齿科作为3D打印技术最成熟的细分市场应用之一，在不知不觉中走入我们的日常生活。鉴于每位患者的差异特性，齿科医疗的个性化定制需求与3D打印的技术特点完美匹配。从早期的DLP技术通过价廉物美的特点敲开齿科市场的大门，到如今简单易用的椅旁方案被牙医、正畸医生和口腔外科医生广泛接受，3D打印正在帮助齿科行业完成从数字化生产到智能化生产的转变，并深入渗透到种植牙、隐形正畸、手术导板等多个应用点。 3D打印在齿科行业最为常见的应用包括牙模、正畸、金属牙冠牙桥、金属支架、手术导板等。无论是采用光敏树脂固化还是金属粉末熔融，都需要针对模型进行数据准备，包括文件导入和修复、模型识别和摆放、面向生产的模型优化、支撑排版、切片等步骤。Oqton系统是一款基于人工智能的全自动数据准备产品，可大大降低增材制造技术的使用门槛并提高批量化生产效率。 数据导入和修复 Oqton系统支持多种数据格式的导入，并可对模型进行自动修复，无需人工干预。系统还支持模型多次修改后上传，并自动记录各个版本。用户可在系统中查看每个版本的模型，方便后期追溯。 模型识别和摆放 当模型导入后，系统会基于机器学习数据自动识别模型类别，并可根据识别后的模型类别自动适配工艺路线，达到真正的自动化。模型识别可将不同齿科模型分为牙模、牙冠、牙桥、支架、导板等。针对多颗一体的牙冠牙桥，还可根据颗数进行细分，细分结果可用于后期统计每版的平均打印牙冠数量。 根据模型类别自动适配的工艺路线中包含了针对该类模型的摆放、支撑、切片等工艺参数。系统首先通过机器学习算法根据过往相似齿科模型推荐摆放方式，用户也可选择更适合自己的推荐摆放角度或者自定义摆放，系统将学习用户的摆放习惯不断优化，并生成更适合该用户的摆放方式。系统提供的推荐摆放角度是根据不同类别模型的特征和加工要求给出的，例如针对齿科支架，系统会采用人工智能算法识别出花纹面和佩戴面，并将花纹面朝下摆放。牙冠牙桥也会采用类似算法考虑边缘线进行摆放。 面向生产的模型优化 齿科的初始模型数据一般来自口扫，口扫数据经过处理并根据不同要求进行设计，设计后的模型文件将用于生产。在传统的数据准备流程中，设计人员不仅负责模型设计还要考虑实际打印工艺进行模型优化和编辑，这个过程往往费时费力。如果设计人员水平有限，打印模型可能因为错误过多而无法被直接用于打印。 Oqton系统根据不同应用场景，提供了相应的模型自动优化功能，以保证模型可打印、产品更易用。 针对椅旁方案中最常见的牙模模型，系统会根据牙龈线位置和牙模形状自动切平底部，避免因为设计问题导致底部不平造成的打印缺陷。此外，系统还可对牙模进行镂空和打标签。与市面上其他软件的镂空功能不同，Oqton作为一个面向实际生产和应用设计的系统，提供了考虑牙模使用时受力情况的镂空功能，在节省材料的同时兼顾强度和耐用度。 打标签也是正畸等齿科应用不可或缺的功能之一。Oqton平台可根据患者名称、病例编号、排版序号等信息自定义标签内容，小批量生产也可自动打标。排版序号、病例编号等信息同时用于生产任务的追溯报告，保证溯源、方便分拣。 不仅针对单一增材制造方式，Oqton平台还根据增减材加工方式提供了自动机加工补偿，用户可在同一个平台上进行不同生产方式的模型优化，由此减少了用户的学习和使用成本，有助于生产智能化在齿科的推广和落地。  支撑排版 Oqton平台提供了多种适用于齿科方案的支撑方案，包括锥形、块状、晶格复合支撑等，在保证打印强度的同时尽可能减少支撑用料。 在金属打印中，支撑对零件成型起到关键作用。太少的支撑会导致零件变形，太多的支撑又会增加后处理的成本。针对牙冠牙桥，平台可自动添加支撑并生成打印任务，减少了人工成本。针对支架，平台借助人工智能识别分类，会优先自动添加在加强杆上，在保证支撑数量的情况下减少对零件表面的影响。 齿科方案中常用的另一类技术是DLP和LCD，针对手术导板等应用，Oqton平台提供了简单易去除的支撑方案。锥形点支撑可以减少零件和支撑的接触面积，与基板的接触部分可额外添加接触平面，降低倒挂式设备的失败风险。 系统还可自动生成排版，同时考虑摆放要求，无需额外的人工干预。如针对正畸，可将模型沿着刮刀方向进行排版，尽可能减少刮刀移动距离，减少生产中不必要的耗时。结合Oqton平台提供的生产管理功能，齿科生产型应用可实现全自动数据准备和生产。 此外，还可根据实际打印情况选择不同的摆放精度，并在基于模型形状摆放的技术上，提供了多层摆放方案，进一步提高了排版使用率。系统还可根据优先同一订单、同类模型一版等规则优化排版，使得自动排版结果更符合实际生产需求。 切片与打印 当数据准备完成后，还需根据实际生产的设备生成设备可读的工作文件。目前市面上进驻齿科市场的设备品牌繁多，一家诊所或加工中心往往拥有不同品牌和生产方式的设备。Oqton系统支持多种金属、树脂3D打印设备，同时也可生成齿科CNC设备所用的gcode，帮助用户在同一系统中完成不同的生产数据处理。 Oqton系统不仅提供数据准备和生成切片的功能，还可支持多款设备的打印文件传输，用户将受益于设备物联网的连接，无需移步即可操控设备进行打印，并可通过邮件短信等及时了解打印进展，合理安排工作。  总结 在数字化、自动化逐渐普及的今天，各行各业的生产智能化势不可挡。3D打印在齿科行业的应用点日益增多，Oqton系统精准定位生产环节痛点，提供简单易用的全自动方案，帮助已受益于数字化的齿科市场，轻松迈入智能化生产的时代。 想了解更多关于Oqton平台如何助力齿科市场，尽请关注2021 Formnext South China展位。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.工艺人员会失业吗？开启金属3D打印，并没有你想得那么难 2.提前布局MES，迎接增材制造批量化生产的时代 3.有没有一款3D打印数据处理软件，能满足齿科加工的所有需求？ 4.牙科 | 3D打印纯钛、TC4、钴铬合金的性能对比

8月，铂力特发布了其2021年半年度报告，披露了公司目前的营收水平及经营活动。特别的，该报告还涉及金属增材制造行业当前的发展情况。本期，我们重点关注上市公司视角下的国内金属增材制造相关的材料、工艺、设备及应用方面的发展水平。 铂力特半年度营收数据 本报告期内，铂力特实现营业收入14,353.44万元，较上年同期增加7,909.44万元，增幅122.74%。主要系公司产能扩大及市场推广力度加大，同时受疫情的影响减少，3D打印定制化产品和3D打印自研设备的营业收入普遍实现增长所致。 本报告期内，实现归属于上市公司股东的净利润及扣除非经常性损益的净利润分别为-7,885.42万元、-8,886.07万元，分别较上年同期下降6,956.79 万元、6,806.89 万元。主要系公司2020年度11月授予限制性股票的股份支付费用所致。 本报告期内，实现经营活动产生的现金流量净额-7,182.94万元，较上年同期下降 8,589.96万元。主要系公司扩大经营规模及采购原材料支付款项增加所致。 本报告期内，研发投入总额4,989.92万元，占营业收入的比例34.76%，研发投入总额较上年同期增长96.64%，但由于营业收入较上年同期大幅增长，导致研发投入占营业收入的比例下降4.62个百分点。 国内外行业发展总体情况及国内发展现状 近年来，3D打印技术受到国际社会的广泛关注，3D打印技术已成为美国增长最快的工业之一。造就如此现状的原因正是西方发达国家在3D打印技术上投入大量的人力、物力和财力，研发出更加丰富的打印原料，促使这一技术日趋成熟，精度不断提高，而且成本越来越低。随着这一技术在国外的大热，我国也开始重视3D打印技术的研发，并在不断研发中取得了可喜的成就。伴随着3D打印技术的快速成长和3D打印技术在各个行业领域的渗透，该技术进入到了产业化阶段。 国内总体发展现状 目前国家以及各地方对3D打印相当重视，未来3D打印行业将会出现大规模产业化的趋势，且竞争将更加激烈。中国增材制造技术在经历了初期产业链分离、原材料不成熟、技术标准不统一与不完善、以及成本昂贵等问题后，在增材制造技术方面与国际持平，增材制造装备甚至某些方面性能优于国外水平，但依然面临增材制造专用粉末材料不成体系，增材制造标准缺乏，增材制造装备及产品应用推广难度大等问题。 总体来说，我国增材制造产业化存在规模小、应用程度不高的问题。推动3D打印在工业领域的规模化应用，要从提升创新能力、推进行业应用、打造产业集聚区、深化国际合作等多方面功夫，强化专用材料、工艺、装备等产业链短板。 材料现状 目前常用的增材制造金属粉末材料基本实现国产化，但缺乏增材制造工艺适应性验证，以及零部件应用考核，因此需要大量试验累积数据，来促进应用推广。但是新型、高品质粉末材料如耐更高温度高温合金粉末、轻质高强铝合金、镁合金等还依赖进口，甚至某些先进材料国外对我国进行技术封锁、禁运等。因此，自主创新、独立研发依旧是增材制造技术发展的核心。 装备现状 增材制造装备方面，目前国内外可成形尺寸主要在1000mm以下。但随着航空航天领域对大尺寸精密构件的需求，国内外均在致力于大尺寸、多激光激光选区熔化成形装备及工艺技术研究。但随着航空航天领域对大尺寸精密构件的需求，国内外均在致力于大尺寸、多激光激光选区熔化成形装备及工艺技术研究。 国外，德国EOS公司的3D打印机在欧洲市场的占有率超过40%，EOS AMCM M4K 的成形尺寸为450×450×1000mm，是M-400-4的升级版本，Z轴成形尺寸提升1倍。其采用4激光系统，单个激光器功率可达400W，由此实现4激光高效的工业化成形应用。荷兰Additive Industries MetalFAB-600成形尺寸为 600×600×1000mm，使用10个激光器，成形效率达到1000cc/h。德国激光选区熔化Solutions公司专注于选择性激光烧结技术，这一技术上有着多项专利，居于领先地位。SLM Solutions的SLM-NXGXII600 ，配备12个1千瓦的激光器和一个600×600×600mm的成型舱室。NXGXII600 比 SLM280单激光设备快20倍，此设备主要用于大尺寸零件的批量化生产。 因此，大尺寸、多激光的高效增材制造装备是未来的发展趋势。 总体上，国内已实现装备整机层面国产化，与国外同类型装备对比，成形尺寸、精度等优于国外装备，但是整体稳定性还有不足，专业软件、激光器、振镜等核心器件等实现国产，但性能与国外一流供应商还存在差距，需要进行长时间考核、迭代提升，因此仍未完全实现国产化替代。需要集整国内行业力量进行创新研发，提升国产装备研制能力。 铂力特在报告期内开展了2个型号大尺寸成形装备效率提升研制，BLT-S1000已达到稳定生产状态。大尺寸多光束激光选区熔化装备BLT-S800，其成型尺寸为800×800×600mm。在报告期内，完成了四光束装备BLT-S800稳定性优化、批量化生产研制任务，该型号装备已对外发售；并针对大工业生产效率不足问题，进行更多激光协同扫描控制技术研究，目前实现10激光协同扫描，10光设备效率相较6光设备可提升30%以上，大幅提升打印效率。在SLM工艺技术方面，突破1米以上航空飞机大尺寸、薄壁、复杂钛合金结构件成形技术，性能优于锻件，持续进行工艺优化，提升成形精度控制；突破航空航天发动机用新型高温合金、钛铝合金成形工艺技术，成形组织致密，无缩孔、可见裂纹等缺陷；突破颗粒增强高强铝合金成形工艺技术，成形组织致密，无缩孔、可见裂纹等缺陷，性能高于 500MPa。突破铜合金、镁合金等新型材料成形工艺。激光立体成形（LSF）技术以逐层扫描堆积为原理，具有成形效率高、成形尺寸大、无需模具、成形精度较精密等特点，在大尺寸复杂构件快速制造领域优势显著。公司自主研发 BLT-C400、BLT-C600 和 BLT-C1000 设备，成形效果优良，已经过长时运行稳定性考核验证。 除铂力特公司开发大尺寸粉末床金属3D打印设备外，3D打印技术参考注意到国内市场范围内还有多家厂商于今年推出相关产品：如苏州西帝摩基于6激光+可移动式扫描系统的XDM2000实现了2000×2000mm的成型幅面；华曙高科推出了8激光、成型尺寸为720×420×420mm的FS721M；易加三维推出了基于4激光、成型尺寸为655*655*800mm的EP-M650。 增材制造工艺与检测 增材制造工艺技术方面，结构优化设计需要针对增材制造特征开展结构优化，实现构件一体化、轻量化等目的；工艺优化涉及成形过程仿真模拟、增材制造成形机理、金属材料物理化学特性以及热加工技术等多项技术；零部件检测涉及材料组织力学性能分析，无损检测技术分析等，因此增材制造行业具有一定技术门槛，但其良好的行业前景以及技术基础，确保其极具发展潜力。 END 随着信息技术的蓬勃发展，新业态悄然兴起，为提高增材制造全流程标准化管控水平，公司在生产经营过程进一步融合数字化技术、自动化智能化生产技术等，报告期通过国家级两化融合评定。科研项目方面，通过 2018 年行业质量共性技术推广项目验收，公司在金属增材制造工艺、技术研究成果获得专家认可。 未来必是挑战与机遇并存，只有不断的创新改革，不断突破核心关键技术，保持技术领先性，快速推进产业化规模，并推广以及拓展应用市场，促进增材制造产业快速发展，才能在未来快速产业化浪潮中保持领先地位，并带动整个产业良性发展。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印助力后疫情时代，梳理全球企业资源图谱，解析百亿美金市场现状 2.《Wohlers Report 2021》：全球3D打印市场规模（设备、材料、服务）发展情况 3.工信部装备工业发展中心：我国增材制造从业人员现状分析 4.Formnext深圳国际展百余3D打印品牌参展、百余论坛、百余新品发布

近日，北京工业大学材制学部激光工程研究院王璞教授课题组使用DLP 3D打印工艺结合溶液掺杂技术制备了稀土掺杂石英微结构光纤，并成功将其应用于高温光纤传感领域。该工作为3D打印石英技术开拓了又一新的应用落脚点，有助于推动3D打印掺杂石英光纤的进一步发展，未来该技术有望被广泛应用于各类稀土掺杂光纤激光器、光纤放大器等领域。 稀土掺杂微结构石英光纤被广泛地应用于军事国防、通讯传输、探测传感等诸多领域，该光纤在实际制备过程中，通常面临两大核心技术：稀土掺杂石英光纤预制棒制备技术和微结构光纤制备技术。 3D打印技术克服传统光纤预制棒制造困难 在稀土掺杂石英光纤预制棒制备方面，石英基质具有良好的化学稳定性、优良的机械特性、较高的损伤阈值等特点，在工程应用和科学研究方面备受关注与青睐，但石英材料在实际制备过程中，通常面临较高的软化温度、较大的粘度、稀土溶解度有限、加工成型困难等问题。目前被广泛使用、最成熟的稀土掺杂预制棒制备方法为改进的化学汽相淀积法，如图1所示。该技术需要高纯沉积气源、大型旋转高温设备（~2000 ℃），同时还面临较大的疏松体孔径（~2μm，不利于稀土离子的均匀分布），复杂的制备工艺、高昂的生产成本、有害气体与环境污染等问题。 图1 MCVD装置原理图 针对上述稀土掺杂预制棒在制备过程中所面临的问题，王璞教授课题组利用3D打印光固化纳米复合浆料来制备稀土掺杂光纤预制棒，如图2所示，其具有室温成型（25 ℃），易于成型且表面光滑（全程无需任何机械加工），纳米多孔结构（~50 nm，有利于稀土离子的吸附与均匀分散），较低的烧结温度（1300 ℃），极低的制备成本等优点。 图2 基于3D打印光固化纳米复合材料的稀土掺杂预制棒制备原理图 经固化、脱脂、掺杂、烧结等工艺步骤，得到透明、表面光滑、无定型的掺镱（Yb）石英玻璃芯棒，在976 nm和1040 nm处表现出了良好的Yb荧光特征峰，该玻璃中Yb离子的荧光寿命约为0.74 ms，如图3所示。 图3 (a)Yb掺杂石英芯棒，(b)掺杂芯棒XRD检测图，(c)Yb掺杂石英芯棒荧光光谱图，(d)Yb离子荧光寿命 3D打印制备光纤微结构 在微结构光纤制备方面，通常采用手动堆积-牵拉法、挤压法、超声钻孔法等，如图4所示。针对石英微结构光纤，目前使用最广泛的是手动堆积牵拉技术，其具有精度高、长度长等优点，但在实际制备过程中，面临堆积形状结构受限、手动堆积加工、反复牵拉等问题；挤压法通常采用大型挤压塔，对玻璃原棒进行挤压，由于挤压模具耐热温度的限制，挤压法通常只适用于低软化温度（＜1000 ℃）的多组分玻璃，针对石英基材料无法进行直接挤压，且所能制备的结构相对单一；超声钻孔法无法避免大型超声钻孔机，且面临加工时间长，玻璃体易破碎等问题。 图4 微结构光纤制备方法 (a)堆积-牵拉法(b)正向挤压法(c)超声钻孔法 针对上述传统微结构光纤加工制备所面临的问题，该课题组采用DLP 3D打印技术制备了空气-石英结构包层，如图5所示。3D打印技术在制备复杂、任意结构方面具有明显优势，且制备过程中无需大型特殊设备，同时DLP 3D打印纳米复合浆料技术，可在较低烧结温度（~1300 ℃）下实现石英玻璃结构的制备。  图5 基于DLP 3D打印技术的空气-石英包层结构制备原理图 经过与掺杂石英芯棒类似的热处理工艺，得到空气-石英包层结构，与商用的熔融石英玻璃进行对比发现，拉曼光谱与X射线光电子能谱检测表现出良好的一致性，证明3D打印石英玻璃可进一步应用于光学元器件的制备。 Yb掺杂石英微结构光纤 将Yb掺杂的石英玻璃芯棒与空气-石英包层进行简单的手动装配，结合光纤拉制技术，将直径1.5 cm左右的微结构石英光纤预制棒拉至百微米量级，如图6所示。与传统微结构光纤拉制技术相比，3D打印石英光纤在拉制过程中未充入任何气体，通过拉制温度、玻璃粘度控制尽可能保持原有石英结构，所得光纤直径与头发丝类似。所得光纤折射率与传统方法制备的石英光纤保持良好的一致，吸收光谱检测显示出标准的Yb离子特征峰，但目前该光纤传输损耗较大，有待进一步优化。 图6 基于DLP 3D打印技术的稀土掺杂微结构石英光纤制备流程图 光纤高温传感 将所得到的Yb掺杂微结构石英光纤进行高温传感应用实验，当温度不断升高时，荧光光谱呈现出周期性变化，利用920nm和1080nm处的荧光强度比，可实现高温光纤传感，其对数荧光强度比与温度倒数拟合曲线呈现出几乎完美的线性分布，探测灵敏度与普通商用光纤基本一致，处于正常范围内。  END 目前该光纤面临背景损耗过大，进一步研究表明损耗主要源于玻璃内部缺陷与空气孔结构的塌陷，未来需进一步优化制备过程中的烧结工艺和真空度，以降低该光纤预制棒中所含杂质与气泡，同时可进一步优化拉制工艺，以弱化空气孔结构的塌陷趋势，从而进一步减低传输（泄露）损耗。 该工作将3D打印石英技术成功地应用用于稀土掺杂微结构石英光纤的制备，并将所制备的光纤成功应用于高温光纤传感，推动了3D打印石英技术的实用性发展，同时为稀土掺杂微结构石英光纤的制备提供了新的途径，未来该技术有望进一步应用于光纤激光器、放大器等领域。 注：本文内容来自3D打印技术参考，由郑保罗供稿。欢迎转发主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.Formnext：Raise3D将以9.9万和2.9万的价格发售桌面金属和碳纤维3D打印机 2.Formnext深圳展百余3D打印品牌参展、百余论坛、百余新品发布 3.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 4.低成本，高效率丨DLP 3D打印高强复杂结构最终用途部件

中国航天科工集团二院第二总体设计部（简称二部）始建于1958年，是我国组建最早的从事尖端科学技术与研制的单位，是我国最为重要的导弹武器系统研制、生产单位和空天防御事业发展的领军单位。 8月27日，二院二部发布消息称实现了某型飞行器产品复杂结构的3D打印集成制造，并指出这是3D打印技术在航天领域飞行器研制中的重要里程碑，进一步提升了飞行器轻量化水平，为未来新一代飞行器发展提供了有力支撑。 中国航天科工集团二院二部实现某型飞行器产品复杂结构3D打印集成制造。图片来源：中国航天科工集团二院二部供图 飞行器结构产品“无模具”制造，生产效率提高了一倍，在确保性能不下降的基础上，成本降低近一半，解决了传统生产模式中加工时间长、质量管控难度大、成本高等难题，通过3D打印一体化成型技术，数字化制造能力大幅提升。 二部专家介绍，航天飞行器产品结构零部件多，生产周期长、成本高。此前，一套复杂结构产品的部件常常由数十个零件组成，每个零件都要建立三维模型并设计“个性化”的工艺流程，随后在数字机床上逐一进行生产加工，生产周期往往按月计算。同时，由于“车铣刨磨”等传统机加工艺的限制，要让飞行器“瘦身减肥”很困难，直接影响飞行器的性能提升。有时候，结构设计师为了减少几克的重量也是煞费苦心。 如今，通过3D打印技术实现面向增材制造的一体化结构设计与制造，可使复杂部件的零件数大幅减少，通过一体化三维建模后导入3D打印机中直接成型，一台打印机可实现多个零件的同时打印，制造时间从几个月缩短到十余天。同时，随着零件数量的减少，部件装配环节也更简化, 结构可靠性和装配效率大幅提升。 通过基于3D 打印的优化设计，设计师可突破“车铣刨磨”等传统机械加工工艺限制，选择采用网状支撑、空心流道等更加优化的结构形式。相比传统棒料或管料的机加方式，现在可通过“一次成型、少量加工”实现高效生产。针对“一次成型”的3D打印产品，只需要对结构安装面等表面精度要求比较高的局部部位进行少量精加工即完成零件生产，从而大幅提升生产效率。 二部3D打印青年创新工作室负责人金先生表示，团队一直紧跟国内外3D打印技术发展趋势，积极开展新技术、新方法、新工艺的学习与应用，牵头解决了多个项目结构轻量化设计与一体化制造难题，力争为先进飞行器打造更轻、更强、更耐热的“钢筋铁骨”。 3D打印技术是以金属粉末、金属丝为原材料，通过逐层打印、堆积成型的方式实现构件一体化成型的制造技术，涉及数字建模、机电控制、材料科学与工艺技术等多个领域的交叉融合，具有成型精度高、制造周期短、可成型复杂外形和中空结构的特点，可满足航天产品“轻量化、高性能、快速研制”的设计与制造需求，被认为是航天领域未来结构设计与制造技术变革方向之一。 在过去的“十三五”期间，二部紧跟3D打印技术发展步伐，开展面向增材制造的结构产品设计和应用探索， 在复杂拓扑结构建模技术、优化仿真分析技术、数字化制造仿真技术、新材料应用等方面开展了研究工作。以“赛”“研”“用”等多种形式，锻炼设计师队伍，多次组织团队参加全国3D打印设计大赛并屡创佳绩。 二部结构室相关负责人表示，科技人员在提高设计应用能力的同时，将经验固化形成《面向增材制造的结构设计手册》等知识成果，使增材制造和优化设计的理念深入人心，并且在项目研制中取得了良好实效。 后续，二部将持续推动基于3D打印技术的优化设计、应用和产品创新，加强一体化结构的设计、分析、制造、性能验证等基础能力建设，促进新一代航天飞行器结构性能提升。 注：本文内容来自中国航天科工二院。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.最大尺寸达0.6×0.6×0.6m，看3D打印如何深入影响我国民营火箭深蓝航天的制造流程 2.航天六院7103厂发布超3吨粉末需求，突破航天液体动力领域3D打印全流程技术 3.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型 4.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

2021年8月24日，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部件3D打印制作加工能力，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。 峻宸集团执行董事长苏大威先生和远铸智能CEO韩成超先生峻宸集团专注于三维打印服务及技术应用，拥有200多台工业级3D打印设备，可以为客户提供一站式3D打印服务，包括专业设计和制造综合解决方案以及产品定制的批量打印服务，涵盖了数10种打印工艺如SLA, DLP, Polyjet, MJF, SLM, SLS等。 3D打印手板可以帮助客户大大降低生产成本和缩短产品上市的时间，当前3D打印技术已经广泛渗透应用于手板的生产制造。随着客户对应用的深入理解，对打印件的力学性能、抗疲劳性能、恶劣环境的耐受性能等提出了更加苛刻的要求，希望3D打印件不但可以满足外观要求，还可以进行功能性测试以进一步验证产品设计在最终使用时的效果，甚至直接可以将打印件用于产线的工装夹具以及产品的小批量生产。 FUNMAT PRO 610 HT FUNMAT HT 和 FLEX 510 峻宸集团执行董事长苏大威表示：“增材制造加工工艺已经成为手板市场首选的生产工艺之一，尤其在制造业有着更为广泛的应用基础。增材制造工艺主要有几种不同的形式，每种工艺各有优势。随着3D打印材料应用的拓展和需求的挖掘，2021年8月峻宸集团决定正式引入工业FDM/FFF打印工艺到我们的工艺体系中。工业FDM/FFF打印工艺可以很好的与目前使用的SLS/MJF打印工艺进行互补，FDM/FFF打印能够解决大尺寸高性能材料零件的整体打印和薄壁零件打印热变形问题，并且有更多的材料可以选择，可打印具备耐腐蚀、耐高温、高强度、阻燃等特性的高性能塑料，如PEEK，PEKK，ULTEM，PPSU等和工程塑料如PC, PA, ABS以及相关的复合材料、防静电材料等，更多材料选择将大大拓宽市场应用场景。” 共同推动3D打印技术在各行业中的发展 苏大威还表示，“峻宸一直与各3D打印设备厂商都保持着深度合作，2021年开始与远铸智能合作工业FDM/FFF工艺，远铸智能是一家专注于工业FDM/FFF技术研究与技术应用的高科技企业，产品已被汽车、航空航天和其他工业领域的全球知名企业广泛采用，在推动将3D打印技术应用于不同工业领域方面与峻宸集团的发展理念深度契合，我们也很荣幸能与远铸共同来推广创新工业FDM/FFF增材制造解决方案，一起来推动3D打印技术向不同行业的快速渗透和发展！” 此次交付的产品中，FUNMAT PRO 610 HT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，通常工业FDM/FFF 3D打印设备的成型尺寸普遍在400x400x400mm以下，但是此次交付的FUNMAT PRO 610 HT可以打印高达610*508*508mm的零部件。 远铸智能CEO韩成超表示：“远铸智能自创立之初就一直坚守推动3D打印从原型制造走向批量生产的愿景和初心，并且坚持以技术和产品创新推动公司向前发展，公司是全球最早可以提供PEEK类材料3D打印解决方案的公司之一，也一直是该领域的领先者和推动者。面向客户日益增多的小批量制造需求，经过近4年的持续研发投入，在2020年推出了批量生产应用的工业FDM/FFF设备FUNMAT PRO 610 HT，填补了国内市场空白，可以满足高性能材料和工程塑料的小批量生产需求，特别是提供了国内手板厂难以找到的更具经济投资效益的工业FDM/FFF解决方案。” 此设备配备高达500°C的全金属双喷头，可打印市场上几乎所有的热塑性材料。高温恒温腔室也实现了打印与后处理的一体化，打印件可以更好的成型，并具备较高的机械强度和较低的内应力。为了确保模型打印的成功率和减少设备维护时间，FUNMAT PRO 610 HT配备的液冷系统可显著解决丝材打印堵头问题，延长打印机的寿命和提高大尺寸打印件质量。 FUNMAT PRO 610 HT一体成型打印的ULTEM 9085交通工具仪表盘原型件 开拓原型验证和小批量生产应用 韩成超补充道：“峻宸集团是国内将3D打印应用于手板行业批量生产的创新者和开拓者，在将3D打印技术应用于汽车、航空航天和家电等领域的原型验证和小批量生产中有非常深厚的积累，在增材设计（DFAM）、打印服务和后处理等方面的丰富经验令人印象深刻。峻宸集团与远铸智能在推动3D打印走向批量生产的愿景不谋而合，我们的工业FDM/FFF解决方案也刚好增强了峻宸集团在功能验证和小批量生产方面的能力。” 峻宸集团和远铸智能强强联合，双方将以本次合作为基础，共同携手开发国内手板市场创新应用，提供更多应用解决方案。 关于峻宸集团 峻宸集团是一家专注于三维打印服务及技术应用的高科技企业，公司拥有200余台工业级3D打印设备，打印材料涵盖树脂、尼龙、金属、全彩、红蜡等40多种，10000+㎡的生产规模。能够快速为客户提供专业的“设计与制造”综合解决方案和产品定制批量打印服务商。2020年12月30日，峻宸集团在上海股交所小科创挂牌成功，成为国内增材制造3D打印服务企业首家小科创挂牌成功企业。 关于远铸智能 INTAMSYS是一家全球领先的提供高性能材料3D打印和工业直接增材制造解决方案的高科技公司，由来自海内外世界一流高科技公司从事多年精密设备开发、高性能材料研究的工程师团队联合创建。远铸智能聚焦于航空航天、汽车、电子制造、消费品、医疗、科研等行业领域，提供从功能测试原型制作、工装夹具制造到最终产品直接批量生产的完整增材制造解决方案，产品涵盖设备、软件、高性能材料及打印服务等。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.视频解读：如何应对大尺寸高性能材料3D打印带来的挑战 2.旨在替代金属，世界最大高性能聚合物3D打印机的成型尺寸达1 x 1 x 1 m 3.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 4.Stratasys 3D打印机关键专利本周到期，高温FDM市场将迎重大变化

2021年7月，深蓝航天“星云-M”1号试验火箭在陕西铜川深蓝航天试验基地完成了“星云-M”1号试验火箭首次垂直起飞和垂直降落（VTVL）的自由飞行试验（又称“蚱蜢跳”），首飞试验任务圆满成功。 执行本次飞行的“星云-M”1号试验箭配套了由深蓝航天自主研制的“雷霆-5”型液体火箭发动机（下文简称：LT-5），是国内首型使用3D打印技术制造的针栓式电动泵液氧煤油发动机。 “雷霆-5”型液体火箭发动机真空推力最大为50kN，发动机能够实现50%-110%推力区间调节；同时，LT-5采用了电动泵调节推进剂流量，针栓式喷注器可自动维持不同工况下的稳定燃烧，将此两项技术结合在一台发动机上在国际上也是颠覆式创新。 3D打印技术革新 LT-5发动机大量选用3D打印技术，利用先进的打印设备最大限度发挥镍基高温合金粉末材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等优质特性，成功突破传统火箭发动机制造模式的低生产效率、复杂工艺路线、周期长的瓶颈。 其中收扩段、喷注器壳体，氧入口等关键部件通过在打印过程中严格控制工艺，保证零件外形尺寸、内流道精度及降低粗糙度；且3D打印毛坯件仅需后期少量机械加工就可以满足装配精度要求和使用要求，零部件加工周期大幅缩减的同时，大大缩短了产品重复制造周期和迭代速度，摒弃了传统火箭发动机制造的重资产模式，产品供应链更短、更高效、更易协同，总成本更低。 供应链深度合作 深蓝航天另辟蹊径，多方位与国内一流打印服务商开展合作，促使深蓝航天产品技术研制能力的快速提升和工程化应用齐头并进。 目前正在研制中的新型发动机同样选择了经过验证的3D打印技术和后处理工艺，新交付的发动机结构部件最大尺寸达到0.6×0.6×0.6m。通过一系列的研制测试，自主掌握了3D打印粉末选型、增材制造形性控制、增材流道结构表面高质量磨料流光整等多项关键技术，具备了产品多行面、多腔道、再生冷却通道等复杂精密构件的增材制造研制能力。 LT-5发动机已先后参加多次地面点火试车、全箭静态点火测试，同一台发动机的累计工作次数超过10次、累计工作时间超过500s，每次均为大范围变工况工作状态。 本次飞行演示着陆后经综合测试，发动机状态良好，各项技术指标正常，满足再次复飞的要求,有力地证明了发动机产品初步达到可重复使用的预期设计目标，为工程化可重复使用发动机产品积累了宝贵的研制经验和实际使用数据。 3D打印技术在深蓝航天火箭发动机研制应用上获得的成功，使深蓝研发人员更敢想，更乐于新结构的尝试，让“设计-制造-测试”实现的更精益、更高效；3D打印技术已成为深蓝航天逐梦太空，实现低成本、可回收复用新一代智慧火箭的重要工具。 扩展阅读： 在当下竞争激烈的国际航天发射市场，美国的SpaceX、Blue Origin等商业航天公司已经在增材制造领域取得了突破性进展。Blue Origin贝索斯的蓝色起源首次载人太空之旅乘坐的新谢泼德太空船上就有超过400个增材制造的零件；而其新一代液氧甲烷火箭发动机BE-4，更是有很多关键部件采用3D打印制造，如发动机增压泵（OBP）外壳采用铝合金打印，液压涡轮，涡轮喷嘴和转子采用镍基合金打印。 在2017年，普惠·洛克达因公司利用增材制造工艺生产的铜合金全尺寸推力室通过了热试车考核，后续将用该推力室取代当前的RL-10C发动机不锈钢管束式推力室，获得更优的冷却性能，同时提高发动机可靠性。 3D打印技术应用在液体火箭发动机上有很多显著的优势，深蓝研发人员将不断总结经验，借鉴行业内已知成果的同时，继续在结构件轻量化设计、铜材&镍基高温合金异种材料组合增材制造、电弧增材制造等关键技术上深耕、创新。 注：本文内容来自深蓝航天。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.国内首次由3D打印制造的火箭发动机完成真实飞行工况考核，低空垂直回收飞行试验圆满成功 2.航天六院7103厂发布超3吨粉末需求，突破航天液体动力领域3D打印全流程技术 3.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 4.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

基于DLP的3D打印设备，已成为目前市场上最常见3D打印机产品。该技术不仅打印精度高，可达微米级，用此类设备打印出来的模型表面非常光滑细腻，远超其他成型技术。同时，该类设备打印速度也非常快，是目前市面上常见设备里成型速度最快的产品类型之一。 然而在常规印象里，DLP 3D打印的产品多用于制造牙模、首饰原型、动漫手办等不需要很高性能的产品。实际上随着材料的突破，DLP3D打印+高性能+复杂结构，正在很多领域获得认可。本期，跟随3D打印技术参考，了解该技术如何用于现代机械设备最终零件制造。 【采用DLP 3D打印制造高性能复杂结构最终用途部件】 传统制作方式带来的缺陷 南京蓝锐自动化科技有限公司（以下简称“蓝锐”），是一家从事现代化生产机械化设备研发制造的公司。虽然公司成立时间不久，但其科技化的步伐却成为了行业的佼佼者，从智能机器人的研发，到工业自动控制系统装置制造，都能看见蓝锐的身影，而在高科技术日新月异的今天，蓝锐率先针对农业移栽领域开发了一款移栽机器人，并用3D打印打开了解决处理复杂结构的难题，助力农业自动化的生产。 作为为数不多的在国内研发农业自动化机器的企业，在使用3D打印快速设计、制作、处理结构复杂的农业自动化设备之前，在制作一个复杂部件时，开发团队需要经历以下流程：根据实际需求构思零件模型、使用传统CNC技术制作大量不同的样件模型、模型修整与调试、 CNC加工获得最终的测试原型。而面对一些结构非常复杂的零部件，还不一定能实现制作，这让蓝锐很苦恼，也一度让研发停滞不前。 【打印零件实拍】由于每一个结构复杂的部件都以CNC加工制作方法生产，这就需要进行大量的沟通和协调，在生产过程中，开发团队就要依靠具有丰富专业知识的技术人员来跟进整个环节。冗长的时间，高昂的成本，复杂的过程，这些都耗费技术人员大量的时间与精力，更提高了原型打样中设计迭代的费用，甚至还要为最后难以实现的结果买单。 DLP 3D打印处理结构复杂部件效果惊人 “其实，在使用DLP技术的3D打印设备之前，我们还寻求过诸如FDM等技术的3D打印方案，但是因为生产耗时久，且成型效果欠佳，价格高昂，遂放弃了使用。”蓝锐的工程师如是说。 为了提升研发效率，通过了解3D打印行业的相关知识以及多方比较，最终因为性能、价格以及服务，蓝锐决定采购一台Rayshape的DLP 3D打印设备——Shape 1。而将3D打印技术引入农业自动化设备零部件的原型制作中，这样的转变呈现出了惊人的效率提升。 【蓝锐采购的Shape 1（右一）及 ShapeCure（左一）实拍】使用3D打印技术制作测试复杂结构的原型，只需要先设计出符合需求的模型数据，然后，将模型导入切片软件，最后用3D打印机直接将模型打印出来。利用3D打印技术，蓝锐团队可以快速高效制作出一个完整的、高精度的原型零部件，也可以根据实际的装配出入，调整设计的零部件，以此达到轻松进行验证测试。 【蓝锐农业机器人可长期在高湿高热的大棚内作业（由于客户专利保密遂截取了国外类似设备视频）】正因为农业机器人的设计结构复杂，蓝锐因为使用了3D打印机，这得他们拥有了绝对的自主研发与生产能力，避免了竞品逆向抄袭，使之成为市场上独一无二的产品。 使用 DLP 3D 打印机的优势 开发产品速度提高一周 3D打印大大提高了原型制作和设计迭代的效率，减少了生产时间和成本。蓝锐的工程师表示，使用Rayshape DLP 3D打印机时，开发产品速度可以提高一周。因为3D打印技术帮助他们省去了繁琐冗长的CNC加工流程，全程变为数字化生产，这大大减少了费用，同时缩短了设计流程和时间。 【效益对比】打印多个零件与打印单个耗时相同 因为Rayshape采用的DLP 3D打印技术，其原理为数字面曝光，也就是说，在打印的时候，DLP技术一次投影固化一个面层，这与FDM的3D打印技术相比，成型速度更快，尺寸精度和分辨率高，对于打印复杂细节的零件来说更具优势。此外，打印一个零件与打印多个零件耗时一样，这充分满足了研发生产时所需要的小批量生产。 【蓝锐用Shape 1小批量生产的零部件】单个零件降低80%以上的生产成本 复杂模具的开发制作相当昂贵，为了制作一两件样品而开发样品模将大大增加生产成本。使用3D打印样品不仅可以免去模具开发制作的费用，还可以缩短制作时间，将以往1周的打样制作时长缩短至1天。整体分析来看，使用DLP 3D打印技术帮助蓝锐单个零件降低了80%以上的生产成本。 提升设计迭代灵活性 3D打印可以打印出任何几何形状，大大提高了设计的灵活性。3D打印可以帮助研发者实现各种打样模型和复杂零件的制作，更好地满足设计中的个性化需求。 【蓝锐用Rayshape 3D打印设计的农业自动化零部件】提高制作自主性 在使用3D打印技术进行原型制作时，3D打印的方式不仅提升了开发团队在设计时的效率，在设计过程中即可同步进行验证，在开发正式模具前将所有问题排除，大幅提高了生产制作的成功率。 先进DLP 3D打印机的特性 由于Shape 1的使用，使蓝锐成功的实现了在办公桌上快速制作高性能零件，并成功应用在了功能原型上。不单单是蓝锐，整个Shape 1系列均提供了针对实物产品的设计部门、研发部门和工程部门的应用方案，在外观原型、功能原型、工装夹治具方面均有良好的表现，对于高度小于10cm的零件，可在一天内完成两次设计迭代。 【Rayshape Shape 1设备】 不仅如此，Shape 1系列采用进口工业级DLP光机，使用寿命可达3万小时，在此期间，无需维护，亦无需跟换光源元器件。畸变极小，光均匀度高，光衰极低，真正做到高可靠度，免维护。 此外，Shape 1 系列匹配了Basic、Functional系列高性能专用光敏树脂，具有低翘曲，低收缩，耐热等特点，在经济性和材料性能方面均有较大的优势。 【部分Basic & Functional材料】纵观Shape 1的打印特性，设备拥有稳定的成型温度环境，打印表现稳定、可靠，为消费电子、低压电气以及汽车电子等行业带来全新机遇。 DLP 3D 打印在智慧农业市场的机遇 目前，我国智慧农业已经初具规模并呈现良好的发展势头，但仍然处于新模式和新业态的发展时期，产业链正在逐步形成阶段，在关键技术和制度机制建设上还需不断推进和完善。未来，农业产业必将向着机械化、智慧化、自动化方向发展，而3D打印将作为智慧农业走进现实的重要环节。 “相信3D打印技术能突破限制，帮助农业自动化以更低的投入产出比，实现更好的发展。”蓝锐的工程师表示，未来，蓝锐希望与Rayshape展开更加深度的合作，共同研发更适配农业自动化的高性能材料，为推动3D技术惠及智慧农业贡献自己的力量。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.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 2.福特采用大幅面（1m³）3D打印机制造夹具和固定装置 3.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 4.陶瓷3D打印面临的挑战，一种增韧解决方案与未来市场

近日，美国航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）采用一种不同于基于激光或电子束的增材制造工艺生产了一种铝合金航天器用热交换装置。采用新设计的热交换器取代了在长期任务或极端条件下可能出现故障的数十个小零件和接头，不仅对太空应用而且在石油钻井和航空等领域都有潜在益处。NASA JPL 技术专家表示，该工艺所能解决的不仅是一个任务的一个问题，同时将为NASA和工业界解决一类问题。该工艺就是由Fabrisonic公司推出的超声波增材制造（UAM）技术。 超声波增材制造实现了铝合金热交换器的整体制造 超声波增材制造的技术原理 超声波增材制造（UAM）是基于传统的 “超声波焊接”工艺，其利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。而当这种焊接方式被应用到3D打印机上时，也就成就了这项新的3D打印工艺——“超声波增材制造”。 超声波增材制造原理 超声波增材制造能够实现不同金属间的冶金结合 超声波增材制造采用金属薄片为材料，能够实现真正冶金学意义上的熔合，并可以使用各种金属材料如铝、铜、不锈钢和钛等。UAM的制造过程包括通过超声波逐层连续焊接金属片，并不时通过机械加工来实现指定的3D形状，从而形成坚实的金属物体。通过结合增材和减材处理能力，UAM可以制造出深槽、中空、栅格状或蜂窝状的内部结构，以及其它复杂的几何形状，这些结构和形状通常无法使用传统减材制造工艺完成。此外，该技术的重要优势是能够制造多金属零件。 超声波增材制造生产多材料一体化构件 自 2011 年成立以来，Fabrisonic 已多次与 NASA 合作。2018 年，Fabrisonic和NASA JPL开始探索如何使用超声波增材制造来生产 3D打印热交换器。当时，3D 打印组件通过了NASA的质量控制测试，并被认为可以在太空使用。今年早些时候，NASA JPL宣布他们使用 Fabrisonic的设备为卫星开发了价值更高的3D打印热交换器。 3D打印的散热器由铝和铜两种材料构成，可以让热量更均匀地分布在整个表面 在太空中，极端温度可能会有数百度变化。热交换器可以通过吸入或排出热量来帮助航天器内部保持稳定温度。热交换器通常内置流道，并连接到带有支架和环氧树脂的金属板上。传统上，热交换器由多个相互连接的部件组成，这会给设备带来许多潜在故障风险，NASA JPL选择采用UAM技术3D打印一体化的热交换器。 ‍由UAM技术3D打印的大尺寸热交换器 事实证明，整体制造可以使组件的可靠性得到显著提高，并降低长期太空任务或地球极端条件下的故障可能性。3D打印热交换器还带来了性能提升，与通过传统方法制造的热交换器相比，重量减轻了约 30%，性能提高了30%。除此之外，这项技术在几天之内便完成了这种复杂结构的零件生产，缩短了NASA航天器的开发周期。 含有内部通道的铝铜复合材料部件 除铝和铜的一体化制造之外，NASA JPL还利用Fabrisonic的UAM 技术实现了金属钽与铝合金部件的结合。为保护电子组件免受强烈空间辐射并保持组件尽可能轻巧，NASA JPL在铝合金航天部件的中间添加了能够抗辐射的金属钽层，从而获得了既抗辐射又极轻的3D 打印组件，该组件的每种金属特性均保持不变并能按预期运行。 除以上应用之外，NASA还于2020年在 SBIR项目中使用UAM技术成功将不同的非晶合金与其他金属合并来克服腐蚀问题。 超声波增材制造生产内置传感器的“智能结构” 因为金属没有被加热焊接，UAM技术可以在零件的制造过程中嵌入电子装置同时不会发生损坏。过去使用常规焊接技术加工智能材料所面临的最大挑战就是，材料融化往往会大大降低智能材料的性能。因为UAM工艺是固态的，不涉及熔化，这个工艺可以用来将导线、带、箔和所谓的“智能材料”，比如传感器、电子电路和制动器等完全嵌入密实的金属结构，而不会导致任何损坏。因此，超声波增材制造非常适用于“智能材料”的打印以及“智能结构”成形。 内置电子装置的“智能结构” NASA在其航空测试中利用通过UAM技术打印的光纤传感器来检测商用机身的弱点和性能问题。这些传感器使用UAM技术内置于铝合金零件内部，能够获取有关金属健康和性能的准确、实时数据。同时，由于外层金属的保护，传统器可以在太空等恶劣环境中工作。除此之外，NASA还于 2019年采用UAM技术将传感器直接3D打印到了燃料管道中，用来收集低温燃料管道中的数据，以更好地了解发动机的运行情况。 内置传感器的发动机燃料管道 UAM可以结合智能材料本身的特点随时改变不同结构零部件材料的特点，因此UAM技术具有以下优势： （1）高速金属增材制造，成形复杂结构。UAM与传统3D打印技术一样，同样具有成形的高效性与高复杂性，属于自由净成形工艺。（2）固态焊接可以实现：异种金属的结合、包层、金属基复合材料、“智能”或反应式结构。UAM工艺是基于传统的电磁波焊接技术，因此，成形过程可以实现固态焊接，实现异种金属的链接或包层。（3）低温工艺可以实现：电子嵌入防篡改结构、非破坏性、完全封装的光纤嵌入。 END UAM工艺不需要高温环境，在低温下就可以实现制造过程，因此，对于那些在高温下会改变本身特性的材料而言，UAM可以轻松实现复杂结构的成形或者对需要封装的嵌入结构实现制造。基于传统工艺的新型3D打印形式正在使增材制造工艺的种类更加丰富，同时也满足了更多的制造需求。除超声波增材制造工艺外，3D打印技术参考在往期文章中提到的搅拌摩擦焊也是其中一种。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.无须高能热源、不需气体保护，能以10倍速度成型的金属3D打印技术 2.国家科技重大项目「微铸锻铣磨」增减材复合制造机床通过验收 3.基于SLM的增减材混合制造新形式：激光熔融与超快激光切割相结合 4.南科大：一种新型抛光技术，可获得纳米级超光滑表面

从原型制作，模具开发再到功能完备的终端零部件的整体生产，工业级3D打印技术，从设计到制造，让一切都更轻、更快、更可靠。航空航天和汽车工业一直探索通过3D打印的方式生产、制造终端零部件以提高效率、减少浪费，从而成为工业级3D打印技术早期的受益者。 大尺寸高性能材料3D打印除了粉末床技术，基于桌面的熔融挤出技术正在获得越来越多的关注，也正在成为先进制造行业无法忽视的重要技术。然而，大尺寸高性能材料的3D打印，目前仅有少数企业攻克了其中的制造难题。 FUNMAT PRO 610 HT能够满足工业级高性能材料打印的需求，为生产赋能，激发3D打印的潜力，探索工业应用的无限可能。该设备配备高达500°C的全金属双喷头，可打印FFF市场上几乎所有高性能材料。但仅凭高温组件不足以支撑大尺寸打印，另一个关键挑战是大尺寸部件在打印过程中的变形翘曲开裂现象。基于INTAMSYS FUNMAT HT平台成熟的运行经验，FUNMAT PRO 610 HT增强了腔室热设计，300℃恒温腔室可以满足打印件温度的均匀性，从而能够很好的解决变形翘曲开裂问题。同时，高温恒温腔室也实现了打印与后处理的一体化，打印件可以更好的成型，并具备较高的机械强度和较低的内应力。 为了确保模型打印的成功率和优化设备维护时间，FUNMAT PRO 610 HT的液冷系统可显著解决丝材打印堵头问题，延长打印机的寿命和提高大尺寸打印件的质量。 在应用方面，工业级FFF/FDM技术可以为汽车制造、航空航天、军工、石油燃气、医疗等行业的小批量生产提供多材料一体化的3D打印解决方案。 以航空航天行业为例：近年航空航天行业发展迅速，更轻更强已经成了业内发展的目标。因此，PEEK、ULTEM等具有较高强度重量比且耐损耗的高性能材料被广泛应用。作为航天器部件，优异的机械强度和阻燃性必不可少。在这些严苛的需求中，ULTEM 9085脱颖而出，这种材料具备与金属相近的机械强度和远低于金属的密度，同时，它的阻燃性和无烟无毒性也满足了航空航天产业的要求。 FUNMAT PRO 610 HT 打印的尼龙碳纤材料样件 FUNMAT PRO 610 HT兼容市面上主流高性能3D打印材料，是打印大尺寸PEEK、PEKK、ULTEM、PPSU等高性能材料的理想选择。工业级智能双喷头设计可处理多种复杂结构，可升降双喷头能够避免打印过程中对打印件的刮擦。FUNMAT PRO 610 HT的打印喷嘴还具备自动清洁、堵头智能检测、喷头智能校准的设计。专用合金喷嘴具有硬度高、耐磨性好，可打印纤维增强材料，使用寿命远高于常规喷嘴；模块化结构便于更换或维护。 END 当前，随着FFF/FDM打印技术在各行业应用的不断深入，其在轻量化设计、低成本、快速交付等方面的显著优势，让3D打印技术在终端部件生产、工装夹具等方面的应用范围越来越广。与此同时，工业级别生产对材料性能、可打印尺寸、打印效率也提出了越来越高的要求。 据《Wohlers Report 2020》的调查数据，2017-2020年，以PEI、PEEK、PEKK、PPSU等为代表的高性能聚合物材料的用量增长明显。而目前高性能材料主流的3D打印工艺只有借助工业级FFF/FDM打印设备才可以实现。这也意味着，以高性能聚合物为应用材料的工业FFF/FDM技术正在经历高速的发展。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.旨在替代金属，世界最大高性能聚合物3D打印机的成型尺寸达1 x 1 x 1 m 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.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.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

在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域中的复杂形状部件的制造，其主要应用领域之一便是航空航天工业。由于极高高的强度-重量比以及出色的可加工性，高强铝合金在航空航天业广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍然受到增材制造工艺中几种不可忽略的问题和缺陷的限制。多年来，人们致力于减少或消除这些缺陷，从而扩大了增材制造在高强铝合金中的应用范围。 高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性 由于某些类型的缺陷会影响高强铝合金3D打印组件的质量，因此该技术在航空航天领域的使用仍然受到限制。另一个关键问题是，缺乏针对3D打印组件的全面、公认的质量标准，这限制了航空航天行业对该工艺的使用。目前，只有极少数的铝合金可以被适当地改性，同时由于3D打印过程中发生的热循环而导致的凝固相关问题，2xxx和7xxx系列合金很难通过3D打印加工。在3D打印的2xxx和7xxx高强铝合金产品中已经观察到了各种类型的缺陷，为了消除或避免缺陷并克服加工困难，需要对合金进行化学成分改性并开发相关国内工艺。 航空航天业未能广泛使用3D打印工艺来生产高强铝合金结构件的原因主要包括以下几方面： 3D打印工艺受到部件尺寸和生产速度的限制，导致该工艺在大型航空航天部件的生产中尚无竞争力。例如，通过增材制造工艺生产的最大的航空部件重约750千克，长4.7m、宽1.7 m、高0.5m。该部件旨在展示3D打印在生产下一代波音777x喷气式飞机的组件中的应用。然而，这和波音747客机64.3 m的翼展相比，相距甚远。航空航天业最重要的两个优先事项是安全保证和风险管理，这要求航空航天部件具有高精度和一致性。然而，目前只有少数几种3D打印工艺可以生产尺寸公差为30–40μm的组件，但航空航天公司要求的组件的尺寸公差通常小于10μm。因此，不能每次都获得航空航天部件的所需尺寸精度，并且为了达到所需尺寸而对零件进行机加工会导致额外的制造步骤和成本。 各工艺所能达到的最高尺寸精度 航空航天部件具有严格的质量认证体系，对于关键部件（如发动机涡轮叶片）非常重要。然而3D打印在航空航天业中的质量管理和认证方法仍在制定中，其复杂性在于缺乏关于增材制造的航空航天部件的失效机制，特别是对疲劳失效的理解。 近年来，已经建立了许多与金属增材制造有关的标准。但是，其中只有少数几个适用于航空航天领域，包括SAE AS9100和MSFC-STD-3716。标准的不足严重影响了3D打印工艺的广泛应用，制造商也多将重点放在开发此类标准上，以推动技术发展。与此同时，由于增材制造过程中物理过程的复杂性，现有的无损检测手段在孔隙、气体夹杂和裂纹等缺陷检测中可能存在问题，需要制定专门的测试方法。 高强铝合金增材制造过程中产生的主要缺陷 由于制造过程和合金本身的特性，在2xxx和7xxx高强度铝合金的3D打印零件中会发生几种类型的缺陷，包括开裂、孔隙、球化以及挥发性合金元素的氧化和蒸发等。 1. 开裂 在3D打印过程中会由于多种原因而产生裂纹，其中包括孔隙的存在（充当裂纹的起始位置）以及制造过程中加热和凝固的影响。铝合金3D打印过程中的裂纹可分为液化裂纹和凝固裂纹。液化是当施加热量时微观结构中某些成分的选择性熔化。例如，具有低熔点的第二相粒子或具有高偏析度的晶界可能具有比基体低得多的熔点，因此开始局部熔化，从而导致这些位置处的脱粘。液化裂纹的倾向与合金元素的高浓度和可热处理铝合金的高热导率特性以及高激光功率和/或高扫描速度有关。相比之下，凝固裂纹发生在凝固的最后阶段，此时液体流动不足以填充凝固金属之间的间隙，这种类型的裂纹与较大的凝固范围有关。凝固裂纹是高强度铝合金增材制造中非常普遍的现象，特别是对于2xxx铝合金。在合金的凝固过程中，柱状晶粒沿热梯度方向扩展，同时沿晶界收缩，从而导致裂纹形成。在凝固的最后阶段沿着晶界可以观察到凝固裂纹的形成和扩展。 3D打印铝合金零件中的裂纹 2. 孔隙 孔隙是高强度铝合金增材制造中最常见的冶金缺陷之一，特别是在涉及激光的情况下。它可以分为收缩孔、气孔和熔合缺陷。与孔隙形成有关的几个因素包括扫描策略、热裂解、扫描速度以及所用的保护气体等，即使优化了工艺参数，仍然可以观察到一定程度的孔隙。在SLM工艺中，孔隙的常见类型是锁孔和冶金孔。激光扫描后形成的气孔会留在零件表面以下，其中锁孔（> 100μm、形状不规则）大多在快速的激光扫描速度下形成，而冶金孔（<100μm、球形）多在缓慢的扫描速度下形成。由于铝合金粉末的不完全熔化或层与层之间的熔合不良，可能会出现其他类型的孔。 3. 球化和卫星球 考虑到最小表面能的原理，当与基材接触不良时，由于表面张力，3D打印过程中的液态金属可能会收缩为球形，这就是球化现象。球化作用会导致铝合金表面熔合不良，固化层表面粗糙，从而导致零件质量降低。高强铝合金在3D打印过程中的球化通常与熔化过程有关，同时，液滴飞溅和润湿性差也可能导致形成球化现象，当下部熔池中达到足够的熔化水平时，球化现象会减弱。卫星球的产生是另一钟表面缺陷，就微观结构和形态而言，它与球化略有不同。卫星球表面缺陷是由粘附在表层的粒子组成，并高度依赖于扫描速度。有关研究指出，在扫描速度为250 mm / s的情况下，观察到AlSi10Mg中卫星球的形成要比500 mm / s或750 mm / s时少得多。 a）扫描速度为750mm/s时AlSi10Mg中的球化和卫星球缺陷（b）6061铝合金氧化膜SEM图像 4. 氧化 另一个降低铝合金3D打印零件质量的问题是打印过程中发生的氧化。 氧化铝的热力学稳定性使得难以除去铝合金粉末表面产生的氧化膜。有研究人员分析了激光熔合6061铝合金和Al-12Si过程中熔池各点氧化皮的形成机理。在他们的研究中，熔池表面的氧化皮咋激光照射后蒸发，确定了搅动熔池的Marangoni力是破坏氧化皮的最可能原因。氧化物由于残留在熔池两侧，形成了区域性的孔隙。 在打印过程中，虽然腔室中充入了惰性气体，但粉末中仍有0.1–0.2％的氧气残留，这也导致了在逐层熔化的过程中存在氧化的发生。此外，氧化还会导致合金粉末团聚，使铺粉变得不均匀，导致零件的结构完整性和精度下降。 铝合金不同区域的熔化和润湿是通过氧化物的解离或破坏来控制的，而不是通过不同区域的熔化。通过控制氧化膜的形成，可以调节铝合金打印零件的质量，因此，需要密切关注打印过程中的氧含量。 5. 挥发性合金元素蒸发 在应用相对较高功率密度的增材制造工艺中，如果合金中某些元素的熔点低于合金母材熔点，则可能会发生选择性蒸发。由蒸发引起的成分变化将改变材料的耐腐蚀性、机械性能和凝固组织。目前研究主要集中在高强铝合金SLM加工过程中挥发性合金元素（如Zn、Mg和Li）的蒸发，目的是提高材料的加工性能。有研究人员评估了几种用于SLM的高强铝合金的适用性，打印后化学成分发生了明显变化，尤其是锌和镁的含量。   SLM工艺后高强铝合金化学成分变化（wt％） END 在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域的复杂形状部件制造，其主要应用领域之一便是航空航天业。由于极高的强度-重量比以及出色的可加工性，高强铝合金在该领域广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍然受到几种不可忽略的问题和缺陷的限制。多年来，人们致力于减少或消除这些缺陷，从而扩大了增材制造在高强铝合金中的应用范围。 在后续的文章中，我们将介绍最小化或消除缺陷的方法，也可进入QQ群提前查看相关资料。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址：延伸阅读： 1.铝合金大尺寸构件3D打印一体化制造的需求、限制因素及进展 2.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 3.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 4.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择