用严重超支与无法按时交货而破产，还是靠英国政府为其失败买单（收归国有助其研发成功）才有了今天的成功。中国也饱受航发悲痛的“血泪史”，涡扇-5、涡扇-6“半途而废”，“运-10”配套的涡扇-8同样下马，并伴随科研人员一度逐渐流失，将中国与美欧的航发技术能力差距越拉越大。因此，即便我国“两弹一星”异常成功，但一国航发技术仅靠“重点保障”、“特殊照顾”是不能持久的，也是建立不起完备先进的科研工业体系的。美国就深知这一点，在苏联卫星上天后，为防止竞争敌手出现技术上的意外领先，就专门成立了国防高级研究计划局（DARPA是美国军事科研的最高机构），专门负责高新技术的研究、开发和应用（电脑、软件、通信、Internet和网络技术等都发端于DARPA），其完全不受官僚机构的任何干扰，最大限度地容忍风险与失败、保障创新思维的产生与实现，而美国国防部就提供自由的环境与庞大的资金罢了。也正因其独立自主的科创模式，不仅为美军成功研发大量先进武器技术，还为美国积累雄厚的科技储备，引领了世界军民两用高新技术研发的潮流。美国独占科技鳌头都尚且如此，中国急需纠偏仍部分存在的“反向设计”的传统模式，以设计歼20的创造性思维去设计航空发动机。在“中国制造2025”计划提出的十大重点工程中，排名第三即为航空航天装备，要求突破高推重比、先进涡桨（轴）发动机及大涵道比涡扇发动机技术，建立发动机自主发展工业体系。这就不难预判，中国未来航发技术的进步将步入快车道，并将真正在创新驱动战略中起到引领作用。来源：澎湃·政务欢迎转发复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：观点：中国造得出两弹一星，航空发动机为何迟迟突破不了

自2017年5月以来，EOS联合戴姆勒汽车、Premium Aerotec（飞机零配件制造商）发起名为“NextGenAM”的新一代增材制造试验性生产线项目，旨在探索金属3D打印在批量生产中的自动化潜力。今年5月，该项目成功完成。本期，3D打印技术参考对该项目进行阐释。▌无人干预，全自动化的生产线该项目的实施基于一个复杂、可扩展的增材制造生产线，从数据准备到打印直至热处理、线切割、后处理以及质量检测等过程全部实现自动化，无需人工干预。生产线的核心是用于金属工业3D打印的四激光EOS M 400-4系统，它与EOS其他外围设备如粉末站和拆包站等配合使用。无人驾驶运输系统和机器人确保零件在整条生产线间流动。无论实际生产过程如何，它们都可以执行单独的操作，如为新订单进行打印准备、已完成的部分进行拆包、线切割完成的零件进行机械加工等等。零件在不同站点间的流动时，在必须的环节都会有惰性气体的保护。自动化生产线包括：线切割设备、Kuka机器人、几何光学测量站、控制单元、拆包站、运输车辆，EOS M 400-4等等EOS粉末站与M 400-4打印机零件打印完成后的操作在很大程度上实现了自动化：机器人从打印机中取出构建板和零件后送其进行热处理；随后，这台机器人还会运送它进行精度和质量检测，最后进行零件和构建平台的分离。所有这些过程都是由中央控制站进行管理。零件在机器人运送下执行去应力、光学检测和线切割▌所有机器的网络化零件的整个生产和处理过程无需人工干预，全部由中央自动控制站发出命令并控制。该生产管理系统的最大挑战在于软件开发，它负责打印机、机器人、后处理设备以及自动运输系统间的交互，并涉及错误消除，确保所有系统的一致性。自动化实现的基础是所有机器的网络化。事实上，参与该项目的三家公司遇到的第一个挑战就是协调问题。对于应用型公司来说，其对未来系统的定位在于产品的应用，而EOS则更注重设备销售，这造成在一些接口权限上的限制。为推进项目，EOS需要对不同的市场需求开放不同的权限。在生产过程中，订单数据被传送到控制站，控制站会按照优先级处理订单并将它们分配给增材制造系统。在生产过程中，也可以从任何位置调出生产状态。整个生产过程完成后，质量报告将被发送回中央控制站，它提供了零件在生产过程中的所有数据，全面实现可追溯性。▌容量可随意扩展集成质量管理的连续3D数据链使该生产系统成为未来工业4.0基准的首批案例之一。制造过程是完全可扩展的：生产线可被轻松复制，以扩大工厂的产能。随着这一数字的上升，未来有望进一步大幅节省开支。如今，试点设备已经能够实现零部件的自动化生产并达到批量生产的质量标准。戴姆勒公司所需的零部件已经由Premium AEROTEC新技术生产线所制造，后者生产的卡车柴油发动机支架已经作为戴姆勒卡车部门的第一批更换用零件。Premium AEROTEC为戴姆勒生产的卡车柴油发动机支架▌以高产品质量为标准高产品质量是中试工厂的标准要求，在该项目中，航空航天零件使用高强度铝镁钪合金，汽车零件使用传统铝合金（AlSi10Mg），这些材料的特性在试点项目中不断得到改进，与两年前开始合作相比，材料强度和表面质量显著提高。▌项目成果与愿景NextGenAM项目的成功提供了一个非常明确的信号，金属3D打印完全可以自动化的实现经济、高效的批量生产，同时也证明了数字化制造的可行性；就Premium AEROTEC的整体生产流程而言，与现有的3D打印制造相比，全自动化使制造成本降低了50%。目前所有质量检查都已通过并且结果令人满意，同时这一项目正在根据行业标准为审查做准备，这也是戴姆勒选择3D打印供应商为其提供零部件批量化生产的先决条件之一。未来，整个增材制造生产链的自动化将更加完善，批量化生产将成为可能，通过增材制造生产的零件在可靠性、功能性、耐用性和经济性方面将与传统生产的组件相同。新车组件在设计阶段依据3D打印规则进行优化，可以带来更多成本优势；同时，3D打印轻量化制造也更加符合电动汽车的设计要求。对于备件生产，3D打印“按需”制造的特点将节省大量仓储成本。END关于项目合作，Premium AEROTEC是世界上第一家为空客飞机批量生产3D打印部件的制造商，在联合项目中负责整个生产过程；EOS是金属和高分子材料工业3D打印的全球技术领导者，负责提供所有3D打印技术和相关软件解决方案，以及连接和管理生产线的控制中心；戴姆勒为该项目贡献了大规模批量化生产经验，同时还针对批量生产的相关标准进行监控验证和认证。3D打印作为一种补充性、多功能且相对新型的制造手段，正在汽车和航空航天领域获得进一步发展。如果抛开自动化谈金属3D打印的制造过程，很难界定它是否仍然属于劳动密集型技术，在当前的3D打印生产模式下，人发挥的作用至关重要，有些工作也是非人力所不能及。全流程的自动化不仅仅意味着控制系统的成熟，更在于它可能解决了一些类似工艺规划、打印失败等关键问题的处理能力。 欢迎转发延伸阅读：增材制造的工业化与金属数字工厂专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性深度：增长再次加速？公司开启3D打印战略的路径与建议德国推动汽车产业金属3D打印工业化集成 增强制造业强国地位复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：新一代增材制造 : 金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功

在此之前，笔者以为隐形牙套就是3D打印的，铺天盖地的广告也是这样告诉我们的。然而，很多时候我们不得不面临一些噱头的侵扰，至少在隐形牙套这儿，我们是中奖了。本篇我们就来讲述与隐形牙套相关的3D打印故事及其代表性案例！▌隐形牙套与3D打印口腔隐形矫治（无托槽隐形矫治）20年的发展史完全建立在3D技术基础之上。3D打印技术的成熟为隐形牙套提供了精密牙模原型，让隐形牙套有了可靠的技术保障。口腔隐形矫治过程中一个非常重要的环节就是获得患者当前情况下每一颗牙齿的分布状况（即三维数字化牙模），获取方式的不同将矫治方案分为了间接法和直接法。间接法即用硅橡胶印模或拍摄CT获取患者的全牙列信息，直接法采用口内扫描仪获取牙齿分布信息。间接法矫治流程直接法矫治流程之所以要获取牙齿分布的三维数据信息，是为了在软件系统中进行矫治方案的设计。直接法相比间接法的优势在于数据的获取更加高效，精度也大大提高。医生将口内扫描仪的光学扫描探头伸入患者口内直接对牙齿、粘膜等软硬组织进行扫描，实时获取患者三维数字化模型，简便高效而精准。间接法对印模扫描获取数据直接法进行口内扫描获取数据对获取的原始数据进行矫治过程设计矫治方案确定后，便获得了每一阶段的矫治后牙模模型，将该牙模3D打印出来后，就有了制作透明牙套的“模具”。3D打印的牙模牙模采用3D打印制造，保证了高精度和高速度，为接下来透明牙套的制造提供了保障。目前，包括隐适美在内的隐形牙套制造商也是采用的热压成型工艺制造透明牙套（矫治器）。网友利用热压成型原理自制透明牙套通常，一个患者需要更换30-40副左右的隐形牙套，通过对牙齿持续形成的轻力，达到矫正的效果。30-40副隐形牙套意味着需要打印30-40个矫正牙齿模型，每个模型之间只有非常细小的差别。如果采用传统加工方式，根本无法在短时间内为患者量身定做和批量化生产矫正模型。3D打印作为一种数字化成型技术，能将任何数字化的设计转化为实物，而在牙科矫治行业，3D打印技术恰恰可以满足个性化和批量生产这两种条件。可以说，隐形牙套是一个因3D打印而生的行业。当前很多牙科诊所也在推进这一服务，笔者特意去自家楼下的诊所拜访医生，得知三维数据的获取无论是咬模还是口内扫描目前都采取免费，这也许能在一定程度上推进口腔数字化的发展。接下来，我们来介绍几种牙模的3D打印工艺极其代表性事例。▌牙模多类型3D打印工艺及代表性合作事例1. 惠普尼龙熔融技术，每天打印5万个牙模今年五月，惠普宣布与医疗公司SmileDirectClub合作，后者将部署49台HP MJF 3D打印系统，每天24小时运行打印超过50,000个牙模，预计未来12个月将生产2000万个。惠普MJF技术生产牙模SmileDirectClub旨在对传统的口腔正畸行业进行数字化改造，使其更加个性化、价格合理。惠普突破性的3D打印和数据智能平台使其能够将生产力、质量和制造可预测性推向前所未有的水平，同时可以将节省的资金转移给使用远程平台寻求治疗的消费者。2. 3D Systems SLA技术，每天32万个隐形治疗器具SLA工业打印机的优点在于生产效率高、表面精度高、成本低，是目前隐形牙套生产厂商使用最多的3D打印工艺。作为隐形矫正鼻祖的隐适美，通过与3D Systems合作，每天可生产超过 320,000个隐形治疗器具。SLA生产的保持器（与矫治器不同）3D Systems与Align Technology合作开发了一套定制的解决方案，该方案使用3D Systems的ProX SLA 3D打印技术、材料和软件作为其隐形矫治器的工作流程，能够满足Align的长期业务战略和目标。3. 黑格DLP技术，“零租金”推进口腔医疗数字化升级DLP 技术的特点在于面曝光，以层为单位进行打印，相对SLA来说成型速度更快，但在打印面积上较为受限。黑格凭借自主研发的Ultracraft A2工业级DLP柜式3D打印机，填补了我国高精度DLP 3D打印技术的空白，同时将传统DLP技术的打印效率提高了约40%。黑格3D打印的牙模2018年，黑格科技与佛冠义齿合作，首推“零租金”3D打印设备租赁模式，助力佛冠义齿搭建以3D打印为生产方式的数字化口腔医疗产品生产中心，帮助口腔医疗行业实现技术结构转型和医疗服务升级，促进整个口腔医疗行业朝着更精准、更高效、更舒适的方向发展。4. 普利生LCD技术，实现最低价格制造LCD 3D打印工艺是一种基于面阵曝光的技术，相比SLA单点激光逐层打印而言，制造精度略逊一筹，但生产效率会高出10-20倍；就曝光技术来说，跟DLP非常类似，但其成型尺寸几乎没有任何限制。总之，该技术兼具高速、批量化和低成本，因此基于该技术的产品价格往往更加亲民。普利生LCD技术打印牙模隐适美在中国市场的最大挑战者，当属时代天使，该公司在国内占据了60%的隐形牙套市场。该公司采用的3D打印工艺就是是由国内普利生开发的 LCD 3D打印技术。2018年底，巴斯夫投资普利生，支持其加速产品开发及相关研发速度，扩大市场影响，促进其进入全球市场。END除了以上技术之外，Stratasys的Polyjet工艺也有用于制造牙模，但相对来说成本就会高一些。牙模市场在被树脂打印统治20多年之后，首次采用惠普的尼龙打印技术，传统的牙模制造格局可能会发生改变。此外，当前由于材料的原因，尚无法直接成功打印隐形牙套，这里需要特别提一下矫治器和固定器的区别，3D systems目前直接打印的是固定器，而非牙套。也许未来，牙模的3D打印会因为牙套的直接打印而被淘汰。欢迎转发延伸阅读：3D打印将彻底颠覆口腔正畸治疗方式3D打印在口腔种植领域的应用效果如何？3D打印数字化和美学追求引领中国口腔产业发展年盈利13亿美元的隐形牙套制造商隐适美的商业模式复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：真相：隐形牙套并非3D打印，但与之相关的代表性事例不胜繁多

本文所讲述的金属3D打印是指SLM。在该工艺背景下，最为常用的支撑设计软件也就是magics，它所提供的多种类型的支撑结构为该工艺的实际应用做出了重要贡献。实际上不同种类的支撑结构适合于不同的工艺类型，如块状支撑适合于SLM，线状支撑适合SLA等等。所以，对于具体工艺的研究人员，往往只关注了自己常用的几种类型，对其他关注甚少。本期，3D打印技术参考来介绍一种可能会被忽视、但又适用于SLM工艺的支撑类型—混合支撑结构。Magics混合支撑结构▌再理解支撑存在的意义金属支撑结构必须满足某些相互冲突的要求。一方面，它们需要抵消金属SLM工艺中产生的应力，将零件固定到位；另一方面，它们需要传导打印过程中产生的热量，防止粉末过度熔融造成表面质量不佳，减少单层热量聚集和热应力的产生；同时，它又可以承托零件、抵抗刮刀作用力。为了将零件固定到位并抵消应力，理想的情况是将体积庞大的实体支撑置于合适的位置。但在保证能够成功打印的情况下，就要考虑如何减少支撑数量、方便快捷的进行后处理。作为有30多年经验积累的materialise，在这方面给出了很多工艺实践，它为不同类型的零件添加合适的支撑提供了不同选择。但，这并不意味着以前的支撑结构已经发展到了尽善尽美的地步。▌灵活运用支撑并不容易，混合支撑效果如何？混合支撑结构由三个不同部分组成：上部为块支撑，中部为体积支撑，下部则为树支撑或锥支撑结构。当要求部件离打印平台有一定距离时，这种支撑尤其有用。据materialise介绍，这种支撑结构坚固且相当容易去除。支撑结构的顶部采用传统块结构，它提供的接触点确保了局部传热，避免形成浮渣影响表面质量；在远离零件的底部用容易生成的树或锥支撑，前者可减少粉末的使用，后者则可以提供更好的稳定性；中部板可保证从块支撑到树/锥体支撑结构之间的良好传热。同时，这种结构消耗的材料较少，也不会卡住未熔化的粉末。如果手动组合不同的支撑类型，会需要花费大量时间，不过magics支撑生成模块中其实早已集成了这种结构，只要选择它，便可以自动生成，因此可以节省大量时间。此外，混合支撑结构大大减少了扫描时间以及支撑结构的有效体积。▌用户反馈如何？笔者咨询了EOS、SLM Solutions以及国内一些金属打印的应用工程师，除SLM Solutions的应用技术经理告知笔者，这种支撑强度较弱，打印过程中部件应力会把支撑拉断之外，其他公司的技术人员也几乎未曾使用过此类支撑。另外，materialise工程师指出，此类支撑适合较高的零件，EOS工程师则建议用软刮刀，所以，有兴趣的读者不妨尝试一下。▌任何一种支撑都不是万能的相信大家还记得materialise另一款强大的支撑类型—e-stage支撑，该结构旨在简化金属打印工艺设计，自动化生成支撑，智能化判断需要添加支撑的位置，避免人为错误。它能够使数据准备时间减少90％，同时也给后处理带来了极大便利。e-stage支撑尤其重要的一点是，它能够手动设置需要增加或删除支撑点，这在智能化之外增加了一道经验保障。当materialise推出e-stage支撑之时，已经使用了许久传统支撑结构的工艺人员不由眼前一亮，它似乎是给SLM带来了新的希望。但根据笔者的理解和与materialise、EOS工艺工程师的探讨得出的结论，e-stage支撑依然有它的局限性，它对材料和结构仍然非常挑剔。其实，本文讲述的混合支撑也会存在这样的状况，任何一种支撑结构都不是万能的，工程师必须总结自己的经验。欢迎转发延伸阅读：Materialise e-stage有多逆天Fraunhofer开发薄壁零件后处理消振结构光固化创新突破：一种无支撑多材料成型方法 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属3D打印的最佳实践（一）：Magics混合支撑结构

自3D打印技术于上世纪80年代末商业化后不久，3D打印就因为其可塑性强、材料损耗少等特性受到关注。然而，商业上却一直未能出现大体量的公司。近日，知名媒体36氪扫描并采访了国内一些3D打印企业及投资机构，希望探究这个行业当前的现状。本篇，我们来了解业外媒体如何看待3D打印。本文将会通过以下几个问题展开讨论:•3D打印的行业现状如何?•行业目前面临的挑战在哪里？•针对3D打印，投资界发生了什么？▌行业现状通过对行业数据的研究以及标杆企业的采访，我们发现当前3D打印行业呈现出以下特点：1. 商业模式集中于打印设备、材料加工与打印服务三个领域产业链的上游是设备的零部件与原材料供应商，由于其通用性，除供应3D打印企业外，上游企业同时也供应其他行业客户；中游的软件和扫描设备当前规模相对较小，软件主要以出售打印设备时的装机配备为主，而扫描设备在医疗成像等特定领域会有需求；下游主要是针对各行业应用的打印服务，而由于行业整体仍在初级阶段，3D打印电商、资源整合商、垂直媒体等周边衍生行业的企业数量仍然较少。在产业链上下游中，绝大多数3D打印企业都分布于打印设备制造、材料加工与打印服务这三类业务。2. 年均增速21%，金属3D打印增速高于产业平均，中国增速高于全球3D打印的市场规模究竟有多大？基于Wohlers Reports 2019的报告，2018年全球3D打印总产值约97.95亿美元，按平均21%的复合年均增长率计算，将于2025年将超过300亿美元全球产值。全球3D打印逐年市值（来源：Wohlers Reports 2019）而在中国，3D打印产业近40%的年化增长率，远高于全球增速。在具体应用分类层面，金属3D打印更是以80%的年均增长领先产业平均水平。3. 五大行业占据80%的市场需求全球各行业对3D打印总市值的贡献率（来源：Wohlers Reports 2019）在所有行业应用领域中，工业制造、航空航天、汽车、消费品、医疗五大分支分别占据了20%，18%，20%，14%，11%的需求，共占3D打印全球总需求的近82%4. 头部企业高度集中，尾部企业高度分化3D打印的全球竞争格局呈现出高度集中的特点，即头部的前9家公司占据了市场上一半以上的出货量。同时，数百家年销售额小于千万的小型公司分布于30名以外，且所在领域与商业模式差异巨大。5. 行业间壁垒较大，大型企业趋向于全产业链覆盖此外，通过分析各代表性企业的业务特点，我们可以看到由于材料及所涉技术的差异化，医疗3D打印、汽车3D打印、桌面级3D打印等不同应用间的行业壁垒较高，除Stratasys等少数龙头企业以外，大多专精于某个领域；而先临三维等发展快速的企业，也在不断往产业链上下游延伸。▌挑战与潜在价值虽然趋势总体向好，但如果分析几家头部企业的财报，我们会发现当前行业内大部分公司，都面临亏损的困境，这其中最大的根源是成本。3D打印的成本主要有以下几项：研发成本、设备折旧、人工成本、材料成本。其中研发成本与设备折旧均是固定投入，在销量未增长起来之前会在总成本中占有较大比重；而人工成本与材料成本虽是与产量直接关联的可变成本，但由于打印技术与材料技术当前仍处于发展阶段，单位耗时较高导致需要人工长期蹲守，而材料的加工成本也有待进一步降低。因此，我们认为影响当前3D打印企业成本问题的根源，还是在于产量与打印效率。尽管如此，3D打印仍然展现出了它的价值所在：第一个是技术创新，由于增材制造的特点，利用3D打印可以解决许多传统打印无法解决的技术难题。这也是3D打印在军工、航空航天等看重性能多于成本的领域率先得到产业应用的原因。第二个是敏捷生产，由于无需模具即可直接投产，3D打印在试制件、定制化产品、小批量产品中具有生产周期短的优点，从而进一步通过缩短总生产工时达到降低总成本的效果。也正是因为以上价值及潜力，虽然3D打印迄今为止还未成为热门投资领域，却仍然引起了部分资本的关注。▌投融资统计根据前瞻产业研究院统计，在政策的推动下，2017年中国3D打印行业投融资24次，为近5年来最多；2018年，融资热度稍显冷却，融资事件为13次，较上年减少较多。据Wohlers Reports 2019介绍，全球投融资次数为107件，总价值13亿美元。而从融资轮次来看，我国3D打印融资主要集中在天使轮和泛A轮（包括Pre-A、A轮、A+轮）的项目早期阶段。据统计，2017年和2018年天使轮和泛A轮融资事件占比均超过了70%。从已披露的融资数额来看，近半数的融资金额都在千万元级人民币，2017年，除去IPO融资，单笔投资额度最高的是鑫精合1.5亿元人民币，2018年唯一上亿元的国内融资事件则来自于黑格科技，该公司获得了由IDG领投的3.25亿元人民币的A轮投资。再从融资企业的业务方向来看，在中国3D打印行业融资案例中，主营业务为3D打印设备的企业占比最高，2017年为21笔占比64%左右，2018年17笔占比57%左右；其次是3D打印打印相关技术及服务，2017年和2018年占比均为1/3左右；再次则为3D打印材料及相关软件。而从技术类别和应用方向来看，金属3D打印、光固化3D打印、熔融挤出3D打印是资本看好的3个技术方案，而在应用领域则是医疗领域最受青睐。在刚刚过去的2019年上半年，3D打印行业即发生了多笔融资。融资领域多集中于3D打印硬件设备，轮次多集中在Pre-A轮与A轮。此外，铂力特于6月26日成功过会，成为中国第1家科创板上市的3D打印企业。欢迎转发延伸阅读：2018年国内3D打印行业融资现状，资本市场仍处于初级阶段深度：增长再次加速？公司开启3D打印战略的路径与建议在线3D打印：一场无声的革命3D打印技术的应用对企业创新独占的挑战与对策 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：业外视角：成本高企之下，3D打印静待行业规模化曙光

美国私营航空航天制造商Rocket Lab成立于2006年，主要为商业客户提供“快速和可重复”的小型卫星轨道发射，并以采用3D打印制造发动机而闻名。Rocket Lab的卢瑟福发动机主要部件均采用3D打印，每次打造需要24小时，其在2013年开始开发，同年完成首次试射。近日，该公司取得了里程碑式的进展，成功完成了第100台3D打印火箭发动机的制造，其中70台已经投入太空使用。卢瑟福发动机集成了独特的3D打印设计，在性能和生产方面兼具可靠性和制造效率。3D打印使Rocket Lab能够在大尺度上快速迭代发动机设计。该公司的火箭长17米，最大载重量为225千克，由9个卢瑟福发动机提供动力，3D打印为火箭的如期发射和轻量化制造提供了保障。100％发射可靠性Rocket Lab首席执行官介绍，卢瑟福发动机使公司能够为小型卫星频繁和可靠地发射发挥不可或缺的作用。到目前为止100％的发射成功率证明了3D打印在全新火箭发动机开发和制造方面的优势。卢瑟福发动机采用了创新的独特设计，它区别于传统的火箭推进系统，3D打印保证了特殊结构的成功制造、快速制造和可靠性制造。3D打印的卢瑟福发动机测试过程为了快速推进业务发展，Rocket Lab此前已经进行了多轮融资，2017年D轮融资7500万美元，2018年E轮获1.4亿美元融资。Rocket Lab扩大了其推进制造和测试团队并增加了3D打印设备投入，这些增加的投入将提高公司产能，支持每月的发射节奏。欢迎转发延伸阅读：采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：Rocket Lab生产第100台3D打印的火箭发动机

在正文开始前，我们先来了解液体火箭的工作情况：液体火箭推进剂燃料通过喷注器进入燃烧室，雾化、混合、燃烧，产生高温高压燃气，将化学能转化为热能，再转化动能，产生推力。燃烧室喉部燃烧温度高达3500℃，内壁温度超过 1000℃，任何金属材料在此温度下都已接近熔化，而且材料还要经受腐蚀性高压高速燃气的侵蚀。为了有效的将热量导出，正常发挥效能，推力室的结构设计和材料选择就非常重要。本期我们介绍的重点就是火箭推力室的结构特点、传统加工手段和材料选择以及3D打印为其带来的机遇和挑战。推力室再生冷却原理我国液氢液氧火箭发动机推力室采用再生冷却式结构，结构由内、外两层壁构成冷却夹套，约有360个冷却槽。发动机工作时，内衬一侧为高温燃气，另一侧为装载液氢液氧的冷却管道，通过液氢液氧降低火箭发动机燃烧室内壁温度保持在熔点以下，以保证材料能正常服役。推进剂组元流经冷却套冷却壁面，自身受热升温后流出冷却套，再经喷注器进入燃烧室，使通过内壁传出的热量又回到燃烧室得以“再生”，故称再生冷却。再生冷却推力室结构再生冷却推力室内流体流动方向推力室再生冷却结构设计与传统加工工艺推力室再生冷却结构形式多样，随着发动机技术及制造工艺的不断发展，推力室从最早的双层夹壁结构发展到变直径、变厚度的管束式结构以及波纹板钎焊夹壁结构，然后采用锆铜合金铣槽内壁、电铸或钎焊成形的外壁结构，使得推力室推力逐渐增大。欧洲阿丽亚娜 5 型运载火箭和主引擎 Vulcian 的再生冷却推力室推力室制造工艺经历了由钎焊发展到内壁沟槽结构的数控铣切、外壁电铸镍以及管束式液压填充冲压成形和高温真空钎焊等制造技术，使推力室内壁的冷却效果逐步提高。在工艺选择上，欧洲火神系列低温发动机的推力室采用在铜内衬上铣削冷却通道，然后用电铸工艺覆盖通道，而俄罗斯是用钎焊工艺密封通道。美国和日本除采用整体结构之外还采用管状结构，如冷却结构是由液压形成和捆扎管组成，电铸或钎焊技术覆盖冷却通道用做承受载荷的附加装置，这点与俄罗斯和德国相同。3D打印为推力室再生冷却结构制造带来的机遇与挑战如上文所述，传统的推力室再生冷却结构制造工艺看起来很细致，同时又很复杂。其制造过程动辄数月甚至更长时间，并且容易导致不同部件的质量水平不同。高昂的制造成本以及漫长的等待时间让航天发射对增材制造的关注越发迫切。推力室复杂流道结构2015年，NASA通过3D打印制造了第一台全尺寸的火箭发动机；2017年，私人空间探索公司Aerojet RocketDyne发布SLM制造的RL-10火箭推力室；2018年，航天初创公司Launcher成功发射EOS 为其打印的火箭发动机；2019年2月，欧洲航天局ESA完成了全尺寸3D打印火箭引擎的第一次试运行。Aerojet Rocketdyne开发的RL10c-1发动机内衬为铜合金采用3D打印制造带有复杂冷却流道的推力室，同时满足了对复杂设计、低成本和快速交付的要求，这一点上我们不必说太多，这正是这项技术的优势所在，然而这并不意味着没有挑战。推力室内衬和外壳材料分别为铜合金和镍基合金。铜合金具有良好的导热性、抗蠕变（变形）性和耐高温强度，同时兼具经济性，因此受到航空航天工业的青睐。作为一直采用传统加工手段处理的材料，铜合金被改造成粉末之后就显现出它的加工难度—材料表面极好的自然光泽对激光产生的反射使其难以用作激光成型。3D打印的推力室双层夹壁结构此外，基于SLM制造的发动机腔壁和内部冷却流通道表面通常较为粗糙，它会造成热传递增加并降低冷却介质的流动效率。目前针对上面提到的两个问题正在得到解决。实际上从2014年人们第一次开始进行铜合金的激光成型以来，针对该材料的设备改造和工艺开发逐渐趋向成熟，上文中提到的几家航天机构所打印的发动机推力室，也几乎都是采用了铜合金。针对SLM工艺的表面质量问题，目前主要通过改进打印工艺或者在打印完成进行后处理来改善。传统铜合金的3D打印用粉改造，及多金属复合结构一体打印1. 传统铜合金的3D打印用粉改造用来打印推力室的铜合金材料均是来源于经过验证的传统铜合金。2014年，NASA对其GRCop-84（Cu-8% Cr-4% Nb）实施SLM用粉改造，此前它一直被用于粉末冶金。NASA采用该粉末打印的燃烧室进行了一系列热火测试，实验证明它可以产生高达2000磅的推力。NASA 3D打印的发动机推力室热火实验今年早些时候，NASA研究人员宣布成功完成GRCop-42（Cu-4 % Cr-2% Nb）粉末的改造和工艺开发。该材料旨在替代GRCop-84，它可以在保证同等高强度的前提下，大幅提高导热系数，而且它比当前燃烧室内衬用合金NARloy-Z（Cu-3％Ag-0.5％Zr）的导热率还要高。推力室内衬铜合金导热率比较下图显示了三种主要合金的低周疲劳（LCF）寿命，它是发动机燃烧室内衬材料失效的主要模式。与GRCop-84相比，GRCop42的寿命有些降低，但基本上与NARloy-Z相一致。这些测试结果意味着GRCop-42可能会成为一种制造发动机内衬的新材料。燃烧室用低周疲劳性能比较2. 多金属复合结构一体打印SLM制造并不是推力室3D打印的唯一工艺，推力室除了铜合金材料的内衬，我们还应注意到镍基合金的外壁。采用SLM制造的内衬结构可能还需要通过喷涂、熔覆等类似工艺实现镍基合金的复合，但基于激光堆焊的增减材一体制造工艺则同时解决了3D打印的表面质量问题及材料的复合问题。增减材一体实现5月份，卫星发射公司Virgin Orbit采用GRCop-84铜合金为NASA打印了发动机燃烧室。Virgin Orbit工程师采用DMG MORI增减材一体式设备完成的燃烧室制造，该推力室的几何形状与传统设计相同，但工程师能够使用不同材料更快地构建腔室。该工艺为推力室的制造节省了数月时间，热火试验证明基于该工艺制造的复合材料部件与传统制造的性能相一致。DMG增减材一体设备制造的火箭发动机部件热火实验证明它能够产生高达2000磅的推力增减材一体制造，同时也解决了SLM制造过程中表面质量不佳的问题。END采用多种优化的材料和增材制造技术相结合生产火箭推力室，体现了3D打印的巨大生产优势。它将推力室的制造时间由数月缩短到了几周甚至几天，而且对于制造满布冷却流道的结构更具优势，成本也具备经济性。航天部门无法拒绝它兼具效率和经济性的制造特点，而一系列的测试也将其安全性不断向前推进。欢迎转发延伸阅读：采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例3D打印铣床—混合制造的特点与优势3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战

在我们深入研究之前，先讨论下彩色3D打印的市场现状。目前市场上有多种工艺类型的彩色3D打印机，从FDM、LOM、3DP、树脂喷射到新诞生的尼龙烧结技术，彩色打印的质量不断获得突破，功能性越来越强。其中，Stratasys凭借其强大的J750已经惊艳市场多时，HP的尼龙彩色打印也是呼之欲出，两家公司无疑成为这个时代下最受关注的焦点，那么这两种最负盛名的彩色打印技术，又有怎样的竞争差异呢，接下来我们进行对比分析。技术的独特之处1. Stratasys Polyjet工艺Stratasys Polyjet工艺是一种具有极佳分辨率、高端但且昂贵的工艺，它通过树脂喷射配合紫外光固化实现成型，能够生成非常精细光滑的表面、复杂的细节和鲜艳的色彩。该技术的诞生将人们对3D打印的认知提升到很高的层次，在此我们也应该致敬以色列人高超的智慧。出色的细节和色彩展现能力还不是该工艺的全部，以J750为代表的先进树脂喷射技术将以前需要多系统完成的一系列应用，全部汇合到包含多种颜色和材料特性的成套产品中，包括从刚性到柔性、不透明到透明等，在一次作业或部件打印时可实现多种不同材料同步成型，从而为实现多种场景的应用提供了可能。然而，几乎所有树脂打印都难以避免添加支撑材料，Polyjet技术也是如此，支撑的存在通常会增加打印成本并且有时难以去除。2. HP MJF工艺惠普的尼龙打印技术区别于传统上的激光烧结，它采用类似3DP喷墨的形式实现材料的熔融结合，这因此也为材料赋予颜色提供了可能。说的更直白点，它有些类似3D Systems的Projet 660，但真正的区别在于，惠普第一次为彩色打印部件赋予了功能性。尼龙彩色打印的外观相对粗糙，但好在它具备了良好的强度和韧性，而且在三个方向上力学性能较为均等，对于需要生产工程级、全彩色、高质量、功能性甚至最终使用部件的客户，这是理想之选，而且配合机器产能，可以满足小批量的功能件生产。相对于Polyjet工艺的多材料成型，目前HP还只有尼龙一种成型材料，好在该工艺无需添加支撑，也几乎不需要后处理。但它同样存在缺点，尼龙打印面临材料重复利用率问题的问题，在保证性能的情况下可能会造成一定的材料浪费。材料与性能接下来，我们对以上两种工艺可成型材料的性能进行展示：Polyjet工艺可成型材料性能数据MJF非全彩和全彩打印机PA12性能数据3D systems彩色打印材料性能Polyjet工艺的可成型树脂多达9类，我们此处仅对有代表性的几种进行展示，不得不惊叹它的成型能力和丰富的功能性，但其实这并不意味着用户能够将其能力开发彻底。除了专门的服务商，绝大多数应用端可能仅能使用到它的一部分功能和有限的几种材料。从这个角度来讲，惠普目前专一的材料就显得更有针对性（但这并不意味着这款设备只能成型PA12），3D systems的材料性能就不说了。成型能力的不同也带来了两者在设备价格和制造成本上的极大不同。价格：设备、材料与服务当前，J750的市场报价达370万，服务价格为每克7元左右；HP 500系列彩色打印机的市场报价为150万，服务价格为每克6-8元。J750自推出以来在色彩准确性和细节表现方面一直无出其右，基于其强大的功能，这款设备成为塑料打印界最为昂贵的设备。除此之外，设备的运行费用也是价格不菲，目前每公斤喷射树脂的价格达到2500元左右，按照材料的单桶规格、基色组成、支撑材料计算，维持全彩打印的材料成本达到8万元左右。更关键的是这些材料上面会有电子的时间标识，过期会作废。所以，如若没有足够的服务订单，问题就会很棘手，而对于企业内部使用的情况，也须具有足够多的任务量才能体现其价值。总的来说，J750是一款昂贵的打印机。如前面所讲，HP的彩色打印能力要比stratasys略逊一筹，但同时体现了巨大的价格优势。实际上，在满足特定实际使用的情况下（不需要足够的光滑、不需要透明色、不需要材料的多样性等等），HP打印机则更具性价比。笔者计算了一下打印材料、各种助剂的开机运行成本，大概是13260元，相比前者来说，成本就低了很多（有兴趣的读者可以交流材料价格和计算方式）。目前对J750的使用，除非是有雄厚的资金支持或者订单量，否者真的用不起，而这样的单位往往也不会依赖它来做服务。随着HP 500系列逐渐开放彩色打印能力，两种全彩3D打印方案应该如何选择呢？看具体应用场景，也看量Stratasys的 polyjet工艺采用液体树脂作为打印材料，在外观上光滑精细，适合做外观样件。惠普的彩色打印相比来说更加突出尼龙材料的机械性能，适合做功能件。但无论哪种应用，还是得具体到实际场景中才能对比出哪种更适合。以手术规划为例，透明树脂的打印工艺可以给医生直观的感受，更好地做好手术模拟，这是其他任何打印工艺都无法做到的，尼龙的彩色打印在此方面没有任何优势；但如果要给医学院的学生上一堂关于心脏手术的课程，让这堂课的20个学生人手一个心脏模型，那尼龙打印便体现出了经济性，接下来我们按照供应商的报价进行介绍。目前无论选择哪种工艺，还是会按照重量去报价。如果选择J750制造上图中的这颗心脏，在采用纯白色树脂的情况下，单颗心脏的报价是600元，做20颗报价11000元，而且支撑不好去除，倘若做成彩色（笔者找不到彩心，供应商无法报价），价格还要高；如果采用惠普的580做这颗心脏（惠普工程师对其进行了上色），单颗的报价会上千，但如果做20颗，那总报价是3700元。这便是具体使用场景下的具体实例，总之，你要一颗，那么J750不仅可以做到不贵，而且细节、色彩、穿透力都没问题，你应该选择它；但如果你要小批量，惠普的彩色方案便更加适合你。至于为什么会出现上面的报价情况，笔者认为树脂打印过程消耗的是固定的材料，做1个和做20个并不会造成过多材料的消耗，价格可以实现累加；而尼龙则不一样，它每铺一层粉便会造成粉末材料的受热性损耗，单独做一个的材料成本也就增加，但若同时制造多个便可以忽略材料的损失情况，更关键的是它可以上下堆叠几层，也无需支撑，这对于批量制造是有益的。因此也可以说，对于购买了设备的用户，你需要在单次打印中把零件布满，才能减少浪费。其实采用尼龙打印的服务商也肯定会这样做，这对于仅需求一件产品的用户也是有优势的，如果你不严格要求细节，惠普彩色方案仍然是较为经济性的选择。此外，对于一些具体的应用领域来讲也是各有千秋。尼龙彩色方案可以使以前非黑即白的3D打印尼龙服装变得丰富多彩，也可以制作空心、轻量、高强度的沙盘模型，这些应用会对3D Systems的石膏打印带来挑战，同时又是树脂彩色方案难以实现的。END无论对于Stratasys还是惠普，全彩色3D打印技术如何被用做最终用途产品、如何能被工业采用，目前看来谁也说不清。有时候设备开发出来，功能很强大但找不到应用就会显得很鸡肋。那样昂贵的设备，集成度那么高，体现的价值可能很有限。事实上，无论服务商还是设备商，都在努力的寻找应用。很少有人将这两家公司放在一起比较，现在看来它们有不少业务重合的地方：他们都有强大的彩色成型方案，金属成型工艺也非常类似，在聚合物成型方面都独树一帜，这种模式也让3D打印的市场格局丰富多彩起来。欢迎转发延伸阅读：彩色3D打印技术之一 polyjet技术彩色3D打印技术之二--3DP技术彩色3D打印技术之三--LOM技术彩色3D打印技术之四--惠普MJF技术详解彩色3D打印技术的应用与技术对比 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：HP与Stratasys : 全彩3D打印 , 谁更具优势

随着工业4.0的兴起和数字技术的发展，增材制造技术经过一个轻微放缓期，近来再次加速达到两位数字增长预期。随着技术的逐步成熟，3D打印会对当前的制造供应链及至消费供应链造成什么样的冲击？唐隆基博士编译了德勤最近的一个研究报告《2019 TMT（科技、媒体和电信）预测》中关于3D打印的研究报告——《3D打印增长再次加速》供学习参考。该报告指出，3D打印是工业4.0必不可少的技术成份，同时它也是一项重要的制造业供应链颠覆性的数字技术。该报告还提出了理解增材制造（AM）的路径及价值的框架。关键总结在当今日益复杂的生产和维护环境中，越来越多的组织通过寻求3D打印来应对供应链和制造运营中的限制。公司如何或应该如何开始3D打印战略？当然，答案不唯一，反而有许多途径可以将3D打印技术集成到组织策略之中。理解增材制造（AM）的路径及价值框架（文末附有该路径解析）在高层，企业应该检查他们的商业模式。企业领导层应该清楚地了解，3D打印对于他们的业务所代表的机会或威胁，以及将如何颠覆他们所在的行业。接下来，他们应该查阅3D打印相关商业案例。传统按件进行的价格对比，并不能总是全面地体现3D打印的所有优势，因此，为了合理地评估商业案例，企业应该开发一套基于生命周期的成本对比，以便在产品研发、生产、服务及售后等各环节获取3D打印的优势（如果有）。这项评估的关键是了解公司目前已经在何处应用 3D打印技术，以后可以在何处应用 （愿景），最终应该在哪里采用（基于现实的目标）。在此之后，公司应该决定是否继续实现这个目标——即3D打印技术对于商业是否具有意义，如有意义，探明在哪个具体领域（如供应链，产品开发，或其他方面）有实施意义。在测试可行性和可取性之后，领导者应该评估当前的流程和资产状况，然后制定路径图，随时间的推移进行扩展。想要在工业规模上使用3D打印，组织需要管理一系列复杂的、相互关联的、数据驱动的事件。“数字主线”是从初始设计延伸到成品部分的单一无缝数据链，是优化3D打印生产能力的关键。德勤将其称之为“增量制造的数字主线”或DTAM。围绕DTAM 和 3D 打印的五个主要建议评估相关工具和技术的当前状态。对所拥有的制造资源的当前状态进行盘点，可以使公司发现一些痛点， 并了解他们需要重点关注的地方。确定公司的关注重点：产品开发、供应链优化或两者兼具。一旦制造企业评估他们当前的生产能力以及他们希望在3D打印框架内所处的位置，他们就可以开始构建和实施DTAM的路径图或3D打印总体方法。至关重要的是，这应与商业需求相关联：重点应放在推动商业成果上，而不仅仅是能力的建立。考虑当前的数据存储和使用方法，以及它们如何映射到DTAM。3D 打印应该被整合到总体制造流程当中。为实现这一目标，组织需要通过一个数字主线协调3D打印技术和其他可能也会使用的技术（正在形成，或消减的）。公司可以检查他们如何在当前的制造活动中收集、存储和使用数据，然后考虑他们是否正在最大化高效地存储和使用来自工厂车间的信息。通过这种方式，他们可以构建更高效的DTAM。很容易想象出三种制造技术被融合使用的场景，但这些活动或许需要由贯穿整个制造过程的数字主线做支撑。认识到目前还没有一站式、端到端的DTAM创建方案。公司应该检查实施DTAM和扩展 3D打印将如何影响他们的业务，以及根据特定需求开始构建公司期望的模型。考虑人的因素。3D 打印和DTAM 都需要工程师和组织内其他人员的认可和采纳，因此人才的招聘、培训和留用是重要的考虑因素，包括管理方式的调整。经过几十年的发展，3D打印终于进入了一个领先于大多数其他制造技术的持续性增长时期。与许多其他新技术一样，“从大处着眼、从小处着手，快速扩大规模”非常重要。未来几年，我们可能会看到3D打印技术在各类制造业中得到更广泛的应用，从机器人到火箭飞船。对制造业甚至超出制造业范围的涟漪效应可能是深远的。您的公司能否从中受益？如果能，如何受益？附：路径解析路径1：静态路径——增材制造的起点AM为公司的目标领域提供了改进机会，独立于任何那些显著改变产品和供应链的需求。正是在这条静态路径上，该技术在过去30年中找到了立足点，并贡献了价值，最常用于建模、原型设计、工具作业和短期生产当中。AM提供的关键性能增强功能是简化流程和加速设计过程。其优点是可以缩短产品上市时间、提高产品质量并降低成本。例如，在航空航天领域使用立体光刻技术（最古老和最常见的AM技术之一）打印复杂设计，用于发动机零件，机翼和其他用于飞行试验部件的生产。同样，3D打印技术降低生产使用的工具和其他固定装置的成本。例如，珠宝制造商使用AM生产组装模具从而减少交货时间；航空航天制造商利用它来打印掩蔽在其镀铬和涂层工艺的部件。总的来说，与路径 1相关的绩效，通过降低成本来提高盈利能力，并通过加快产生现金流的速度（通过加速业务周期）来实现价值。为实现这些目标而部署AM，既不需要变革供应链，也不需要通过重新开发产品来提供价值，为有兴趣整合这些技术的公司提供相对较低的起点。路径2：供应链进化——追求绩效和增长的AM与路径 1（静态）类似，供应链进化路径提供了改善绩效的重要机会，这次是通过供应链转型。主要来说，AM显著降低最低有效规模从而产生衍生收益，改变传统供应链并降低营运资本要求。AM重新定义供应链运营的主要用影响之一是现场服务运营和“长尾”库存。这些变化可以同时提升三个价值驱动因素：利润（成本）、风险和时间。例如，军方在野外外科医院设置中试验中对AM的使用。在一个示范项目中，军方试图在偏远地区运输急需的生产医疗和手术器械。示范项目明确了以下困难：可用性挑战（时间到交付），数量和种类（成本）的物流限制，匹配供需（风险），设备限制（资金成本）以及在野外场所提供无菌仪器的能力。供应链的进化演变也体现在企业对消费者层面，多个大型零售商和其他服务提供商利用规模和范围经济在当地网点提供按需印刷。例如，UPS开始将 AM功能投入本地经销商店，以满足小型企业的原型设计需求。由AM带来的最低经济规模的切实转变使这种商业模式成为现实。长远来看，供应链结构的这种转变可能代表着一个关键增长，大大小小的企业都试图以此变得比竞争对手更快、更便宜、更精准。路径3：产品进化——追求产品创新的AM真正的创新机会在路径3中凸显，在某些情况下，AM可以生产出用其他方法发无产出的实体产品，前面提到的用于下一代 LEAP技术飞机发动机的GE飞机燃料喷嘴就是一个的例子。只有使用增量流程，才能具备这种技术可支持、成本可忽略的方式，将20种不同子部件安装在一个单一构建里。此外，AM技术可以更多得兼容多种材料，并且能够在组件和产品中嵌入传感器，电子器件和其他技术。美国军方已经证明了这方面的能力，AM能将应变仪和其他传感器嵌入空气动力学结构中，以监测性能和磨损。嵌入式设计应用还可以扩展到导热材料中的冷却通道。此类设计可用于在铸造过程和其他制造过程中更好地散热。AM技术带来的范围经济带来各种能创建和开拓市场的新型定制可替代品，否则这些市场将无法高效地服务。例如，Cubify的 3DMeTM代表了众多新产品公司中的一家，这些公司能够就个人收藏品和其他产品进行超现实描绘。服装公司也开始采取行动，例如，研究人员已经演示了使用 AM改善鞋类性能的经济方法。鞋类制造商正在利用这一点以及其他见解，例如，用传统制造业无法实现的生物力学设计定制个性化跑步者定制的钉板。产品演变路径（路径3）也提供了一些改善性能的机会。目前的应用表明，性能价值可以从风险的缓和中获得，这种价值的提升等同甚至可能高于路径1、2中提高速度和增强盈利能力所带来的价值增长。这个机遇来自于产品适应性提高，定制工具以及使用其他方法无法实现的流程监控。例如，AM技术通过个性化定制消费者植入物（例如牙冠和助听器）的设计能力，已在各种医疗设备领域拥有了强有力的立足点。AM技术对此类应用的影响是在所难免的。路径4：商业模式进化（组合供应链和产品的发展）——AM追求商业模式创新Path IV公司试图将 AM技术依次或同时应用于产品和其对应的供应链的上。从本质上讲， 他们寻求结合路径2和路径3中嵌入的策略和价值，不仅要获得重新定义竞争水平的运营优势，还要构建新的商业模式。在许多情况下，这些同步努力代表了对创造价值的新方式的尝试，以开拓新市场或减弱竞争者竞争能力的方式提供增长机会。例如，卫浴设备制造商Symmons Industries通过创建渠道来改变其供应链，在设计过程中直接与客户互动，如门把手和橱柜把手的设计。该公司利用这种合作开发和制造面向市场的新的个性化定制产品。同样，医疗保健行业也正在同时转变供应链和产品，AM技术正迅速转变医疗计划和执行的方式。将卓越的成像技术与低成本、多材料兼容的AM技术，可以使医疗诊所降低成本、提速服务并提高质量。在医疗保健方面，战略要求与用新方法为患者提供服务关系更密切，而不非与整体细分市场发展。在合理地假设下，路径3的特征-产品创新目标贯穿了整个路径4。创新产品的交付可能需要一个新的或修订的供应链和分销方法，当其与供应链创新结合，则很可能创造阻扰竞争者和市场的机会（例如，在牙医办公室制造的高度定制牙冠），在部署 AM和数字技术以提高生产者和终端用户之间的协作水平时尤其如此。生产过程中的非 AM方面（例如，将鞋钉固定到鞋子上）可以决定实际生产在哪步发生，但是中间商的非中介化可能会成为变革后供应链的一个特征。欢迎转发延伸阅读：在线3D打印：一场无声的革命哪些技术的进步推动了3D打印在制造业中的发展与Materialise探讨中国3D打印应用现状与前进之路专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：深度：增长再次加速？公司开启3D打印战略的路径与建议

以美国F22战斗机配套的F119发动机为例，其涡轮前进气温度为1700℃，而F119发动机涡轮叶片用的是第二代单晶高温合金CMSX-4，其熔点是1343℃。换句话说，发动机燃烧室产生的燃气温度比单晶高温合金的熔点还要高出近四百度，那么燃气吹在涡轮叶片上，它不会被融化吗？从生活实例了解冷却原理纸锅烧水：对于纸而言，下面烧火就不是熔点的问题了，是会被烧掉的。但是只要锅里面有水，纸锅就不会烧掉。这是因为纸把热量传导到了水里面，保证自己的温度不上升。同样的，涡轮叶片也采用了传导冷却的方法，把叶片做成中空，里面有冷空气等冷却介质流过，就可以实现降温。纸锅烧水炒肉炸鱼，勾芡挂浆：要保留肉鲜嫩的口感直接下锅去炸和炒，都会因为快速升温而老化。但只要给肉的表面包上一层淀粉，就减少了热量向肉的直接传导，肉也就不会老化。涡轮叶片也一样，首先包上一层热导率很低的耐热涂层，然后中空的叶片表面上打很多小孔，把里面的低温气体放出来包裹在叶片表面，空气就成为了低热导率的材料，这叫做冷却气膜。叶片“勾芡挂浆”这两种技术形式即热障涂层和气膜冷却技术，前者能够提供两三百度的冷却温度，后者则能达到近四百度的冷却温度。在这两方面的作用下，叶片就能够在高于其熔点的温度下正常工作。这和冰制的勺子搅动沸腾的热汤非常相似。那这和3D打印有什么关系？涡轮叶片大多采用精密祷造再机加工的方式制造，也有的会采用切削和锻造工艺。铸造嘛，少不了脏乱差的环境，即使使用3D打印蜡模，也免不了费时费力。总之，传统的工艺在制造成本、材料浪费和制造效率方面都面临挑战，金属3D打印则提供了新的选择。涡轮叶片增材制造工艺当前能够查阅到的3D打印叶片制造商并不太多，他们有西门子、Sintavia、GE等，所采用的的设备品牌分别是Eos、Slm Solutions以及Arcam。在今年TCT期间，笔者也曾看到铂力特、上海探真打印了大型的飞机发动机叶片。铂力特打印的大型航空发动机风扇叶片西门子工业燃气涡轮机测试中心的工程师团队首先使用增材制造重新设计了涡轮叶片的生产工艺，并取得了重大突破。研发团队采用创新的内部几何设计和尾部扩散扰流结构，进一步提高了冷却效率，需要注意的是，叶片的结构是经过了重新设计的。如下图所示，复杂的内部通道、交错肋和孔结构可以最大限度地提高热传递和冲击冷却效果。内有孔道的结构可使冷却介质流过，降低叶片温度3D打印的涡轮叶片由多晶镍超合金粉末制成，该材料使得叶片能够承受高压、极端温度以及涡轮机的高速运转的旋转力。在满负荷核心机试验中，这些燃气轮机叶片运行速度超过1,600公里/小时，受力高达11吨，被摄氏1,250度的气体包围，然后利用超过摄氏400度的空气冷却。这些先进叶片的设计改进了冷却性能，最终提高了西门子燃气轮机的总体效率。Sintavia 3D打印的飞机发动机涡轮叶片孔加工是难点在叶片的生产过程中，气膜孔的加工一直是难点，小孔的设计非常多，孔尺寸非常小并且伴随着多角度，普通机械加工难以满足设计要求。小孔加工是难点国内外通常将小孔的特种加工分为两大类，第一类是基于有实体工具的特种加工，如电火花、电解和超声加工，它们的共同特点是使用实体工具作为加工电极；第二类利用高能束流的特种加工，如激光束、电子束等，它们的共同特点是不需要有实体工具，而是利用高能束流对工件进行加工。这两种技术，前者往往面临加工精度的问题，而后者则对激光技术依赖严重，不过近几年国内的航发叶片激光打孔技术技术已经获得重大突破。飞秒激光钻孔效果直接使用3D打印成型孔隙结构，目前笔者并没有查询到足够多的证据。这一方面是因为叶片的种类繁多，并非所有的叶片都采用气膜冷却；另一方面是因为有些叶片的孔结构极小，即便采用SLM制造也存在很大的难度。网络上看到的多孔叶片孔隙结构都极大，很多是玩家的即兴行为，有没有使用，不得而知。Sintavia 3D打印的飞机发动机涡轮叶片后处理效果END涡轮叶片被看作是航空发动机的心脏，决定着飞机的性能。虽然金属3D打印有着很多优点，但不得不说，传统加工技术因为使用的时间够久目前更值得信赖。即便是西门子，其3D打印的叶片也仍旧没有商业化，它面临着复杂的认证问题。但从GE购买27台EBM打印机用来制造发动机叶片来看，这也将是未来趋势，因为它在制造复杂的内部冷却结构方面具有显而易见的优势。欢迎转发延伸阅读：发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程发动机制造：雄起的中国航空采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印透平叶片：用冰勺搅动沸腾的汤