2017年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）发表了一项研究，揭示了一种采用高功率激光光束控制技术用于金属3D打印的潜力。2022年初，一家名为Seurat的公司获得了2100万美元B+轮融资，其声称可以将超过200万点的激光聚焦在金属粉末床上，每个点的功率和持续时间完全可控，从而打造出生产级的全功能组件。后者的技术，即是来自5年前的那项研究。 这项技术被称之为区域金属打印，吸引了来自西门子能源、大众汽车、施乐和保时捷等巨头的强烈兴趣。按照Seurat的说法，新的成型工艺比现有的粉末床熔融金属3D打印快10倍；而随着技术成熟，到2025年，这个数据可以达到100倍；打印速度的提升必将带来制造成本的降低，Seurat预计采用该技术制造零件的平均成本到2025年可降至150美元/公斤，达到与铸件相当的水平，到2030年则会降至25美元/公斤。这项技术将深刻影响1万亿美元的金属制造市场。本期，3D打印技术参考介绍的重点不在这项技术如何深刻影响3D打印制造效率和成本，主要解读一束激光包含200万激光点该如何解读。 面区域打印与激光逐点打印对比 面区域打印，顾名思义，可以一次成型一个面，不过这个面并没有想象中的那么大。Seurat给出的技术文件中显示可以做到15×15mm，但实际打印的视频并没有显示出那么大，实际上仍然如此前研究中设置的2×2mm。即便如此，其对速度的提升也是空前的，传统SLM逐点扫描一次成型光斑直径那么大的尺寸，也就是100μm左右的范围，而区域打印一次可成型2×2mm，但对速度的提升也是空前的。如果能够实现15×15mm的面区域打印，这种速度的提升将达到1000倍。 一次允许200万个激光点同时烧结，实际并没有15×15mm，但依然比逐点扫描快的多 而所谓的200万激光点，实际上仍然是一束激光，其中包含了200万个激光点，它是一个约数，每个激光点的直径为10µm，恰好组成了15×15mm的区域。值得注意的是，每一个激光点都如同传统SLM那样具有极高的能量，因为其采用的脉冲激光具有更高的峰值激光功率，但只在很短的脉冲中发射，一次打印一个区域。 激光点的出现，与光处理有关。首先将零件的一个切片，按照15×15mm的区域划分，就如同贴图一般。每个区域的图像本质上以像素的形式体现，就像一张照片，在PS软件中不断放大，即可看到一个个的像素点。Seurat将每个像素点按照10μm计算，在15×15mm内就是约200（225）万个激光点。它的出现是图像对光束作用的结果。通过控制图片的灰度还可以控制每个激光点的功率，这对熔化过程就有了很好的控制，从而为良好的表面质量、无支撑打印以及梯度材料制造等创造了条件。 切片区域划分 图案化的像素点示意 该技术的重点在于光学控制过程。整个系统包括一组二极管激光器、一个非相干光束组合光学系统、一个短脉冲激光器和传输光学器件、光学可寻址光阀(OALV)、图像投影仪以及打印平面上方的其他光学器件。 具体的说，四个1007nm、高功率的激光二极管阵列（每个约1.25kW）通过一组转向镜和一个柱面透镜(L1)进行空间集束，然后通过一对透镜(L2、L3)重新成像并定向进入光束均化器。输出的平场光继续通过第二组光学器件（L4、L5）到达偏振补偿器对，然后1064nm的脉冲激光束与上述光束混合共用一路光学通道。这种水平偏振混合红外激光脉冲通过光学可寻址光阀(OALV)，由投影仪投出的470nm波长图案化光束将选择性的解决红外光束中的偏振旋转：被寻址为“开”像素的红外光以水平偏振通过光阀和随后的偏振器，而被寻址为“关”像素的红外光在光阀处经历垂直偏振旋转，并通过偏振器被引导出光学系统进入光束转储。最后，图案化的混合光束通过最后的光学器件(L6-L8)被引导到构建平面上，实现图案面成型。后续脉冲激光的引入，在研究中被描述为实现更好的熔化和表面质量等，这与二极管激光的传输及热扩散有关。需要注意的是，研究和专利及公开视频中所展示的短波脉冲激光的引入是在光阀之后。 滑动查看更多区域打印光学控制图 区域打印光学原理动画演示 ‍ 一个重要的秘密在光学可寻址光阀(OALV)上面，它负责分配每层切片的图案掩码，而每个掩码会对传输进来的激光进行偏转。具体的说，一层切片会被分割为多个2×2mm（按早期研究）的区域图，或称子掩模。因为受到短脉冲激光的限制，只有光束中心2-3mm的范围内足够均匀，所以划分的区域当时只有那么大，这也意味着每个图案的尺寸在这个范围内，最后通过100μm的重叠将这些“贴图”融为整层。每层子掩模（或贴图）的划分和位置都是重要的参数，采用程序控制，实现高精度打印。 一个切片层由多个区域化的图案组成，并通过100μm的搭接熔为一体 简单的说，首先将多束激光集束并整形为一个方形光斑，然后通过将脉冲激光与传统投影仪发出的有图案的蓝光叠加，光学寻址光阀根据蓝光重叠使激光束偏振，从而形成一个有图案的激光场，这束高能量的图案化激光实际上被切片子掩码的像素点分割成了200万个激光点，从而能够瞬间熔化整个投影区域。 区域打印原理介绍 面区域效果图 区域打印实现的是传统SLM所难以做到的大批量、低成本制造，同样包括声称能够实现这些要素的粘结剂喷射金属3D打印技术。两者的不同在于，前者在保障了低成本、高效率、大批量制造的同时，无须像后者那样经历漫长的脱脂、烧结过程，而且具有更高的性能、更高的精度和更容易的控制变形的能力。与Velo3D的无支撑金属3D打印相比，根据已公布的文件可知，Seurat能够通过控制图像的灰度进而实现对每个激光点时间和空间及能量上的控制，进而有望实现无支撑打印。Seurat的主要应用领域已被确定为汽车和消费品行业，并已经从全球最大的汽车、航空航天、能源、消费电子和工业公司获得了八份加入其商业化计划的意向书。其募集到的资金将用于制造生产级的3D打印系统，该系统能够将3D打印的成本降低到300美元/公斤——这与机械加工生产的零件相当。面区域金属3D打印将增材制造的所有优势以更低的成本和更高的效率融入到所有可能的制造领域，从而为金属制造市场贡献力量。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QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.55倍速？金属「多层并行打印技术」的原理与存在的问题 3.不加支撑、多层堆叠，让金属 SLM 3D打印更灵活，并实现大规模制造 4.专题：金属3D打印企业（产品）差异化竞争的六个实例

近日，电池3D打印专家Sakuu Corporation在其锂电池开发方面达到了新里程碑，实现了800Wh/L的基准能量密度，远高于目前市场常见锂电池500-700Wh/L的能量密度。这为实现2023年超过1200Wh/L的全3D打印固态电池目标迈出了重要一步。 采用全新3D打印方法制造的安全、可持续和高性能固态电池可以解决关键的供应链和安全问题，同时可以解决当前锂离子电池制造过程中的诸多限制。Sakuu于2021年推出了一款专为大规模生产电动汽车电池而优化的工业级3D打印平台，通过结合粉末床和材料喷射沉积技术，该机器能够在同一零件层内实现陶瓷、金属和载体的多材料一体成型。该技术可以制造出比现有电池具有改进接口和更高强度陶瓷层的能量存储设备，同时集成更容易大规模生产的单片分层电池。3D打印电池，由于能够仅使用必要的材料，因此可以节省材料、减小尺寸并提高能量密度。 Sakuu固态电池 Sakuu的第二代全3D打印固态电池有望在2023年开始出货，该公司预计其能量密度将再次“大幅飞跃”成为世界第一。Sakuu采用3D打印方式生产的电池，与传统锂离子电池相比，体积减半，重量也减少到了三分之一，而电池的能量密度是现有锂离子电池的两倍。为进一步证明其增材制造技术的可行性，该公司已经建立了一个试点电池3D打印的试验产线，据报道，该产线每年能够生产高达2.5MWh的固态电池，后续通过扩展，每年将能够产生高达1GWh的容量。去年10月，Sakuu完成了一轮6200万美元的融资，将被用于推出其第一代固态电池，并研制第二代电池3D打印机。 传统电池于固态电池的区别 Sakuu 的电池技术基准路线图 传统技术在提高能量密度时，需要使材料变得更薄，几十微米厚度的陶瓷在制造过程中非常难以处理。与其试图解决将含有液体的器件层压在一起，不如直接打印电解质、金属和其他材料。通过将陶瓷和金属组合在一个单一的构件中，可以3D打印薄至1mm的器件，其中可以发生化学反应。虽然该技术可能无法实现足够精细的特征尺寸以生产半导体，但它可对大量导电或具有内部通道的大型物品有用。 3D打印电池技术原理 Sakuu3D打印电池过程 Sakuu声称，其第一代非打印锂金属电池中实现800Wh/L的能量密度是在实现全3D打印高性能固态电池并改善储能的目标方面迈出的重要一步。除了800Wh/L的成就外，该公司的锂电池还被发现在200次循环后表现出97%的高能量保持率。循环完成后，预计电池在800次循环时会保持80%的存储率。 固态电池对电动汽车至关重要 Sakuu一直将重点放在用于电动汽车等应用的3D打印固态电池上。但多材料3D打印对于航空航天和汽车的有源元件如传感器和电动机，消费电子产品的移动电源和散热器，物联网中的PH、温度和压力传感器，以及用于医疗的病原体检测器和微流体设备，同样具备制造的可行性。 储能设备的3D打印在很大程度上具有巨大的应用市场，然而大部分工作仍处于研究阶段。不久前，瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员就使用3D打印制造了一种可持续的新型超级电容器。黑石科技则于2021年实现了锂离子电池的批量3D打印生产。3D打印材料专家6K则开设了一个耗资2500万美元的新设施，专门用于寻找可持续能源存储替代品，以找到用于电池生产的最佳原材料。 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QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.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 3.铂力特金属3D打印技术助力2022北京冬奥会、冬残奥会火炬研制 4.千呼万唤始出来，Desktop Metal终于交付第一台生产级粘结剂喷射金属3D打印系统

知名3D打印企业纵维立方（Anycubic）最近好戏连场，先是围绕宇宙、星际等元素在社媒上发起多场活动，而后官宣将于3月27日举行线上新品发布会，随消息一同呈现的海报更是引来行业和用户无限遐想。 从发布会海报中的“Photon M3”和“Kobra”等字眼及机器剪影来看，纵维立方将推出涵盖光固化&熔融沉积技术的全新系列3D打印新机。对于即将到来的新品，笔者也对其可能具备的特性进行了大胆猜测。在光固化领域，尺寸和精度是绕不开的话题，而FDM用户则更看重便捷的体验，新品极有可能会在这些用户关切的点上发力。 近年来，国内外3D打印市场发展态势持续向好，越来越多的大众消费者都加入了3D打印机的体验和使用，我们在各行各业看到其应用的场景也越来越多。基于“以3D打印技术实现创作和智造自由”品牌理念而成立的纵维立方，在第一季度提出“纵维宇宙”的品牌理念。结合前段时间大热的元宇宙概念，我们可以猜想，纵维立方可能在新的一年将持续推动产品系列的多元化，将3D打印生态逐步完善，以期实现“为智造自由”。 3D打印技术拥有无需开模、一体成型、生产周期短等特点，可快速精密地制造出复杂形状的模型。在纵维立方等企业推动下，此项技术正在与各行业的数字化升级过程相融合，为降低成本、提高效率的智造模式提供了全新的机遇和可能。 据了解，纵维立方最初从FDM 3D打印机入手，于2016年推出拥有多项专利技术的一代经典产品Anycubic Mega，其搭载的“晶格玻璃平台”等技术极大地提升了使用体验，一经发布便以迅速抢占了欧美市场。Anycubic Mega爆火一年后，纵维立方意识到光固化技术能够在打印速度和质量上更好的帮助行业应用者完成创作，于是迅速研发并推出了Anycubic Photon系列3D打印机，为用户提供了效率和成品精细度皆属上乘的制模工艺，并因此荣获海外知名3D打印媒体ALL 3DP授予的“光固化领域的先驱”称号。 为满足用户对高品质桌面级光固化3D打印设备的使用需求，纵维立方于2020年推出集合了Anycubic Photon Mono系列产品，在历代产品优秀基础上将屏幕升级成为了黑白曝光屏，从而拥有了更高打印质量和使用寿命。随后，2021年纵维立方再次推出全球首款桌面级DLP 3D打印产品Anycubic Photon Ultra以及行业首款搭载9.25寸6K黑白曝光屏的Anycubic Photon Mono X 6K，满足了齿科、珠宝、耳部器件和手办/文创等领域应用者的个性化定制需求。 “以3D打印技术实现创作和智造自由”是纵维立方成立的初衷，也是奋斗的源动力，此次间隔仅数月便又再次举办新品发布会，也代表着纵维立方一直在推陈出新从而帮助更多行业和用户实现“为智造自由”。至于3月27日发布会精彩还有待官方进一步发布，对3D打印行业最新科技抱有兴趣的朋友可持续关注。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.中船重工工程师3D打印2000个独立零件，打造超级炫酷燃气轮机 3.8本3D打印行业应用报告，覆盖航空航天、汽车、生物医疗及服务等多领域 4.一种新型光固化3D打印工艺装备，能够处理50倍于标准的高粘度树脂

生物3D打印技术利用3D打印机将含有细胞和生物材料的墨水打印出特定的形状结构，是最有希望实现在体外制造人类器官的新兴技术之一。然而，目前的生物3D打印技术尚不能制造具有生理功能并且能够长期存活的复杂器官，这也是生物3D打印技术发展的一个瓶颈。造成这一问题的主要原因是现有的生物3D打印机均只能在水平和竖直方向上逐层打印细胞，这种逐层累加的打印方式无法实现细胞和血管网络的有机融合，从而导致打印后的细胞缺少营养供给而难以长时存活。 此外，为使打印后的细胞能够相互固定在一起，现有的生物3D打印技术均需在细胞中添加可固化的生物材料，这些生物材料的添加虽然可以短期固定细胞，但也会阻碍细胞间形成连接而影响细胞存活。   研究团队的六轴生物3D打印机 为解决上述问题，中国科学院遗传与发育生物学研究所的王秀杰研究员团队与英国曼彻斯特大学王昌凌教授团队、清华大学刘永进教授团队联合攻关，于近日发表在生物材料领域顶级期刊《Bioactive Materials》上。该研究提出了一种基于六轴机器人并且不依赖于生物材料固化的细胞打印新策略，从而实现了全角度细胞打印和打印后细胞的长期存活。 在该研究中，团队创造性地将六轴机器人改造成为生物3D打印机（六轴机器人生物打印机），由于该打印机的每个轴都可以进行360°转动，所以理论上可以在空间中从任意角度进行细胞打印。为避免生物固化材料对细胞活性的影响，团队设计了油浴细胞打印体系（Oil-Bath-Based Cell Printing），即在矿物油的疏水作用力下，打印的细胞可以不受重力影响而稳定地贴附在生物支架的任意表面，并自发地与生物支架和周边其他细胞形成紧密连接，从而使得在复杂血管支架上全方位打印细胞成为可能。 六轴生物3D打印机在支架上打印心肌组织 六轴机器人生物打印机通过油浴打印的细胞具有与人工操作相同的存活率（>98%），并且能够保持正常的细胞周期和生理功能。 团队进一步从组织器官发育的角度出发，模拟发育过程中组织器官体积增大与其内部血管网络生长相协同的规律，设计了循环式「打印-培养」的器官制造方案，即在灌注有细胞培养液或人造血液的血管网络支架上打印一层或多层细胞后，将血管支架和打印后的细胞共同培养一段时间，使得新打印的细胞间形成细胞连接和毛细血管后，再进行新一轮的细胞打印。重复这一「打印-培养」过程，则可使打印后的细胞间形成类似体内的血管网络，从而支持打印组织或器官的长期存活。 六轴生物3D打印机的工作过程 机器人平台可以将不同的生物墨水协同打印到复杂形状的支架上 应用上述方案，团队利用六轴机器人生物打印机在血管支架上开展了血管内皮细胞和心肌细胞的打印实验，证明了循环式「打印-培养」方案能够在血管支架上制备完整的内皮细胞层，并且在生血管因子的辅助下生长出新血管和毛细血管网络；打印的心肌细胞可以在短时间内形成间隙连接（Gap Junction），恢复并长期维持规律性搏动。通过这种循环式「打印-培养」方案协同打印血管内皮细胞和心肌细胞，团队制造了具有毛细血管网络、能够在体外存活并维持搏动超过6个月的心肌组织。 打印后第十天后，心肌细胞血管化 第 180 天检测到心肌细胞和内皮细胞 研究团队进一步发挥六轴机器人生物打印机低成本、高拓展性等特点，构建了由两个六轴机器人组成的协作生物打印平台，实现了在复杂血管支架上快速、有序地协同打印多种类型细胞，表明该体系在制造具有复杂物理结构和多种细胞类型的人类组织器官方面的优势。 除该研究之外，心脏组织的3D打印一直在进步，3D打印技术参考一直在进行跟踪报道。2019年，以色列特拉维夫大学研究人员宣布，他们用人类的脂肪组织，通过3D打印技术制作出了一颗“人造心脏”，虽然只是一个微缩版的原型，却是人类“首次成功设计并打印出一个具有细胞、血管、心室和心房的完整心脏”。同年，来自瑞士和荷兰的研究团队采用体积3D打印技术，使用仅仅几秒钟时间就在含有干细胞的生物水凝胶内“雕刻”出了复杂的组织形状，并通过添加内皮细胞实现了组织血管化。2020年，明尼苏达大学研究团队开发了一种新型生物墨水，3D打印出了具有腔室、心室和血管结构的心脏，在体外培养了60天之后，具备了泵血功能。 以色列科学家3D打印血管化心脏 明尼苏达大学研究团队3D打印人类心脏具备泵血功能 在本研究中，王秀杰/王昌凌/刘永进合作团队创造性地开发了「六轴机器人生物打印机」和「油浴细胞打印体系」，提出了模拟器官发育过程的新型循环式「打印-培养」方案并证明了其在制造复杂器官方面的优势，打印制造了具有毛细血管网络并可长期存活的功能化心肌组织。 这一全新生物打印体系突破了传统生物3D打印技术的平层打印局限，为复杂组织器官的体外制造提供了一种更加可行的解决方案。 注：本文内容来自新智元。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.欧盟批准人工心脏投入商用，3D打印心脏未来可期 3.3D生物打印的革命：会跳动的心脏，会呼吸的肺和会生长的骨 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）

近日，领先的粘结剂喷射金属3D打印技术制造商Desktop Metal终于将第一台生产级系统（Production系列）交付给客户，标志着该公司用于最终用途金属零件大规模生产的旗舰增材制造技术真正商业化。 这台被称为P-50的打印机，是有史以来最受期待的先进制造系统之一，是近1亿美元投资和由Desktop Metal工程师和材料科学家为之奋斗了四年的产物。Production系列概念的提出是在2017年，其开发时间之长，以至于让国内某公司放弃了代理权。该系列产品旨在大规模生产高性能金属零件，其可重复性和成本可与传统制造竞争。 Desktop MetalP-50 第一台生产级系统的客户是史丹利百得公司（Stanley Black & Decker），这是一家生产并销售工业工具及安全方案的公司，生产手工工具、电动工具及相关配件，机械入口方案和电子安全方案、工程紧固系统。该公司总部位于美国，在美国拥有近50家制造工厂，在全球的工厂数量达100多家。 凯奔三维业务总监张磊指出，自2015年之后，新的3D打印工艺从材料性能、效率、成本等方面都有质的改善。比如连续碳纤维技术、高速尼龙技术以及Desktop Metal这种粘结剂金属打印技术。国内很多大企业用户（军工除外）到目前仍对3D打印技术感到沮丧或信心不足，因为在2012-2018年之间他们花费大价钱采购的3D打印设备绝大部分闲置，发挥的价值非常有限。而美国人对粘结剂喷射技术寄予厚望，认为通过发展这种技术可以实现制造业回流。在我国大量企业发展SLM的同时，需要有更多人关注粘结剂喷射技术。 Desktop Metal采用单程喷射技术，相比此前同类系统具有更高的制造效率，设计速度达到了传统粉末床金属3D打印技术的100倍，并且能够以与传统大规模生产技术竞争的成本每年生产多达数百万个零件。除此之外，该技术可实现无支撑打印，力学性能与铸造相当，可用材料广泛，行业趋向于认为粘结剂喷射将比SLM具备更广阔的应用前景。 粘结剂喷射金属3D打印可批量制造金属零件 P50系统具有490 x 380 x 260 mm的成型尺寸，并集成了包括十种金属的强大材料工艺库——从商业纯铜到不锈钢，同时他们也在积极开发其他金属合金。不过，这台设备并非是Desktop Metal最大成型尺寸的粘结剂喷射金属3D打印机，因为该公司于2021年收购了另一家领先的同工艺类型的制造商——Exone。 3D打印技术参考此前已有多篇文章介绍Exone的技术，无疑它曾在该技术领域最为知名。作为粘结剂喷射3D打印技术的领导者，ExOne推出了多款已经商业化的打印机，其服务中心所交付的零件数量也在2021年超过了200万件。该公司具有几十种创新性的金属材料3D打印工艺，并于去年上半年率先突破了铝合金的粘结剂喷射技术成型和制造。2019年，该公司推出X1160PRO，凭借800x500x400mm的成型尺寸成为迄今为止最大的金属粘结剂喷射3D打印机，而无论Desktop Metal、HP还是GE Additive，他们不仅是后来者，更在技术层面未曾实质性的超越Exone。 在被收购几个月后，Exone的部分产品已经被集成到Desktop Metal的产品系列中，包括InnoventX、X25Pro以及X1160PRO。InnoventX是入门级的粘结剂喷射系统，非常适合学术、研发和小批量生产应用。X25Pro是一种易于使用且高效的中型解决方案，已在全球范围内用于批量生产，具有400 x 250 x 250mm的成型尺寸。 X1160PRO X25Pro InnoventX Desktop Metal对Exone的收购，已经初显对粘结剂喷射金属3D打印领域的统治地位，目前它几乎可以提供所有层级的粘结剂喷射增材制造产品，为客户提供比以往更多的选择。 近日，全球微反应堆和核电技术开发领域的领导者USNC（Ultra Safe Nuclear Corporation）购置了两台Desktop Metal最近更新的X系列粘结剂喷射系统，这些能够打印碳化硅等先进材料的机器将是促进用于新一代先进核反应堆创新燃料设计的关键。USNC核心部门执行副总裁表示，X系列的先进材料能力是其创新燃料设计方法的基础，对于USNC复杂的批量生产来说，粘结剂喷射是一种低成本、高产量、可靠的工艺。 Desktop Metal 已经为多个全球汽车品牌提供服务，其中许多品牌使用该公司的技术来3D打印系列最终用途汽车部件，这些客户包括宝马、雷诺、大陆航空和福特。2021年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。 3月9日，Desktop Metal公布了上市以来第一个完整财年未经审计的业绩报告。其2021财年的总收入为1.12亿美元，比2020年增长583%。在过去一年，这家公司通过对行业内众多领先技术厂商的收购使其成为名副其实的、更为成熟的基于粘结剂喷射成型的增材制造公司。 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QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.ExOne保障粘结剂喷射金属3D打印高质量、可重复制造的关键要素 3.3D打印独角兽Desktop Metal收购ExOne是否是必然？ 4.无法忽视的DM帝国：被Desktop Metal收购的领先3D打印企业

3D打印最初是作为快速成型的一种方法而创建的，它也被称为增材制造，现在已经发展成为真正的制造过程。3D打印机使工程师和公司能够同时生产原型产品和最终用途产品，与传统的制造工艺相比，它具有显著的优势。这些优势包括实现大规模定制、增加设计自由度、允许减少装配，并且可以作为一个经济高效的小批量生产过程。 本文概述了3D打印技术与当前成熟的传统CNC、注塑和金属注射成型工艺之间的差异。 CNC机加工和3D打印的对比 材料上的差异 3D打印的材料主要有液态树脂（SLA）、尼龙粉末（SLS）、金属粉末(SLM)、线材（FDM）等。液态树脂、尼龙粉末和金属粉末占据了工业3D打印的绝大部分市场。 而CNC机加工用的材料全部都是一块一块的板材，通过测量出零部件的长宽高+耗损，再去切割对应大小的板材用于加工。CNC机加工材料选择比3D打印多，一般的五金类和塑料类板材都能进行CNC机加工，而且成型部件致密度要比3D打印好。 因成型原理导致的零件差异 3D打印是把模型切割成N个层/N个多点，然后按照顺序一层一层/一点一点堆积起来，就像搭积木一样。因此3D打印能有效地加工出结构复杂的零件，如镂空零件，而CNC则很难实现镂空零部件的加工。 CNC加工是减材制造，通过高速运转的各种刀具，按照编程刀路切割出所需零部件。因此CNC机加工只能加工出有一定弧度的圆角，外直角CNC机加工没问题，但无法直接加工出内直角，要通过线切割/电火花等工艺来实现。此外对于曲面而言，CNC机加工加工曲面很耗时，而且如果编程和操机师傅经验不够，很容易在零部件上留下明显的纹路。对于具有内直角或曲面面积比较多的零件，3D打印则不存在加工困难的问题。 CNC与3D打印的工艺原理区别 有人将3D打印比作用蛋糕粉堆积成一个蛋糕，CNC则是把大蛋糕切成一块块小蛋糕，比喻较为贴切。 操作软件上的差异 3D打印的切片软件大都操作简单，在专业指导下一两天时间就能熟练操作切片软件。切片软件目前优化得十分简单，支撑可以自动生成，这也是为什么3D打印能普及到个人用户。 3D打印数据处理软件magics CNC编程软件则复杂的多，需要专业人士来操作，零基础的人一般要学半年左右的时间。另外还需要一名CNC操机师傅去操作CNC机器。比较常用的有UG、MASTERCAM、CIMATRON，还有国产的精雕。这些软件的学习均有一定难度。 CNC编程操作页面 一个零部件能有很多种CNC加工方案，编程十分复杂。而3D打印则只会因为摆放位置对加工时间耗材有一小部分的影响，相对来说较为简单。 后期处理上的差异 3D打印的零部件后处理选择不多，一般都是打磨、喷砂、去毛刺、染色等等。而CNC机加工的零部件后处理选择五花八门，除了打磨、喷油、去毛刺，还有电镀、丝印、移印、金属氧化、镭雕、喷砂等等。 CNC机加工和3D打印各有各的优缺点。选择合适的加工工艺更为重要。 3D打印技术与注塑成型技术的区别 塑料注塑成型是指在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后，得到成型品的方法。该工艺始于20世纪20年代，已有近百年的发展历史，是目前使用非常广泛、非常成熟的工业制造技术。 在塑料制造产业中，3D打印与注塑成型经常被拿来PK，关于3D打印是注塑成型的终结者的言论也比比皆是。对于制造商来说，二者的竞争力究竟谁高谁低也是他们最关心的话题之一。那么，3D打印技术与注塑成型又有什么区别呢？ 生产模式 注塑成型工艺只要有注塑模具，就可以低成本、大规模地生产标准化产品，因此，对于传统大批量、大规模制造来说，目前注塑成型仍然是最佳选择。 注塑成型原理 而3D打印机不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，就能直接把计算机的任何形状自动、快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，得益于3D打印机大异于传统注塑成型工艺的特性，越是复杂非实心的物体，加工速度越快，越节省原材料成本，因此比较擅长个性化、多样化产品的制造。 制造成本 由于注塑成型的原材料的广泛易得，其大规模、快速进行标准化生产的特性，也有利于降低单个产品成本，因此，从制造成本而言，注塑成型的成本远低于3D打印技术。 不过，对于工业制造来说，3D打印真正节约成本的环节在于修改原型环节，修改原型只需要修改CAD模型，不会产生任何制造成本。 3D打印的塑料制品 而在注塑成型中，如果原型是钢材模具，修改成本会相对较低，但如果使用的是铝合金制模工具，成本就要高出很多。这也是目前很多从事模具设计的企业或个人，会选择3D打印机进行模具设计打印的原因。 应用领域 目前，注塑成型工艺能够实现批量制造形状一致的物品，因此非常适合大批量的标准化产品制造。 3D打印只需通过控制终端输入三维图像，就能将原材料打印成实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短了产品研发周期。目前，3D打印已广泛在创客、建筑设计、模具模型设计等领域得到成熟应用。 粘结剂喷射金属3D打印与注射成型的对比 金属注射成型 (MIM) 是一种用于金属零件大批量生产的强大制造工艺。但粘结剂喷射金属3D打印以其独特的优势提供了一种引人注目的替代方案。 粘结剂喷射金属3D打印采用阵列式喷头，把CAD模型切片得到一系列二维数据。根据切片得到的二维图形，在金属粉末床中选择性的喷射粘结剂来固化成型，层层叠加制作完成整个初坯零件。然后将初坯零件通过预烧结得到一定强度后，进行清粉。最后通过高温烧结将粘结剂去除并实现粉末颗粒之间的熔合，从而得到高致密度和高强度的零件。两种技术之间既有相同之处，也有不同之处。 粘结剂喷射金属3D打印与注射成型的异同点 首先3D打印的设计约束少，逐层制造零件的特点使该技术具有更好的设计自由度，原则上来可以实现各种复杂形状零件的打印。这也意味着可以将几个零件整合——几个连接件可以被一个零件取代，但实现的功能一样——从而减少零件数量并缩短装配时间。而MIM的设计需要考虑零件脱模，所以限制了一些形状，无法像3D打印一样制造复杂结构零件。不过，粘结剂喷射金属3D打印后期烧结工艺因为重力和摩擦以及收缩的影响，不擅长加工无支撑结构的大面积薄壁件，也不善于制造细枝树状零件等。 粘结剂喷射金属3D打印与注射成型原理 其次成型工艺不一样，粘结剂喷射金属3D打印采用阵列喷头选择性的喷射粘结剂固化而成，而MIM则采用模具注射成型。但是两者的后处理工艺是相同的，均需要高温烧结。烧结后，3D打印的零件致密度可以达到98%以上，与MIM工艺相近。但是由于MIM需要专门的脱脂过程，决定了不可能做很厚实的零件。 第三，粘结剂喷射金属3D打印的制造步骤比MIM少。MIM需要开模，而粘结剂喷射金属3D打印可以直接打印零件。因为对于小批量的加工速度明显优于MIM工艺。并且，MIM的模具一旦加工完成，就不容易调整。所以在不增加费用的情况下，金属3D打印可以进行多次迭代。 如何在粘结剂喷射金属3D打印与MIM之间选择? 大多数情况下，如何取舍，主要在于产量。对于原型制造和小批量生产，比如几万件，选择前者是不错的选择。但是MIM在大批量生产时更具成本效益，比如几十万件以下可以选择MIM工艺。 除了产量是决定性因素之外，还有其他的原因。 由于脱脂的限制，MIM不能做太大和厚实的零件。一般MIM零件的质量在500g以下范围，所以对于大尺寸零件，倾向于选择3D打印工艺。 注射成型和粘结剂喷射金属3D打印的零件对比 此外，复杂的设计也倾向于选择3D打印，因为MIM零件的几何形状受到脱模的限制。 两种工艺在表面质量方面也存在差异。MIM 的表面光洁度略高，粗糙度约为1~2μm，粘结剂喷射金属3D打印零件的表面粗糙度在3μ以上。对于具有较高装配精度要求的，加工后期工艺需要采用CNC，既可以选择注射成型也可以选择3D打印。 END 无论对于3D打印的哪种工艺形式，均是对传统制造工艺的有益补充。对于一些小批量、较复杂的产品，开模或者其他传统工艺的成本比较高，这时候用3D打印可能具备更为明显的价格优势和制造效率。因此未来，随着具体行业对3D打印工艺认识程度的加深，该技术将成为该行业链条上的一种选择。3D打印，仅仅是一种加工工艺而已。 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Q2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.知名制造商将把3D打印机纳入生产线——为航空发动机等制造精密零部件 3.发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程 4.行业报告：分析30000个传统零件，洞悉3D打印如何影响制造业

由于可用材料的多样性，聚合物3D打印可用于创建航空航天轻型复杂结构、建筑结构模型、艺术复制品以及生物组织和器官。然而，由于3D打印生产的单一成分聚合物缺乏强度和必要的功能，大多数产品仅能作为概念样品而不是功能组件。这些缺点限制了聚合物3D打印的广泛工业应用。为了克服这些缺点，业界通过向聚合物中添加颗粒、纤维或纳米材料增强剂来制备聚合物基复合材料。由于增强材料的不同，聚合物复合材料可具有更好的机械、电学和热学性能。 本期，3D打印技术参考依据吕坚院士团队《Additive manufacturing of structural materials》一文介绍当前聚合物3D打印存在的一些主要问题、工艺类型、材料种类及其增强途径。 聚合物材料3D打印仍存在的一些问题 聚合物材料3D打印目前仍存在以下问题： 第一，材料种类有限。目前，只有热塑性线材、粉末和少量具有低玻璃化转变温度和适当熔体粘度的光敏聚合物可用于3D打印。因此，这些有限的聚合物复合材料不能满足多样化的工业要求。因此，开发更合适的3D打印聚合物复合材料是当前的一个关键问题。 其次，这些材料的性能是有限的。大多数3D打印聚合物复合材料的机械强度仍低于采用传统工艺成型手段，不能满足功能要求。因此，关键的改进是找到合适的增强材料，更好的打印参数和更好的设计结构。 最后，这些材料的打印过程仍存在限制。其中涉及的关键是缩短打印时间、增加最大打印尺寸，提高打印精度。 尽管存在以上问题，聚合物复合材料的3D打印具有良好的前景。 当前主要的聚合物3D打印工艺 目前，聚合物复合材料的制备方法很多，如熔融沉积、选择性激光烧结、粘结剂喷射、立体光刻等等。其他方法仍处于研发阶段或仅被少数科学家使用。在高分子复合材料产品的生产过程中，每一项技术都有其优缺点。产品的原材料要求、加工速度和精度、成本和最终性能要求都会影响制造过程。目前的聚合物3D打印技术如下图所示。 当前主流的聚合物3D打印工艺 3D打印聚合物材料的种类及增强形式 3D打印热塑性聚合物 热塑性塑料是基本不交联的聚合物，可以通过达到玻璃化转变温度后加工处理，并且在冷却后可以保持其形状实现多次反复成型。常用的3D打印的热塑性材料包括聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（TPU）、聚醚醚酮（PEEK）、聚丙烯（PP）、ABS、尼龙（PA）等等。 3D打印的PS、PA、TPU、PEEK分别用于熔模铸造、汽车、运动消费品和航空航天领域 热塑性塑料产品在重量比和刚度比方面的表现在某些情况下甚至优于金属。在特定的应用中，3D打印的高性能热塑性材料可以替代铝合金。热塑料3D打印材料应用极广，如医用植入物（PEEK）、运动鞋鞋底（TPU）、汽车功能部件（PA）、精密铸造（PS）等。 3D打印热固性聚合物 在成型过程中，热固性塑料会发生化学反应，形成交联结构，固化后会变硬。这种变化是不可逆的，当再次加热时，热固性塑料不能再软化。热固性塑料主要有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅塑料、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。 热固性材料具有出色的力学性能、热稳定性和耐化学性，然而大多数热固性材料(尤其是非光固化类材料)的成型都需要较长的交联过程，难以匹配3D打印的连续化制造方式，当前也没有通用的热固性塑料3D打印方法。 热固性光敏聚合物与高精度3D打印系统具有良好兼容性 东华大学游正伟教授团队撰文指出，热固性树脂的3D打印主要局限于具有相对较高反应性和较低玻璃化转变温度的光固化树脂。这些树脂除了具有潜在毒性和光引发剂的高成本外，还存在固化速率低的问题。尽管一些高反应性热固性塑料可以3D打印，但许多其他热固性塑料的制造需要反应性聚合物或前驱体高温固化数小时，甚至需要在高压或真空下。热固性材料的聚合物或前驱体可能具有低熔点和良好的流动性，适用于3D打印。然而，由于长期的固化过程，很难匹配3D打印的连续逐层处理。 3D打印聚合物复合材料 由于纯热塑性材料的机械性能不适用于某些应用，因此有必要改变纯热塑性部件的机械性能。开发复合材料以获得所需的机械和功能性能可以在很大程度上解决这个问题。因此，复合材料的使用得到了极大的发展目前开发的聚合物复合材料主要包括颗粒增强聚合物复合材料、纤维增强聚合物复合材料和纳米复合材料。 将纤维添加到聚合物基体中可以显著改善聚合物材料的性能。熔融沉积和激光烧结是制造纤维增强聚合物复合材料的两种常用技术。在ABS中添加5wt%的碳纤维，可使FDM打印样件的弯曲应力、弯曲模量和弯曲韧性值相比原有材料分别增加11.82%、16.82%和21.86%。而与传统模塑复合材料相比，3D打印的短切碳纤维复合ABS的拉伸强度和弹性模量分别可增加115%和700%。尽管3D打印复合材料的孔隙率相对较高，但它们都显示出较大的拉伸强度和模量。 长纤复合是聚合物的另一种增强方式。在PLA基体中加入长碳纤维作为增强材料，可利用FDM工艺实现样品制备和成型。通过优化工艺参数，长碳纤维含量为27%的3D打印样品的最大弯曲拉伸强度和弹性模量分别可达到335MPa和30GPa。由于其优越的机械性能，这些打印样品在航空航天方面具有潜在的应用。 聚合物复合材料的分类和增强方法举例：（a）铁/ABS（b）BaTiO3/ABS（c）玻璃微珠/尼龙11（d）连续碳纤维/PLA（e）短切碳纤维/ABS（f）连续碳纤维/尼龙（g）氧化石墨烯/光聚合物(h)石墨烯/ABS，(i)银/PEGDA 由于材料成本低且易于将颗粒与聚合物混合，颗粒增强材料被广泛用于聚合物基体中以改变其性能。通过受控离心混合、单螺杆挤出机热复合和FDM技术成型制备出了金属含量高达40%的铁/ABS和铜/ABS复合样品。由于金属填料的加入，ABS的热性能和机械性能有了很大的提高，刚度和拉伸性能也得到了提高。30%-Cu填充ABS和40%-Cu填充ABS的热导率分别提高到3.3和1.4W/m·°C。将钙钛矿氧化物颗粒与聚合物基体混合，制备打印所需的丝材，可用于具有高介电各向异性和介电常数空间变化的各种介质材料的打印。设计样品的结构表现出超材料电磁特性和可调工作频率，因此在通过熔融沉积制造新型电磁器件方面具有巨大潜力。 通过在高分子材料中加入纳米材料，可以制成高性能的功能复合材料。由SLA制备的氧化石墨烯/光聚合物复合材料具有良好的强度和延展性。当仅添加0.2%氧化石墨烯时，拉伸强度和伸长率分别增加了62.2%和12.8%，分析认为韧性的增加是由于聚合物复合材料中氧化石墨烯结晶度的增加。石墨烯增强的ABS复合材料可用于FDM工艺生产工件，并且样品的导电性得到了增强。当复合材料中石墨烯的含量为5.6wt%时，复合材料的电导率提高了四个数量级。 END Wohlers 2021指出，截至2021年预计有1222种不同类型的聚合物材料可用于3D打印，相比上一年增加127种。聚合物3D打印最为前沿的几种工艺如连续液面增材制造、全彩色树脂喷射成型、纤维连续增强复合制造等技术已经在消费品、医疗、汽车以及航空航天领域发挥重要作用。 3D打印材料市场随着需求的增加正在迅速增长，越来越多的企业购买打印机并扩展增材制造技术的使用量。2019年，3D打印材料市场的规模超过15亿美元。在未来五年中，这一市场它有望突破45亿美元。在这一巨大市场增长的驱使下，材料供应商尤其是巨型化学公司越来越多地参与该行业，除了开发新材料外，它们还为3D打印技术的产业化做出了巨大贡献。 注：本文内容主要参考吕坚院士《Additive manufacturing of structural materials》。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.贯通材料、设计和速度，打开3D打印应用的大门 3.预见2021：《2021年中国3D打印材料产业全景图谱》 4.以面成型：让液态树脂、高分子粉末和金属材料3D打印的速度和规模呈百倍增长

3D打印技术参考导读：无须构建基板进行金属粉末床3D打印，似乎只能想到ExOne、HP以及Desktop Metal推出的粘结剂喷射金属3D打印以及电子束粉末床熔融技术。传统基于激光的SLM技术由于热应力的存在，不得不将零件牢牢的固定在基板上才能够顺利成型。然而本期介绍的技术似乎又是老生常谈，但仍值得关注，它是Velo3D的无支撑金属3D打印。 在正文开始之前，我们先看一段视频，来了解在激光粉末床熔融工艺中实现无支撑、无构建基板实现多层零件打印。很明显，视频描述了Velo3D可以实现高压涡轮叶片多层3D打印，以及它所带来的优势。传统基于激光的L-PBF技术，无疑只能每次成型一层零件。即便EOS的工程师曾经探索过借助工艺和设计的手段实现了多层打印，但这种方式却还没有到普及的程度。 传统激光粉末床熔融技术对支撑的依赖，以及所造成的后处理的不便，加上制造效率的不足，成为被新兴的粘结剂喷射金属3D打印技术“调侃”和“攻击”的对象。这些不足，也因此成为后者在3D打印应用领域攻城略地的主要优势。然而，就纯粹技术而言，粘结剂喷射面对Velo3D的无支撑激光粉末床熔融，却也难言领先。 同样可以实现多层打印，激光制造的零件性能接近锻造，而粘结剂喷射的对比对象是铸造工艺；在制造效率上，后者还面临漫长的脱脂与烧结过程。两相对比，双方的应用领域将大有区别。 当前，Velo3D的技术正在被一系列行业领导者迅速采用，包括SpaceX、Aerojet Rocketdyne、Launcher等。它所开发的无支撑金属3D打印技术已成为开发下一代火箭发动机和其他空间系统的关键和可依赖的制造技术。 实际上不只是国外的航空航天制造商，Velo3D的技术对国内同领域的研究及生产机构同样具有足够的吸引力，也有国内航天机构向3D打印技术参考咨询设备信息。在传统L-PBF/SLM技术已经发展到速度更快、尺寸更大的背景下，对制造复杂性更高、后处理更为简单的无支撑金属3D打印技术显然充满艳羡。然而到目前为止，该技术的持有者全球只此一家，即便能够卖到国内，在高端领域也不见得能够使用。 无支撑金属打印相比传统SLM技术的经济优势 实现无支撑3D打印的三点要素 真正的设计“自由”应该提供不受约束的角度和内部尺寸，而不需要对表面和支撑去除进行大量的后处理。Velo3D并未清晰指出无支撑金属3D打印所能实现的条件，但3D打印技术参考通过对其公开视频的反复研判得出几条重要因素：铺粉过程、变化的能量输入以及实时反馈机制。 Velo3D采用了一种非接触的上送粉方式，它被称为实现无支撑打印的关键技术之一：送粉机构分为三个部分，在打印完一层后，送粉机构的前置“漏斗”沿打印区域洒下粉末，中间的刮片将粉末刮平，后置吸粉器可将多余粉末吸走，保证粉层厚度。在整个过程中，Velo3D避免了传统刮刀对打印件造成的摩擦及其它作用力，并能够在一定范围内容忍凸起。 Velo3D的非接触式铺送粉示意图 另外，Velo3D明确指出在打印小角度特征的过程中，会减少热输入以防止变形，但不仅仅是降低激光功率；同时，一个零件不同的区域可能使用了不同的工艺参数，包括光斑大小，这种变化可能牺牲掉了表面质量但保证了效率，也有可能是保证了打印成功但牺牲掉了部分性能：总的来说，它提供了复杂的、经验证的激光参数，这些参数根据实际零件的几何形状而变化。 参数根据实际零件的几何形状而变化 实时监控与反馈也是保证打印顺利进行的重要手段，其所开发的打印机内置了920多个传统器，经过训练的监控机制能够识别出缺陷，当超过阈值时可通知工艺人员对相应区域进行工艺调整。 对不同的缺陷设置了不同的阈值并实时监控和反馈 被航空航天制造商青睐 作为商业航天工业中利用3D打印制造航天器部件的先驱之一，SpaceX率先推出了当今航天器的许多颠覆性设计，并为火箭发动机融入了相当多的3D打印部件，如推进剂阀门、涡轮泵和许多用于初始发动机开发测试的喷射器关键部件，此举不仅可以降低成本并生产最轻的部件，还提高了设计和评估的速度。该公司于2014年开始在航天器产品中使用3D打印技术，甚至表示有兴趣在2021年收购其增材制造供应商之一的Velo3D。到目前为止，SpaceX已经向Velo3D订购了22台机器，成为该公司迄今为止最大的客户。 SpaceX猛禽发动机装配有velo3D打印的零件 美国私人航空航天公司后起之秀Launcher也在扩大和Velo3D的合作，其于今年购买了第二台Sapphire 3D打印系统，用于生产优化设计的液氧涡轮泵组件以及轨道飞行器压力容器。由于液氧涡轮泵入口外壳具有悬垂的内部几何形状，Velo3D的无支撑金属3D打印技术在零件复杂性、制造效率和材料浪费方面相比其他方式更有优势。使用类似的方法，Launcher工程师还能够重新开发泵叶轮。通常，这些部件的悬垂较低，很难结合支撑件，但无支撑金属3D打印可以将其设计为平面，使其质量分布均匀，并防止在旋转过程中引起发动机故障。 Launcher采用Velo3D Sapphire打印机制造的轨道飞行器压力容器 SpaceX与Launcher看中的都是对设计约束的进一步解放、制造质量的保障机制以及3D打印技术对传统供应链依赖的减少，尽管其价格（高达200万美元）相比传统装备更为昂贵，但它确实让制造变得更为简单。 本文开始提到零件了堆叠打印，实际上并非所有的零件都适合，Velo3D的打印机也并非没有构建基板。至于与粘结剂喷射金属3D打印技术的对比，实则也并没有可比性，两者面向的应用领域有天然的不同，纯技术的对比也丧失了意义。 END 当用户购买一台3D打印机时，购买的不仅仅是装备本身，还有制造商所积累的所有经验知识，后者决定了能够为购买者带来多少效益。Velo3D确实提供了业内最先进的激光粉末床熔融设备，但这并不意味着传统金属3D打印机再无用武之地，相反，后者将在很长的一段时间内继续发挥重要作用， 并在各个领域获得更为广泛的应用。 最后，3D打印技术参考认为，技术壁垒的存在是客观现实，但创新发展将永无止境。 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Q2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.3D打印技术在航空航天静态和动态发动机组件中的应用案例 3.专访 | 3D打印技术如何助力深蓝航天快速成功实现火箭垂直回收 4.2天播放340万次，近距离观察3D打印如何直接制造大型火箭

近日，3D打印机制造商BCN3D推出了一种新型的高粘度树脂立体光刻制造Viscous Lithography Manufacturing(VLM)技术，能够处理比行业标准高50倍的高粘度树脂，获得了3倍于刚性材料的抗冲击性和200%的扛撕裂强度增量。这种工艺的特殊性完全不同于此前的打印方法，为处理高粘度树脂创造了条件。VLM依赖于紫外光和LCD屏幕。但与大多数其他LCD 3D打印机不同，该技术利用了一种特殊的机械系统，首先将树脂层压到薄膜上，然后该薄膜会被运送到树脂固化的构建区域，再通过曝光实现切片层的成型。虽然高粘度树脂可以通过加热来改变粘度，但BCN3D认为，加热会影响树脂中的光引发剂，从而导致性能发生意外变化。事实上，VLM过程依赖于低温来确保打印成功，因为树脂需要始终保持粘性。高粘度树脂层压与打印过程由于VLM树脂可以在两种不同的薄膜上（左右两个树脂槽）层压和固化，因此可以加快打印时间，甚至可以将两种树脂组合用于多材料部件和可溶性支撑结构——这是当前树脂3D打印市场上未曾见到的功能。对于VLM工艺，只需在层与层之间的薄膜之间切换，就可以实现多种材料，从而实现多种颜色甚至多功能组件。零件的一部分可以设计得更坚固，而另一部分可以打印得更柔性。两个树脂槽可同时用于层压树脂将存储在打印机两侧单独的墨盒中，而用于附着树脂的薄膜则是易耗品，每张薄膜支持数百小时的打印。VLM零件仍需要清洗和固化，并且通过内部清洁方法避免树脂之间的交叉污染。此外，BCN3D的VLM工艺在室温下使用单组分树脂配方，因此无需担心适用期限制。层压机制还意味着机器理论上可以避免浪费。通过使用由UV灯和LCD屏幕，无论一次打印1个部件还是100个，VLM都能提供恒定的每层打印时间，从而具有极高的吞吐量。此外，由于它不受树脂槽尺寸、复杂温度或其他组件的限制，因此按比例放大所需的只是更大的LCD屏幕。这种快速成膜和大表面积成型的结合使VLM成为市场上使用高粘性树脂的最高效的增材制造解决方案。与SLA、喷射技术相比，VLM技术具有速度和更高的吞吐量BCN3D在与一家汽车玻璃制造商的合作中完美地展示了这些优势，他们使用新的3D打印工艺在7天内制造了7000个定位夹具，每个零件的成本仅为0.79欧元，可每年为这家公司节省70000欧元。低粘度与高粘度树脂对比高粘度树脂具有更高的机械性能在没有严格低粘度限制的情况下，化工公司可以获得配方的自由度，因此可以在树脂中添加一套全新的成分和改性剂，以达到对热和机械性能的预期效果。BCN3D与阿科玛一起合作开发用于VLM的新型光固化材料。未来的树脂将包括填料和纤维增强材料，从而实现更高的机械性能，如高韧性和抗冲击性。△左右滑动查看更多样件作为3D打印行业的全球主要参与者和设计高性能光固化树脂的先驱，阿科玛利用其数十年的经验确保VLM树脂具有最高质量。由于VLM技术能够处理高粘度树脂，因此具有巨大的前景。BCN3D表示，VLM 3D打印机的价格将不超过5万欧元，但3D打印技术参考认为，同样重要的，还有材料。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QQ2群：838951316；网址：延伸阅读：1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观2.开核桃、抬杠铃丨一款“高刚耐温、超精细、低蠕变”的功能性3D打印树脂3.以面成型：让液态树脂、高分子粉末和金属材料3D打印的速度和规模呈百倍增长4.面向未来的战略技术：大型复合材料增减材一体制造及其关键要素

据3D打印技术参考了解，3月1日，我国航天民营企业星河动力公司50吨级液氧/煤油发动机首次全系统试车圆满成功。这是“苍穹”发动机的首次全系统试车，目的是验证发动机起动关机时序、系统和结构方案可行性、各组合件工作协调性。试车过程中，发动机按预定程序起动，点火、起动和转级正常，各组件工作正常，燃烧稳定，喷管出口火焰明亮，主要参数与调整计算值一致，按程序关机，试后产品完整，试验取得圆满成功。本次试车成功，标志着我国民营商业航天领域最大推力的液氧/煤油发动机正式进入工程研制阶段。 “苍穹”50吨级可重复使用液氧/煤油发动机还是国内首款采用针栓式喷注技术的大推力液体火箭发动机，具备深度变推能力，是200-300吨级液体火箭垂直回收的最佳选择。 而据国内金属3D打印服务商飞而康于2021年12月3日发布的消息称，星河动力公司顺利完成50吨级“苍穹”液氧/煤油发动机总装装配工作，即将开展全系统地面热试车。两条消息对比可以印证，所指发动机为同一型号。值得注意的是，该发动机的涡轮泵和液氧煤油主阀壳体等多款零件由飞而康科技3D打印制造。除此之外，星河动力官网对该型号的介绍中也指出其采用了机构化轻质3D打印。 “苍穹”液氧/煤油发动机介绍 2019年7月，飞而康科技与星河动力公司建立联系，并在9月正式承接此项目，各大小零件总计30多件。该批零件在设计制造的过程中，使用了前沿的3D打印技术，历时4个月顺利完成所有零件的交付。期间，飞而康团队开发了针对火箭发动机部件的激光束焊接，叶轮、转轴的五轴加工工艺，动平衡实验，阳极氧化处理，以及气压液压测试多套专属定制试验工装。此次与星河动力公司的合作是在火箭发动机部件增材制造发展上的一个大胆突破。 “苍穹”液氧/煤油发动机、涡轮泵水试、针栓式喷注器冷态考核“苍穹”液氧/煤油发动机作为“智神星”液体运载火箭第一级（7台）和第二级（1台）主动力装置，是多次启动变推力燃气发生器循环液体火箭发动机。每台发动机海平面额定推力40吨，最大工况海平面推力50吨（第一级具备1台“Engine-out”能力），最小工况海平面推力10吨（变推比4:1），变推力工作时满足助推级垂直下降和软着陆回收要求，发动机具备多次重复使用和故障检测与隔离能力。每台发动机重复使用次数50次，具备±6°摇摆能力，发动机推重比大于120。 发动机运行动画 星河动力运载火箭重复使用畅想未来 星河动力成立于2018年，从事低成本商业航天发射业务。其核心产品及服务包括“谷神星”系列小型固体运载火箭发射服务，以及“智神星”系列中型重复使用液体运载火箭发射服务等。2020年11月7日，谷神星一号运载火箭在中国酒泉卫星发射中心成功首飞，并顺利将天启星座十一星送入预定轨道。谷神星一号运载火箭是北京星河动力装备科技有限公司研制的一款小型固体商业运载火箭，可满足近地轨道微小型卫星发射需求。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.专访 | 3D打印技术如何助力深蓝航天快速成功实现火箭垂直回收 3.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 4.3D打印技术在航空航天静态和动态发动机组件中的应用案例