增材制造正在改变着许多行业的游戏规则，无论金属还是非金属，3D打印技术正在变得更加实用。当前，激光和电子束打印速度仍然较慢，每小时收费约300-400元，对于中小企业而言，高成本仍然是阻碍该技术进一步应用的主要因素。市场分析机构Ampower Insights以德国、瑞士以及奥地利地区的120台金属打印设备为样本进行了调研，详细计算了金属打印的生产成本。当前欧洲市场AlSi10Mg的生产成本约7元/cm3，医用Ti-6Al-4V的成本约为为25元/cm3 （已转换汇率）。不论国内还是国外，市场报价方面非常混乱。国外铝合金通常报价24-78元/cm3 ，相当于平均报价的35％-240％；钛合金价格差异明显较低，为39-55元/cm3。即使进行批量生产，报价也存在很大差异，其中铝合金利润率最高，不锈钢最低，此处笔者根据国内报价再算一笔账。接下来，笔者就金属打印的成本结构构成进行解析，全文以ppt形式给出，内容较多，分上下两篇。明日奉上下篇感谢您抽出来阅读此文延伸阅读：搜索引擎3D打印技术参考的立意汽车零部件增材制造工艺链详细探讨辩证分析：3D打印市场的喜与忧转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属打印成本结构分析（上）

上周，金属打印新星公司Desktop Metal状告Markforged于2017年推出的Metal X桌面金属打印机侵犯了其两项专利，作为为数不多的商业化FDM金属打印机，Desktop Metal既然说后者侵权，那技术上应该就差不多，本期笔者介绍一下Markforged打印机是如何工作的。 实际说来，Markforged目前的打印机分为两类：基于FDM的金属打印机Metal X以及同技术类型的复合纤维打印机ONYX系列。如此说来，真的算得上高科技含量了。一. 金属桌面打印机Metal X只有一个喷嘴、一个料盘，将金属以FDM的形式进行打印，材料还做成了线材，难不成将金属拉丝了？其实，差不多。Metal X的金属丝，是将金属粉末与树脂粉末混合之后拉成的丝材。其工艺过程如下：1） 建模，导出STL文件。2） 文件导入 Metal X ，设备自带软件会把文件放大一定比例，然后进行打印（下面会解释）。3） 将打印好的零件浸泡在清洗设备中，去除多余的树脂粘结剂。该过程利用了独特的溶液和特有技术，保证可以快速去除多余树脂，同时，不至于让金属粉末散落。但这一步并不能完全去除所有的树脂材料。4）零件进炉烧结，该过程类似金属注射成型（MIM）。树脂材料烧尽，零件收缩，并获得最终零件。在该步骤中，粘结剂确保金属形成预期的形状，而后期的烧结工艺，保证了零件XYZ方向均匀的强度。与传统金属3D打印技术相比，主要优势如下：a．速度快：它比传统机加工节省大量时间。b．性价比高：相比传统金属3D打印，成本只是其十分之一，大大节约了成本。c．光滑的表面：零件表面质量高。相对于传统金属3D打印表面的粗糙感，Markforged金属打印件的表面可直接使用（要求的高，可以再后加工），不仅减少了后处理的麻烦，而且节约了时间成本；对一些复杂难以机加工的件，更是最佳的选择。d．各向同性：受传统3D打印原理的限制，Z方向性能弱于XY平面的性能。这种二次烧结的零件性能具有各向同性。用户在使用和设计时不必考虑各向异性的问题，提高了3D打印金属零件的应用性。e．适合小批量生产：Metal X打印更加灵活，烧结时也可以采用批量烧结，为批量生产奠定了基础。二. 复合纤维打印机复合纤维打印机是Markforged的第一款产品，它的诞生说明该公司走的是专业路线，时至今日做出复合材料打印机的也不是很多。双料盘：左树脂又纤维常见的复合纤维包括碳纤维和玻璃纤维，Markforged此类打印机包含两个料盘、两个喷头，于此也说明纤维是填充在树脂中的。双喷头打印打印过程中前面的喷头打印树脂，并为后面的纤维喷头留下填充沟槽，以此形成复合纤维材料。纤维填充而且有意思的是，Markforged打印机可以进行材料设计，在不同层不同位置控制填充纤维材料的量，从而使零件不同位置性能不同，更具功能性。材料设计纤维增强材料的强度可达到铝制产品部件的强度，能够承受超过传统塑料部件承受能力的应力环境，甚至能够取代金属加工的部件。材料强度极高Markforged打印的机械臂夹具总结就金属桌面机来说，Metal X与Markforged的工艺步骤确实相差无几，毕竟都属桌面金属打印。但无论是哪一家，该技术确实可以支持从不锈钢、铝合金到钛合金的多种材料，可以广泛应用于航空航天、汽车、船舶、工业、医疗、化工、食品、科研等领域。纤维材料尤其是碳纤维3D打印部件可以取代机械加工零件，Markforged的连续纤维制造技术，可以轻松制造坚固耐用的零部件，如固定装置和夹具类零部件，成型的零件和传统数控机床加工出的零件具备同样的强度。感谢您抽出来阅读此文延伸阅读：搜索引擎3D打印技术参考的立意大型FDM打印机的工业应用与挑战ARGO 500：去他的金属打印！Desktop Metal金属桌面打印机---DM STUDIO解析转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：被状告的Markforged打印机是如何工作的

太空发射系统又叫空间发射系统（Space Launch System，以下简称SLS），是一种从航天飞机演变而来的超重型、极大推力运载火箭，由美国宇航局（NASA）设计，目标是在2019年底前将宇航员以及货物运往深空甚至火星。本期内容围绕该重型火箭的心脏—RS25火箭发动机展开。冲上云霄SLS 配备4台RS-25液氢液氧发动机和两个固体火箭助推器，可产生超过800万磅的推力，仅发动机点火测试，推力就已达到了额定推力的113%。虽然不懂，但是感觉很厉害。RS-25火箭发动机重型火箭本身就已经很重了，多一点重量意味着要花掉更多的钱，更何况特朗普已经宣布不想再给NASA更多money了。于是，为了减少没必要的支出，NASA决定采用3D打印！可是3D打印的零件到底能不能上天？要是出问题那一下子可就要报废掉好几亿啊，谁能付得起这个责任！于是包括国内的院士专家们纷纷出来为3D打印站台：3D打印尤其是金属打印的零件当前的强度远远超过铸件并接近锻件，而且飞上天的零件只要让它能坚持完使用的那段时间不出问题就ok，这完全没问题啊！很多零件只工作一会儿，坚持一下就过去了NASA说干就干，联合洛克达因公司开始给火箭减重。RS-25发动机本身的零件超过7500个，他们采用3D打印制作了一些重要部件，其中就包括一个叫蓄能器的减震部件以及点火器部件，这些3D打印部件为发动机淘汰了100多个焊接点，成本降低了近35％，生产时间缩短了80％以上，感觉真的要上天了。3D打印发动机部件优点蓄能器是用来减少飞行过程中的引擎振动的部件，采用SLM工艺制作，使用的是Concept laser的M2打印机，焊点数量减少78%。点火器由铜合金和铬镍铁合金两种金属制造，采用的是DMG的激光沉积设备，使原来四个零件变成一个。Concept laser2000R打印过程DMG激光沉积虽然打印出来了，但是不能上天，则需要无数次的测试。 NASA从2015年就开始了一系列的测试，最近一次是在今年2月21日完成，持续了260秒,结果当然是成功。真担心会不会炸了没炸，效果完美RS-25火箭发动机的热燃烧测试含有迄今为止最大的3D打印组件，而且工程师计划在该发动机上增加近40个其他3D打印部件，此举将大幅降低重型火箭执行未来任务的成本。NASA计划在2019年初同时测试四台RS-25发动机，也许在不久的将来，人类真的可以登上火星了。其实国内很多航天部件也已采用3D打印进行制造，希望未来能够展示。感谢您抽出来阅读此文延伸阅读：搜索引擎3D打印技术参考的立意多光束下的激光打印系统转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：空间发射系统中3D打印技术的应用价值

前几期笔者提到FDM应该向高性能高端应用发展，淡化了大型化的发展，但将设备做大仍旧很重要。本期笔者以德国Bigrep打印机为例介绍大型FDM的工业应用。 Bigrep当前有两款打印机，BIGREP ONE与BigRep Studio。前者成型尺寸为1005×1005×1005mm，几乎是当前最大成型尺寸的FDM打印机；后者为500×1000×500mm，是办公和工业环境的理想选择。--Bigrep大型3D打印机在稳定性、速度、成本方面具有优势。▌稳定性BigRep one的结构并不复杂，采用全开放式金属框架，八个顶角利用高强度聚合板固定，结实耐用，底部装有脚轮，自重达410公斤，如此设计也使稳定成为bigrep的最大优点。▌速度Bigrep one具有0.5、1.0、2.0mm三种尺寸的喷嘴，用户可根据所需要的分辨率选择喷嘴和打印层厚，不过分辨率的降低在提高速度的同时也会对精度造成影响，这款打印机的最高精度为0.1mm。▌成本这款打印机所采用的耗材还是常规使用的ABS、PLA等，常用于早期原型制作，成本也主要来自于材料。--在稳定性、速度、材料都满足要求的情况下，此类大型的FDM有哪些工业应用呢？1. 大型零部件的功能测试汽车制造商都喜欢以低成本生产具有相当机械性能的原型，大型FDM与金属电镀的结合便提供了强大的解决方案。采用bigrep打印大型汽车歧管，并在歧管表面电镀一层金属镍，可显著提高原型的耐热性、耐化学性，并能增加零件的强度，使其更接近成品铸造金属零件的机械性能。此大型歧管的制作仅15小时，材料成本不到20欧元，汽车公司可借助此技术快速研发产品。2.大型建筑沙盘采用大型FDM打印建筑模型，相比于传统方法来说更快、成本更低、风险更小，相较于SLS和SLA来说成本更低。Bigrep可在5天内以1:50的比例打印出当代别墅模型，经多次后处理之后可达到完美的效果。3. 混凝土模具 FDM技术用于建筑行业，可以比传统方法更快速度制作模具，使客户能够节省时间和材料。4. 3D打印发光字广告牌据统计，使用3D打印制作个性化的广告招牌与标志，材料成本低、颜色丰富、无需喷漆，可节省85%的成本和时间，可以轻而易举的解决定制广告标识中比较棘手的、甚至传统方式根本解决不了的问题，这一具有颠覆性的意义将会给广告标识行业注入新的活力。但同时由于材料的问题，广告字目前的寿命还很有限，若获得广泛应用还应在材料端获得突破。大型FDM除了在原型制造、建筑、模具以及广告业的应用之外，在乐器、家具以及备品备件方面也有广泛的应用。--如此大型的FDM打印机，虽能够一次成型大型零件，免去了组装带来的繁琐工作，但同时兼具挑战。1. 平台加热问题如此大幅面的打印机，能否实现均匀加热？加热床在大型FDM打印机工作台中起着关键加热作用，大的温度差会使挤出头挤出的丝料发生变形从而影响工件的加工质量。2. 喷头问题FDM打印机的最为主要的关键部件是喷头，喷头的送丝是否准确、稳定和加热效率高低往往会直接影响打印件的成型质量的好坏和机器的使用寿命长短。3. 可靠性问题良好的可靠性和高精度是衡量系统质量好坏的关键指标，打印的零件越大，往往越会影响精度。机器送丝稳定、运动机构稳定和打印件精度是设备可靠的重要保障。4. 工艺问题FDM打印机虽已被广泛应用于各个领域，但由于其打印件的表面成型质量、尺寸精度和打印时间仍制约着其发展。对于大型FDM，稳定的工艺更为重要。5. 耗材问题此类打印机往往打印大型模型，势必要求更多的耗材，打印时间很长，夜间断丝怎么办？材料不足怎么办？以上问题对于能否实现稳定可靠的打印至关重要，设备若实现应用，必须可靠。--总结无论挑战有多少，其实都是在考察设备的稳定性，只有这个问题解决的好，3D打印的跨界使用才有价值。感谢您抽出来阅读此文延伸阅读：搜索引擎3D打印技术参考的立意多光束下的激光打印系统工业级 FDM 3D 打印技术原理解析转载请联系后台授权长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：大型FDM打印机的工业应用与挑战

笔者在《汽车零部件增材制造工艺链详细探讨》中分析了EBM打印机与单激光、多激光系统在单件制造和批量制造中的优劣，得到多激光熔化系统在批量制造中占据效率和成本优势的结论。如今，粉末床烧结工艺，尤其是SLM，开始进入多光束时代，本期我们谈一下多光束激光打印系统。EOS M400 4激光系统多光束激光成型系统，是区别于单激光SLM及SLS打印机的新型粉末床激光成型设备，是金属及高分子粉末材料面向高效率、大尺寸及批量制造的新一代成型工艺，是粉末床激光成型工艺发展的新趋势。▌扩展打印尺寸 大型零件一体成型当前，多光束包括双光束、三光束及四光束，双光束如华曙新发布的HT1001P大尺寸尼龙机、FS421M金属机以及SLM Solution SLM280，四光束如EOS M400、SLM Solution SLM 500以及铂力特BLT-S500，三激光系统比较少，暂且不论。华曙双光束尼龙机多激光打印系统的定位在于打破当前3D打印技术的生产力、工业化和零件质量的界限。华曙HT1001P打印尺寸达到1000×500×450mm，是迄今为止全球最大的成型体积，可实现大型产品的一体化成型和小型产品的批量化生产。而上期提到的长41cm、宽21 cm、高13.6 cm的布加迪制动钳，也是一次成型的大尺寸金属功能件。因此，多光束激光成型系统，在扩展打印尺寸、实现大型零件一体成型方面具备优势。华曙HT1001P超大成型缸▌效率极大提升通俗来讲，四激光系统代表着可以同时打印四个零件，与单激光系统相比，大大减少了打印前期的多次准备时间，虽然其铺粉的行程长、打印零件多，但四激光同时打印造成的单层花费时间却并未延长。SLM 500 四激光系统EOS M400配备了四台400W的激光器，每台激光器负责250×250mm的构建区域（有50mm重叠），可同时制造4个部件，成型尺寸为400×400×400mm，比单激光系统生产效率提升四倍。而SLM Solution SLM 500的成型尺寸达500×280×365mm，相比于其双激光系统的SLM280，加工效率提升近90%。M400 四激光分区打印SLM 500大型零件四激光一体成型▌降低设备购入成本由于成型空间的增大，意味着一台设备可以一次完成多台设备的加工任务，这对于大型制造商来说可以减少设备的购入数量、降低设备成本、人员维护成本以及设备使用空间成本等。1台M400≈4台M2901台SLM 500≈4台SLM 125≈2台SLM280▌问题多激光系统不仅意味着可以将零件做大、实现批量制造，里面涉及的技术问题也有很多。1. 四激光打印机要求设备配备四套光学系统，四台激光器、振镜系统协调运行是否顺畅、能否保证光束和功率的稳定性，零部件能否实现完美无缝拼接；2. 四激光同时运行也意味着可能会出现更多的打印问题，热场是否均匀，一个零件出现损坏如何避免影响到其他零件的打印；3.四个零件能否具有同样的性能，能否实现对不同零件采用不同的控制策略；4.由于成型空间的增大，打印过程中的烟尘势必更加难以去除，打印机能否实现一致的过程气体管理。烟尘弥漫5. 能否实现对粉末床、各种参数的实时检测，并能做出反馈。诸多问题无法逐一列出，这些问题无不考察着对设备和工艺的稳定控制能力，都将直接影响打印过程的稳定性和零件的质量。▌总结当前，设备商或者说大客户不再满足于小批量制造，扩展打印尺寸、提高打印效率、进一步降低设备购入成本、提高整体收益，是大型制造商努力追求的目标。多光束已经成为粉末床激光成型工艺的新潮流，一要做大，二要实现批量制造，新型设备的研发无不成为设备商竞相追逐的焦点。为了配合效率的提高，无论尼龙机还是金属打印机，实现内部换缸、自动密闭筛送粉的无间断生产也将作为新的技术形式予以体现。在潮流发展背后，广泛的监控功能、控制功能以及可靠的打印工艺是确保高流程稳定性和零件质量的关键。感谢您抽出来阅读此文延伸阅读：搜索引擎汽车零部件增材制造工艺链详细探讨案例探究：3D打印提升汽车性能 加速设计迭代SLM如何实现密闭清粉及内部换缸理念的重要性多激光无缝拼接的大尺寸粉末床激光熔化自动化设备是怎么工作的？转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：多光束下的激光打印系统

写在前面：本文文字仍然较多，其他媒体也曾报道，但笔者仍然推荐读者通读一遍，里面涉及的细节可能会对自己有所启发，请莫走马观花，正文开始。布加迪代表着高档跑车，大名鼎鼎的布加迪威龙和布加迪凯龙让众多车粉心神向往，即便是对车很不感冒的笔者也无数次听说其大名。今年早些时候，各大媒体纷纷提到布加迪发布了3D打印的制动钳，作为高端汽车应用案例，笔者再次将其梳理。 布加迪凯龙星，售价240万美金（约合人民币1500万），可在42秒内完成0-400km/h加速，是世界上最强大、最快捷、最豪华、最高级也是最昂贵的超级跑车。如此强劲的性能似乎已经达到了物理极限，而布加迪的成功源于他们对系统不断优化以及对新材料、新工艺的成功运用。▌新设计制动钳优化设计布加迪新款凯龙的刹车是目前世界上最强大的，前面八个活塞卡钳制动，后面六个活塞卡钳制刹。新款制动钳基于仿生学原理进行了整体优化，采用钛合金制造，是同系列车辆中使用的最大的制动卡钳。得益于这种新设计，卡钳的重量降至最低，同时又确保最大的结构刚度。▌新制动钳减重40％过去，布加迪凯龙跑车的制动钳采用高强铝合金制成，重4.9公斤。新制动钳采用航空级钛合金制造，重量只有2.9公斤，减轻40%的重量。钛合金的性能远高于铝合金，拉伸强度达到1250N/mm2，意味着稍大于125kg的力施加到毫米级的钛合金上，材料也不会发生损坏，常用于承受高应力的底盘和机翼部件，或用于飞机和火箭发动机。新材料及新设计使布加迪可以减重也可以保证性能，但新部件的制作只能通过3D打印。▌新工艺：选择性激光熔化 钛合金强度非常高，几乎无法通过铣削制造，而且新款制动钳的仿生设计也造成传统手段难以加工。3D打印近乎于净成型的分层制造方式打开了制造更复杂结构的可能性，使任何复杂形状皆可实现加工。▌技术要点打印完成的制动卡钳该尺寸的零件属于选区激光熔化大型制造，采用仿真软件模拟制造过程避免打印失败非常重要，此外打印完成之后的后处理同样影响零件性能。1.打印完成之后，须将零件连同基板在退火炉中加热至700℃，保温一定时间后随炉冷却，以消除残余应力保证尺寸稳定，该过程须10个小时；2.线切割取下零件，去除支撑；3.对零件进行打磨，并通过物理和化学相结合的方式进行抛光等表面处理，提高疲劳强度，增加车辆后期使用中部件的长期耐用性。最后，在铣床上完成螺纹加工（连接活塞），该过程需要11个小时才能完成。表面处理完成加装活塞的制动钳组件▌优势：45小时完成制作 3个月完成迭代新款制动钳的开发时间非常短：从提出第一个设想到第一个组件打印完成仅用了三个月。花费时间最多的是对新设计的强度、刚度进行模拟计算和优化，之后需要对打印工艺进行仿真，确保打印过程顺利完成。该制动钳采用四激光熔化系统打印，45小时打印完成，这款长41cm、宽21 cm、高13.6 cm的制动钳，几乎成为世界上使用选择性激光熔化工艺制造的最大钛合金功能部件。从另一方面也说明，四激光系统在提高效率方面作用显著。▌高级跑车首次使用该钛合金卡钳最小壁厚1mm，最大4mm，尽管尺寸很大，但组件的轻量质感、强大的性能以及漂亮的外观无一不让设计人员对3D打印技术印象深刻。首批使用新制动钳的布加迪凯龙星将于今年上半年完成制造。除去采用3D打印技术减轻车辆重量提升性能之外，布加迪为达到轻量化目的，在后副车架、进气歧管、底盘、雨刷等部位广泛使用碳纤维和碳化硅材料，并将转向系统和悬挂系统予以优化。▌总结汽车发展是一个永无止境的过程，在不断的开发工作中，新材料和新工艺的使用将不断突破人们对性能的认知极限，大的制造集团将承担这一使命，小的制造企业，也应该予以重视。延伸阅读：汽车零部件增材制造工艺链详细探讨Materialise e-stage有多逆天转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：案例探究：3D打印提升汽车性能 加速设计迭代

当前，已经进入大工业生产的金属打印工艺主要有两种—电子束粉末床熔化技术（EBM）与激光粉末床熔化技术（SLM），两种技术一直呈竞争态势存在且各有优缺点。EBM技术可以提供很高的生产效率，但零件精度差、表面质量欠佳，需要繁琐的后续加工；SLM技术正好相反，表面质量较好，零件精度高，后处理工序较少，但其生产效率一般。不过随着四激光系统的出现，效率低下的问题正在得到极大改善。汽车领域作为金属打印的主要应用领域之一，正在受到越来越多的重视，本期笔者详细介绍粉末床熔化技术用于汽车零件制造的整个工艺链，全部内容包含12个部分。1. 金属打印工艺之间的竞争粉床熔化技术是对传统产业影响最大的增材制造技术，它可提供最高的设计自由度和灵活性，并且具有优秀的材料属性。在分析粉末床熔化技术的成熟程度时,首先要研究的是设备的销售情况。粉末床熔化设备市场分析2010至今粉末床熔化设备的销量呈现快速增长，设备的销量表明粉末床熔化技术在连续生产中的大量应用以及客户对多机装备的需求，基于其众多的制造优点，该技术已经成为增材制造领域的主流生产技术。相较激光打印技术来说，世界范围内电子束打印机厂商数量极其有限，然而电子束设备的需求却从未停止，这归结于其在批量制造方面比激光打印技术更具优势。2. 金属粉末床工艺汽车应用由于汽车行业对成本、质量、效率的敏感要求，如何甄别哪些零件适合采用3D打印制造具有一定的挑战性。也是基于金属打印的高成本，目前几乎只有高附加值、小批量的汽车采用了该工艺。而在大规模汽车生产中，单件零件的制造遵循成本最低原则，相对来说，汽车动力传动系统以及悬架系统最可能用到金属打印。而金属打印如何应用到零件的具体生产中呢？接下来以保时捷尾管制造为例，剖析SLM与EBM技术从设计到打印直至应用所融合的整个工艺链。3. 优化设计汽车尾管组件是发动机排气系统的可见部分，由于该部位将发动机的性能直接反映给客户，因此制作要求很高。通常，该组件由不锈钢或钛合金制成，采用焊接将两片金属连接起来，由于机械震动和腐蚀，焊接部位往往非常脆弱。在达到最终设计之前可能会产生大量迭代，同时也带来高昂的加工成本，交货时间也超过12个月。此时3D打印的优势即可体现，其个性化、自由制造的特点可将尾管组件集成为一个零件，通过优化管道内壳结构，提高性能，实现个性化制造。同时，其快速制造的特点可以在更短的时间内尝试多种设计。如若脱离优化设计，增材制造的优势就很难显现，但在优化设计时必须考虑零件主体与周围部件的配合、整体功能以及装配步骤。4. 材料性能4.1 粉末床熔化Ti6Al4V合金机械性能金属打印过程中，材料局部熔化形成微小熔池，快速冷却凝固形成细小晶粒，在打印以及热处理过程中，组织内部形成针状马氏体α’、α及α+β相，最终性能得以提升。结果表明，增材制造Ti6Al4V合金远超铸造标准，性能接近锻件。4.2 Ti6Al4V疲劳性能分析汽车在行驶时不断受到路面冲击载荷、驱动力和制动力等的作用，而且汽车发动机本身也是一个振动源，因此汽车零部件都会受到随时间变化的应力、应变作用。经过一定时间，一些零部件便会发生疲劳损坏，出现裂纹或断裂。为使3D打印零部件具备良好的抗疲劳性能，在打印完成之后使用热等静压对材料进行致密化，提高整体力学性能，达到锻件107个循环的疲劳极限。同时，为确保获得这种优异的抗疲劳性能，如何抛光复杂自由表面也非常重要。5. X射线断层扫描X射线断层扫描可以检测到材料内部尺寸小于100μm的缺陷。对于批量生产的零件，一般采用低至中等分辨率的检测才具有成本效益，多用于内部质量和尺寸精度检测。汽车尾管组件X射线扫描显示电子束打印零件内部存在粉末未熔现象EBM成型过程中，粉末会被预热到几百度，周围粉末会相互粘附形成片状，需要采用机械方法去除，中空结构则需要采用高速喷射方式去除。与此同时，SLM成型的零件表面质量要好得多。6. 振动研磨和抛光一般而言，具有功能性或光学表面的增材制造部件需要后处理才能满足表面质量要求，对于汽车尾管部件，采用两种表面处理手段。机械研磨可以显著改善尾管部件的表面质量。然而，在LBM和EBM部件表面可能会出现大量的宏观缺陷，对于批量生产，进一步审查设计和优化制造工艺非常重要，应当尽可能避免这种缺陷。7. 表面粗糙度激光熔化相较电子束熔化制作的零件来说具有更好的表面质量，前者表面粗糙度一般为10μm左右，而后者表面往往非常粗糙，即使经过振动研磨和抛光，两者仍然存在差距，SLM打印的零件最终表面粗糙度可低至1μm。粉末床熔化工艺粗糙度对比SLM零件的表面粗糙度是由于粘附粉末颗粒及层叠纹路造成；而EBM零件的表面粗糙度除上述原因之外，还表现为由于电子束受到电磁场干扰容易形成表面宏观缺陷，而且这种缺陷无法通过研磨和抛光去除。表面轮廓曲线仔细观察表面轮廓可以发现研磨和抛光对表面结构的影响，在EBM零件上仍然可以看到深槽和针孔，为了消除这些缺陷，材料必须留下0.1-0.2mm的加工余量。8. 尺寸精度对于复杂的自由曲面，光学三维扫描和X射线断层分析是精准测量零件结构的最合理手段。零件精度主要受模型失真和材料收缩的影响。汽车尾管部件的尺寸误差在1mm以下，尾管的圆形形状有助于稳定成型，失真极小。9. 热等静压对尺寸精度的影响热等静压工艺是将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，但如果工艺过程处置不当，会引起零件的变形，倘若将汽车尾管部件横向摆放，会造成超过2.5mm的变形。负载关键零部件要求必须经过热等静压处理，而且绝不能忽视热处理过程对零件尺寸及性能的影响，此处也强调了热处理工艺的重要性。10. 时间和成本成本问题仍然是影响增材制造进入批量生产的主要障碍。相对来说，EBM比单激光SLM在批量生产方面更具优势，不过SLM对于特定化的小批量制品成本要低一些。下图以制作汽车尾管为例分析制造成本。成本结构分析显示超过60％的制造成本与增材制造工艺相关，从图中也可以看出，EBM技术相对于SLM无论是原型制造还是批量制造成本都要高。但单凭此图并不能说明EBM的生产效率低，这是因为汽车尾管属薄壁结构，体积较小，EBM机器的高生产率并不能显现。与此同时也可看出，四激光SLM系统可以达到很高的生产效率。单件成本汽车尾管部件在进行批量制造时每年的成本可减少50%，成本的降低主要源于后处理过程更加经济。但同时应该注意的是，采用增材制造进行批量生产，需要考虑生产资质以及质量保证所产生的额外成本。制造8个零件从提交订单到交货过程时间划分热等静压和抛光往往需要外协处理，因此造成交货时间很长。当然，根据合同内容要求实际的交货时间可能没有那么长。该汽车尾管的制作总共用了25个工作日，与传统的尾管加工方式相比，增材制造的整个工艺链还是快了几个月。11. 总结3D打印用于汽车零件制造目前还处于起步阶段，传统的粉末床熔化工艺成本太高，使汽车领域的应用只能限定于小批量的高性能汽车零件制作，而EBM技术以及多激光熔化系统将大大拓展应用范围。该项研究还表明，3D打印在制造具有较高机械性能和光学要求的零件方面可行并具有巨大的应用潜力，节约成本、提高生产效率，加速设计迭代。此外，这项研究也揭示了粉末床熔化技术的优点和缺点。EBM技术的优势在于批量制作大型零部件，并不适于单个零件的个性化制作，与此同时，EBM打印的零件需要较多的后处理工序。SLM技术适合打印单件或少量的零件，并且表面质量优异符合制作要求；多激光成型系统在批量制造方面存在巨大前景。总的来说，增材制造技术在汽车制造领域应用广泛。12. 展望传统的粉末床熔化工艺由于成本高昂限制了工业领域的应用，而多激光熔化系统尤其是粉末床粘接工艺的出现，将大幅降低成本、增加产量，同时将大大拓展应用领域。然而3D打印制作零部件仍伴随着其他诸多技术细节的挑战，为成功应用，汽车制造商必须为其内外部的供应链提供更加宽泛的产品规格要求和认证方法。当前国内外的汽车制造商几乎都已经注意到了3D打印的重要性，并承诺投入大量资金予以进行应用研发，3D打印在汽车制造领域的应用才刚刚开始。转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：汽车零部件增材制造工艺链详细探讨

2018 TCT已然过去，笔者所关注的行业公众号文章皆是一片欣欣向荣。昨晚三迪时空发了一篇文章《李培学：真正提升工业制造 金属3D打印时代已然来临》，至于有没有真的到来，这是一个难以评判的事情，至少目前是这样。不过笔者自身对此不以为然，这篇文章要谈一些不一样的东西。记得去年除夕，笔者所在的几个行业微信群里红包炸翻了天，笔者抢了不少红包，群里一片热闹，当时在想，不对呀，平时大家就聊的热火朝天，怎么除夕了不好好陪家人还在群里热热闹闹侃起大山来了。我想着今年除夕可能还一样，结果等了一晚上一个红包都没有，而且群里面安安静静几乎无人说话。为什么？是大家认识到了应该好好陪家人，更重要的是大家对待这个行业冷静了、理性了。而至于今年的TCT，被一位行业前辈说成是年度行业内部熟人的聚会，这话细想还真没错，圈子就这么大，几次就混个脸熟。现在这个行业到底发展的如何，3D打印的“时代”真的到来了吗？笔者一直觉得，即使到来，它也应该是润物细无声的悄悄而来，不存在爆发这么一说。就金属打印而言，仅仅几年的发展，走到今天这个地步应该算是不容易。到目前为止各大厂商各有各的特色：铂力特在加工服务方面无人匹敌，超级大的航天军工订单让太多人眼红；华曙高科在国际化方面远远走在前面，技术研发迅速，设备卖的不可谓不多，在医疗以及航天军工领域取得了一定成绩，但在模具方面进展尚不明显；易加三维赶不上铂力特那么深厚的积累也比不过华曙的国际范儿，就得踏踏实实努力做技术才行，目前在牙科和模具领域取得进步；老牌的隆源，在若干年后终于意识到SLM的重要性，迟迟推出的打印机经过不断优化卖进了教育科研领域，也是一个不错的方向。其实让人最感动的是各大设备商正在搭建一种完善的生态链，开发更为广泛、可持续的解决方案组合，积极拓展3D打印在各大领域的应用，引导客户使用好这项技术，培植应用市场。只有应用市场起来了，大家才都有未来，在这方面，只要技术过硬，所有设备商都是平等的。可是，我们不能只看到成绩，还得看到不足。TCT的展台上摆满了各个行业的展品，打印机工作过程中的状态确实也都还可以，但问题在于，终端用户是否认可了你的打印机，因为不是说设备可以打印、适用于某某领域就可以了。就模具而言，华南的众多模具厂对eos、slm solution、雷尼绍的认可度远比国内设备强得多。EOS在中国过去两年模具市场的设备总销量已经由5台增加到近40台，几乎每年设备销量翻番，深圳德科在过去两年内已经陆续购置8台M290金属设备，专注于模具服务。而国内品牌却难以进入这个领域，基于原因还是跟设备有关，设备的重复性、稳定性是否靠得住直接影响到产品的性能，这里面还有不少的差距。对于光固化，业内最为熟知的当属恒通、联泰以及中瑞，只是后起之秀已经赶超行业前辈，好在已经意识到问题正在深度改革，相信一年后当可以看到它实实在在的变化。就整个行业来说，光固化在汽车及零配件、航空、电子电器类、汽车音响、工业设计/手板服务、玩具/日用品、医疗等领域都有应用，最受欢迎的还是工业设计和手板服务。可是，好好的一个SLA，怎么就被价格战给玩坏了。SLS以前是指打印PS、覆膜砂，虽然也叫SLS，但对于今日而言就显得落后不少，还好国内的华曙、北京易加取得了很好的成绩。SLS已经在汽车、医疗等领域取得了非凡的应用，这是我们国家值得骄傲的事情，但对于行业内人员来说，还需看到差距，毕竟人家eos都可以打印peek了。至于桌面机，到底该怎么发展，是走无性能要求的低端路线，还是走高逼格的高端路线？还是说把设备往大里做就可以了？这次的TCT展会上低端桌面机已经极少了，取而代之的是金属FDM，碳纤维FDM，PEEK FDM。笔者认为桌面机单纯的做大没有太多意义，它的受众太有限；走低端路线不是不行，但是还是得做稳定才行，这样便可以在教育、日常消费领域占据大片江山，在此方面国内的闪铸和西通就不错；再就是高性能FDM打印机了，它不一定非得是工业级，但这个方向将会越来越重要，国内在该方面已经有了自己的产品，但是还不够丰富，距离形成品牌、形成特色尚需时日。材料方面，国际大牌纷纷加入这个行业，把材料牌号细分到了具体的产品，国内材料厂商面临着巨大压力，虽然材料厂商的数量在激增，但是3D打印材料的质量在精而不在厂商的多少。在此方面，国内的易生和中航迈特是值得骄傲的。就形式而言，其实仍旧不乐观，国际寡头纷纷进入这个行业，像欧瑞康、巴斯夫、朗盛，他们一个公司一年的产值比这个行业的总产值都要大，3D打印只是他们一个小小的业务。其实这样也好，只有这些国际巨头加入，才能找到哪些地方才需要3D打印，更好的带动这个行业的发展。总的来说，这个行业目前的状况是，设备商、材料商忙的不亦乐乎，终端应用部门在设备商的帮助下积极推进应用，而夹在中间的服务商就很尴尬了，尚不知未来这部分企业会如何。延伸阅读：图解2012-2017 3D打印市场变化2018:3D打印行业会有哪些变化3D打印200亿市场如何实现？更多内容，请持续关注3D打印技术参考。转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：辩证分析：3D打印市场的喜与忧

3D打印的未来在工业应用，在产品的直接制造。此次TCT展会与往年相比，最大的不同之处还在于桌面机数量锐减，国内大型工业设备陆续登场，以及航空航天、医疗、汽车、模具等行业对3D打印应用的明显进展。作为TCT最后一篇内容，笔者本期列举3D打印的应用。改日，笔者会另发一篇关于当前市场变化的文章，期待大家关注。一. 航空航天、军工、卫星行业诉求：1. 缩短研发周期；2. 减少零件数量，制造复杂结构零件；3. 提高原材料利用率，降低生成成本；4. 可有效实现零件轻量化，减少航空组件重量。3D打印解决方案：1. 无需复杂传统加工程序或任何模具，直接将概念设计转化成实体，缩短外形验证及功能性验证周期，提高研发效率；2. 加工过程不受零件复杂程度影响，轻松实现复杂结构零件制造；3. 与传统工业相比，3D打印可以整合多个零件，变成一个功能零件，节约原材料，显著降低制造、组装成本；4. 可优化复杂零部件的结构，减轻零件重量，轻松实现航空组件轻量化。举例：航空喷嘴传统方法是将几个零件合并成一个，3D打印实现一次成型，并优化了内部冷却流道，提升了冷却性能。观测卫星天线支架传统的观测卫星天线支架由几个独立的部分通过柳钉结合，重量大、发射成本高。通过拓补结构优化和3D打印，天线支架减轻了40%的重量，比最低要求强度提高了30%，降低了系统成本和燃料消耗，并顺利完成静动态测试和可靠性测试，成为航天认证产品。喷油嘴某型号航空发动机3D打印喷油嘴，将零件数量减至1个，改善了喷油嘴容易过热问题，同时提高了燃油效率及喷嘴使用寿命，提高发动机的综合性能。二. 汽车行业诉求：1. 缩短研发周期2. 制造复杂零件3. 降低成本3D打印解决方案：1. 从概念模型到功能原型，可用来完成测试和设计验证；2. 灵活制造，特别适合复杂组件、复杂管道及薄壁件的制作；3. 不需任何额外工具，无需铸造、压铸，缩短开发时间，大大降低开发成本。举例：功能零件制造为了防止燃油泄漏产生意外，须保证各个喷油器支座之间的间距相等；如采用传统铣削工艺来制作，一是加工难度大，需要五轴数控铣床才能加工出来，其次是铣削量较大，材料利用率不高；采用3D打印技术既可提高材料的利用率，又能实现轻量化设计后复杂结构的生产要求。轻量化制造汽车减重对于减少油耗，增加操控性和安全性具有重要意义，铸造技术已经在工业产品生产中使用了数百年，结合3D打印可以实现该目的。通过设计优化、铸造模拟、疲劳分析和3D打印技术的结合，使汽车轮毂支架减重达到80%，强度增加数倍，驾驶性能得到更高提升。原型设计3D打印用于实验模型和功能原型的制作，可实现快速修改设计方案并反复大量迭代。在确保原型产品设计质量的同时，大大缩短产品设计和原型开发所需的时间，提高研发效率。三. 医疗行业诉求：1. 根据患者特点量身定制； 2. 能够实现高效定制，缩短手术时间，降低手术风险；3. 提高人体力学适配和生产融合度。3D打印解决方案：1. 根据个体特点建立模型，高精度打印确保与患者病灶完美匹配； 2. 通过3D打印，快速高效地实现验证、手术，提高治愈率；3. 可制造骨小梁、多空结构，改善假体与骨骼力学适配，加速组织融合假体。4. 减少制造环节，一次成型，大幅提高效率及成本。举例：植入体 钛合金全髋关节假体，3D打印轻量化桁架结构可提供足够的力学强度，轻量化效果可减少病人的负担，同时促进肌肉、骨骼等组织的增长。医疗术前模拟产品利用不同颜色，不同质感的材料固化成型，模拟人体不同的部位，以此区隔，在手术前或教学中给到医生参考，提高手术成功率。齿科齿科可以实现最大程度的定制化，多种独特结构轻松实现，相比传统手段制造环节更少，加工时间更短，精度更高，成本更低，更好的适应个性化需求。四. 模具行业诉求：1. 缩短注塑冷却时间，提高脱模效率； 2. 解决冷却过程中不能有效控制模具温度，导致模具内部温度不均造成的产品变形问题；3. 缩短模具研发周期及制造成本。3D打印解决方案：1. 直接打印出的含随形水路的模具，冷却水路可更好贴近注塑产品，三热面广，有效降低冷却周期，生产效率提高35%以上； 2. 随形冷却使模具温度分布均匀，有效防止产品翘曲变形，开裂飞边，气泡砂眼等产品缺陷；3. 实现设计的无限性、较少的人工参与、模具制作周期大大缩短，多个环节降低成本。举例：注塑产品该模具传统注塑周期须59s，顶部无冷却造成装配孔薄壁变形、飞边、脱模困难，成品率只有86%；使用3D打印随形水路后，注塑周期减至38s，装配孔和薄壁变形得到控制，飞边、脱模困难现象基本消失，成品率达到95%。轮胎模具轮胎模具的加工精密程度直接影响到轮胎的精度和质量，甚至是轮胎的安全和驾驶的舒适度。轮胎的温度具有角度多、弧度多等特点，传统加工难以精准完成。 3D打印可完成传统机加工难以实现的形状和复杂度，可参与制造更复杂、更大抓地力和稳定性的高附加值轮胎；而其快速制造的特点使交货周期缩短了2/3，更快研制新模具新纹路，免去了冲压、折弯等工艺。五. 消费品3D打印消费品的出现丰富了人们生活，使工业生产也变得简单容易。AERO自行车头盔这款轻便可定制的头盔，不仅能满足大众的审美需求，而且能满足人体工程学方面的愿望。通过3D打印，可为每个用户量身定制，更重要的，这款头盔打印完成可以直接使用。逼真玩偶与教学工具利用不同材质、不同的工艺技术，将学生想象和设计出的产品变成最终可以实际摸到、可以组装和进行功能测试的模型，最终验证设计的可行性。3D打印鞋类鞋底以鸟类骨骼为灵感，拥有类似鸟类骨骼的参数化支撑结构，通过3D打印技术来制造，与仿生形态相结合实现了轻量、透气、软弹等一系列特性。总结由于篇幅所限，笔者仅列举主要的应用领域和案例，3D打印应用于垂直领域才刚刚开始，还有很长的路要走，需要更多的专业人士参与。纵观此次展会，实际的应用案例正在增多，可以说，应用的发力已经显现。笔者用心总结，若值得一用，请给于笔者积极赞赏。转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：2018 TCT 应用篇

1. 杜邦新品名称：Hytrel 3D4000FL/Hytrel 3D4100新品特色：Hytrel 3D打印材料有两种不同的硬度规格（Hytrel 3D4000FL邵氏D硬度40和Hytrel 3D4100邵氏D硬度60），具有高柔韧性，高耐热性和耐化学腐蚀性的同时兼具高强度和持久性，供客户灵活制造所需部件。使用Hytrel规格材料打印出的部件，其全方面机械性能可与注塑产品相媲美。新品名称：Zytel 3D1000FL新品特色：Zytel 3D1000FL材料可制造高强度的硬质功能性部件。采用Zytel 材料打印的部件具有超高强度及热变形温度，翘曲度和湿度敏感性低，同时表面也相当美观。2. 江苏威拉里新材料新品名称：模具钢粉末18Ni300新品特色：18Ni300作为金属增材制造技术专用马氏体时效钢，具有强度高、焊接性能好、韧性以及冷热加工性能好等特点。公司采用真空气雾化工艺生产出高品质3D打印18Ni300金属粉末，在生产过程中采用惰性气体保护，避免了雾化过程金属液体与空气接触而造成紊流，进而导致的粉末相互粘结。所生产18Ni300粉末球形度达到90%以上，氧含量控制在200ppm以内，粉末流动性好，完全符合3D打印要求。新品名称：高熵合金粉末新品特色：高熵合金是材料研究的新兴领域，具有很大的学术研究意义和工业发展潜力。具有高强度、高硬度、高热阻、高电阻、耐磨、耐腐蚀等优异性能。当前高熵合金的制备主要有：真空熔炼法、粉末冶金法机械合金化法、激光熔覆法、喷涂法等。威拉里现已采用真空气雾化工艺生产出多种成分的高品质高熵合金金属粉末，如FeCoNiCrMo，FeCoNiCrMn，AlCoNiCuTi，AlCoNiCuTiSi，AlCrFeCoNi等。粉末化学成分稳定、球形度好、氧含量低、流动性好、粒度分布均匀，为高熵合金研究开发提供强有力支持。3. Polymaker新品名称： PolyMideTMCoPA新品特色：PolyMideTM Co-PA 是一款尼龙共聚物3D打印材料。 它将出色的耐热性与极高的机械性能相结合，成为一款拥有卓越打印性能的工程材料。 PolyMideTM Co-PA的软化温度超过175°C, 可以用来打印耐高温和耐摩擦的工程样件或装配件。 新品名称： PolyBox新品特色：PolyBox 能够在打印过程中储存打印线材，为其提供最优打印环境以保证打印件的打印质量。 PolyBox中的温湿度计可以实时显示里面的温度和湿度，并且同时放置两卷1Kg 1.75 mm 或 2.85 mm 线径打印材料或者一卷3Kg， 1.75 mm 或 2.85mm 线径的打印材料。新品名称： PolyLite新品特色：PolyLite 系列包括3个产品, PolyLite PLA, ABS 和 PETG。PolyLite PLA与Polymaker的其他PLA一样，采用 NatureWorks公司的Ingeo PLA树脂为原料，加以 Polymaker专为3D 打印而开发的独到加工工艺制造而成。由Polymaker 工程师研发的PolyLite ABS材料，显著改善了翘边的情况并大大降低了难闻的气味的释放，使其成为了一款打印特性和机械特性都非常优秀的材料。PolyLite PETG 具有介于PLA和 ABS 之间 的硬度、韧性和抗冲击性，加上透明无色的特性，非常适合日常打印。4. 中航迈特新品名称： 钛合金粉末/高温合金粉末/铁基合金粉末/铝合金粉末新品特色：粉末优势：高球形度、高流动性、低氧含量。应用范围：航空航天、汽车、模具行业、医疗器械等领域。适合用于：EOS、SLM Solutions、ConceptLaser等打印设备。产品参照：GB/T1220、GB/T14992、GB/T3620、ASTMB168、ASTMF2924、ASTMF138、ASTMF75等标准。新品名称： 真空感应气雾化AMC-VIGA-100 / 电极感应气雾化AMC-EIGA-50新品特色：中航迈特科研团队成功突破了EIGA、VIGA制粉炉技术瓶颈，生产的粉末产品品质赶超国内外同类产品的技术指标。目前公司成套输出EIGA、VIGA制粉炉生产线，包括制粉设备、外围气站及供水设备、粉末筛分设备和粉末检测设备等，提供交钥匙工程，同时所有粉末相关设备也可单独销售，提供终身的免费技术支持。5. 东莞精研粉体新品名称： 全系列3D打印专用铜合金粉新品特色：精研全系列3D打印专用铜合金粉包括紫铜系列、青铜系列、黄铜系列等不同材料、粒度、应用领域的铜合金粉。粉体球形度高、流动性好、分散性好、氧含量低，适用于国防、军工、模具、电子、饰品等领域。新品名称：银合金粉新品特色：精研银合金粉球形度高、流动性好、分散性好，可用于多个领域，如含3D打印在内的各类增材制造、电子浆料、电工合金等。6. 深圳光华伟业新品名称：eASA线条新品特色：eASA改性树脂是一种由丙烯腈（Acrylonitile）、苯乙烯（Styrene）、丙烯酸橡胶（Acrylate）组成的三元聚合物，属于抗冲改性树脂。eASA与ABS的结构相似，具有作为工程塑料时所拥有极佳机械物理性能；由于聚合过程中取代了含双键的丁二烯，因而具有优异的耐侯性能及抗UV性能；同时还有较好的耐高温性能，且eASA还是一种防静电材料，能使材料表面少积灰尘。新品名称：ePA-GF玻纤增强尼龙线条新品特色：此款产品初外观为米黄色，呈半透明状；是中等填充量的玻纤增强型尼龙，相较纯尼龙耗材，其机械强度、刚性、模量等都有着大幅度提升；耐蠕变性、耐疲劳强度与耐热性也有着明显提升，其中热变形温度可达120℃，同时具备极佳的打印性能，出丝流畅不堵头，不易翘边；线条外表光滑细腻，无玻纤外漏，避免了接触时对人体的伤害；ePA-GF由于加入了玻纤，打印收缩率较纯尼龙小得多，因而打印大型制件收缩变形小。7. 科莱恩化工新品名称：Exolit PA6新品特色：科莱恩Exolit 阻燃剂产品组合以磷化学应用为基础，为建筑物、电子电气设备、纺织品以及飞机、火车、汽车和船只的设备提供更加环保的保护。科莱恩实现了Exolit 阻燃剂与PA 6 的巧妙结合，为广泛的终端应用领域提供出色的3D打印耗材。通过使用ExolitOP 1230，Exolit 阻燃性PA6 3D打印耗材实现并超过了UL94 V-0阻燃等级。科莱恩Exolit PA6耗材的性能表现：具有阻燃性能的材料、半结晶的热塑性材料、较高的抗冲击强度、刚性高、卓越的耐磨性、良好的耐高温性。适用于电气与电子设备的功能性零件、航天和运输领域的功能性零件、功能性原型、及无人机。来源：TCT亚洲展转载请注明出处长按添加订阅Share the World's 3D…