3D打印技术的主要价值之一在于能够生产传统工艺几乎无法制造的特殊设计，而实现创新且复杂的3D设计，几乎所有的公司都很难做到，这不仅需要想象力，还需要软件工具来实现；材料，是影响3D打印应用的关键，它直接决定了终端用户能否使用，即便当前3D打印材料种类繁多，却依然难以通过很多领域的使用要求；速度，则是影响应用成本的关键，3D打印速度的突破将使其应用范围变得更加宽广。然而，很少有公司能够同时贯通材料、设计和速度，而走通了这条路，至少可以打开一个应用领域，例如Carbon公司。 功能强大，性能导向的晶格设计软件 Carbon不仅仅是一家3D打印设备制造商，还是一家材料商和软件公司，它在3D打印运动鞋制造市场中占有举足轻重的地位。其推出的高性能材料和设计工具不仅成就了Adidas的新型产品，更几乎“灭掉”了其他3D打印工艺在该领域的光彩，至少到目前为止，采用其他工艺的其他运动品牌已经许久未推出3D打印新品。 晶格，几乎是区分一款运动鞋是否采用了3D打印工艺的标志性特征，这种结构的性能具有很高的设计灵活性，通过调整点阵的相对密度、单胞的构型、连杆的尺寸，可以达到结构的强度、韧性、耐久性、静力学和动力学性能的完美平衡。 Design Engine是Carbon推出的用来生产优化产品的设计软件，尤其专注于晶格结构的生成。传统设计工具在进行增材设计时难以完全兼容，尤其是对于以晶格为代表的复杂结构。Carbon公司指出，Design Engine是为简化晶格结构设计而生，基于云端的强大计算能力可以在几分钟内生成高级共形晶格，减少了对单机运算力的需求。 高度约10cm的零件生成晶格结构仅需117s 作为在晶格结构应用方面的领导者，Carbon注重晶格结构的性能特点。Design Engine支持用户在尝试不同设计时准确预测机械性能，从而帮助用户调整设计并缩短开发时间。同时，软件采用交互式界面，可同时制作五种不同的结构设计。即便对于最具挑战的外表设计，该软件也可以提供共形晶格结构设计，并减少生成设计后繁琐的修改步骤。值得注意的是，Carbon对于晶格结构性能的准确预测是基于本公司的材料。 在产品开发方面，Carbon已使用该软件成功设计了新冠肺炎检测取样拭子、高端自行车坐垫以及冰球运动行业从未有过的Super-Tacks X头盔。今年3月，Carbon宣布其所有会员用户均可以使用Design Engine软件。5月，Adidas推出最新款基于Carbon 3D打印技术的4DFWD运动鞋，并广泛使用了Design Engine软件进行鞋底晶格结构设计，新的点阵中底包含多达五百万种晶格结构，经过特殊编码，可以在垂直撞击时向前压缩，这种功能的实现均是通过晶格结构设计实现。 Adidas 4DFWD3D打印中底晶格结构细节 前所未有，先进的3D打印可编程树脂 在很多情况下，由材料商或设备商推出的3D打印材料即便声称达到了多高的性能，但有时候却是只能感动自己。汽车领域的用户多次反馈当前的3D打印材料无法满足他们的性能要求，尤其是缺口冲击强度，PA、PP都无法满足。实际上每一种3D打印材料在其性能范围内只适合去承担其“力所能及”的应用，一味苛求它达到传统材料的性能在目前可能仍不可行。但，这反映了应用端对材料的迫切需求。无论材料商还是设备商，把握住这个需求，至少是掌握了打开市场的钥匙。 高性能树脂材料的开发便是Carbon成功的另一个关键，尤其是与粉末床熔融技术相比，Clip技术可以生产完全致密的零件。Carbon推出了多款高性能树脂，这些材料必须满足特定行业的性能标准和质量要求才能获得使用。 在汽车领域，福特、兰博基尼、自动驾驶技术公司Aptiv以及知名汽车紧固件制造和销售公司Araymond，均采用使用Carbon EPX 82材料批量生产汽车部件。EPX 82是一种高强度工程材料，其热变形温度为115°C，具有良好的冲击强度，非常适合要求强度、韧性和热循环耐久性均衡的应用，如连接器、支架和汽车和工业部门的外壳部件等。其机械性能可与玻璃微珠填充的热塑性塑料（如20％GF-PBT，15％GF-尼龙）相媲美，并符合USCAR-2流体兼容性标准。 兰博基尼SIÁNFKP 37通风口、APTIV拖挂式连接器盖、福特野马GT 500 EPB支架及兰博基尼SUV Urus油箱盖 在消费品领域，最为知名的应用便是Adidas采用Carbon的3D打印工艺、高性能树脂以及设计软件来大批量制造运动鞋中底。EPU 41是Carbon为Adidas Futurecraft 4D中底开发额革命性的弹性材料，双方密切合作，对150多种不同的材料配方进行了迭代，以实现所需的机械性能。用于最终生产的树脂材料特别适合生产弹性体晶格几何形状，在安全性和舒适性方面超越传统泡沫。 Adidas 4DFWD3D打印中底晶格结构细节 在牙科和医疗领域，Carbon有专门用来生产牙模、间接粘合托盘、牙周夹板及导板的不同种类的医用树脂，并连续于2019和2020年在Dental Labs客户满意度调查方面排名排名第一。在其他领域，Carbon的Cyanate Ester 221材料被用来生产NASA自由飞行器冷气推进系统的四个高性能离合器零件，精密冷却系统制造公司Ebullient也采用该材料3D打印芯片冷却模块。这款材料材料性能与玻璃填充的尼龙相当，高热变形温度为230℃，并且具有非常高的刚性，非常适合制造需要长期热稳定性的组件。 3D打印的芯片冷却模块 从这些不同领域的应用可以发现规律，Carbon开发的树脂材料面向了客户需求，甚至与客户一同开发材料。与应用端结合，解决客户的需求，是其致胜的关键因素之一。相比之下， PA、PEEK、PP及其复合材料，是目前较为流行的3D打印高性能材料，而材料开发商在多大程度上是因为材料已经流行了而去重复生产和开发，有多少是考虑了终端用户的真正需求呢？来自汽车制造商的数据显示，目前主流的3D打印材料多无法通过实验室测试，尤其是冲击强度。 提升百倍，革命性的3D打印速度 Carbon最引人瞩目的成就便是对3D打印速度的突破，这是其成功的最重要因素。该公司的研究人员于2015年在Science上发表论文首次展示了这种称之为连续液面生成（CLIP）的技术，凭借一种半渗透窗，可以将氧气注入液体树脂，从而形成一种能防止固化的薄的“死区”（dead zone）。在该区域上方，光线将树脂固化成固体。机械臂缓慢地将不断增长的固体从树脂中拉出，使其他材料得以固化和黏附，这种技术无需一系列层合界面，因此产品更加坚固。而因为区别于其他DLP工艺的抬起和下降步骤，它比传统3D打印技术快了100倍。   Clip技术原理 Adidas 3D打印运动鞋底的成型过程 在速度方面的突破，证实了3D打印可以被用于制造业，因此也吸引了各方的持续关注和多轮融资。自此，Carbon与福特汽车、阿迪达斯和里德尔体育公司达成协议，分别为它们生产汽车零件、运动鞋底和橄榄球头盔。这同时成为Carbon取得3D打印批量制造和商业成功的关键。 Carbon为里德尔开发的3D打印橄榄球头盔 基于Clip工艺，Carbon推出了多种类型的3D打印机。Carbon M系列是功能原型的理想选择，在零件质量、准确性和一致性方面深得客户满意；Carbon L1打印机作为成熟装备，服务于需求量产的产品设计师、工程师和制造商，其成型尺寸为400 x 250 x 460mm，阿迪达斯Futurecraft 4D鞋中底和Riddell Diamond橄榄球头盔便是采用该机型打印，它提供了稳定的质量和可靠性，并能够按需生产。 Carbon-Adidas 3D打印生产车间 在商业模式方面，Carbon采取只租不卖的模式，按年收取费用。这一方面降低了终端用户尝试Carbon技术的初期投资压力，另一方面也使得终端用户在面临Carbon后期设备技术更新的时候，能更轻松的切换到更新版本的设备。 END 从Carbon的发展历程来看，其首先突破了3D打印技术的速度限制，其次开发出了多款高性能3D打印树脂，为其产品的工业应用打开了通道。设计软件的开发，则是基于3D打印工艺在复杂结构制造方面的优势，尤其立足于使用其公司的树脂材料在晶格点阵结构方面的优异性能，开发出了只有该公司产品才能实现的、可接受的成本先进应用。 而从业内众多成功案例以及增材制造发展的趋势可以看出，速度和材料成为了一家公司致胜的关键，没有哪家公司不是在基于更快打印速度的基础上同时推出先进材料，惠普、华曙概莫能外。而尚没有哪家公司可以像Carbon那样，只有利用它们的打印技术、材料才能实现创新设计的高性能和相对低成本应用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.中国工程院院刊：3D打印技术在多个领域取得进展 2.Carbon首秀TCT Asia并官宣:3D打印实现量产不再是传说 3.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 4.预见2021：《2021年中国3D打印材料产业全景图谱》

2021年5月28日，国际著名学术期刊《Science》发表了南航材料科学与技术学院、江苏省高性能金属构件激光增材制造工程实验室顾冬冬教授团队的研究综述论文《材料–结构–性能一体化激光金属增材制造》（Dongdong Gu*, Xinyu Shi, Reinhart Poprawe, David L. Bourell, Rossitza Setchi, Jihong Zhu, Material-structure-performance integrated laser-metal additive manufacturing. Science 2021, 372, eabg1487）。标志着南航在基础研究和重大成果方面取得新突破。南航是本文第一署名单位，顾冬冬教授为本文第一作者和通讯作者。 同期Science主编以“跨尺度调控”为题，对论文做了亮点评述，认为激光增材制造有望变革零部件的设计方式。顾等人建议将串联式设计和成形构件的增材制造策略，变革至更为整体性的方法来优化金属构件。这种更为综合的方法将有助于减少制造所需的工序数量，并扩大可用于最终应用零部件的结构类型。 高性能金属构件是航空、航天、交通、能源等现代工业的基石，且高端装备的服役性能很大程度上取决于构件的高性能。高性能金属构件多服役于极端严苛环境，故对构件的选材、制造工艺、性能/功能均提出了严峻挑战。激光增材制造（3D打印）技术是当前世界科技强国竞相发展的一项战略性关键核心技术，可满足现代工业对难加工金属构件短周期、高精度、高性能制造的重大需求。激光增材制造逐点逐域的局部成形特性，决定了工艺过程和成形性能涉及宏观–介观–微观至少6个数量级的大跨尺度形性协调，这是其核心科学挑战。传统增材制造遵循典型的“串联式路线”，即结构设计–材料选择–加工工艺–实现性能；但因材料、结构和工艺等多因素耦合规律复杂，激光增材制造精确成形需反复试错，造成金属构件高性能目标实现困难。为对应上述挑战，本文提出了“材料–结构–性能一体化增材制造”（MSPI-AM）这一整体性概念，其概念性创新在于：变革传统的串联式增材制造路线，发展新的材料–结构–工艺–性能一体化“并行模式”，在复杂整体构件内部同步实现多材料设计与布局、多层级结构创新与打印，以主动实现构件的高性能和多功能。材料–结构–性能一体化增材制造的概念及内涵 为明晰“材料–结构–性能一体化增材制造”的科学内涵与技术途径，本文面向下一代空间探测器着陆器系统的整体化和多功能化发展趋势，针对隔热/防热、减震抗冲击、空间抗辐射等多功能需求，创新发展鳞脚蜗牛壳的层状复合结构、水蜘蛛的水泡构型、多孔蜂窝等仿生结构，并基于陶瓷/金属梯度复合材料、碳纳米管增强金属基复合材料等多材料设计与布局，实现仿生多材料整体构件的材料–结构–性能一体化增材制造及其高性能/多功能。 多功能整体构件的材料–结构–性能一体化激光增材制造：以下一代空间探测着陆器“大底”构件为例 本文定义了“材料–结构–性能一体化增材制造”的两大特征及其内涵。其一是“适宜材料打印至适宜位置”，从合金和复合材料内部多相布局、二维和三维梯度多材料布局、材料与器件空间布局3个复杂度层级，揭示了多材料构件激光增材制造的科学内涵、成形机制与实现途径；其二是“独特结构打印创成独特功能”，揭示了拓扑优化结构、点阵结构、仿生结构增材制造的本质是分别将优化设计的材料及孔隙、最少的材料、天然优化的结构打印至构件内最合适的位置，提出了基于上述三类典型结构创新设计及增材制造实现轻量化、承载、减震吸能、隔热防热等多功能化的原理、方法、挑战及对策。 材料–结构–性能一体化增材制造的特征之一：适宜材料打印至适宜位置材料–结构–性能一体化增材制造的特征之二：独特结构打印创成独特功能 本文建立了“材料–结构–性能一体化增材制造”的跨尺度实现原理及调控方法，包括微观尺度的材料组织与界面调控、介观尺度的粉末激光熔凝及致密化工艺控制、宏观尺度的构件结构与性能精确协调。本文进一步对“材料–结构–性能一体化增材制造”未来发展方向进行了总结与展望，包括更加数字化的材料创成和结构创新、更具自主决策功能的打印装备、更加智能化的打印过程、更加多元融合的打印工艺、更加绿色可持续的打印技术及应用等。 高性能/多功能金属构件材料–结构–性能一体化激光增材制造的跨尺度形性调控机制 “任何成绩都是苦出来的，成功没有捷径，唯在勤勉” 在着手进行论文写作时，顾冬冬和团队成员从2016年开始有意识地将研究发展目标定位在Science、Nature级别的论文上，一是因为增材制造技术日益成为国内外研究热点，Science、Nature每年都有增材制造论文发表，但多为欧美国家作者，形势催人奋进；二是因为团队长期聚焦金属激光增材制造基础研究，特别是2016-2017年获得国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目课题资助后，一直在潜心思考，如何在Science、Nature级别的期刊上取得高水平基础研究成果的突破。在前期有了充分的研究准备后，顾冬冬从2020年1月寒假期间开始构思写作这篇论文，2020年12月定稿并投稿，2021年2月收到评审意见并利用春节假期完成论文修改，2021年4月论文录用。面对论文最终成功发表的结果，顾冬冬说“任何成绩都是苦出来的，成功没有捷径，唯在勤勉”。 “论文写作的过程就是不断寻求突破的过程” Science论文注重概念性创新，因此在论文写作中，如何在金属激光增材制造研究领域发掘不同点、构筑创新点，是顾冬冬一直思索的问题。他在文中提出了“材料–结构–性能一体化增材制造”（MSPI-AM）的整体性概念，将传统的串联式增材制造路线，发展变革为材料–结构–工艺–性能一体化“并行模式”，“论文写作的过程就是不断寻求突破的过程”，顾冬冬教授在论文写作中精益求精，为了让阐释更为形象具体，采用“拼图”这一大家熟悉的形式，来诠释一体化增材制造的概念及内涵，这是在论文构思与写作过程中不断迭代、不断完善的概念性突破，以凸显研究思路的特色与创新。 Science论文具有高度凝练的思想。工程科学领域的论文既要面向世界科技前沿，更要面向国家重大需求。当前航空航天装备服役条件严苛化、材料–结构一体化、装备功能多样化的发展趋势，要求增材制造的材料和结构更多元异构化、工艺技术更复合化、增材制造过程更智能化，顾冬冬凝练了材料–结构–性能一体化增材制造的两大特征及内涵：适宜材料打印至适宜位置（the right materials printed in the right positions）；独特结构打印创成独特功能（unique structures printed for unique functions），为高性能/多功能金属构件激光增材制造提供普适性原理与方法。 “以更高的标准要求自己，不放过每一个细节” Science期刊具有强烈的精品意识，Science期刊及其论文在概念、思想、内容、形式等方方面面完美融合了科学与艺术、传统与现代、经典与时效。“以更高的标准要求自己，不放过每一个细节”，这是顾冬冬在论文写作过程中对自己的高要求，论文中的每一句语言、每一个措辞、每一幅图片、每一帧线条，无不体现着国际学术出版的最高标准和要求。Science论文集成了科研的创造力、想象力、理解力、表现力，而这些能力都需要在平日进行积累和储备。Science论文的录用与发表是一个艰辛而美好的过程。论文的概念创新和思路凝练，不是一蹴而就的工作，而是一个反复迭代的过程，在完成这篇论文的过程中，顾冬冬经历了反复思考、自我否定、探索修正、自我完善，直到形成新观点、新方法。在修改这篇论文时，正值2021年春节假期，顾冬冬放弃春节与家人团聚，每天工作12小时以上，利用两周时间完成全部修改工作。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址：延伸阅读：1.顾冬冬教授：航空航天领域增材制造四类典型结构及发展趋势 2.顾冬冬教授：系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 3.结构易仿、制造不易、科学更难 | 史玉升教授团队的4D打印研究进展 4.2021 TCT 3D打印展精品展品（二）：性能高，结构复杂，功能强大

5月26日，目前亚洲最大的3D打印技术展览会2021 TCT Asia在上海国家会展中心隆重开幕。安世增材以“聚集行业应用，推动产业升级”为主题，携最新技术成果及行业赋能方案重磅亮相，展示了以增材思维为核心的先进设计与智能制造解决方案。2020年中国已连续11年成为全球最大制造业国家，企业加速数字化转型，创造新价值，增材制造技术成为数字化研制和产品再造新的突破口。安世增材作为一家专注研发的创新型驱动企业，长期以来持续关注为各大行业赋能，推动产业升级，为行业提供咨询服务、软件配套、打印服务、生产模块配置全流程DfAM增材制造设计服务。借2021TCT Asia召开契机，安世增材向业内外人士展示自身长期深耕的成果与未来的发展方向。点击下方链接，回看现场精彩直播！ 升级与重塑 五大行业赋能发展 此次盛会，安世增材集中展示了五大行业解决方案：亟待提升产品性能质量和生产效率、完成升级换代的工业行业、客制化需求强烈的医疗、消费品与建筑行业以及教育行业。大工业领域：安世增材融合工业仿真技术经验与增材制造技术优势，构建基于正向设计的数字化研制体系，形成面向不同行业的增材制造DfAM整体解决方案，针对不同的行业、客户、工业品进行原创设计或优化再设计，在企业可接受的成本范围内达到产品性能、质量、生产效率的提升，完成产品的升级换代，辅助中国制造企业选择增材技术作为下一代的制造手段。工作人员认真为观众讲解目前安世增材已经形成了面向汽车、航天、航空等16个行业或工业品的DfAM整体解决方案。在这一次的展会中，安世增材带来了涡喷、5G通讯小基站散热器、金属高通量制备样件等工业样件，让观众在现场感受增材技术在工业制造方面的先进性。观众认真观看展品内容医疗领域：安世增材专注于数字化齿科及骨科康复解决方案的设计与应用，推动国内高性能医疗器械的突破发展，减少复诊流程，缓解医工交互困扰，另一方面能通过提高适配度，大大改善患者的治疗效果。安世增材在本次TCT展会中重点展示的限位套筒以及睿智手术导板，能实现种植牙角度深度的精准完美控制，达到安全、精准有效、经济等目的。工作人员引导观众观看医疗领域展品消费品领域：安世增材客制化制鞋解决方案，通过扫描脚的原型，将数据录入云端，生成完整的鞋数据，定制生产，即可线上销售适合于个人的定制化的鞋子，告别以产定销和批量化生产模式，满足新时代消费人群消费者对个性化、实用、颜值以及科技感的要求。安世增材打印的多款3D打印鞋在这次展会中，安世增材在展位上放置了多双3D打印运动鞋，轻薄的鞋身与炫彩的鞋面吸引了许多观众的眼球。安世增材的3D打印炫彩轻运动鞋颇为吸睛建筑领域：安世增材在建筑结构、建筑组件、建筑内装与景观类建筑打印技术上深入研发，与Luxmea公司开展友好合作，以增材思维驱动建筑数字化制造。在TCT展会现场中，观众可以看到安世增材展示的异形沙发、建筑模板，这些样件款式新颖独特，引得众多观众驻足。观众触摸感受安世增材设计的异形沙发教育领域：国家颁布的产教融合政策开启了定制人才培养时代，增材制造领域人才需求激增。安世增材作为教育部“先进设计与增材制造智慧学习工场”唯一技术支撑单位，与300多家高校合作，共建“安世增材产业学院”，助力合作高校在“人才培养”“科学研究”和“产业服务”三个方面取得更大的成就，为制造业的发展进行赋能。教育展示区域 开放与合作 推进行业整体进步 共促可持续性发展 控制驱动增材创新，开源激发生态繁荣，为实现增材技术推动各行各业的优化升级，安世增材推出自研材料矩阵、成型工艺矩阵、软件系统及APRO设备通用控制平台。更难能可贵的是，安世增材立足于根技术的发展，立志用开源、自主可控模式服务于整个增材行业以期推动行业的整体进步及未来的可持续性发展。在TCT展会上，安世增材设立技术堆栈区域，对在增材制造领域积累的技术及经验以丰满的“货架”的形式进行了分享，吸引了众多同行的目光，现场不少企业针对软件与平台的适配性进行了咨询。技术堆栈区自研材料体系3D打印设备作为增材制造的根本工具，安世增材创新性的推出桌面型、专用型、打样型、生产型四大类增材制造设备。在展会现场，观众可以通过现场播放的视频与手册，了解到公司现有的先进打印设备。观众认真观看硬件设备区 开放与合作 推进行业整体进步 共促可持续性发展 尽管安世增材在设备研发上有非常丰富的沉淀和全工艺链的覆盖，但安世增材并没有带来实体设备展示。这是因为安世增材意识到随着增材制造技术的发展，设备一定会是未来的生产工具，但不是主导行业发展的唯一落脚点，如何推动产业升级，通过技术满足消费者乃至其他供应链生产者的需求才是重中之重。现场除了多样性的解决方案展示，还有多位专家带来精彩的DfAM相关课程报告。通过以下视频，一睹现场专家们风采！关注更多现场报道，或者课程信息，请微信搜索安世亚太公众号，关注账号——点击菜单栏——商城培训——TCT现场报告分享。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2021 TCT 3D打印展精品展品（一） 2.百余增材制造新品发布 – TCT亚洲展首日启幕 3.巴斯夫Forward AM：创新增材制造 4.2021 TCT 3D打印展值得关注的新设备（精选）

当前主流SLM设备均采用多激光、多振镜实现更大尺寸打印，但由于单个振镜扫描面积有限，数量的增加并不能完全解决尺寸的限制。2020年，弗劳恩霍夫激光技术研究所推出了基于粉末床的下一代金属3D打印技术新型解决方案，推出了成型尺寸达1×0.8×0.5m的大尺寸金属3D打印机。其技术的核心在于采用可移动式扫描系统，可实现打印尺寸的扩展。而同样基于类似技术，国内苏州西帝摩2×2×0.65m超大型金属3D打印机将于TCT 3D打印展重磅发布！ 6激光+可移动式扫描系统，全球最大SLM金属3D打印机 苏州西帝摩公司于2015年获得外置可移动扫描系统专利，并于2017年推出了基于该技术、成型尺寸达750*750*500mm的XDM750，在航空航天等行业获得应用。面向更大尺寸的制造需要，西帝摩公司根据多激光SLM技术的发展趋势及公司可移动扫描系统的技术储备，于2020年推出新一代超大型金属3D打印机XDM2000。 XDM2000设备仓内 这一超大型3D打印机采用了单列6振镜6工位并行移动扫描方案，将2000×2000mm的加工台面分成大小相等的6×6个区域，单列6个区域分布6套振镜系统，在开始加工时6套振镜同时工作，当前工位扫描完成后移动振镜平台到下一工位，然后6套振镜同步扫描，依次扫描完成6个工位的加工后结束本层扫描，等待铺粉完成后接着进入下一循环，直至整个零件加工结束。这样，6套并行的同步扫描方法即能实现加工的高效性，也大幅减低了成本。同时值得注意的是，可移动扫描系统对打印尺寸的贡献是巨大的，其直接导致了打印幅面的可扩展性，只要有需求，完全可以进一步优化设备设计，这也是弗劳恩霍夫激光技术研究所强调可扩展性的原因。 除此之外，这一超大型3D打印机采用上送粉的供粉方式，铺粉装置包括多个向下延伸呈放射状的粉末流道，各粉末流道底部连接于储粉仓顶部与其内腔贯通，各个粉末流道底部沿储粉仓长度方向等间距排列，储粉仓底部的落粉板通过驱动组件控制开启或关闭落粉槽。对于如此大型的3D打印设备，上送粉的设计将大大节省设备运行所需要的材料成本。 移动式烟尘处理装置，将“大”化小，保证打印过程稳定可靠 西帝摩公司设计了一种可移动式的吹吸烟装置，该装置随着振镜的位置同步移动。吹吸烟装置与激光振镜一样，在移动过程中具有六个工位，因此在成型仓两侧分别设计了6个管道接口，用于各个工位吹吸烟的气体对流，当吹吸烟装置移动至该位置时，管道接口处的电磁铁启动将吹吸烟管道结合，形成循环的气体对流环境，然后激光振镜开始扫描，加工中产生的烟尘便能在这样的气体对流环境下得到有效处理。将2000mm跨距烟尘处理问题转化为350mm跨距。 这种移动式的烟尘处理装置相比传统全跨距吹吸方式更能有效解决因打印幅面过大所导致的烟尘处理难题 从打印过程可以看出，整个打印区域内未显示任何烟尘，6激光系统根据零件切片数据，首先协同打印一个区域，之后振镜组移动至下一区域继续加工，直到整个片层打印完毕；同时可以看出，激光扫描区具有较好的金属光泽，周围未发现飞溅物，打印过程稳定，可见打印工艺较为成熟。 面向航空航天大型结构件增材制造 多激光系统是大尺寸、高效率增材制造的重要解决方案，然而单纯增加激光器数量，打印幅面仍然受制于振镜扫描区域。移动式扫描系统是解决这一问题的关键，以弗劳恩霍夫以及苏州西帝摩为代表的研究组织和企业，推动了该技术的实现和商业化，突破了选择性激光熔融技术对3D打印尺寸的最大限制。 XDM 2000设备打印的Ti6Al4V零件，直径1110mm、高度15mm 如此大型的金属3D打印机无疑将专注于大尺寸零件生产，为航空航天等行业新应用带来更多可能。针对航空航天大型薄壁复杂结构件及大型精密复杂功能件等钛合金零件难加工问题，西帝摩成功研制了适合钛合金零件直接成形的高效、高精度大型选择性激光熔化成形装备，形成了集优化设计、分析与直接制造的成套技术，可实现加工幅面2000mm×2000mm、制件尺寸精度±0.1%以内的零件打印，并在航天薄壁复杂结构件和大型精密复杂功能件等航天产品中进行了验证。 除超大型XDM2000将亮相TCT 3D打印展之外，西帝摩还将在本次展会展示其新一代高效智能XDM 750大型激光选区熔化设备、用于高效高品质零件批量制造的XDM 300以及全流程的质量管理体系等解决方案。 XDM 750 3D打印过程 与上一代2017年发布的750相比，新一代设备采用了全新的除尘系统，使不同激光扫描区域之间流场一致性更好，更避免了上下游扫描烟尘对激光的相互影响。经过升级的软件系统，在人机交互、性能、智能化程度也有明显提升。质量管理体系则涉及数据保护、粉末质量控制、过程监控、成品检验等，是一套全流程可追溯的解决方案。 END 本次TCT 3D打印展将是本行业先进技术争奇斗艳的一场盛宴，多激光、大尺寸选择性激光熔融技术无疑会成为这场盛宴的主角。未来，大尺寸的钛合金风扇叶片、发动机机匣以及火箭发动机燃烧室，这些形状和结构复杂的部件都将可以采用选择性激光熔融技术实现高精度一体化成型。增材制造新的时代，无疑已经到来。 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.专题：2021，多激光、超大型金属3D打印的时代已经到来 2.专题：金属3D打印企业（产品）差异化竞争的六个实例 3.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 4.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？

由于在电子设备、热管理系统和航空航天工业以及电动汽车等许多应用领域的广泛潜力，高纯铜的3D打印得到了广泛研究。然而这种材料并没有像其他金属那样获得广泛的应用，其原因在于纯铜的3D打印有几个重大的加工挑战需要解决。 由于铜的高导热性，熔体区域散热迅速，局部热梯度大，容易导致分层、卷边和零件失效；而且，铜对氧化具有高敏感性，需要对其3D打印工艺进行特殊处理；此外，纯铜还是一种高反射金属，传统的SLM技术难以对其进行加工。然而，纯铜的3D打印工艺探索并非停滞不前，而是接连取得实质性进展。本期，3D打印技术参考汇总纯铜的3D打印工艺种类。 基于粉末床熔融技术的纯铜3D打印 纯铜的3D打印工艺最开始由激光粉末床打印开始探索，由于纯铜对主流的SLM用激光器的波长具有很高的反射率，不仅不容易熔化，甚至有可能损伤打印机光学器件；通常，基于常规激光器打印纯铜，不得不更改设备结构，配备更高功率的激光器等。因此，基于传统SLM技术的纯铜3D打印发展的始终不尽如人意。 真正的转机是绿激光和蓝激光的发展。纯铜对515nm绿激光的吸收率接近40%，对450nm蓝色激光的吸收率则达到65%，分别相当于常规SLM用红外激光的8倍和13倍。随着对短波长高功率激光器开发的克服，采用SLM技术进行纯铜3D打印开始出现转机。 2017年，Fraunhofer激光技术研究所表示正在探索采用绿激光进行纯铜3D打印；同年，日本岛津推出了100w的高功率蓝光二极管激光模块，并采用它进行了纯铜的3D打印。但对于这两家机构，目前尚未看到有专用的SLM设备推出，Fraunhofer则表示未来将创造一种可靠的用于单模操作的高质量激光器，稳定输出最大功率达400w的515nm波段激光。真正的商业化是在2018年，通快推出了第一款绿激光SLM打印机，该设备配备波长为515nm的TruDisk1020绿光激光器，打印零件铜含量高于 99.9％，实现了100％IACS的电导率和99.9％的致密度。该设备将亮相今年上海TCT 3D打印展。 通快采用绿激光3D打印的纯铜器件 除激光粉末床熔融技术外，电子束对纯铜3D打印也具有优势，不过该工艺打印的零件表面质量方面表现不佳，这为铜感应线圈等应用的后处理带来不便。 本部分上传资料：通快、EOS纯铜材料数据表及设备资料。 基于粘结剂喷射技术的纯铜3D打印 理论上，能够用于金属注射成型的材料均可采用粘结剂喷射工艺成型。然而，该技术的代表型企业Exone在很长时间内推出的官方认证材料却只有17-4PH、304L、316L、M2工具钢等等，纯铜也一直未能出现在同技术类型公司的材料清单中。 几种纯铜3D打印工艺特点对比 实际上在采用粘结剂喷射技术成型纯铜之前，已经有学者采用SLS技术对铜和PMMA的粉末混合物进行了研究。PMMA作为中间粘结剂，在激光扫描过程中融化来粘结铜粉形成生坯，之后再进行脱脂烧结处理。这种方式其实与粘结剂喷射技术的过程类似，都是先将铜粉成型出零件的形状，只是方式不同。研究人员发现，这种间接的SLM过程，纯铜的致密度远低于理论密度（约77-78%），孔隙较多，且脱脂过程产生的杂质被留在了材料内部。 无论对于金属注射成型、粘结剂喷射还是激光烧结，合理的粉末粒度分布、粘结剂的选取和脱脂工艺的控制对于纯铜的成型来说都是关键因素。相比激光烧结，粘结剂喷射技术更容易控制粘结剂的含量，这避免了前者铜粉一次掺入粘结剂而造成的固定比例问题，在工艺调节和研究过程中更加灵活。 不同3D打印工艺制造纯铜零件的性能（参考） 此前，国外研究人员使用Exone的设备已经进行过纯铜材料的研究，但所制备的材料致密度和其他性能都不高，且需要经过热等静压处理才能实现致密化（且只有烧结密度超过90%才有必要）；同时也发现，粉末的粒度分布、墨水成分等都是影响制件性能的关键因素。今年2月，Digital Metal宣布推出纯铜3D打印材料，成为第一个为粘结剂喷射3D打印系统提供官方认证的纯铜材料和工艺的设备商。根据该公司公布的数据，通过粘结剂喷射技术成型的纯铜致密度为96.6%，铜纯度为99.9%，然而并不知晓该公司的后处理工艺是否也包含了热等静压。 Digital Metal粘结剂喷射3D打印成型的散热器及扩音器天线 本部分上传资料：纯铜的粘结剂喷射成型研究；Digital Metal粘结剂喷射成型纯铜的性能数据。 基于熔融挤出技术的纯铜3D打印 2020年2月，Markforged宣布推出纯铜3D打印丝材和工艺，并成功应用于散热器和汽车制造领域。2020年12月，Desktop Metal推出了基于其Studio桌面3D打印系统的纯铜材料及工艺。 Desktop Metal打印的纯铜电机座和螺旋换热器，均具有内部冷却通道 与粘结剂喷射技术一样，基于熔融挤出的金属3D打印都需要脱脂和烧结。Desktop Metal声称，新推出的纯铜材料致密度可以达到98%，能够制造具有复杂几何形状和内部通道的零件，借助其Fabricate软件可自动执行复杂的冶金过程，从而生产出密度和特征精度均与铸造相似的高质量零件。 本部分上传：Markforged、Desktop Metal纯铜材料数据表。 基于数字光处理（DLP）技术的纯铜3D打印 2021年3月，美国Holo公司宣布推出基于DLP技术的纯铜3D打印材料。采用该公司专有的PureForm技术，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，并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。 Holo公司的专有浆料材料特性 Holo公司的浆料具有极佳的分散性，在打印过程中可形成均匀的层厚，打印机可在不到10s的时间内固化新层。目前，Holo通过DLP+脱脂烧结工艺成型的纯铜的致密度平均为96-98%，足以达到大块铜95%的导热率和导电率。此外，该工艺还可能会减少激光打印产生的裂纹问题。 Holo 3D打印的纯铜零件 基于已经成熟的工艺，Holo着重于散热器件的开发与制造，而不是销售3D打印机。其目前的一条试验生产线每月可生产20000个纯铜小零件，并希望每年生产数百万个铜散热片零件。 END 在电子元器件飞速发展的今天，热损耗与热安全问题日益凸显，设计紧凑、高效、一体成形的散热器具有重要的应用空间，而这些特征正是3D打印相比传统加工技术最大的优势。 除热管理系统和热交换装置外，纯铜3D打印还可用于射频阴极和感应加热线圈等。对于不复杂的器件，纯铜3D打印可能并没有特别的必要，其发挥作用的空间还是在于产品开发、特殊结构制造等方面。 当前，纯铜3D打印的工艺其实还有其他种类，但大都局限于少量公司取得了突破，仍有极大的发展空间，这与激光、材料和后处理技术的研究和发展密切相关。 注：本期资料均已上传qq群（共五份）。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.南科大：金、银、铜等典型高反射材料的激光增材制造 2.ExOne、DM同时宣布突破铝合金粘结剂喷射3D打印 3.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择 4.纯铜3D打印新工艺：采用DLP工艺实现99.99%的材料纯度

在天问一号探测器上，航天六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的推进分系统，共计48台大大小小的发动机。它们分别为着陆器着陆过程悬停、避障及缓速下降过程提供可靠动力，为环绕器系统提供轨道转移、制动捕获、轨道调整以及姿态控制所需的精准动力。当进入合适的着陆时机，天问一号在3000N发动机作用下，下降到距离火星100km的高度，实现环绕器和着陆器分离。为使着陆巡视器降低运行速度达到着陆要求，作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机接续发挥关键作用，为着陆巡视器动力减速、悬停避障和缓速下降等软着陆任务提供轨控推力。祝融号探测器着陆该型发动机是六院研制团队在借鉴探月任务中7500N变推力发动机工程经验基础上，根据火星探测任务全新设计制造的发动机。并且相较之前探月任务中同样推力的7500N发动机，为了满足火星探测器安装结构要求和减重需求，并提升发动机性能，研制团队首次在我国开展深空探测的航天器上将推进分系统发动机燃烧室从以往的低室压方案改进为中室压方案，从而保证了相同推力情况下，发动机体积更小、性能更高。制造过程中，改进型7500N变推力发动机与以往7500N发动机的性能和推力一样，但重量和体积只有以前发动机的三分之一，结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术，“一次打印成型”避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形，也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。 祝融号火星车 “天问一号”探测器由航天五院抓总研制。在 “天问一号”的研制过程中鑫精合作为增材制造解决方案提供商，采用激光选区熔化成形技术（SLM）制造交付产品 30 余项，激光沉积技术（LDM）制造交付产品 9 项。在减重、特殊功能实现等多个维度解决火星登陆项目研制工艺技术难题。减重、减体积为关键指标——材料和结构是关键在以上报道中，减重、减体积属于关键指标。3D打印在复杂结构制造方面的优势无疑能够帮助这两个指标更容易实现。减重即为轻量化。轻量化的实现途径主要有三大方面：一是材料的优化设计和应用；二是产品结构的优化设计；三是先进制造技术的开发应用。三者相辅相成不仅可以实现最终产品减重，同时也将减少构件体积。轻量化材料就是可以用来减轻产品自重且可以提高产品综合性能的材料。材料轻量化，指的是在满足机械性能要求的前提下，通过采用轻量化的金属和非金属材料实现重量减轻的方法。在当前的轻量化材料中，钢铁仍然保持主导地位，但在天问一号上面使用钢铁减重，这显然不可能。而当前3D打印领域最主要的轻量化材料无非就是铝合金和钛合金，因此，这两类材料很可能被天问一号探测器使用。并且，关于铝合金和钛合金，及其特殊结构的应用已经不乏案例。2018年5月21日，嫦娥四号中继星“鹊桥”在西昌卫星发射中心成功发射，这是航天529厂首次实现3D打印产品的在轨应用。该星上面的斜动量轮支架便是采用铝合金3D打印生产和制造。 动量轮支架打印成品及在中继星上的装配图（来源：altair） 2019年发射的千乘一号整星结构采用面向增材制造的轻量化三维点阵结构设计方法进行设计，并通过铝合金增材制造技术一体化制备；在其他卫星产品上，铝合金点阵和拓扑优化结构产品、钛合金激光送粉3D打印产品、钛合金激光铺粉3D打印产品也已实现在轨应用。2020年，我国新一代载人飞船实验船成功验证。此次试验船搭载了星驰恒动公司研制的60余件金属3D打印产品，涉及三维点阵类轻质材料结构产品、热管理功能类产品、复杂形状直属件产品等多种类型。与此同时，新一代载人飞船直径达4米的超大尺寸整体钛框架也由3D打印工艺制造，成功实现了减轻重量、缩短周期、降低成本等目标。新一代载人飞船试验船的成功返回也标志着超大尺寸关键结构件整体3D打印技术通过大考。 新一代载人飞船试验船返回舱及采用激光沉积3D打印制造的返回舱防热大底框架实物 除此之外，与天问一号当前同在火星的毅力号上面同样也包含3D打印产品，公开报道共有11件，其中5件为钛合金的精密X射线光谱仪外壳。钛合金的高强度质量比使其重量比常规生产的零件少了3到4倍。从以上应用案例不难看出，钛合金和铝合金是当前卫星、探测器3D打印应用的重要材料，而点阵和拓扑优化结构为减重、减体积进一步贡献作用。火星探测器的着陆成功，标志着增材制造技术在航天深空探测领域应用迈出开拓性的重要一步。 这些材料和结构助力“天问一号”成功落火 在天问一号着陆火星的过程中，面临被烧毁或者坠毁的风险。任务能否成功，取决于“天问一号”的结构和采用的材料，对此官媒对此进行了介绍。以下便是为保障探测器顺利着陆和正常工作发挥作用的先进材料和结构（内容来源于《中国航天报》等媒体）： 1. 超轻质的蜂窝增强低密度烧蚀防热材料：应用于火星探测器上气动加热最严重的大底结构及大底拐角部位。 作用：在探测器着陆的阶段，该材料表面与火星大气摩擦并发生复杂的物理化学反应，带走大量的热量；同时该材料还具有良好的保温隔热性能，将热浪排除在探测器之外，有效保护探测器不被烧坏。 研究团队：中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所。 2. 连续纤维增强中密度防热材料：应用在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。 作用：该材料相比低密度材料强度更高，密度为0.9g/cm3，兼顾了耐烧蚀和承载能力。 研究团队：中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所。 3. 超轻质的烧蚀防热涂层材料：应用在气动加热较为缓和的背景部位。 作用：涂层密度为0.28g/cm3，热导率为0.06W/(m k），隔热性能优良，对着陆器的减重也起到重要作用。 研究团队：中国运载火箭技术研究院所属航天材料及工艺研究所。 4.特种吸能合金：应用于着陆机构。 作用：该合金具有突出的强韧性、轻质性和吸能性，可吸收探测器着陆的冲击能。 研究团队：中国科学院合肥物质科学研究院固物理研究体所。 5. 高性能碳化硅基增强铝基复合材料：应用于探测器高精密仪器。 作用：重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定，满足“天问一号”长时间运行时对关键机构的材料需求。 研究团队：上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室团队。 6.铝硅封装外壳：应用于探测器着陆系统的TR组件等核心元器件封装解决方案。 作用：保障探测器着陆系统电路的安全，为器件内部电路穿上安全可靠的保护衣，保障探测器在火星的安全平稳着陆。 研究团队：合肥圣达电子科技实业有限公司。 7. 新型铝基碳化硅复合材料：用于火星车结构、机构、仪器等几十种零部件。 作用：火星车要在工况复杂的火星表面长距离行走，这对火星车材料的轻量化、高强韧性、高尺寸稳定性、耐冲击性提出了极高的要求，传统铝、钛合金难以兼顾综合要求，新型铝基碳化硅复合材料可胜任。 研究团队：中国科学院金属研究所团队。 8. 新型镁锂合金：用于探测器结构。 作用：目前世界上最轻的金属结构材料之一，可实现探测器轻量化。 研究团队：西安交通大学团队。 9. 高精尖铝材（蒙皮板、自由锻件、超大规格板、锻环、铝锂合金）：应用于探测器。 作用：保障天问一号火星探测器长期的太空行驶及完成着陆。 研究团队：西南铝业（集团）有限责任公司。 10. 有机热控涂层：航天器外表面及仪器表面。 作用：探测器在进入轨道后，处于地球大气层以外的超高真空空间环境，朝向太阳的部分表面温度非常高，而背向太阳的部分表面温度非常低，导致航天器“冰火两重天”。该材料可以保证探测器能够在极端复杂的温度下保持正常工作，通过调控温度达到热控需求。 研究团队：中国科学院上海有机化学研究所有机热控涂层研制组。 11. 纳米气凝胶：用于火星车。 作用：很轻、隔热性能好，在探测器“落”与“巡”两项任务中发挥作用。 研究团队：中国航天科工三院306所。 12. 聚合物智能复合材料：用于可展开柔性太阳能电池系统。 作用：实现柔性太阳能电池的锁紧、释放和展开，以及展开后高刚度可承载等功能。 研究团队：哈尔滨工业大学团队。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.“天问”携“祝融”成功落火，航天五院529厂积极开展3D打印技术的研究与应用 2.含钛合金和超级合金3D打印组件，毅力号今日成功着陆火星 3.关键结构件3D打印技术在新一代载人飞船中的应用 4.从嫦娥四号登月，看航天529厂如何实现3D打印在轨应用

在SLM金属3D打印过程中，激光与材料作用会产生声、光、热及振动信号，这些信号中包含着丰富的信息，能够反映加工状态和构件内部缺陷，缺陷监测对识别失败构件、预测构件性能及反馈控制尤为重要，获得准确的监测数据是实现质量控制的前提。近日，华中科技大学联合上海交大、清华和南科大共同发表研究成果，详述了当前SLM监测中用到的信号类型、监测技术和监测手段。 声信号 SLM制造过程中，由于类型、尺寸、形态、位置等因素的差异，每一种缺陷都能够产生具有独特特征的声信号，采用合适的传感器采集并识别不同信号对应的缺陷类型是SLM过程监测的关键难题，也是质量控制的重要前提。近年来，国内外学者在基于声信号对SLM过程监测方面做了大量工作。 Plotnikov等利用ISRWDCA-HT声学传感器和FLIRA56红外热成像仪监测SLM过程，建立了图像和声信号关联关系，研究了声信号特征和气孔率的关系，分析了制造过程中产生凝固断裂缺陷时声信号发生突变的原因(气孔缺陷的产生)。 SLM过程中不同孔隙率对应的声信号 Shevchik等利用光纤布拉格光栅传感器收集SLM过程中的声信号，建立声信号和孔隙率之间的关系，基于声信号实现了对SLM过程构件孔隙率的监测[93]。 （a）SLM舱室内FBG布置及信号采集系统（b）FBG监测系统原理 Gaja等通过声信号监测金属增材制造过程中的裂纹缺陷，发现裂纹引起的信号时间间隔较短，幅值较大。Kouprianoff等利用378B02麦克风对SLM过程中的铺粉高度进行监测，为了减少声信号频谱图像特征复杂程度，对频谱图采用了0-1编码处理，简化了信号特征，减少了计算量。Shevchik等利用小波变化对数据进行分析，运用深度学习进行缺陷识别，基于声信号实现了每一层质量的预测。 典型光学显微镜的横断面图像、相应的AE信号和对应的小波的谱图 综上所述，声信号可以对SLM过程状态和缺陷进行监测，同时，提取声信号特征，可以建立信号特征和缺陷的对应关系。声信号传感器的相对位置、角度等对采集到的信号有较大的影响，在布置时需要重点考虑。目前，声信号的监测主要针对SLM单轨道扫描，需要进一步开发适用于多轨道多层甚至零件加工全过程的声信号监测方案。 光信号 SLM过程中，粉层、金属蒸汽、飞溅、熔池、小孔、凝固层等产生的光信号可以通过相应的光学传感器进行监测。目前，基于光信号对SLM过程进行监测是最常用的手段。研究者采用数码相机、高速摄像机、光谱仪和光电二极管等设备采集SLM过程中的光信号，进一步提取特征，对SLM构件的质量和缺陷进行监测。下面基于不同的光信号传感器进行介绍。 工业相机 工业相机虽然采样频率较低，但成本低、分辨率较高，常用于监测粉层表面和凝固层表面质量，其与CT扫描结合可以用于确定缺陷的位置和尺寸。Gobert等采用数码相机获取SLM过程中构件每一层的形貌特征，用CT三维扫描切片作标签，基于机器学习技术，可以快速识别凝固层的不连续和正常状态。Jacobsmuhlen等发现SLM过程凝固层中凸起区域会影响铺粉质量，通过图像分析凝固层形貌特征，基于分类方法快速地识别了凝固层凸起的区域。Caggiano等根据SLM过程中凝固层铺粉前后的形貌图像比较精确地识别了凝固层缺陷。 构件切片形貌的交叉比较 高速摄像机 高速摄像机是SLM过程监测常用的手段之一，可以直观地监测熔池、小孔、飞溅、蒸汽羽烟等的行为，并快速地识别缺陷。SLM过程常见的两种高速摄像机布置方式分别为同轴和旁轴。研究人员分别在这两种方式下利用高速摄像机监测SLM过程，发现激光功率和激光扫描速度会影响熔池区域、凝固宽度、固化凝聚物直径以及飞溅等，进而影响粉末熔凝质量，而激光作用时间与孔洞缺陷也存在关系。 粉末凝结状态监测设备 包含辅助光源和高速摄像机的成像设备 高速摄像机可以直观地观测到SLM过程熔池、飞溅和羽烟等现象，基于图像提取特征、判断缺陷的产生是SLM过程监测的有效手段。采用滤波、辅助光源、衰减等方法能够获得特定区域的典型特征。准确建立图像特征与缺陷之间的关系是目前需要解决的关键问题。 光电二极管 SLM制造过程中，熔池、飞溅、金属蒸汽等产生强烈的辐射，采用光电二极管监测，可以获得丰富的加工状态和构件质量信息。Coeck等使用安装在SLM设备成形平台两侧的光电二极管组成的熔池监测系统，监测整个过程中产生的光信号，预测了气孔缺陷的尺寸和位置，气孔预测灵敏度达90%。Montazeri等采用光电二极管监测了SLM过程，应用谱图理论分析获得的数据，实现了SLM过程中材料间交叉污染的监测。 光电二极管监测熔池示意图 X射线 与其他监测手段不同，X射线可以直观地反映内部缺陷的三维形貌和位置，例如气孔、裂纹的大小和位置等。Hojjatzadeh等利用原位X射线成像技术研究了SLM过程中气孔的形成机制，观察到已经被发现的三种气孔形成机制，并发现了三种新的气孔形成机制，研究结果为降低气孔率提供了理论指导。Gögelein等利用光学层析成像技术在线监测SLM全过程，建立了缺陷与光学层析成像之间关联关系，准确识别了SLM构件熔合不良缺陷。Hu等利用X射线计算机断层扫描技术从数量、形态、尺寸和位置等方面对气孔和熔合不良缺陷进行表征，并结合疲劳裂纹扩展模型预测疲劳寿命，有效判断了缺陷的不同位置所导致的疲劳威胁等级。   高速高分辨率X射线成像系统用于在纵向视图和横向视图中捕获熔池中示踪颗粒的运动 虽然X射线能够直观地实时监测内部缺陷的形貌和位置，但X射线监测的成本较高且需要加强防护，尤其是高速高分辨率X射线原位观测成本更高，其一般用于对其他监测手段进行校核和验证。 熔合不良缺陷的光学层析成像和计算机断层扫描结果 上述研究表明，基于光信号的SLM过程监测能够直观地反映粉层、熔池、飞溅和气孔等信息，是目前应用最多的SLM过程监测手段之一。近年来，光谱仪、激光超声等手段也逐渐应用于SLM过程光信号的监测。 热信号 热传递是实现SLM过程的驱动力，熔池的形成与动态行为、液态金属的冷却与凝固、凝固层的热循环等都与热传递有关。SLM过程中复杂的温度历程对构件的微观组织、残余应力、变形等有直接影响，均匀的温度分布会形成质量良好的构件，不合理的温度分布会影响构件结构的完整性和质量。因此，研究热行为对保证SLM构件质量具有重要意义。 用于SLM过程温度监测的传感器可以分为两种类型：一类是高温计，另一类是热成像仪（可以看作高温计阵列）。高温计只能测量局部区域温度，而热成像仪可以测量整个区域温度。此外，热电偶也能测量SLM过程中的温度且成本较低，但其只能测量固定点的温度，且需接触被测物体，一般置于基板底部测量SLM过程的温度历史，然而，高温计和热成像仪不需要和被测物体接触，可以测量运动熔池的温度。 Krauss等将视场区域为160mm×120mm中等分辨率的红外摄像机安装在SLM设备的外部，与打印平台成45度角，以监测制造过程中凝固层的温度分布及其随时间的变化，通过研究熔池面积变化来监测工艺偏差。 SLM过程红外相机旁轴监测系统 Zheng等采用同轴红外热成像仪监测对TC4合金在SLM成形过程中熔池温度进行跟踪和监测。根据熔池温度梯度分布特征提取熔池边界，通过熔池边界来预测单个轨道的宽度。 SLM成形过程红外热成像仪同轴监测系统 基于红外熔池温度图像提取熔池边界预测单轨道宽度 Lane等采用分辨率为1280×1024，最大帧率为120帧/秒的高速、高倍原位热成像仪，对SLM过程熔池区域的等离子体羽烟和金属蒸汽等多种现象进行观测。Jalalahmadi等通过集成在商用SLM设备中的高频红外摄像机连续监测熔池，利用CT扫描对制造件的气孔位置和大小进行了表征，建立了红外传感信号与气孔的关系。Zhirnov等使用红外相机研究了扫描速度和激光功率对熔融区温度的影响。Barua等根据裂纹缺陷处热导率较差、温度不均匀的特点采用高速摄像对金属增材制造过程裂纹缺陷进行监测，实现了裂纹的实时监测。 温度监测的难点在于材料的辐射率不易获得，辐射率与材料的形态、温度分布等关系密切，即便已知材料在常温下的辐射率，但在SLM过程中，材料的形态有粉末态、液态、固态及气态，而且不同位置的温度有差异。因此，粉层表面辐射率并不是常数，而是随材料状态、空间及温度变化，获取SLM过程中的辐射率是非常困难的。一个有 效的解决办法是采用双色高温计和红外热成像仪相结合，因为双色高温计对辐射率的变化不敏感，可以用来校核红外热成像仪，这方面的有待进一步研究。 振动信号 SLM过程中的振动信号也能很好地反映加工状态和构件质量。通过振动信号可以判断SLM过程中熔透深度、裂纹、铺粉质量等。 Kleszczynski等采用加速度传感器监测SLM过程中的振动信号，该系统使用集成在铺粉机构上的压电式加速度计采集铺粉机构和制造平台之间的振动信号，确定了维持铺粉装置制造过程中稳定的上升临界值。 SLM过程中铺粉辊的运动、小孔的形成、熔池的波动等均会产生振动信号，采用加速度传感器监测振动信号，也能为SLM过程监测提供一种有效手段。目前，基于振动信号对SLM过程进行监测的研究比较少，尚需在传感器的选择、布置、信号收集与处理方面进行深入研究。 集成于铺粉装置上的加速度传感器 多信号融合 采用单一的传感信号仅能反映加工过程中的某一方面信息，不能全面地反映加工状态和缺陷信息，导致监测的信息不全，且监测的准确性不足，而采用多种传感器采集多方面信号能够比较全面的反映加工状态，使监测准确性大大提高。 下表列出了近年来基于多传感技术对SLM过程进行监测的相关报道，可以看出，多传感多信号融合正逐渐成为增材制造过程监测的研究热点。 SLM 过程多传感信号和监测 Furumoto等利用高速摄像机监测粉床熔化过程图片，并采用双色高温计监测工件表面温度，分析了粉末融合状态与表面温度的关系，为基于表面温度控制粉末熔合状态提供了参考。Daniel等以三个光电二极管为主体构成的光学原位同轴监测系统，对SLM过程的熔池状态进行监测。Demir等设计了包含两个摄像机和一个二极管组成的同轴多传感监测系统，通过信号强度的变化监测马氏体时效钢SLM制造过程的缺陷。Montazeri等集成了光电探测器、高速相机、红外热感摄像机三种传感器对SLM过程进行监测，将采集到的信号转换为低维加权无向网状图，进而对加工零件的边缘和内部加工条件进行区分。Yedra等利用热成像仪、基于双波混合干涉仪的激光振动计和Eta250无膜光学麦克风对增材制造过程进行监测，很好的监测了分层裂纹和热影响区裂纹。 多传感器监测布局示意图 END 由于工艺的特殊性，SLM过程监测的难点在于：与激光焊接相比，SLM过程材料熔凝速度快、熔池尺寸小，缺陷尺寸较小，监测的难度大；同时，熔池周围存在羽烟、飞溅粉末等多种干扰源，严重影响监测信号的精确度。针对前者需采用高分辨高采样频率的传感器；针对后者，可以采用辅助光源、滤波片和衰减片等手段。同时，羽烟、飞溅本身也包含丰富的信息，可以作为信号源进行监测。 目前较多采用的是高速摄像机和红外热成像仪，其中红外热成像仪的测量精度亟需提高。此外，麦克风、加速度传感器、激光超声、X射线和光谱仪等也逐渐被用于SLM过程监测。为进一步提高监测和识别的精度，采用多传感器监测，并将多信号融合已成为SLM过程监测的发展趋势。 内容来源：曹龙超,周奇,韩远飞,宋波,聂振国,熊异,夏凉.激光选区熔化增材制造缺陷智能监测与过程控制综述[J].航空学报:1-37欢迎转发关注 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.SLM过程中的缺陷类型、产生原因及其造成的不良影响 2.西空智造推出国产金属3D打印在线监控系统 3.使用光学层析成像识别制造过程缺陷，保证3D打印部件质量 4.惠普Meta Jet和SLM技术打印零件的疲劳性能对比分析

继创新的发动机燃油喷嘴，以及GE9X和Catalyst涡桨发动机大规模使用3D打印零件之后，GE公司似乎已经很久没有大的3D打印新闻发布。然而对于这家世界领先的新技术领袖来说，创新总是在路上。近日，GE公司旗下航空部门展示了金属3D打印如何低成本代替铸造工艺、生产传统无创新设计部件的案例。即便已为铸模付出了巨大成本，但选择金属3D打印依旧经济可行。 第一次发现金属3D打印比铸造要便宜 大多数制造商都难以在支付了铸模费用的情况下，放弃使用铸造而选择金属3D打印，主观上的成本考量都不会将两者相提并论。然而，GE Aviation（GE航空）和GE Additive（GE增材）的合作证明，金属增材制造可以与传统铸件的价格持平。其成功制造的四个3D打印部件将削减多达35％的成本，这足以让管理部门淘汰旧的铸模。 同样重要的是，GE Additive的工程师从识别目标零件到3D打印最终原型，总用时仅10个月，而使用铸造工艺生产这些零件则需要12到18个月甚至更长时间。GE Aviation的增材制造部门负责人表示，这是他们第一次发现金属3D打印比铸造还要便宜，即便在有外部供应商报价的情况下，金属3D打印仍然具有成本优势。 与以往利用零件合并来减少组装从而降低大量成本不同，此次3D打印的零件完全基于铸造模型，没有任何的设计更改。这一发现让GE Aviation着手寻找其他发动机上更多的零件，并采用金属3D打印来降低成本。 零件审查，减少外部依赖，探索金属增材制造与铸造的成本差距 GE Aviation对铸件的年度审核始于2020年初，力求降低现有产品的生产成本，包括外部委托生产的数百种铸件。对于GE Aviation来说，只有少数供应商可以为航空业进行铸造，因此必须确保公司不会过分依赖于特定供应商。如果能够以更少的成本自行制造部件，这无论对于快速生产备件还是降低生产成本，都至关重要。 零件审查的过程需要考虑多种因素，包括零件的尺寸、形状、功能，以及打印材料、工艺是否成熟可靠，还需要考虑后处理步骤的便捷性，例如能否通过机械加工消除表面缺陷以及能否通过钎焊为零件增加配件等等。在零件甄别的过程中，工程师须不断自问，有没有哪些事情一年前做不到而现在在技术上是可行的。 3D打印不仅适合制作复杂零件，对于具有简单形状的零件也易于从现有模型进行打印，从而节省时间并减少铸造所需的模具支出。因此，零件审核同时检查了各种批量生产的零件。到2020年2月，GE Aviation已经确定了180种铸件通过3D打印可以节省成本。为了确保结论的准确性，由GE Aviation和GE Additive工程师组成的团队分别使用各自的生产和财务模型，将其分为几个小组，核算了每个零件的3D打印投资回报率。 最终有几十个零件通过了初步筛选，补充分析选定了其中九个，包括船用燃气轮机、涡扇发动机和一些军事项目的零件。这些零件的材料均是CoCr合金或者Ti-64。在考虑能够使用工厂内部的Concept Laser M2打印的前提下，可选择的零件范围进一步缩小，在优先考虑了基于零件工程资源以及节省成本对发动机计划重要性的因素下，项目团队确定了引气系统适配器盖成为计划的重点。 四个零件的尺寸一致，直径约89mm，高约152mm，均由CoCr合金制成，其作用是处理来自涡轮压缩机部分的热压缩空气。从制造的角度来看，这些零件具有近似的几何形状和相似的功能。项目团队认为M2一次可以打印三个部分，但工程师们很快重新设计了版面，将其增加到四个，这立即提高了生产率，因为打印四个部分和打印三个部分所需的时间大致相同。 该项目的3D打印工程师通过仿真和分析，证明了这些零件的性能与替换的铸件相同。在每一版的打印任务中还增加了测试样条，其中一些位于零件的开口腔中，技术人员因此可以测量每次生产运行的完整性。 END 该项目的意义在于， GE Aviation首次严格按照成本将生产从精密铸造转变为增材制造。这些零件均是一对一的替换，没有进行任何重新设计或零件合并。而采用铸件的设计进行3D打印，不仅在质量上有保证，在生产速度上更是超越铸造。该项目因此可以作为未来工作的参考案例。GE Additive的高级技术负责人也表示，GE Aviation及其增材制造工厂从业务的角度展示了他们所不具备的实力。然而笔者认为，该项目只适于特定情景。 值得玩味的是，该项目能够推进到采用3D打印进行验证的地步却是要归因于疫情。由于去年美国在病毒控制方面持续不力，GE Aviation的奥本增材制造工厂的工作也变得不饱和，增材团队因此有更多精力专注于其他项目。该项目的推进，很大程度上就是为了利用那些闲置的打印机。 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.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 2.GE增材：具有增强后处理和质量控制的金属3D打印 3.304个3D打印零部件的超越 | 世界最大航空发动机GE9X获得FAA认证 4.GE 增材：连续增材生产是一场马拉松，而非短跑冲刺

桌面金属3D打印的代表企业主要有Markforged以及Desktop Metal，这两家公司推出的产品在长时间内引领了整个桌面金属3D打印市场。对于这种间接金属3D打印技术，脱脂和烧结是两大重要任务，而脱脂的方法则根据有机粘结剂的组成成分不同会针对性的采用热脱脂、溶剂脱脂、催化剂脱脂或者多种脱脂方法相组合。脱脂是从坯件外部逐渐向内部扩散的过程，整个过程相当漫长，成为困扰业界多年的问题。而脱脂工艺的快慢也造成了如今MIM行业的产品代际，放之于间接金属3D打印，也同样面临该问题。 全亚洲最大的3D打印技术专业展览会-TCT亚洲展即将于5月26日-28日，在上海虹桥国家会展中心举办。作为本次展会的大会赞助商，Raise3D上海复志将会在今年的TCT上发布“全球第二代桌面级金属3D打印解决方案。 图 | 复志展台 该款解决方案由Raise3D和BASF合作开发，与目前市面上的第一代桌面级金属3D打印机不同，该产品采用当下MIM行业最先进的一步脱脂法—催化脱脂，避免了产品容易发生变形和尺寸精度控制困难的弱点，能生产较大尺寸的打印零部件；同时脱脂时间更短，降低了成本，兼容现有的MIM工艺，可直接利用目前的国内手机供应链，实现规模化生产。这也意味着，Raise3D新推出的桌面金属3D打印解决方案可与当前MIM行业无缝衔接。 而当前Desktop Metal和Markforged所采用的脱脂方法是溶剂脱脂，作为上一代脱脂工艺，溶剂脱脂时间长，不仅拉长了整个产品生产周期，还制约着可生产产品的壁厚或者尺寸，使得基于该工艺的技术只适合成形尺寸小、壁薄且厚度均匀的零部件。而脱脂工艺的不同，依赖于3D打印线材中的粘结剂成分。 Raise3D的金属3D打印样品 巴斯夫推出的Ultrafuse 316L线材由超细不锈钢粉和聚合物混合而成，而催化脱脂工艺也正是由巴斯夫发明。与标准热塑性线材相同，其线径分为1.75mm和2.85mm两种，在打印过程中线材内的聚合物充当粘结剂，打印完成的部分称之为生坯。其中的主要聚合物成分在催化脱脂过程中会被除去，剩下的部分则由纯金属颗粒和残余粘结剂组成，接下来会在稍低于金属熔点的温度下进行烧结形成最终的金属零件。 BASF金属3D打印线材 Raise3D部分金属打印展示样件 Raise3D部分金属打印展示样件 根据3D打印技术参考的资料调查，Markforged金属3D打印线材的粘结剂成分为蜡和树脂，其中金属粉末和粘结剂的组分比例为60:40，而Ultrafuse 316L的金属含量则达到了90％。 高金属含量意味着降低了产生缺陷的风险、提高了成功率。巴斯夫采取了一些措施来确保在生产过程中均匀分布金属颗粒，使每个粉末颗粒都可以被一定量的聚合物包裹。这对于减少挤出过程中的不均匀流动、提高表面质量和可靠性具有重要意义。此外，高金属含量也意味着具有更高的性能，3D打印技术参考对比了Ultrafuse 316L与Desktop Metal 316L不锈钢的性能数据，发现前者在拉伸强度、断后延伸率和致密度方面均优于后者。 Desktop Metal、巴斯夫及MIM标准下的316L性能数据 Raise3D是一家位列国际第一阵营、处于高速发展的国际化公司，与多家国际知名品牌建立合作，并成为BASF金属3D打印线材大中华区的独家代理。为发展金属3D打印技术及其他先进3D打印工艺，该公司已有上市计划。 扫描下方二维码，现在预约参观立享50元门票优惠！ 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.预见2021：《2021年中国3D打印材料产业全景图谱》 2.杨永强教授演讲：金属增材制造技术的进展及展望 3.金属粘结剂喷射3D打印：在尝试使用该技术时须考虑整个工艺链 4.2020年全球3D打印市场规模（设备、材料、服务）发展情况

近几年来，齿科的数字化进程方兴未艾，种植牙、隐形正畸等领域正在快速增长。齿科加工企业在拓展业务范围、扩张规模的同时，也面临着全新的挑战。比如： 如何管理诸如金属和陶瓷修复种植、隐形正畸等多种生产工艺？ 如何对口扫、设计、生产数据进行统一管理？ 如何快速查询订单的生产进度并进行动态生产排程？ 这些挑战不仅有关于加工工艺的，也有关于生产流程的。在传统模式下，解决这些问题往往需要大量人力，或是使用多种不同的软件，效率低下且容易出错。 如果这些问题能通过一款软件得以解决，就可以帮助齿科加工企业简化流程，显著提升运营效率，起到事半功倍的效果。效率的提升也有助于承接更多的市场需求，提升市场份额，做到领先一步。 Oqton提供的正是这样一个一站式齿科解决方案，能够轻松搞定整个齿科加工的全过程。接下来，就让我们一起来细数一下它的三大特点。 人工智能驱动的增材制造 人工智能可自动对各种齿科零件进行分类。牙冠、牙桥、牙模、可摘局部义齿等不同类型的零件会使用不同的工艺路径来进行加工。 基于人工智能的自动摆放会为零件寻找理想的摆放角度。这有助于减少支撑材料的使用量、提升零件的表面质量，同时缩短打印时间和后处理工序的复杂度。 Oqton平台会根据不同的零件类型，自动生成锥状或晶格状支撑，并避免支撑接触重要的表面。为了便于后期对零件的分拣，还可以自动为零件生成标签。 Oqton平台可以实现人工无法完成的高密度3D排版，进一步提升设备的利用率。 人工智能可以根据实际使用情况来学习用户偏好的分类方式、摆放角度和支撑生成策略，实现了个性化与自动化的完美结合。 强大的CNC减材和增减材混合加工 根据坯料的情况，自动进行零件排版并生成连接杆，提高材料利用率。 零件在3D打印完成后，无缝衔接直接在基板上进行热处理和机加工，以保证精度、简化流程。 通过打印定位零件，帮助CNC设备在开始加工前精准定位。 端到端的生产流程管理 Oqton平台保留了从订单到交付的完整的数字线索。对于生产的每一个环节，无论是3D打印、机加工、后处理、质检和发货，其中涉及的订单、零件、物料、工具和设备均可用二维码或NFC进行追溯。 基于人工智能的自动排程会根据交货日期将生产任务安排到跨地域的各种设备上。排程结果还能根据订单的优先级，通过物联网获取的设备的实时信息进行动态变更。 Oqton平台会对有交付风险的订单的发出警告，并进行动态插单。 实时数据和历史数据可用于定制看板和报表，让生产状况一览无余。 Oqton平台会监控激光器、滤芯、切削刀具等关键设备组件，并适时给出维保或替换建议。 扫码关注OQTON堃腾智能制造，即可免费申请软件演示 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 2.十款时下最热门的3D打印数据处理软件，哪款适合你 3.一款基于3D打印工艺预测、性能数据库和全动态工艺自适应调整的黑科技软件 4.国产3D打印软件Voxeldance Additive经受住市场考验，2.0即将线上发布