Roboze是杰出的面向最终用户的高性能聚合物3D打印机开发商，自多年前率先推出旨在替代金属的ARGO 500 3D打印解决方案之后，该公司在航空航天、汽车和工业制造领域取得重要突破。为迎合制造需求的发展，Roboze于近日推出成型尺寸达1 x 1 x 1 m的ARGO 1000，该设备因此成为目前世界上最大的带有高温腔室的高性能聚合物3D打印机。基于挤出的3D打印技术，仍然是当前最为成功的 PEEK 3D打印解决方案。基于ARGO 500的出色表现，Roboze已经成为一些细分市场的领导者，由其成型的碳纤维增强PEEK 空气动力学机翼便是典型应用之一。 1 立方米的 PEEK 3D打印成型腔室 ARGO 1000 可以生产高达 1 立方米的PEEK零件，从根本上改变了航空航天、能源、交通、医疗技术和汽车等行业制造更轻、更高质量组件的方式。Roboze 使用更具可持续性和高性能的先进聚合物和复合材料，如PEEK、碳纤维增强 PEEK 以及ULTEM AM9085F，这些材料在一定程度上可以迅速更换金属零件并替代极端应用任务下的关键组件。更为关键的是，这些材料目前几乎没有第二种3D打印解决方案，激光烧结也几乎不可行。 ARGO 1000 的成型尺寸达1 x 1 x 1 m Roboze决心以高性能聚合物替代金属生产 更大的打印尺寸源于制造需求的发展，该公司一直处于增材制造行业的创新前沿，是世界上最早在 3D 打印中引入 PEEK 的公司之一。此外，该公司的工业自动化系统和专有的基于齿轮（无皮带）传送的技术允许生产的零件比皮带驱动打印机制造的零件精度高六倍。 该公司首席执行官表示，他们所制造的零件性能已经远远超越了原型，并且已经在为微型卫星、军用级船舶以及国家可持续基础设施制造定制组件。 高温腔室是影响高性能聚合物3D打印最重要的因素 强大超级聚合物和复合材料零件可直接用于最终用途零件 以PEEK为代表的高性能聚合物对打印环境要求苛刻。据中国领先的高性能聚合物3D打印机制造商上海远铸智能指出，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。增强的恒温腔室设计是满足打印件温度的均匀性的关键，从而能够很好的解决变形翘曲开裂问题。该公司推出的最大的高性能聚合物3D打印机为FUNMAT PRO 610 HT，具有610*508*508mm的成型尺寸，设备的高温恒温腔室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。 碳纤维增强高性能聚合物是金属的理想替代品 在设计工业应用工具时，传统技术使用铝制或者替代性的金属合金材料，这是因为金属件的表现更加优异并符合该类工具的要求。在许多情况下，热塑性塑料可以达到该类工具的强度要求，但是无法满足执行测试任务时的刚性要求。 而这正是复合材料发挥作用的地方。向基础聚合物中添加增强材料可以极大地改变原材料的性能，从而使塑料件替代金属件成为现实。目前常用的FDM增强材料有碳纤维和玻璃纤维，可用来增强ABS、尼龙（PA）、聚丙烯（PP）、聚醚醚酮（PEEK）等材料。CARBON PEEK被认为是整个行业中性能最高的 3D 打印超级聚合物。除了PEEK众所周知的特性之外，它还增加了更高的热稳定性和刚度。添加碳纤维显著提高了所生产部件的机械性能，消除了与传统制造技术的差距。 Roboze碳纤维增强尼龙3D打印产品 INTAMSYS3D打印的尼龙碳纤装配夹具 碳纤维增强尼龙则结合了尼龙的轻质和碳纤维的机械强度和热性能，碳纤维复合尼龙材料的强度与刚度显著提高，其机械强度甚至超过了3D打印的PEEK和PEKK，在汽车工业中从车辆固定架和仪表等内外部组件到发动机壳体均可以替代金属部件。众所周知，汽车碳纤维由于其强大的热和机械性能，被广泛用于汽车制造，作为金属零件的替代品，碳纤维增强尼龙在汽车工业中具有广泛的应用前景，能够实现减轻重量与设计优化的可能性，同时具有环保和经济优势。 END 制造业在不断调整以满足新的需求。定制化、按需生产和小批量生产等需求都在不断催生有别于传统制造方法的替代性方案。增材制造技术可能永远无法完全取代数控机床加工或铸造，但高性能FDM打印机能够以高性价比的方式满足这些需求。高性能聚合物以及纤维增强复合材料是最强的FDM材料组合，它不仅可以用于航空航天和汽车制造行业， 其特殊的性能还可以满足其他行业的制造需求。 高性能聚合物以及纤维增强复合材料以其优异的力学性能已被广泛应用于各工业领域，但由于传统制造工艺的限制，复合材料依然无法应用于一些具有复杂构型的结构。3D打印技术的快速发展无疑为实现复杂几何形状的复合材料制造提供了契机，从而进一步拓展了复合材料的应用范围。 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.美空军研究室大力开发连续纤维复合材料3D打印，并用于无人机机翼成型 2.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 3.中国产工业级高温3D打印机为何备受国际顶级科研机构青睐 4.国产专业级FDM设备成功打入日本精密零件加工企业

随着航空航天领域的迅速发展以及世界各国低空领域不断开放，各种无人机应用显著增多。无人机的隐身化、高机动性、整体化是其重要的发展趋势，无论用于侦查还是智能监测机体自身健康，翼身融合结构设计是实现无人机诸多目标的最重要方法之一，同时也满足了机身结构整体化的要求，减少了无人机零件数量和结构装配连接。 翼身融合无人机的机身结构均采用一体化复材整体板件成型，对材料要求高强度、高韧性、高流动，目前多使用复合材料或者高性能的工程塑料。而对于制造方式，多离不开模具，这对于复杂结构制造无疑没有效率和成本优势。为评估和完善连续复合材料先进航空结构制造技术，满足美国国防部具有挑战性的制造需求，美国空军研究实验室（AFRL）与领先的3D打印供应商Continuous Composites公司合作，共同研究连续复合材料3D打印能否成功用于无人机机翼直接制造。 美空军展示低成本高效无人机XQ-58A Valkyrie 中国大型隐身无人作战飞机——利剑隐身无人攻击机 Continuous Composites公司成立于 2015 年，声称拥有“世界上最早获得的连续纤维3D打印专利”，能够将连续纤维增强材料与热固性树脂技术相结合，安装在机械臂末端的执行器用于将纤维材料与快速固化的聚合物树脂一同沉积。加入了纤维的树脂在紫外线下几乎立即固化，产生具有可定制强度特性的各向异性部件。该技术可处理多种纤维类型，包括碳纤维、玻璃纤维、光学纤维和金属纤维。3D打印可以非常精确地定位和定向连续纤维。因此，可以将纤维放置在产品内部的选定方向和位置，使其沿着指定载荷路径提供所需强度和刚度，形成内部结构的组成部分。这意味着纤维被安置在需要其发挥作用的任何位置，多条纤维甚至可以在整个零部件中形成一系列传感器。 Continuous Composites连续纤维复合材料3D打印技术 与此同时，由于3D打印不再需要工具或模具，因此它提供了一步制造方法来生产任何形状的连续纤维增强复合材料，从而取代了更复杂、耗时且昂贵的传统多步制造技术。 在国防应用领域，3D打印技术无疑提供了一种低成本、省时的方法来制造轻质、拓扑优化的结构部件，这些优势与美国空军的低成本可磨损飞机技术/平台计划直接相符。Continuous Composites公司的技术也因此受到美国空军青睐。实际上，双方目前所开展的已经是第二阶段合作，美国空军无疑已经成为该公司的长期客户。 Continuous Composites连续纤维复合材料3D打印技术 Continuous Composites可以复合多种连续纤维材料 合作本身涉及在单个整体机翼框架中3D打印集成的翼梁和翼肋结构。在打印之前，Continuous Composites和AFRL的高级结构概念部门使用基于人工智能的生成设计软件来优化机翼结构的几何形状，该部件将使用由连续碳纤维增强的高性能热固性树脂制造。 制造完成后，3D 打印的框架将与复合机翼蒙皮组装在一起，AFRL 还将进行静态机翼测试以评估结构性能，而Continuous Composites将记录工艺数据，以将其3D打印技术与传统制造和组装工艺进行比较。 3D打印的无人机翼梁和肋条 3D打印的连续纤维复合材料 连续复合材料3D打印技术在成本、交货时间和零件属性方面具有广泛的优势。早些时候，Continuous Composites还与能源技术公司Siemens Energy合作，采用特殊的热固性玻璃纤维增强聚合物材料制造发电机组件。 连续纤维增强复合材料在我国天问一号火星探测器上也有应用。由中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所开发的连续纤维增强中密度防热材料，制造了天问一号上面需要维持探测器整体形状的上下边缘和结构的支撑部位以及背罩防热结构的舱盖、封边环、埋件、螺塞等零部件。这种材料相比低密度材料强度更高，同时兼顾了耐烧蚀和承载能力。 连续纤维增强复合材料在我国天问一号火星探测器上有重要应用 2020年，中国实现国际首次连续纤维增强复合材料太空3D打印 除此之外，2020年，由529厂—西交大团队共同研制的3D打印装备“实现了国际首次连续纤维增强复合材料太空环境增材制造技术”，这对于未来空间站长期在轨运行、发展空间超大型结构在轨制造具有重要意义。 据航空科学技术杂志指出，连续纤维3D打印技术与传统的自动铺丝成形相比，自动化程度和柔性更高，对于典型的碳纤维／聚醚醚酮零件，研发周期可缩短至原来的1/30，生产速度可提高100倍。使该技术既可以用于大批量生产复合材料零件，也可以一次性打印高度复杂的几何形状或者需要极其精密制造的关键零件，被认为将颠覆航空复合材料结构的生产模式。关于Continuous Composites连续纤维增材制造技术，请关注下方视频号内容。 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.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料 2.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 3.工艺创新：将FDM 3D打印技术的潜力开发到极致 4.INTAMSYS携手KUKA推出3D打印创新解决方案，拓展智能柔性制造

近日，澳大利亚公司AML3D收到了一件来自波音的订单，为这家航空航天制造商3D打印大型金属工具，这是该公司从波音获得的第一个订单，并有可能成为其进入利润丰厚的航空航天制造领域的切入点。AML3D采用基于线材的电弧增材制造工艺，通过将金属线材连接到工业机械臂的焊接系统中进行3D打印，并专门为国防、海事、汽车等领域的客户提供商业大型“金属增材”制造服务。 AML3D基于电弧的大型金属3D打印机 此次波音寻求制造的是由Invar-36材料制成的心轴工具，重量约150公斤。采购的价值仅5万澳元，约合24万人民币，对于此类规模的公司而言，这实在不算是一个大订单。然而，对于AML3D却是一次契机。波音公司不仅将评估和测试零件的机械性能、组织结构以及完整性，更重要的是评估AML3D按照波音规范生产的能力。鉴于合作方的规模以及与其未来合作的潜在商业利益，波音公司的这份订单可谓意义重大。 3D打印技术参考查阅的相关资料指出，电弧增材制造技术采用逐层堆焊的方式制造致密金属实体构件，因以电弧为载能束，热输入高，成形速度快，适用于大尺寸复杂构件低成本、高效快速近净成形。面对特殊金属结构制造成本及可靠性要求，其结构件逐渐向大型化、整体化、智能化发展，因而该技术在大尺寸结构件成形上具有其他增材技术不可比拟的效率与成本优势。与以激光为热源的增材制造技术相比，电弧对金属材质不敏感，可成形材料丰富，如对激光反射率高的铝合金、铜合金等。 Invar-36是一种具有超低膨胀系数的铁镍合金，在-250℃和+200℃之间具有极低的热膨胀系数，且塑性和韧性很好，属于可焊接材料，因此能够用于3D打印。值得注意的是，采用电弧3D打印过程中，不需要在整个打印室中充入惰性气体，而只需在局部打印区域进行保护，这便消除了对打印零件尺寸的限制。因此，AML3D的制造舱室具有可扩展性，甚至可以由两个机械臂协同打印。 AML3D的制造舱室的可扩展性以及两个机械臂协同打印 AML3D打印的螺旋桨 AML3D已经展示了其为海事部门生产零件的技术能力，并获得了世界最大船级社DNV的批准。2020年，该公司向日本客户交付了一件3D打印的螺旋桨，同时还在为海事领域的领导者蒂森克虏伯以及威廉森3D打印叶轮。基于此，AML3D已经开始在海事制造领域站稳脚跟。而一旦成为波音公司的供应商，这家公司无疑将迈入航空航天领域。 能够成为传统行业巨头的供应商，无疑将深刻影响一家3D打印公司的成长与发展。这方面早有先例，Norsk Titanium便是典型代表。2017年，Norsk对外发布公告称已获得来自波音公司的采购合同，将采用公司的快速等离子体沉积（RPD）工艺为波音787飞机生产3D打印钛结构件；2018年，Norsk开始为这些部件进行资格认证；2019年，相关认证工作完成，并在纽约建造了世界上第一家工业规模的航空航天增材制造工厂；2021年5月，Norsk在泛欧交易所成功上市，并成为商业航空航天一级制造商的供应商。与波音的合作，使该公司成为世界上第一个生产获得 FAA 批准的用于制造 3D 打印钛合金结构的公司，并取得了后来一系列成就。 因此，融入传统制造业，并成为其中不可缺少的一环，或许会成为3D打印公司发展壮大的一条路径。无论开发的设备科技含量多高，能够为用户解决问题，才能最终获得生存发展的机会。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.与航空航天用户绑定，3D打印服务商获发展契机 2.美国防部授予ExOne粘结剂喷射3D打印移动方舱制造合同 3.与美国陆军合作，投资建造世界最大金属3D打印机 4.视频：从工人到院士！卢秉恒院士的“破壁”人生

近日，西南交通大学在增材材料疲劳性能评价方向取得重要进展，并在国际疲劳领域顶级期刊International Journal of Fatigue上发表题为“The effect of defect population on the anisotropic fatigue resistance of AlSi10Mg alloy fabricated by laser powder bed fusion”的学术论文。博士研究生吴正凯为论文的第一作者，吴圣川研究员为通讯作者，英国皇家科学院和皇家工程院两院院士、中国科学院外籍院士Philip J. Withers为共同作者。 3D打印材料疲劳寿命的分散性——最大缺陷分布不确定 激光粉末床熔融（L-PBF）作为应用最为广泛的增材制造（AM）技术之一，具有成形精度高、复杂构件适应性强等技术优势。铝合金具有比强高、成本低、抗腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车等工业领域。随着轻量化、一体化铝合金零件的迫切需求，各种复杂形状的铝合金零件如带有凸台、薄壁以及复杂内腔等构件的制备已成为目前的发展趋势，L-PBF技术有望为复杂铝合金零件提供一种新的快速制备方法。然而，相较于钛合金、镍基高温合金等其他金属而言，3D打印铝合金的研究相对滞后。由于铝合金粉末流动性差，以及激光反射率高、热传导性高等特性，在L-PBF成形过程中极易在内部产生未熔合、气孔、裂纹等缺陷，严重降低其疲劳性能，是影响其发展和应用的重要原因之一。 与焊接存在局域缺陷相比，增材缺陷具有全域分布特点。由于缺陷的位置、尺寸、形貌、数量以及多个缺陷之间的相互作用关系不同，构件局部的应力集中往往存在明显的差异。Murakami指出，影响金属材料疲劳寿命分散性的根本原因是最大缺陷分布的不确定性。此外，L-PBF成形还具有方向性，成形构件在不同堆积方向的疲劳性能也具有显著差异，是影响其发展和应用的重要原因之一。目前关于增材铝合金缺陷致疲劳断裂的研究大多局限二维表征手段（如断口观测等），对于增材制造内部三维缺陷主导下的疲劳损伤失效行为欠缺准确表征，亟需建立增材制造三维缺陷特征与其各向异性疲劳性能的关系。 缺陷容限评价——准确辨识和定量表征缺陷的几何特征 对于增材制造铝合金，合适的去应力热处理可以消除大部分残余应力，并有利于降低组织各向异性。在实际应用中，对承受疲劳载荷的部件往往需要对表面进行加工处理，以避免表面粗糙度对疲劳性能的影响。所以在经过热处理和机加工后，增材制件内部缺陷则会成为控制其疲劳行为的主要因素。缺陷的存在对材料内部的应力状态影响极大，导致应力集中，进而诱导裂纹萌生，降低疲劳性能。因此，获取增材制件内部缺陷特征，构建缺陷、应力和疲劳寿命间的关系是缺陷容限评价的重要目标，因此如何准确辨识和定量表征缺陷的几何特征成为缺陷容限评价的首要问题。 图 1：(a)L-PBF工艺及取样方向示意图；(b)不同取向试样内部缺陷三维成像结果；(c)缺陷等效椭球示意图；(d)不同取向试样内部缺陷尺寸与角度关系图。 X射线断层扫描技术（X-CT）在复杂制件损伤检测方面的优势显著，其可以在三维空间上实现材料内部缺陷及损伤的可视化，并准确给出缺陷的空间尺寸、形貌和分布特征，为缺陷以及裂纹演变提供有效的技术支持，已成为当前材料失效机制研究的顶尖研究手段。此外，为定量表征材料内部缺陷对疲劳强度的影响，1976年日本学者Kitagawa和Takahashi将传统的名义应力评价方法与线弹性断裂力学（LEFM）理论相联系，基于材料的疲劳极限Δσw与裂纹扩展扩展门槛值ΔKth，得到疲劳极限与裂纹尺寸的函数关系，即著名的Kitagawa-Takahashi（K-T）图。Beretta等通过对比传统加工材料和增材制造材料对缺陷的敏感性，发现K-T图缺陷容限评定概念依然适用于增材制造部件。 沿构建方向加载的高周疲劳试样与垂直于构建方向加载的高周疲劳试样投影到平面上的所有缺陷 研究表明，随着缺陷等效尺寸的增大，材料的疲劳极限逐渐降低，裂纹扩展门槛值逐渐增大并逐渐达到长裂纹扩展门槛值；表面和近表面缺陷会在很大程度上降低其疲劳性能，且疲劳失效和断裂往往受表面最大缺陷处控制，因此可基于缺陷X-CT三维成像数据，利用极值统计方法估测不同尺寸下部件内的最大缺陷值，并结合K-T图对增材制造材料进行疲劳性能评价，探讨缺陷对疲劳极限的影响规律。基于上述实验及理论方法，本论文综合利用X射线三维成像（X-CT）、扫描电子显微镜（SEM）、单轴拉伸、高周疲劳、疲劳裂纹扩展门槛值等多种试验手段深入系统开展了L-PBF成形AlSi10Mg合金在垂直于堆积方向（X向）和平行于堆积方向（Z向）的三维缺陷特征、拉伸性能、疲劳寿命等方面研究，以探索增材制造三维缺陷与各向异性疲劳性能的关系。 无损、快速评估材料的疲劳性能 研究结果表明，不同取向L-PBF成形的AlSi10Mg合金试样内部三维缺陷形貌具有显著的各向异性，采用等效椭球模型表征具有扁平状特征的缺陷，并取等效椭球的长半轴（a）与中半轴（b）所在平面的法向与加载方向的夹角（θ）作为缺陷的角度特征参数，可以有效表征缺陷的最大特征尺寸及形貌的各向异性。当缺陷的等效直径大于160 μm时，Z向试样缺陷的特征角度趋向0 °，而X向试样的特征角度趋向于90°，不同取向试样表现出缺陷角度特征的显著各向异性，也说明了缺陷三维形态具有显著的各向异性。疲劳实验结果表明，Z向试样的疲劳极限为45 MPa，显著低于X向试样的疲劳极限（118 MPa），但X向试样的疲劳数据分散性却显著高于Z向，疲劳性能各向异性极为显著。 图 2：(a) 缺陷特征尺寸和位置表征示意图；(b) 不同取向试样疲劳源缺陷表征；(c)不同取向试样疲劳性能对比；(d) 缺陷特征尺寸对疲劳性能的影响。 对疲劳断口裂纹源缺陷进行表征和统计，结果表明不同取向试样的疲劳裂纹均从表面或近表面未熔合缺陷处萌生，尺寸较大的扁平状未熔合缺陷主要分布在堆积层平面内，沿加载方向具有更大的投影面积，显著降低了Z向试样的疲劳强度。基于缺陷特征尺寸的极值统计方法和标准K-T图，对不同取向试样的疲劳极限进行预测，结果表明，对于Z向试样的预测结果误差在10%以内，而对于X向试样的预测误差较大，达到了30%左右，预测结果偏于保守。基于以上研究内容，论文构建了增材制造三维缺陷特征与其各向异性疲劳性能的关系：首先通过X-CT对试样内部缺陷进行三维精准表征，并将其等效为椭球，将其在投影面积的平方根（√area）作为缺陷特征尺寸；然后基于极值统计方法对不同取向试样内部的最大缺陷特征尺寸进行预测；最后结合修正的Kitagawa-Takahashi（K-T）图对不同取向试样的疲劳极限进行评估。 图3：(a) 不同取向试样内部缺陷特征尺寸的极值统计方法；(b) 不同取向试样内部缺陷尺寸概率评估；(c) 不同取向试样内部最大缺陷尺寸与试样体积的关系；(d) 基于缺陷极值统计的疲劳性能概率评价K-T图。 此研究加深了对三维缺陷致增材金属疲劳行为的理解，提出了基于缺陷三维成像的增材金属材料疲劳性能评价方法，可无损、快速评估材料的疲劳性能，并可对金属增材制造提供必要的工艺反馈信息，为3D打印材料的抗疲劳评估提供了思路。考虑到缺陷尺寸、形貌、位置等的综合影响，该团队应用大数据、机器学习等算法构建缺陷特征与疲劳强度和寿命之间的关系，进一步地，把材料成分和增材工艺作为输入参数，建立更加准确的疲劳寿命模型。 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打印点阵结构：材料疲劳容限设计与制造的力学性能综述 2.顶刊综述：3D打印金属材料的缺陷种类及其对疲劳性能的影响 3.看EOS如何提高材料的疲劳性能（内附一种无支撑工艺方案） 4.SLM过程中的缺陷类型、产生原因及其造成的不良影响

来自德国普福尔茨海姆大学的研究团队于2019年创立了一家名为MetShape的公司，其凭借一种基于立体光刻的金属3D打印技术，该公司于近日获得了一笔风险投资。这项技术被称之为LMM工艺，号称能够实现金属3D打印高精度成型。 LMM技术根据光聚合原理生产高精度零件生坯，其原料为金属粉末和光敏聚合物的混合体。通过掩模曝光，可以精确快速地成型整个层面，聚合物粘结剂选择性的在局部交联，将金属粉末粘结在一起。打印完的生坯经历脱脂和烧结后可以形成致密化的零件。 LMM工艺原理 LMM工艺采用蓝光实现光聚合 MetShape指出，这种制造方式特别适合小尺寸金属零件的3D打印。当层厚达到50μm时，可实现约0.1mm的壁厚和最小直径0.1mm的微孔。使用LMM技术，打印过程没有热应力从而不需要支撑结构，这不仅可以打印更为复杂的结构，还可以像粘结剂喷射技术一样实现多层零件一同制造，同时无须SLM技术那样复杂、耗时的后处理过程。 采用LMM工艺可以实现零件多层打印 在《纯铜3D打印新工艺：采用DLP工艺实现99.99%的材料纯度》一文中，3D打印技术参考介绍了美国Holo公司利用高分辨率光学成像仪对纯铜粉和光敏树脂混合而成的浆料进行3D打印的技术，其结合已经非常成熟的金属注射成型（MIM）后端工艺，对打印后的生坯进行脱脂和烧结，最终生产出高性能零件。而MetShape公司无疑将该技术的应用领域进行了拓展。 然而，3D打印技术参考并未找到MetShape公司LMM技术的演示视频，而其合作厂商奥地利Incus则具有相同的技术，且同样称之为LMM工艺，笔者认为，这是同一种工艺。 从打印过程的视频可以看出，材料为树脂和金属粉末的粘稠液体，类似浆料，但打印完成后却可以将材料整体取出，在对其加热后，非零件部分可以轻松与零件分离流出。 光聚合过程 打印完成后处理 ‍ 脱脂烧结完成的零件对比 MetShape脱脂烧结后的零件 Incus脱脂烧结后的零件 MetShape指出，LMM工艺的局部最高分辨率可以达到40μm，机械性能优异，可成型材料范围广泛，甚至包括无法用于焊接的材料。Incus展示的其可成型材料包括铁基合金、铜、钛、贵金属以及硬金属。MetShape公司官网展示了采用LMM工艺和轧制316L不锈钢具有相近的强度；而Incus给出的数据则表明，LMM工艺制造的316L不锈钢密度为7.87g/cm3，强度超过了退火锻造材料，同时拥有优异的表面质量。 采用LMM工艺制造和轧制的316L不锈钢的强度 Incus采用LMM工艺打印的316L不锈钢的强度和表面粗糙度 在设备成型尺寸方面，MetShape基于该技术的最大成型尺寸为 75 x 43 x 100 mm；在下一个开发阶段，其成型尺寸将达到150 x 86 mm。而Incus的相关资料则表明，其打印机的成型尺寸目前为 89.6x56 x 120 mm，投影仪的分辨率为2560x1600 px。 这种基于立体光刻的高精度金属3D打印解决方案可实现从医疗到汽车、航空航天到奢侈珠宝等广泛应用的复杂零件的精确、高质量生产。 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.迄今最高：立体光刻3D打印强度超1GPa的氧化铝陶瓷 2.我国实现陶瓷太空立体光刻3D打印 3.粘结剂喷射3D打印：高DPI并不意味高精度，五个因素是关键 4.具备粘结剂喷射技术成型潜力的金属和非金属材料超过40种

今年上半年，美国陆军与该国应用科技研究组织（ASTRO）签订了一份合同，涉及开发一款新的金属3D打印设备，用于坦克和悍马的单件装甲车底盘直接制造。ASTRO声称，这款打印机将能够打印尺寸为30 x 20 x 12 英尺（约9 x 6 x 3.6 m）的单一、无缝战车外部构件，从而缩短交货时间、显着降低制造成本、并实现更轻的车辆设计。该组织首席研究员透露，大规模增材制造有可能改变军用车辆的制造方式，同时使美军减少对过去脆弱的供应链的依赖。 减轻零件重量、加快制造速度是该领域的关键要素 该设备将成为世界上最大的用于地面车辆生产的金属 3D 打印机，其成型尺寸应该足以构建任何特点的地面车辆零件。作为主要承包商， ASTRO将依次验证当前多种技术，因此与Ingersoll Machine Tool（英格索尔机床公司）、Siemens和MELD Manufacturing等分包商展开了进一步合作。 当前，最为常用的金属3D打印工艺是无异于粉末床熔融技术，其使用高能量选择性地固化金属粉末。2019年，美陆军还要求3D Systems开发9激光器1m x1m x 0.6m的大型SLM金属3D打印机，但该工艺必须完全清除构建环境中的氧气和湿气，以防爆炸并确保打印质量。即便如今SLM技术的成型尺寸越来越大，但与美国陆军项目的规模仍然相去甚远。建造一个具有这种建造体积的密闭腔室将极其昂贵，反复填充惰性气体更是非常不切实际。 拟定的大型金属3D打印机的设计效果图 [来源：美国陆军] 美国陆军项目的另一种可能性是采用DED能量沉积或WAAM电弧增材制造技术，其中机器人系统使用焊接工具头逐渐沉积材料。在此类技术的应用方面，火箭制造公司Relativity Space分别拥有若干台可以打印15英尺（4.5m）、20英尺（6m）甚至30英尺（9m）的“Stargate”的3D打印机，可同时打印第一级和第二级火箭以及整流罩。然而，由于该过程涉及高温，零件质量和热复杂性是难以绕过的问题，因此最终未被ASTRO选择。 Relativity Space世界最大金属3D打印机 对于该项目，另有两种工艺值得考虑。一种是澳大利亚SPEE3D公司推出的冷喷涂3D 打印工艺。它采用细小的金属颗粒以超音速喷出，并与基体接触瞬间产生剧烈的塑性变形，接触面积增大，加上撞击速度快、作用时间短，产生的热量来不及散失，温度的升高使粒子和基体部分熔化，形成局部冶金结合，因此可以利用该技术进行大型零件的直接制造，其速度比激光沉积和送丝电子束熔化都要快出很多。 冷喷涂金属3D打印工艺 然而，ASTRO目前选择了MELD Manufacturing的搅拌摩擦焊技术，这是一种无须高能热源、不需气体保护，能以10倍速度成型的金属3D打印技术。它利用搅拌针与连接件的搅拌摩擦产生热量软化连接处的材料，再通过轴向的压力使得材料连接在一起。在该过程中，材料并未经历熔化与凝固而一直保持固态，且过程中的挤压又起到“锻造”作用，最终得到的是性能良好的细晶组织。细晶组织具有良好的机械性能和疲劳性能，且能改善材料的延展性，这也是材料提高强度等性能的原因。 虽然与粉末床激光熔融技术相比，该工艺所制造的零件仅是接近最终形状，但其能够可靠且快速地沉积金属。不必经历高温过程，还不需要任何特殊的腔室、惰性气体、高能激光器等，只需要旋转工具头并四处移动，从而最大程度保证了制造过程的稳定可靠。 搅拌摩擦焊的原理 Meld Manufacturing搅拌摩擦增材制造过程 Meld Manufacturing已经成功开发出钛合金、铜合金、不锈钢以及镍基合金等主流材料的3D打印工艺。所制造的IN625的疲劳寿命相比原料棒材提高了4倍，并能够以至少10倍于粉末熔融工艺的速度进行材料沉积。而且，该工艺能够制造多金属材料和梯度材料。 对于本文所提到的合作项目，美国陆军要求首先将最终设备的较小版本作为试点项目构建，然后是全尺寸设备。目前，Meld Manufacturing已被美国陆军选为远征技术服务商，使其尽可能靠近战场进行维修和生产战斗车辆部件，同时提高整体效率并降低成本。未来，美国陆军很可能能够自由建造各种一体式车体，从而加快野战的机动灵活性。而在将3D打印用于战地维护方面，美军采用了多种多样的工艺类型，前不久美国防部还授予ExOne粘结剂喷射3D打印移动方舱的制造合同。 ExOne移动方舱，脱脂烧结炉也将集成于内部 武汉天昱“全新一代智能铸锻铣短流程绿色复合制造机床”建成投运 在今年TCT展会上，国内中科煜宸、鑫精合等公司展示了多件大型金属3D打印构件。而近日，被国家限制出口的微铸锻铣一体化增材制造技术（最大尺寸可达：5.8×5.2 ×1.5m）迎来投产。7月1日，“全新一代智能铸锻铣短流程绿色复合制造机床”建成投运，该机床是满足大型金属构件行业应用需求的超大尺寸智造3D打印装备，也是“金属3D微铸锻技术”的第四代大型装备，可一次成型、实现多功能复合以及柔性智能控制。 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.重磅！国家增材中心10m级高强铝合金重型运载火箭连接环实现一体化制造 2.增减材混合制造技术大幅提高武器装备生产速度 3.专题：2021，多激光、超大型金属3D打印的时代已经到来 4.新趋势：使用多工艺融合开发3D打印多材料梯度合金

2021年，越来越多的本科及职业院校将增材制造列入常规教学体系。在往期3D打印人才专题文章中，3D打印技术参考分别从国家机构和增材制造企业两个角度介绍了当前我国3D打印人才现状及校企合作努力。本期内容来自一线教师——太原市交通学校周明老师，其详细介绍了在增材制造专业开设及教学过程中，学生及教师所面临的困惑、专业建设及发展存在的问题以及实践及成效等内容，值得本领域企业及职业院校深入研究。本文归属《3D打印人才专题文章三》。 中职学校开设增材制造专业面临的问题 1.学生情况分析 中职学生基础薄弱且对职业的认知程度不高。很多学生不了解自己所学的专业，不知道将来要从事什么样的职业，对于就业处于被动接受的状态，没有主动去了解职业和做好职业规划的想法。有些学生甚至害怕就业，学习期间也因为方向不明确而缺乏学习动力。 2.教师和教学现状分析 （1）教师情况。中职增材制造技术应用专业通常成立时间较晚，很多学校师资力量不足。现有增材制造技术应用专业教师虽然接受过相关培训，对新兴专业有浓厚的热情，但实践经验不丰富，存在边讲边学的情况，教师业务能力有待提高。 （2）教学现状。中职增材制造专业还未形成成熟的、适用于中职学生的课程体系。如机械行业从业人员要求掌握正向建模和逆向出图能力，这需要扎实的专业知识作为基础，要求学生掌握机械制图、互换性与测量技术、机械原理、材料力学等专业知识，较适合大专及以上层次院校学生。中职增材制造技术应用专业的教学重点通常是使学生掌握打印设备或扫描设备的使用和维护，学生毕业后难以达到机械行业对人才的需求。因此，中职阶段应根据学生学情设计课程，调整教学目标。 3.专业建设及发展中存在的问题 作者总结了中职学校在增材制造专业建设及发展中存在的问题，具体包括如下5个方面。 （1）学生就业压力大。有些中职学校的增材制造专业开设了“3D打印技术”“3D打印设备操作与维护”“正向建模”“逆向工程”等课程，学生毕业后只能进行桌面级3D打印设备的操作和维护。但桌面级3D打印设备的操作比较简单，企业为此配备的专业维护人员也较少，学生就业压力大。 （2）学生能力无法满足岗位需求。3D打印设备的操作和维护不仅要求人员具备专业知识，还要求具备跨学科的综合能力。如在正畸牙套的制作过程中，应用了逆向建模和3D打印技术，要求从业人员具备一定的医学知识，这对中职学生来说几乎是“不可能完成的任务”。 （3）课程设置不合理。由于经验不足，许多中职学校的增材制造技术应用专业在课程设置上存在不系统、不合理等问题。 （4）课程难度与学生接受能力不匹配。若仅从增材制造行业的整体应用情况来设计课程，会增加中职学生的学习难度，使学生丧失学习 兴趣。 （5）专业方向不明确。有些中职学校在招生压力下开设了增材制造相关专业，但缺乏明确的就业方向，专业建设和课程设置混乱。 中职学校增材制造专业建设的探索和实践 针对目前中职学校在增材制造专业建设中所面临的问题，很多学校进行了相应的改进和调整，体现在如下两方面。 1.立足现有条件，整合最优资源 按照成型技术原理，增材制造技术可划分为熔融沉积成型技术、选择性激光烧结技术、立体光固化技术、选择性激光熔化技术等。中职学校应根据自身实际情况，选择其中某几种设备或某个方向进行专业建设。 2.满足学生学习要求并提供继续深造的可能 在开设新专业前，应根据当地实际经济情况进行充分的市场调研，既要符合当地经济发展状况，也要符合中职学生的学习能力，使专业建设满足学生要求，为中职学生继续深造奠定基础。 专业建设实践及成效 太原市交通学校针对增材制造专业建设和发展中存在的问题，进行了相应的实践和探索，并取得了一定成效。 1.市场调研及分析 目前，太原市增材制造行业市场规模有限，现有的设备操作和维护岗位不充足，无法满足中职学生就业需要。太原市交通学校在专业技术应用层面进行了开拓式调研，增材制造岗位及其工作任务如下表所示。目前，太原市具备一定规模的广告企业、模型制作企业有上百家。作者调研了其中多家广告公司和模型制作公司，了解了相关企业的人员缺口情况和招聘条件，具体如下。 （1）设备操作人员。要求安全操作相关设备（如木雕机、激光雕刻机、UV平板机等）。 （2）安装调试人员。要求能吃苦耐劳，将产品交付给客户。 （3）模型制作人员。掌握普通模型（广告模型）的制作方法，具有团队协作精神，完成产品制作。 （4）产品工艺编制及设计人员。能够操作行业常用软件，有一定设计能力（能够灵活使用素材库的元素进行产品设计）。   增材制造岗位及其工作任务 作者在调研中发现，广告企业的增材制造相关岗位需求与太原交通学校增材制造专业培养目标一致，若增加该方向的人才培养，不仅能改善目前岗位不足的现状，还能充分发挥太原市交通学校的优势（太原市交通学校的美术设计专业教学经验较丰富）。 作者在调研中还发现，传统的模型制作过程受到比例、材料及工艺的限制，存在手工制作难度高、成本高、精度低的问题。如果引入3D打印技术，则会降低模型在制作过程中的成本，同时大幅提高制作精度，也降低了对技术工人的要求。例如，传统的发光字、发光图案边缘的细小部分要靠有经验的技师手工修整，不仅难以达到理想的效果，而且难以制作出理想的发光效果。 应用3D打印技术，不仅能使字体和图案边缘整齐，而且可以添加各种不同效果。传统的地形制作通常由人工用纸片粘接完成，地形的准确性较低，人工成本较高。通过3D打印技术，不仅能节约人工成本，还能大幅提高地形的准确性，减轻产品质量，便于运输和安装。针对以上行业需求，太原市交通学校调整专业人才培养目标为模型制作、广告行业输出人才与技术。同时也能为深度的校企合作打下良好的基础。 2.实训设备及场地建设 太原市交通学校根据市场需求，建设了有针对性的3D打印实训室。实训室内目前有大量用于开展教学的桌面级3D打印机、用于学生进行打印上色练习的模型素坯；还配合图形工作站购入了高精度桌面级3D打印机，用于高精度模型建模及制作的教学；还配备了发光字围边打印机，用于发光字、发光图制作教学；某型号快速成型机，用于木模制作和各类仿铜、仿石效果教学。此外，还有树脂机、食品打印机等。众多专业设备不仅方便了教学，还开阔了学生视野。 为使学生更快适应行业，太原市交通学校还购入了木雕机、激光雕刻机、UV平板机等广告行业的通用设备，为学生进入社会提供了更全面的帮助。 3.师资建设及专业设置 在师资建设方面，太原市交通学校组织教师到北京某公司进行3D打印机的操作培训，受训教师不仅学习设备操作，还学习和了解了快速成型设备在市场中的应用。在太原奥蓝公司的企业实践活动中，教师不仅学到了相关技术，也了解了企业的人员需求，为毕业生就业进行了摸底。 此外，太原市交通学校增材制造专业还根据市场需求进行了多种尝试，如与机械类专业、美术类专业进行跨界合作，与开设增材制造相关专业的学校进行交流学习，与山西省高职院校进行合作办学等。 机械类专业注重培养学生建模、逆向工程和设备的操作与维护能力；美术类专业注重培养学生地形及模型的手工制作、上色及相关设计能力。在与这两个专业的跨界合作中，打破了专业课程体系建设的常规，借鉴IHK（德国工商会）培训模式，在学生一年级时，开设“模型制作”“模型上色”“3D打印基础”“正向建模”等课程，并组建课外兴趣小组，同时安排学生到企业进行参观学习。使学生在入学初期就有充足的实践机会，不仅激发了学生的学习热情，而且使学生对专业形成了较为明确的认知。在学生二年级时，开设“逆向建模”“3D打印机维护”“逆向扫描”“CAD及制图”“电工电子”“设计原理”“机械基础”等课程。从二年级第2学期开始，学生可以选择方向，如学生有意选择继续深造，其学习内容将偏向机电类课程，为将来进入更高阶段学习打牢基础；如学生有意选择就业，则进行强化技能类的教学。在三年级第1学期开设“毕业设计”“艺术设计”两门课程，并帮助学生在毕业前完成一个完整的作品。经过以上调整，毕业生不仅可以很好地服务于当地的模型制造、广告企业，也可以利用所学技能自主创业。 目前，太原市交通学校已有学生进入广告公司实习，学生反映在学校期间的学习为工作积累了一定的基础，所学技能能够满足实习需要，还有个别学生希望将来能够自主创业。 结语 在中职学校中，专业的发展是否能紧跟时代步伐关系着每名学生的成长和成才。多专业的教学融合是专业发展的创新改革和尝试。课程融合有效消除了传统教学的弊端，激发了学生学习的积极性。通过教育实践，作者认为专业融合还有进一步提升的空间，在对接行业、企业发展方面，还有更多有益实践值得尝试。 在3D打印技术参考看来，太原市交通学校在增材制造专业建设方面无疑具有引领性的作用，对于众多职业院校开展本技术的人才培养具有指导意义，学校不仅要育人，更要为学生学有所用负责。 注：本文内容已获授权。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.工信部装备工业发展中心：我国增材制造从业人员现状分析 2.聚焦3D打印人才培养，国内金属增材制造技术人才培养联盟成立 3.职业平台报告：3D打印人才技能的要求有哪些？ 4.全国技能大赛，推动3D打印职业教育向更高水平发展 --广告--

粘结剂喷射领域最大的误解之一与一个看似简单的指标有关：dpi，或每英寸点数。顾名思义，dpi 是一种实际测量值，可准确表示打印头每英寸可以产生多少墨滴。更高的 dpi 值等同于更高的最终零件精度和表面分辨率， 这种假设是 3D 打印领域中一个常见的误解——而这种观点错误的程度跟聚合物打印领域的一种错误观点类似：更低的粉末层厚度可产生更高的质量。而这一参数实际并非唯一影响因素。本文内容来自ExOne，由武汉易制科技编译。在本文中，粘结剂喷射领域的世界领先专家、ExOne 技术研究员 Dan Brunermer将详细介绍影响粘结剂喷射技术成型质量的因素。Dan从 2001 年开始从事该技术，他开发了ExOne早期的金属粘结剂喷射系统 R2，该系统至今仍在生产中使用。 影响因素一：粉末 第一个影响因素是粉末，如果没有粉末来保持 dpi 的真实性，那么 dpi 也并没有意义。与在纸上打印不同，粘结剂喷射系统中的打印头是在金属、沙或其他陶瓷粉状材料上进行打印，这些粉末并不都是大小相同的完美球形。 从微观上看，粉末颗粒的形状各不相同，包括圆形或球形、非球形（包括有角和多面颗粒）。更重要的是，粉末颗粒并不都是相同的大小。粉末粒径通常由 D50 表示，如对于D50 为22 μm的粉末，其中一半粉末直径高于这个值，另一半粉末则低于这个值。 更重要的是，当把一袋粉末放进机器时，粉末会自行排列，这种方式就像一堆大小不同的弹珠放在玻璃杯里，小弹珠挤进大弹珠之间的孔隙。确切地说，这是一个混合体。 粘结剂喷射中打印头的目的听起来很简单：用足够的能量将足够的粘结剂喷射在颗粒上，使它们在X、Y和Z方向上完全湿润或饱和，这样它们就能在需要的地方精确地结合相邻的粒子。 在微观层面上，这意味着粘结剂必须撞击粉末颗粒，并基本上用流体单独包围每个颗粒，这样它就会粘在相邻的粒子上。根据粉末种类，打印头可能还需要适配一定范围的粘结剂粘度，有些粉末适合低粘度的粘结剂，有些则适合高粘度粘结剂。 1200dpi打印头是目前工业打印头中使用频率最高的打印头之一，它的每一个液滴相当于 21.17 μm，大约是人类头发横截面的一半。如果使用1200 dpi的打印头将粘结剂打印到 D50 为 30 μm 的金属粉末床上，粘结剂在碰到粉末颗粒时，能否保持 1200 dpi 的公差？ 实际并非如此，这是因为一半的粉末颗粒直径实际上比喷射在它们上面的液滴还要大。在这种情况下，dpi精度再高，也没有用。 影响因素二：粉层厚度 如果继续使用 1200 dpi 的喷头，同时将材料换成更细的金属粉末，如D50 为 9 μm、最大粒径约为14 μm时，理论上所有粉末颗粒的直径均远低于 21.7 μm的粘结剂液滴尺寸。此时，如果将粉末层厚度设置为常规的50μm，1200 dpi 的精度又能否可以保证呢？ 在 X 和 Y 方向，基本可以得到保证（稍后详细介绍）。但在 Z 方向，dpi 无法保持——因为 50 μm的层相当于 508 dpi。要在垂直方向保持 1200 dpi，则需要 21.7 μm或更小的层厚度，这会使需要打印的层数增加一倍。 最终，这也会使工作速度降低50%以上，因为打印头必须跑两次以上才能达到与50微米层相同的高度。 因此，如果采用合理的速度和层厚打印，1200 dpi分辨率的打印头并不会被采用。 影响因素三：粉层压实 进一步的，假设采用合适尺寸的粉末和层厚，来保证 1200 dpi…

2018年，惠普宣布将推出基于粘结剂喷射技术的金属3D打印机，经历多年研发和测试，该产品终于将要上市。近日，惠普宣布Metal Jet数字制造方案已面向全球部分地区客户交付，预计于2022年初进入中国市场；全新的Metal Jet技术能够以高于其他3D打印技术数十倍的工作效率及明显低于其他粘结剂喷射成型系统的成本，生产功能性终端机械零件。 从批量化制造的角度，3D打印技术参考认为激光粉末床熔融工艺当前尚无法与粘结剂喷射技术相比，即便前者工艺所配备的激光数量在增多、尺寸也在增大，但工艺本身的限制因素导致了其在成本和速度方面仍然不敌后者。 自新技术发布以来, 领先的制造企业GKN和Parmatech等已经在其工厂规模部署了该数字制造系统，其创新型垂直行业终端零件用户包括知名品牌大众汽车、威乐、Primo Medical Group、OKAY Industries和Cobra Golf等。相较于其他3D打印技术，HP宣称，Metal Jet可将工作效率提升高达数十倍，并显著降低成本。 同时，惠普表示Metal Jet是一项突破性的粘结剂喷射成型技术，是惠普30多年以来对打印头和先进化学技术不断累积和创新的成果。该技术提供4倍冗余喷嘴和双倍打印杆，并大幅减少粘结剂重量，相较于其他金属3D打印解决方案，其工作效率和可靠性大大提高。HP Metal Jet将首先应用于生产不锈钢零部件，交付各项性能均满足或高于ASTM和MPIF标准的成品。 HP Metal Jet技术助力行业转型 ●Parmatech惠普与金属注射成型公司Parmatech展开合作，为客户批量生产Metal Jet金属零件。已有40多年历史的Parmatech是全球金属注塑成型领域的行业领导者，专注于为医疗和工业行业大批量生产高品质、低成本的金属零件。Parmatech总裁Rob Hall表示：“HP Metal Jet是首个切实可行的工业级生产金属零件的3D技术。我们的客户追求极致的性能、质量和可靠性，而惠普的领先技术和颠覆市场的成就让我们有信心能为客户提供超出预期的产品。我们很高兴能够在我们的工厂部署HP Metal Jet，并开始生产手术剪刀和内镜手术钳等复杂零件。HP Metal Jet突破了传统金属加工技术，能实现全新的应用比如制造出新型几何图形的零件。我们相信，HP Metal Jet技术将发挥其关键作用，助力我们开发创新型的解决方案以帮助客户应对各种各样的挑战。”●威乐HP Metal Jet技术还用于为威乐（全球水泵和水泵系统解决方案领导者）生产更经济、液压效率更高的工业零件。威乐需要生产形状各异、尺寸不一的初始液压部件，例如叶轮、导叶体和泵壳，而HP Metal Jet技术生产的零件不仅可以满足高度定制化的需求，还拥有能够承受强烈的吸力、压力和温度波动的高性能。 ●Cobra Golf® 2020年11月,高尔夫球杆行业创新领导品牌Cobra Golf®宣布推出首款采用惠普3D打印技术生产的创新高尔夫推杆产品KING Supersport-35。这款限量新品由来自Cobra、惠普及Parmatech的工程师历时两年共同打造，采用网格结构的全3D打印金属机身，可优化重量分配，提高刀背型推杆的惯性力矩 (MOI)。这款新品还配备了由SIK Golf参与设计的嵌入杆面，让每一次挥杆动作更为精准和连贯。 COBRA高尔夫推杆产品 KING Supersport-35是高尔夫球杆设计和制造方式的一次全新升级。与传统制造方法及其他3D打印工艺相比，惠普Metal Jet技术在设计、生产速度方面均具有优势。COBRA 和惠普于 2019 年初达成合作，设计团队在仅八个月的时间内打造了35个设计迭代版本，充分展示出惠普 Metal Jet技术的设计自由度，和对加快产品创新速度的促进作用。此次新品是双方合作的初次试水，双方还制定了更为长远的合作计划，持续利用惠普增材制造技术打造性能更强的高尔夫装备。2021年，COBRA计划推出另外两款采用3D打印技术的全新产品。 Cobra Golf 市场营销副总裁 Jose Miraflor 表示：“COBRA 致力于提供高性能的产品，帮助处于不同阶段的高尔夫球手发挥出最佳状态，享受比赛乐趣。为了达成这一目标，我们需要在产品的设计、开发和生产过程中采用高效高质的制造工艺。携手惠普与Parmatech，我们充分利用了Metal Jet技术的优势，以经济高效的方式实现了快速的产品设计和迭代升级。相信这款创新性推杆产品，将引领高尔夫运动装备行业迈入一个新时代。” 惠普公司 Metal Jet技术全球负责人 Uday Yadati 表示：“3D打印技术以其优越的个性化和定制化生产特性，将为消费者带来颠覆性的产品和体验。KING Supersport-35便是惠普Metal Jet 3D打印技术赋能产品设计和生产的强有力证明。惠普3D打印的卓越技术、Cobra对创新的不懈追求以及 Parmatech深厚的技术积累，共同为全球高尔夫爱好者打造了这款创新产品。” 专为批量生产而设计 ●GKN GKN是全球领先的粉末冶金技术生产材料和产品制造商，旗下品牌包括GKN烧结金属、GKN海格纳士和GKN增材制造。 GKN首席执行官Peter Oberpar-leiter表示：“我们正处在一个令人兴奋的新时代转折点，3D打印批量生产的未来不可逆转。有了惠普全新Metal Jet技术，我们将摆脱过去的成本限制，抓住拓展业务的新机遇。我们拥有一脉相承的优良传统、专业的粉末生产技术和知识、卓越的数字化金属零件加工工艺，这有助于我们推动整个增材制造价值流实现工业化。加上HP Metal Jet技术的成本和技术优势，我们将帮助客户把效率和产能提高到前所未有的水平。” ●大众汽车…

梯度材料是两种或多种材料复合成组分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料；它要求功能、性能随内部位置的变化而变化，实现功能梯度。在组合方式上，梯度材料有金属/金属、金属/陶瓷、金属/非金属、陶瓷/陶瓷、陶瓷/非金属以及非金属/塑料六种。在制造工艺方面，对于不同的材料组合方式已经发展出了不同的工艺类型，3D打印是其中之一。 经后处理抛光和热等静压处理的3D打印火箭燃烧室 在往期文章中，我们已经注意到欧洲的多国团队已经发起了联合项目，共同推动多材料、多工艺协同金属3D打印。国内清华大学林峰教授团队、北京科技大学曲选辉教授团队以及华南理工大学杨永强教授团队也已将该方向纳入其中。本期，3D打印技术参考以NASA的实践为例，介绍采用最优的工艺组合实现多金属梯度成型的实践案例。 增材制造为开发具有复杂内部特征和薄壁的火箭发动机组件带来了重要设计和制造机会，但主流的工艺都集中在制造单一材料，而现实应用中的整体式部件可能是多种材料的组合。因此，现有的增材制造工艺无法完全优化应用结构。NASA在定向能量沉积技术方面的探索已经表明，增材制造为节省成本和缩短制造周期带来了可观回报，同时使零件重量和性能也得以优化。 GRCop-84铜合金与Inconel 625高温合金的复合 NASA于2014年开始旨在探索使用3D打印技术生产低成本上层级推进系统能力的LCUSP项目。在该项目中，NASA成功展示了使用激光粉末床熔融技术（SLM/L-PBF）制造GRCop-84铜合金燃烧室衬里以及使用电子束自由沉积技术（EBF）在推力室衬里上制造Inconel 625冷却通道和外壁的能力。这种3D打印的多金属复合结构燃烧室于2018年成功进行了热火测试，NASA还通过与工业界的合作进一步将其发展为成熟的双金属燃烧室。 SLM制造的燃烧室铜合金衬里和DED制造的镍基合金外衬 LCUSP项目的成功实践表明，不同工艺之间的“最佳组合”为快速开发低成本、梯度材料高质量火箭推进部件提供了上升通道。 GRCop-42铜合金与HR-1镍基高温合金的复合 RAMPT是NASA于2017年开始的另一项借助3D打印开发并推进火箭发动机部件设计与制造的项目，其不仅希望减少零件数量和重量、提高可靠性，还希望保持稳定的供应链。在该项目中，NASA采用激光能量沉积技术（LP-DED）打印了直径1.5米、长度1.8米的镍基高温合金（NASA HR-1）整体通道火箭喷嘴，并将零件数量从1100多个减少到10个以内，制造时间也仅仅90天。这种近乎完整的原型设计和制造能力使研究团队迅速用于制造更大尺寸的火箭演示器件，如SLS火箭的RS-25发动机喷嘴，它的尺寸相当于此前打印喷嘴尺寸的1.5倍。研究人员最终在五个月内验证了3D打印的整体冷却通道和薄壁结构，并有效控制了打印变形。 NASA采用激光能量沉积制造整体式火箭发动机喷嘴 NASA采用激光能量沉积制造的HR-1合金整体式喷嘴，直径1.5m，长度1.8m，其尺寸为RS-25喷嘴的65％ RAMPT项目进一步增强了3D打印在喷嘴和燃烧室制造中的优势，并进一步完善了相关技术。NASA近些年新开发了一种新的3D打印铜合金GRCop-42，并正在研究在SLM打印的该合金的燃烧室上直接采用激光沉积HR-1高温合金冷却通道喷嘴，这种整体式的结构将不再需要螺栓连接，增加了结构稳定性。与之相关的预防构建失败和变形的建模、工艺仿真也都在计划之内，相关的材料表征、测试等也在进行之中。 NASA在L-PBF打印的GRCop-42铜合金外采用LP-DED工艺打印HR-1高温合金制造整体式部件 NASA使用L-PBF工艺打印的GRCop-42铜合金和LP-DED打印的HR-1高温合金整体式部件 GRCop铜合金系列已经在NASA多个项目中获得测试和应用，同时HR-1高温合金的微观结构和材料特性也正在得到研究。结合铜合金的导热性和镍基合金的高温强度，双金属或多金属的一体化结构部件无疑会减少很多制造步骤并增加稳定性。但是，与其将这种结构称之为双金属或者多材料，不如称其为梯度材料。 3D打印梯度材料在航空航天领域大有可为 成分梯度合金在航空航天领域具有重要的应用潜力，工件的不同位置工作条件可能不同，所需要的的特性也会有差异。例如一个位置需要抗腐蚀，另一个位置需要抗蠕变，这就需要连接两种或多种不同的合金；再以燃烧室为例，其衬里需要铜合金的高导热性，外层则需要镍基合金的高温强度。虽然目前已经有冷/热涂层和熔焊等不同的金属连接技术，但它们对于大型部件的连接要么成本很高，要么工艺复杂。 使用激光粉末床熔融（LPBF）和直接能量沉积（DED）等技术对金属部件进行增材制造具有非常大的优势，它提供了更好的尺寸精度，最大限度的减少后处理，并改进了组合材料的机械性能。 广州雷佳杨永强教授团队3D打印的梯度材料 在该领域，清华大学、西安交通大学、北京科技大学等均有知名学者在进行研究；北京隆源和广州雷佳也开发了基于铺粉的多材料3D打印设备。除此之外，中航工业沈阳飞机设计研究所早在多年前已经采用增材制造实现了300M与A-100钢梯度复合设计成型，这种方式可以使飞机起落架的制造成本降低45%。而至于国内火箭燃烧室等部件的制造则没有任何消息，也并不排除已经开始研究或早已取得了重要成果的可能。 END 金属3D打印技术包含多种不同的工艺，粉末床熔融、定向能量沉积、冷喷涂等等，各种工艺已经证明适用于不同的制造领域。然而各种工艺都有其技术限制，无论受制于材料、尺寸还是成本，各项工艺无法通用。 如何推动金属增材制造多材料和多工艺融合发展，充分发挥增材制造技术的潜力，综合运用多种工艺突破单一技术的制造极限，正在美国和欧洲地区获得关注（查看延伸阅读）。 欢迎转发主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.推动多材料、多工艺协同金属3D打印，欧洲多国合作发起联合项目 2.华南理工杨永强教授团队在新一代SLM技术领域的研究进展 3.装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 4.纯铜3D打印工艺的发展：从SLM、3DP、FDM到DLP