纯铜3D打印仍然是当前的研究热点，目前已知的纯铜3D打印工艺包括激光/电子束粉末（床）熔融、粘结剂喷射以及FDM型的桌面式工艺，无论哪种，纯铜还都远远没有像其他材料那般获得大规模的应用。本期，3D打印技术参考介绍另一种纯铜3D打印工艺——基于DLP的数字光处理技术。 该技术的开发商为美国Holo公司，它于2014年被Autodesk收购，推出了基于DLP工艺的Autodesk Ember 3D打印机。但其创始人为了更好地发展业务，最终将公司于2017年从Autodesk脱离出来，并一直使用原技术开发金属3D打印零件。 专有的金属—聚合物浆料+成熟的MIM后端工艺 基于DLP的纯铜3D打印工艺，采用了Holo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。 基于DLP的纯铜3D打印工艺原理图 对于纯铜3D打印工艺的开发，主要围绕导热性和导电性展开。铜的导电性与其纯度直接相关，任何污染物，特别是铁，都会影响最终性能。这一点无论对于基于DLP还是3DP亦或是注射成型的工艺都同等重要，然而在实际的制造过程中需要向金属粉末中添加其他物质，然后再制造出高纯净、高密度和高保真的零件。 Holo公司的专有浆料材料特性 用于脱脂和烧结的粉末冶金工艺已经非常成熟，Holo首先选择了能够提供合适化学性能的供应商，这一点非常关键；其次，对树脂基体的成分进行了优化，它不同于金属注射成型中使用的蜡基材料，后者中的某些化学物质会影响烧结零件的机械或化学性质。Holo需要在可成型和保证性能之间进行平衡，如果树脂中含有污染物，就需要在烧结过程中通过特定的气体去除。 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。 铜粉原材料和打印完零件的成分和性能对比 优化设计+3D打印，将产品的性能翻倍 传统上，一些类型的冷却板需要通过切削制造，在金属工件上切出几十个翅片，每片的厚度约110μm，间距大致相同。由于切削路径的限制，这些翅片被加工成直线形式，通过产生空气或液体层流，来冷却设备。从传统角度，这种流动并不理想。层流穿过直通通道会产生沿翅片每侧下降的边界层，从而降低传热的有效性。3D打印所能做的，就是突破产品设计。 Holo对冷却板设计了几个沿着鳍结构的横梁，每一个横梁都有独特的设计，其数量会根据芯片上热点的位置和歧管内冷却剂的理想流量分布而不同。在此实例中，冷却板的有效区域为30*30mm，包含数百个细小的金字塔状结构，高度约150μm，这些结构被用作扰流器，增加了歧管内冷却剂的紊流。歧管管位于金字塔结构的顶部，几乎无法以其他任何方式加工，即使采用基于激光的SLM工艺，也存在粉末散落其中的风险。 3D打印的纯铜零件进行脱脂烧结 然而，Holo基于DLP的传统3D打印所制造的的鳍片宽度为170μm，这明显不如传统工艺，但事实是，最终产品的传热能力达到了传统产品的两倍。这正是零件创新设计实现了比传统产品更高的性能水平，而如果进一步优化工艺，将精度提高到100μm，这种性能的改进还将继续翻倍。 一种材料，一个市场 值得注意的是，Holo从未将自己定义为3D打印机设备开发商，而是零件供应商，至少在短期内不会出售其品牌的设备。Holo瞄准最终应用市场——为计算机行业的数据中心、高端CPU以及电动汽车等行业开发散热解决方案，并奉行一种材料一个市场的原则，这是一个价值40亿美元的市场。 Holo 3D打印设备 Holo公司的行业定位 基于其专利工艺，Holo已经推出了316L、17-4PH、复合材料、陶瓷以及纯铜产品。目前，他们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。3D打印为传统的散热片设计带来了变革，Holo无疑看到了批量生产以及复杂零件制造方面的机会。 基于DLP+脱脂烧结工艺制造的纯铜 根据其市场定位，Holo着重于三方面的挑战。一是材料密度，用于液体冷却的装置零件必须完全致密且封闭，即使是很小的泄露都可能导致危险，Holo需要研究打印和烧结行为，保证足够的密度以及零件制造的可重复性；二是导热率，这涉及到材料最终的纯度，任何与污染有关的事项都需要考虑在内；三是产品设计，Holo将自己定义为零件生产商，就不能只研究材料和工艺，还需要创新产品设计，这无疑需要了解重点行业产品的弊病。 END 无论对于计算机芯片还是电动汽车的电池，随着功率的增加，器件对散热的要求越来越高。复杂的热交换器和液体冷却装置需要高保真、复杂的几何形状，3D打印为突破传统机加工、焊接方案提供了新的制造工艺。传统行业将因增材制造受益巨大，但投资并不了解的新制造技术则可能并不是最佳方案。 无论哪种工艺，制造精度非常关键，尤其对于基于烧结的DLP和粘结剂喷射技术，零件收缩是一项需要克服的重要问题。 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.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择 2.由GE赞助的增材制造设计挑战赛有哪些先进结构 3.激光成型高温难熔金属材料的种类及应用 4.材料、速度及后处理给增材制造生产带来的挑战

三星堆遗址祭祀区新一轮的考古发掘，引起了社会广泛关注，五千年的文明不知要带给我们多少惊喜，而在此次的发掘过程中首次使用了3D打印技术提取文物。本期，3D打印技术参考介绍的重点包括借助3D打印提取文物的过程，以及该技术在文创方面的可行性分析。 国内首次使用3D打印技术提取文物3月20日，考古工作者宣布在三星堆遗址新发现6座三星堆文化“祭祀坑”，现已出土金面具残片、巨青铜面具、青铜神树、精美牙雕残件等重要文物500余件。同时，3号坑也发现了迄今为止三星堆出土规模最大的一件青铜器——大口尊。 该大口尊长度约70厘米，尺寸大，强度弱，文物一碰即碎。通过前期方案讨论，决定采用3D打印技术提取大铜尊。据了解，此前考古和文保工作中都尝试采用过3D打印技术，但这是首次使用3D打印技术进行文物提取。 工作人员首先使用3D扫描仪对文物进行扫描及周边数据收集，然后通过3D打印机打印出文物的模型，根据模型生成硅胶体的保护套，将硅胶覆盖在文物表面对文物进行保护。提取现场，考古人员用硅胶体保护套贴合在文物上后，外面还要再包裹上厚厚的保护层，放在专门的套箱中。 大口尊中全是泥土，器物本身加上泥土，再加上保护套，总重量超过200斤。考古队员利用考古发掘舱中安装的先进航架系统，深入到1米多深的坑中提取文物。经过编号、登记，文物才能离开考古发掘舱，通过专门运送车送入文物研究保护中心。 3D打印的大口尊原型和倒模硅胶 实际上，提取过程对3D打印技术的应用，也仅此而已，但看似简单，却科技含量十足，它包括了三维扫描、建模、3D打印、倒膜一系列过程。随着科技的发展技术的革新，3D打印作为一种便捷、高效和真实的数字化快速成型技术，在各行业得到了广泛的应用。尤其在古文物修复或重建方面，3D打印技术正发挥着独特的技术魅力。 3D打印在文创方面的可行性分析 文创作品已经成为各大博物馆的一张重要名片，从故宫口红到敦煌壁画拼图，馆藏的各种文物从过去的“高冷”开始慢慢变得“亲民”，文创作品拉近了文物和普通民众之间的距离。近些年来，3D打印和三维扫描逐渐应用到了文物保护和文化传播领域，并发挥了重要作用，而文创作品的直接3D打印却鲜有听闻。接下来，3D打印技术参考来对几个很有意思的文创作品能否采用3D打印制造进行可行性分析，希望能为这项技术在文创作品领域的应用提供思路。 大金面具——双耳面具杯，与3D打印 此次出土的金面具备受关注，面具宽约23厘米，高约28厘米，值得注意的是，其形制与金沙遗址博物馆的金面具极为相似，后者长20.5cm，宽10.4 cm，高10.7 cm，厚0.08 cm。金面具整体呈立体脸谱，系在模具上捶揲成形，眼睛、鼻子、嘴巴、耳朵则采用剪切而成。具有重大的历史、艺术和科学价值，是研究商周时期成都地区古蜀文明、金器加工工艺、青铜文明以及四川盆地与外地文化交流的重要实物资料。 商周大金面具 双耳面具杯 金沙文创以金面具为创作灵感，经过略萌化后形成晶莹的双耳玻璃杯，面具双耳变成方便执握的杯柄，耳上纹饰源于金沙铜虎，杯底烫金“太阳神鸟”纹。金色与玻璃晶莹交相辉映，熠熠生辉。从设计的角度来说，最为关键的是将多元素融于一体，由金沙文创和西华大学一名教授联合设计而成。面具杯采用全手工吹制，需要等待15-20日的制作周期，而采用3D打印，则不需要等待这么久。 双耳面具杯 当前，玻璃的3D打印工艺已经获得很好的发展，有企业已经在生产光学镜片。主流的玻璃3D打印工艺有熔融挤出和光固化两种。 玻璃的光固化3D打印过程 3D打印的玻璃零件 关于金面具的文创作品还包括文物复制等其他类型，可以涉及直接金属打印或者3D打印熔模铸造工艺。 光固化3D打印的金面具原型 金面具文创指环（可直接金属打印也可3D打印+熔模铸造） 皇后之玺—玉玺交通卡，与金属3D打印 这枚玉印印钮浮雕一只螭虎，印面刻有“皇后之玺”四字，它是迄今仅见的汉代一枚皇后官印。玺长2.8cm、高2cm，重33g。螭虎造型之生动，玺文字体之规整大气，雕琢技法之娴熟，都是罕见的。 西汉皇后之玺 长安通公司与陕西历史博物馆联合推出了玉玺形状的印章交通卡，它是以西汉皇后之玺为原型缩小比例打造，采用多种特殊工艺，突出文物质感，小巧玲珑，携带方便。 皇后之玺文创作品——印章交通卡 从3D打印的角度来说，印章底部的字样及周围的纹饰可以实现个性化定制。同时，这样个性化的设计所造成的制造成本并不会增加太多。在材料方面可以使用树脂、陶瓷、青铜，结合所用到的技术可以完美体现设计细节。这枚小纪念品有强大的实用功能，使用它可在北京、上海、天津、西安等225个城市乘坐公共交通工具。 极致盛放设计，铂力特打印的青铜汉钮▪龟 太阳神鸟金饰——吊坠、耳钉、徽章，与蜡模3D打印 商周太阳神鸟金饰整体为圆形薄片，外径12.5厘米，内径5.29厘米，厚度0.02厘米，重20克。图案分内外两层，内层等距分布十二条旋转的齿状光芒；外层由四只神鸟逆时针绕太阳飞翔，是古蜀先民深邃的哲学宗教思想、丰富的想象力、非凡的艺术创造力和精湛工艺水平的完美结合。2005年8月16日，“太阳神鸟”金饰图案被公布为中国文化遗产标志。 商周太阳神鸟金饰 金沙遗址博物馆以此为基础开发了书签、吊坠、耳钉、徽章等产品，样式精美。 “太阳神鸟”耳钉 当然他们所采用的还是传统的制造手段。从3D打印的角度来说，可以采用直接金属打印或者3D打印蜡模+翻铸的工艺轻松实现，这两种工艺是目前3D打印金属饰品的两种重要手段。此外，文创作品的产量一般不会太大，3D打印还可以满足小批量制造的需求。 3D打印的镀金耳钉 北科大定制毕业指环（极致盛放设计，钛合金打印） 唐仕女俑—唐妞，与粘结剂喷射3D打印 唐代是中国古代社会的辉煌时代，特别是唐代开放和包容的精神在妇女身上体现的淋漓尽致。在唐代，女子和男子在很多方面享受一样的自由、平等地位。从唐代壁画和陶俑身上可以看到，唐代的妇女的服饰也是非常开放的，这种时代精神恰好契合了当今女性想要表达的观念。 唐代女俑 “唐妞”，是陕西历史博物馆以唐仕女俑为原型，保留其妆容特点，在原先可爱造型的基础上，按照年轻人喜爱的审美方式，用动漫、可爱、Q版的手法，将唐妞设计了出来。她高髻峨眉，面如满月，体态丰满，身穿宽袖长裙，憨态可掬，喜感十足，是唐代人见人爱的“小胖妞”。“唐妞”也是陕西第一个登上春晚的动漫IP形象，在很多文创产品博览会上都获得过大奖。 从3D打印的角度来讲，其重点在于其表面质感以及丰富的色彩展现，这也就意味着它需要通过彩色打印实现。在现有的工艺中，石膏彩色喷墨技术以及树脂喷射技术可以实现，而前者在表现陶俑特色方面则更具质感。 3D打印的希娜娃娃 END 文创作品最好能在生活中有所实用才能起到纪念品的作用，而3D打印则可以大规模的介入博物馆文创产品的开发中。利用它小批量、快速制造的特点，快速将产品推向市场，并借助它独一无二的个性化制造特点迎合大众需求。从另一个角度来说，3D打印可以结合设计、艺术、文化来增加产品附加值和内在底蕴，将单纯的技术玩出新的高度。 欢迎转发 延伸阅读： 1.共享视觉：当粘结剂喷射3D打印遇上文物保护和艺术品创作 2.装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 3.SpaceX 龙飞船3D打印推力室中的增材设计思维和规则 4.史玉升教授：4D打印智能构件的增材制造技术及应用领域

2021年2月8日，全球领先的金属增材制造供应商美国西亚基公司（Sciaky）宣布，其在2020年采用电子束增材制造技术沉积的钛合金总量达到5443公斤，并超过了此前历年数据。即便处在疫情期间，美国的高端制造业似乎并未受到严重影响，无论汽车制造还是火箭试车与发射，都在照常进行。 Sciaky的电子束增材制造金属3D打印解决方案是一种基于丝材的定向能量沉积工艺（EBAM） 西亚基的绝大多数钛合金沉积制造都与零件生产有关，这些零件多用于已经过认证的航空航天和国防应用，以及用于研发的各种钛合金原型。此类项目因签有保密协议而不会向外界公布细节。 电子束丝材增材制造的强大之处 电子束增材制造减少了与传统制造（即锻造和铸造）相关的时间和成本。西亚基的EBAM 300打印机曾在48小时内以约6.8公斤/小时的速度生产了一个3米长的钛飞机结构；通常，使用该工艺可以在2天内完成以前需要6-12个月才能完成的锻件。相对于其他金属增材制造工艺，EBAM根据材料和零件特征的不同，每小时可沉积3.18-11.34公斤材料，速率高出近十倍。简单地说，EBAM技术为零件尺寸和质量提供了真正的可扩展性，并在一定应用范围内是最具成本效益的工业金属3D打印工艺。 西亚基EBAM 3D打印机 西亚基EBAM 3D打印的零件 西亚基的电子束沉积工艺可以打印钛、钽、钨、铜、铝、不锈钢以及高温合金等材料。在许多情况下，金属焊丝原料比粉末原料便宜50％甚至更多，而且更安全、更易于存储。其最大可以打印5.79 x 1.22 x 1.22 m的零件或结构，或者制造直径最为2.44 m的圆形零件。获得专利的IRISS闭环控制技术，提供了对零件几何形状和材料成分的极高控制，能够实现自动化和自适应实时过程控制、自动过程变量采集和记录，进而保证零件一致的组织和力学性能。 航空航天、国防是最重要的应用领域 在3D打印技术领域，一家公司能够在一年内消耗5.4吨钛合金材料，但这绝不能仅仅归因于设备的高吞吐量，更重要的是其拥有的订单数量。据西亚基吐露，其目前拥有五台大幅面3D打印机，同时有来自航空航天和国防客户的大笔订单。因签有保密协议而无法获知项目详细信息，但通过其此前的合作的客户情况。 西亚基客户覆盖领域 2014年，西亚基向洛克希德•马丁公司制造了空间系统的关键半球形罐组件；2016年，西亚基向空客交付了大型工业级金属3D打印机，在这之前，该公司已经为空客制造了飞机机翼的内部结构；2017年，西亚基宣布将为国际潜艇工程（ISE）AUV潜艇生产金属3D打印部件；2020年，西亚基宣布获得了12个新的航空航天项目，涉及从高级研发到原型制造以及最终零件生产制造。目前，西亚基公司的EBAM技术是唯一获得批准的陆、海、空和太空应用的工业金属3D打印解决方案。 西亚基在陆、海、空及太空领域的应用 在其他领域，该公司也已针对密集型军事应用进行了验证，例如3D打印机身、起落架以及导弹和车辆零件等。但总的来说，对于大型金属3D打印技术来说，航空航天和国防是其最重要的应用领域。 钛合金3D打印需求正在强劲增长 增材制造钛合金试件的静力性能接近甚至超过了锻件标准，其抗拉强度可达1200Mpa。相比传统切削加工，3D打印在钛合金成型方面也表现出易加工、浪费少的特点，同时能够满足小批量、个性化和快速设计响应需求；此外，3D打印还为钛合金材料轻量化、构型设计、集成化快速设计制造提供了新的思路。 基于优异的综合性能和较高的技术成熟度，增材制造钛合金( 如 TC4、TC11、TiAl 等) 已经广泛应用于国内外多型飞机的典型复杂结构件以及航空发动机零部件，并表现出明显的低成本、高效率等优势。 钛合金在金属3D打印材料市场中一直处于领先地位，根据《Market Analysis Report》，其在2019年占全球收入的65.3％，这不仅取决于用量，也取决于价格。航空航天业采用3D打印制造钛合金原型成为促进增长的主要因素，而它在重量、强度和腐蚀性方面满足行业要求的能力使其能够保持可持续性的增长。 七种主要3D打印工艺和六种材料中每种工艺的材料产品数量（来源Wohlers Report2020） 2017-2020年，金属3D打印材料的用量均稳步增长，镍、钢、钛引领市场（来源Wohlers Report2020） 在所有材料形式中，粉末材料又占据主要市场份额，在2019年这一数值为92.6%。得益于应用市场的发力，钛合金粉末的价格在近年来快速下降，无论国产还是进口，价格基本在1300-1800元/公斤，并还有进一步下降的趋势和空间。得益于此，钛合金3D打印的应用领域也逐渐超出航空航天的应用范围，开始向汽车及大工业领域拓展， 国产钛合金3D打印粉末市场正在蓬勃发展。 但与粉末床技术相比，一部分设备制造商的注意力已经开始转向基于电弧或电子束的金属丝材增材制造技术，此类技术制造成本更低，并且能够突破成型尺寸的限制。《Market Analysis Report》预计2020年至2027年，金属丝材增材制造市场的复合年增长率将达到25.8％。未来几年，该技术将出现明显的增长趋势。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择 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.当前国内外高强铝合金种类、性能信息汇总 4.航发综述：增材制造典型复杂结构的种类及应用情况

笔者推荐：金属3D打印对用户经验要求极高，即便是熟练的工艺人员也常有犯错的时候。在我们提了多年人工智能与3D打印的结合之后，今天，一款适用于绝大多数公司、个人的人工智能软件开始走上前台。 金属3D打印——机遇与挑战并存 当前，金属3D打印正快速从设计验证向批量化终端零部件生产演进。金属3D打印现在已经可以运用到航空航天、医疗、模具、汽车、能源动力、轨道交通、电子等诸多行业，且还在向更多行业渗透，整体市场容量快速提升。 金属3D打印在多个行业正快速从设计验证向批量化终端零部件生产演进 然而，巨大的机遇往往伴随着严苛的挑战。金属3D打印具有很高的门槛。在传统的模式下，新手要进入这个领域，首先需要花费长达数月甚至一年的时间进行理论学习，建立起对于设计、工艺、材料、设备操作、后处理等各个方面的理解。在此后的实践环节中，还要面对大量的打印失败，以及在此期间所投入的高昂的设备、材料和时间成本。 在这个模式下，很多人无法跨越这个陡峭的学习曲线，或是难以承受这样高昂的代价，最终被挡在了金属3D打印的大门之外，从而与这样一个巨大的商机失之交臂，这无疑是令人遗憾的。 那么，是否存在一种更好的模式，可以使开启金属3D打印之路变得简单而高效呢？ 人工智能为开启——金属3D打印之路保驾护航 很多人都有小时候学习游泳的经历。无论之前在岸上花再多的时间学习理论，真正要掌握这项技术，还是从跃入水中的那一刻开始的。但之所以能鼓起勇气跃入水中，很大程度上是因为教练在身边带来的安全感。教练一方面能给与指导，但更重要的作用是确保不会有意外发生。 学习金属3D打印的过程也是如此。新手光靠理论学习永远只能停留在纸上谈兵的阶段，加速学习进程的关键在于及早进入实战环节。然而在这个过程中，多数人都因为无法承受巨大的挫败感半途而废。 想象一下，如果能有一位“教练”提供全程指导，并帮助规避各种可能导致失败的风险，学习金属3D打印的过程一定会事半功倍。 在Oqton，我们认为人工智能可以扮演这个“教练”的角色。人工智能的独特优势在于它可以通过对海量数据的学习形成知识，并运用这些知识来做出决策。因此，从Oqton成立之初起，人工智能一直是我们打造的生产平台的中流砥柱。 在人工智能这位“教练”的保驾护航下，用户可以循序渐进，从点滴的成功中积累信心，并随着技术的提升和经验的增长，越发享受到探索带来的乐趣和成就感，最终到达成功的彼岸。 Oqton平台如何破解摆放难题 金属3D打印的一大难题就是如何为零件找到最佳的摆放角度，这对打印质量和效率有着决定性的影响。理想的摆放角度可以减少支撑材料的使用量、提升零件的表面质量，同时大大缩短后处理工序的时间和复杂度。 然而，掌握这项技能需要长期积累的经验。新手在面对这样的开放式问题时往往是一筹莫展。 为了解决这一难题，Oqton平台使用了基于人工智能的摆放算法。这个算法对大量零件进行了训练，并在众多客户处得到验证，保证其即便在用户刚上手时都具有足够的可靠性。 Oqton平台可以做到自动识别零件类型，还可以根据特征识别零件的重要表面来决定摆放角度，从而保证了零件的表面质量。平台在提供推荐摆放的同时，还会给出选择这个摆放方式的理由。对于新手来说，这种方式不仅方便快捷，而且还是一个很好的学习摆放原理的工具。 Oqton平台通过人工智能推荐理想的摆放方式，并给出背后的理由 随着经验的增长，用户可能会对Oqton平台给出的摆放方式表示不同的意见。平台会根据用户的偏好进行学习，来适应用户的使用习惯，与用户共同成长。 Oqton平台总是从一个或多个推荐的摆放方式开始，让用户进行选择。如果用户希望改变摆放方式，只需要进行手动调整，平台往后都会对类似的零件推荐这个新的摆放方式。这种做法不仅有助于提高效率，更实现了个性化与自动化的完美结合。当然，Oqton智能化平台的存在不是要淘汰工艺人员，而是让工作效率更高，让试错的成本更低！ 扫码关注OQTON堃腾智能制造，即可免费试用软件！ 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.人工智能和3D打印：满足制造业的未来 2.一款基于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 3.工艺创新：将FDM 3D打印技术的潜力开发到极致 4.GE增材：金属3D打印中气流（风场）设计的重要性

2月22日，阿尔法·罗密欧在波兰华沙发布了其2021赛季款新车C41，这台时速达200英里的钢铁巨兽继承了许多上一代C39的配置和部件。最值得关注的是，阿尔法·罗密欧有着丰富的3D打印技术应用经验。本期，3D打印技术参考重点介绍3D打印如何与轻质材料、创新设计结合，为汽（赛）车提速、增效、降本。 从143到304，将赛车上的3D打印零件数量翻番 阿尔法·罗密欧上赛季“C39”总共配备了143个3D打印零件，分别为58件钛合金、19件高性能铝合金以及66件普通铝合金，类型涵盖底盘插件、冷却回路管道、安全结构、轻型整流罩以及其他车身零件等。使用3D打印生产这些零件将汽车的重量减少了至少2％，这对F1赛车的性能而言意义重大。 为进一步提升赛车性能，阿尔法·罗密欧进一步增加了2021赛季新款赛车C41中3D打印零件使用量，达到如今的304个。其中AlSi10Mg、Scalmalloy、Ti64和不锈钢零件的比例分别为40％、36％、22％和2％，这些不同材料的零件分布在赛车中的不同位置，使得C41上面的3D打印零件的总重达到14860g，相比C39的13140g稍重。 阿尔法·罗密欧C39和C41上的3D打印材料和零件数量 阿尔法·罗密欧技术总监表示，3D打印内部制造对于F1车队至关重要，相比从外部供应商订购零件更具成本效益。最终这些特殊设计的零件通过内部的MetalFAB1（Additive Industries）系统打印完成，其制造成本相比通过传统机加工生产的组件降低了约90％。 阿尔法·罗密欧C41 由于今年是这项运动的首个新赛季，其成本上限不超过1.45亿美元，每一分钱都被格外看中，内部3D打印成为该公司控制成本的重要组成部分。 在赛道之外，阿尔法·罗密欧还与Additive Industries合作建立了金属3D打印中心，除四台MetalFAB系统外还拥有13台聚合物3D打印机，每年生产22000个零件。 3D打印实现制造轻量化：从材料到结构 对于赛车运动来说，减重无疑至关重要。当前，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。三者相辅相成实现最终产品的轻量化制造，而产品结构优化设计和材料的优化设计具有广大的研究和开发空间。 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，但比例逐年下降，铝合金、钛合金、镁合金、工程塑料、复合材料等材料比例逐渐增加，这些材料在汽车制造领域的应用尤其广泛。 保时捷利用3D打印技术制造出高性能发动机铝合金活塞 保时捷3D打印的铝合金发动机外壳原型（包含了一系列创新设计） 铝合金是现阶段应用最广、最为常见的汽车轻量化材料。曾有研究表明，铝合金在整车中最多可以使用540kg，这样的情况下汽车将减重40%，奥迪、丰田等的全铝车身就是很好的例子。目前铝合金3D打印材料种类主要有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi12等，其中AlSi10Mg几乎占据绝对主流。当前高强铝合金也有很多牌号，本文不再赘述，可查看延伸阅读。 钛合金的主要优点是低密度、高强度密度比和优异的耐腐蚀性，另外即使在温度升至500°C时仍能保持很高的强度。钛合金用于汽车与钢、铝合金以及镁合金相比的主要缺点是成本高，但其在汽车其他方面的应用具有轻量化的潜力，可用于制造悬架弹簧、排气系统等部件。但是，这对于赛车运动，成本与性能相比还要排的靠后一点。 采用3D打印制造的布加迪跑车钛合金卡钳重量由4.9公斤减少至2.9公斤 布加迪3D打印的钛合金外壳和陶瓷制成的排气尾管 一个典型案例是布加迪对传统的刹车盘的设计优化，其采用高强钛合金代替传统铸铝，虽然材料的密度有所提高，但材料性能得到大幅提升，配合结构设计，最终通过3D打印制造的卡钳重量减轻了40%。 在经典的轻量化设计中，“通过替代材料减轻重量”一直是指导原则，因此，轻量化设计的附加值来自创新材料。然而，较轻的材料通常在采购、设计和使用方面都需要高昂的成本。现代轻量化设计会考虑整个系统，在概念阶段就已经专注于减轻重量。采用优化设计的方法实现制造轻量化，不仅可以降低对材料的使用要求，还能减少昂贵材料的使用量，缩短加工时间。 当前主流的轻量化设计方案包括采用点阵结构大规模替代实体材料、拓扑优化、模仿自然结构的创成式设计等，但这些结构如果不借助3D打印，要么完全无法制造，要么只能采取折中方案，唯有3D打印可以更好的实现设计师的构想。 材料和结构协同制造，3D打印为减重进一步释放空间 轻量化的材料+创新型的设计+3D打印，新模式为减重进一步释放了空间。材料和结构协同制造，使满足更高要求成为可能。 轻量化材料的使用必须与产品设计和制造工艺相结合，只有这样才能达到有效的目的。开发适应轻量化材料的新工艺不仅可以加速新材料在汽车上的使用，同时还可以降低材料成本，有利于扩大应用。据汽车界人士预测，在今后十年中，汽车自身质量还将减轻20%，除了大量采用复合材料和轻质合金外，新材料的集成制造工艺会显著降低车身部件数量，车身设计方法也将发生重大变化。 未来汽车可用3D打印工艺及材料 3D打印作为一种先进的新型制造工艺之一，受到了来自汽车制造商的广泛重视，它的优势体现在增量制造所带来的材料浪费损失的降低，以及集成制造带来的轻量化效果的大幅提升。即便3D打印可直接制造的材料仍然有限，但在轻量化材料直接制造方面似乎并未遇到太多阻力。 目前，成熟的3D打印工艺和材料受到了很多汽车制造商的重视，大众、福特、宝马等汽车厂商均设立了包括增材制造在内的先进制造中心，这无疑为汽车的轻量化制造带来了更多机遇。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 2.看布加迪如何依靠3D打印实现“2两”拨千斤 3.福特公司看重铝合金粘结剂喷射3D打印 4.含钛合金和超级合金3D打印组件，毅力号成功着陆火星

3.11日外媒消息，粘结剂喷射3D打印技术领域领先的ExOne和Desktop Metal公司同时宣布实现了6061铝合金粘结剂喷射3D打印。长期以来，铝合金并不能用于粘结剂喷射3D打印工艺，这是因为在完成打印后需要进行烧结后处理，在此过程中易导致铝合金燃烧，这是该技术进行铝合金加工的一大挑战。 两公司同时宣布突破铝合金粘结剂喷射3D打印 Desktop Metal所采用的材料由Uniformity Labs提供，新型粉末可以进行高浓度烧结，这是两家公司经过多年合作开发的一种低成本原料，可生产出完全致密的可烧结6061铝，伸长率超过10％，并具有相比锻造6061铝更高的屈服强度和极限抗拉强度。DM公司CEO兼联合创始人RicFulop提到：“作为汽车、航空航天和消费电子领域最受欢迎的材料之一，铝合金粘结剂喷射3D打印技术的突破具有重大里程碑意义，也是3D打印行业向前迈出的重要一步。” 将轻质金属添加到粘结剂喷射3D打印的材料体系中，为跨行业的各种热应用和结构应用打开了大门。Desktop Metal新开发的6061铝合金粉末中添加了烧结助剂，按照目前的消息，这种助剂被包裹在了颗粒表面；此外，用于喷射的粘结剂中也掺入了昂贵的纳米粒子或者铅、锡、镁等材料。官方同时指出，该粉末还能与水基粘结剂一起使用，并且相对于其他市售6061铝粉具有更高的耐火性，从而提高了安全性。 Desktop Metal使用的的6061铝合金粉末形貌 相比之下，ExOne并没有公布其材料来源，不过该公司透露是通过与福特汽车公司合作实现的铝合金粘结剂喷射3D打印技术的突破，这说明了汽车公司对这项技术的看重。 官方消息称，在由福特和ExOne共同创立的项目中，由工程师、材料科学家和制造专家组成的团队共同开发了这种用于铝材的快速可靠粘结剂喷射3D打印和烧结的工艺，该工艺可提供与压铸可比的性能，烧结件的密度可达到99％。十多年来，研究人员一直回避铝合金烧结成型的商业可行性，基于该项目的成功，福特和ExOne预计将申请合作和独立专利。   福特和ExOne共同开发了铝合金快速可靠粘结剂喷射3D打印和烧结工艺 汽车公司为何看重铝合金粘结剂喷射3D打印 当前，铝合金虽已经可以采用激光进行3D打印，但福特公司更加看重效率，他们希望能够以经济实惠的方式生产专为3D打印而设计的复杂零件，从而实现尺寸和重量的减小、零件的整合和性能的提高。 福特公司增材制造技术负责人表示：“这是汽车工业生产3D打印和烧结零件的一个突破。“虽然3D打印工艺与冲压车身面板有很大不同，但我们现在更加了解铝合金的性能，以及铝在轻量化车辆中的价值。高速铝合金3D打印为我们刚刚开始关注的其他应用铺平了道路，因为它能够用铝制作以前不可能的复杂零件。” Exone采用粘结剂喷射技术3D打印的铝合金零件 据称，Ford-ExOne联合开发项目于2019年首次启动。福特领导了最终的材料和可重复性测试，以验证其准确性。跨职能的Ford-ExOne团队正在积极研究使用新材料和新工艺的设计。 END 全球铝铸件市场每年超过500亿美元，粘结剂喷射3D打印作为一种新的解决方案势必产生巨大的影响。 根据3dpbm Research即将发布的关于金属增材制造领域的市场报告，铝合金已成为仅次于钛、钢和镍的第四大最受欢迎的合金，而到2030年，它的排名还将更进一步。如果粘结剂喷射技术能够证明能够像宣传的那样进行批量生产，这项技术对于铝合金来说将更加重要。 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.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择 4.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金

近10年来，3D打印技术经历了突飞猛进的发展，一系列新工艺不断涌现，不仅突破了对材料、速度和成本的限制，更实现着人们对这一技术的美好期待。FDM熔融沉积技术，这一市场占有量最大且发展最快的工艺更是分化出了多种门类，不仅可以打印普通塑料，更可以实现复合材料甚至金属材料成型。 3D打印技术参考发现，基于桌面FDM技术的工艺种类越来越细化，区分度也越来越大，并逐渐分化出了消费级、专业级和工业级等三种类型。市场研究公司CONTEXT将价格低于0.25万美元的3D打印机定义为消费级（入门级）、0.25-2万美元之间的为专业级，2-10万美元之间为设计级别，10万美元以上为工业级。   然而，这不只是价格的问题，就FDM类型的3D打印机来说，它们在打印尺寸、打印速率、打印质量、打印精度、适用材料范围，可靠性和易用性等方面都有很大差别。 消费级、专业级、工业级3D打印机 消费级FDM打印机 消费级3D打印机因为制造成本和客户适用范围的限制，多采用开源架构，成型尺寸一般不会太大，多为200-300mm左右；打印速率适中，质量也可以接受；在精度方面，有的品牌可以达到0.1mm；能够成型的材料对外部环境多没有特殊要求，主流的PLA、ABS、TPU都可以打印。 中国代表厂商：创想三维（Creality），2020年营收超过10亿元。 普通台式3D打印机多用于家庭和教育领域 此类FDM打印机主要迎合初级和业余爱好者的需求，价格多为千余元，国内外中小学3D打印教育所采用的机型就是这种类型。然而由于对课外实践接受程度的差异，国内消费级3D打印机鲜有走入家庭的案例。 除了教育领域的应用外，消费级3D打印机还被医疗领域用来制造手术预演模型、导板，工业设计师可以进行概念模型打印，在汽车领域也可用于制造定制工具等。除了主流常规的打印尺寸之外，目前也有一些较大尺寸的的此类型打印机可用于工业领域，如打印发光字、雕塑、模特道具等，价格在数万元不等。 专业级FDM打印机 专业级FDM打印机主要定位于中小型企业和专业生产领域。其具有消费级设备的尺寸，但可打印PC、PA等工程塑料甚至纤维增强材料，适合制造具有高强度、耐用性和刚度的功能性原型以及最终用途零件。 中国代表厂商：上海复志（Raise3D），正在启动上市的又一家3D打印企业。 由专业级FDM打印的碳纤维复合材料电动超级摩托车的整流罩 点击图片，可向上海复志申请样品 专业级设备比消费级设备采用了更为精密的控制元件，从而使设备能够打印更多材料，同时在打印精度、质量方面提升了一个等级，并具有更高的稳定性和可靠性；与工业级设备相比，它能够让用户体验到高性能3D打印的优势，价格也基本在数万元，能够让用户负担的起。 在行业应用方面，专业级的FDM设备获得了汽车、医疗以及研究机构等行业的青睐。基于更高的材料性能，专业级FDM打印机可以制造零配件解决设备故障，并在一定程度上替代金属零件；除了可以进行快速原型制造之外，有企业还采用它进行小批量零件生产，并用作最终零部件使用。 工业级FDM打印机 工业级别的FDM设备与消费级和专业级相比增加了恒温腔室和高温喷头，打印舱的温度甚至可以达到300℃，专门用来打印PEEK、PEKK、ULTEM、PEI等高性能材料，并满足应用端对耐高温、防腐蚀和抗高冲击力材料以及对大尺寸和高效率等工业级别的需求。 中国代表企业：上海远铸智能（INTAMSYS），备受国际顶级科研机构青睐。 远铸智能工业级高温FDM设备打印的PEEK工装夹具 远铸智能工业级3D打印机 作为FDM技术类型的顶端工艺，工业级FDM在研发方面存在一定难度，其生产的零件具有最高的性能、精度和质量，适用于航空、国防、研发和制造等需要使用特殊工程塑料的行业。   在汽车制造领域，此类设备能够生产满足机械性能的功能原型，并满足小批量的生产需求；在医疗领域，通过其打印的PEEK可以植入人体；而在航空航天领域，由工业级FDM技术打印的ULTEM材料已经获得了航空认证，并被允许用于制造飞机内饰。 工艺创新——打印复合材料和金属材料 虽然我们已经知道采用FDM技术可以打印碳纤维以及玻璃纤维复合材料，甚至还可以打印金属材料，但对于该技术本身而言，从诞生之初到今天，从未被开发出如此强大的功能并发掘出如此潜力。 基于FDM技术的连续纤维3D打印工艺，借助双喷嘴将纤维填充进热塑性丝材，从而起到材料增强的效果。由此工艺打印的碳纤维增强PEEK、PA部件，甚至可用于航空航天、国防以及汽车领域，并能够在一定程度上替代金属部件。 Markforged推出的金属和复合材料3D打印机 采用FDM技术来打印纤维复合材料的典型代表厂商是Markforged，同时该公司还开发出了基于FDM技术的金属3D打印机，其材料形式与普通的PLA、PA一样，均为细丝。该公司也基本可以认定为第一家采用FDM来打印金属的公司，目前可成型材料涉及不锈钢、高温合金、铜等多种类型。这两种类型的3D打印机应当归类于专业级FDM，Markforged在该领域取得了巨大成功，目前已经宣布上市。 市场分析 随着前些年3D打印炒作而涌入的很多公司最终不得不面对倒闭的结局，而最终沉淀下来的企业逐渐具备了一定规模，Ultimaker、MakerBot、创想三维等企业得以发展壮大，而只有少数企业通过从消费市场过渡到专业和工业级市场而幸存下来。 这种转变还表明，用户对小型工业系统的需求日益增长。将重点转移到专业和工业用户上，就要求供应商改进其解决方案。这导致了需要在传统桌面机的设计中引入仅在大型高端3D打印机中才具备的工业功能，例如针对高端需求必备的高温加热床、保温装置和双挤出喷嘴等已成为专业和工业级别台式3D打印机的必要配置。制造商则需要在保持紧凑设计的同时提高生产率和可靠性。 在今年2月底，Stratasys工业级FDM 3D打印机的高温腔室设计专利已全部到期。包括INTAMSYS创始人在内的诸多专业人士普遍认为，未来会有更多厂商参与进来并推出更好的解决方案，这将为客户带来更多的创新、更低的成本、更多的应用以及更好的投资回报率。工业级FDM打印机将会越来越普及、更具竞争力，且将取代更多的传统制造方法。 当前，无论是消费级、专业级还是工业级，对于国内的设备商来说，其营收仍旧主要来自于海外，外媒甚至称主要的消费级打印机是由中国制造的；而对于一些高端应用案例，也多来自于国外用户。这也意味着，国内制造商的技术实力已经足以与国外品牌竞争，并占据了不错的市场地位；而对于国内市场，随着各行业对3D打印技术认知水平的提高，其增长空间巨大，这也是设备商们正在加大国内市场投资的原因。 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打印技术飞上太空，PEEK助力立方星研发 2.国产专业级FDM设备成功打入日本精密零件加工企业 3.Stratasys 3D打印机关键专利本周到期，高温FDM市场将迎重大变化 4.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

“十四五”期间，我国多型运载火箭将相继承担重大航天工程任务，长征五号B运载火箭将发射空间站核心舱，长征七号运载火箭将发射货运飞船，长征二号F运载火箭将通过发射载人飞船把航天员送入空间站。三型火箭将在两年完成11次任务，最终完成空间站建设。 随着航空航天技术的不断发展，对飞行器的性能提出了越来越高的要求。采用高性能铝合金结构件尤其是大型整体铝合金主承力结构件仍然是减轻飞行器结构重量、提高运载能力和飞行速度的重要技术途径之一。高性能铝合金的材料制备和零件制造新工艺、新方法始终是研究的热点。 我国空间站（示意图） 近年来，美国、欧洲的航空航天设计部门发现，采用大型整体式铝合金构件替代传统的组合式铝合金构件，可减重15-20%，并且构件寿命及可靠性明显增加。明显可以感觉到，大型客机、战略运输机、战斗机的机翼主翼梁、翼身对接肋、机身承受力框等对铝合金的高性能化、构件大型化的要求越来越突出，总的来说，在航空航天领域，铝合金材料重新受到重视。 随着我国航空航天事业不断发展，对运载火箭、空间站等大型化、整体化制造提出了更高需求。采用3D打印技术一次成型整体大尺寸构件，材料利用率高、适合个性化零件生产。然而在此方面，我们看到比较多的是钛合金框架结构、镍基高温合金以及铜合金的火箭燃烧室等，采用3D打印直接制造铝合金大型构件的案例却极少看到。 当前以SLM技术为主的铝合金3D打印工艺自然无法满足大型构件的制造需求，激光、电子束和电弧能量沉积以及搅拌摩擦焊技术已经发展为大型整体高性能关键金属零件的直接制造的重要技术。 1.激光能量沉积制造铝合金构件的瓶颈及进展 目前，铝合金激光能量沉积制造仍存在很多困难，即便采用送丝打印能够使用，也存在成本控制和质量问题。究其原因，主要有以下几点关键技术难题未能有效解决： （1）与钢和钛合金相比，铝合金的导热率更高，而铝本身的激光吸收率低、反射激光率高，在铝合金激光直接沉积过程中，会有更多的能量通过基体的热传导损失掉，降低铝合金零件成形效率； 激光沉积用于修复 （2）钢的热膨胀系数是铝合金的一半，铝合金激光直接沉积过程中的变形和应力都较大，需要采取零件变形开裂预防措施； （3）铝合金在激光直接沉积过程中极易与氧发生反应生成熔点高（2050℃）、相组织稳定、密度相对较高、难以去除的Al2O3。Al2O3氧化层会在后续沉积过程中形成夹渣、未熔合等缺陷； （4）铝合金密度低，激光沉积过程中易受到激光轰击产生粉尘飞溅，一方面使制品产生缺陷，另一方面造成成形腔室粉尘飞扬，影响打印环境； 激光沉积用于修复 （5）铝合金在熔融的状态下，氢在铝合金中的溶解量会大幅度增加，同时由于良好的导热性，在熔池快速凝固的情况下，氢难以逸出，滞留在熔池中形成气孔； （6）铝合金在激光直接沉积过程中可能造成低沸点合金元素（如Zn、Si等元素）烧损，造成合金成分的变化，影响零件的组织和性能。 2020年，知名工业级3D打印机生产商Optomec宣布，其公司LENS定向能量沉积（DED）系统在增材制造和铝合金修复方面取得了突破。该公司表示，这项创新技术可用于沉积任何种类的铝合金材料，包括其专门为提高增材制造加工性能而开发的铝合金。 Optomec LENS DED系统将铝粉打印到铝合金基板上 Optomec公司这一DED工艺的发展为交通运输和航空航天工业提供了一种新的加工途径，即可以利用粉末冶金的DED工艺对复杂的铝合金零件进行修复。此外，使用Optomec的LENS同步五轴系统可以直接加工具有复杂几何形状的铝合金零件，而无需任何支撑结构。铝合金在极低的氧气浓度和湿度的可控工作箱中沉积，从而确保制造出具有优异机械性能的部件。 Optomec 3D打印的铝合金样块及显微组织 当前，Optomec的工程师已经完成了铝合金的工艺参数开发，可提供出色的表面光洁度，高沉积速率和约99.9％的密度。 2.电弧熔丝增减材一体化制造世界上首件10m级高强铝合金构件 WAAM电弧熔丝3D打印技术，是一种利用逐层熔覆原理，采用熔化极惰性气体保护焊接（MIG）、钨极惰性气体保护焊接（TIG）以及等离子体焊接电源（PA）等焊机产生的电弧为热源，熔化金属丝材，在程序的控制下，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。该技术沉积效率高、丝材利用率高、整体制造周期短、成本低，对零件尺寸限制少，易于修复零件，而且还能够实现原位复合制造以及成形大尺寸零件。 2021年1月，中国国家增材制造创新中心、西安交通大学卢秉恒院士团队宣布利用电弧熔丝增减材一体化制造技术，制造完成了世界上首件10m级高强铝合金重型运载火箭连接环样件，在整体制造的工艺稳定性、精度控制及变形与应力调控等方面均实现重大技术突破。 10m级高强铝合金重型运载火箭连接环实现一体化制造 10米级超大型铝合金环件是连接重型运载火箭贮箱的筒段、前后底与火箭的箱间段之间的关键结构件。该样件重约1t，创新采用多丝协同工艺装备，制造工艺大为简化、成本大幅降低，制造周期缩短至1个月。目前，采用增减材一体化制造技术成功完成超大型环件属国际首例。 为抢占世界增材制造科技战略高点，满足我国航天事业发展需要，卢秉恒院士团队潜心研发，克服了多路打印的运动控制、大尺寸结构件打印的变形与应力调控等难题，成功实现了大型航天铝合金回转体构件整体增减材制造成形、组织性能精确调控等关键技术突破，为我国航天型号工程的快速研制提供了技术支撑，亦让我国深空探测装备硬件能力得到大幅提升。 3.搅拌摩擦焊，一种被用于火箭贮箱制造的一体化成型技术 3D打印技术参考曾介绍过一种被称为搅拌摩擦增材制造的新技术，它完全不基于高能热源，也不需要保护气氛，还能以10倍于熔融成型3D打印的速度制造大型整体构件。 2020年12月，我国首个3.35米直径铝锂合金火箭贮箱在火箭院诞生，经各环节试验检测合格且性能良好，初步具备工程应用条件。该贮箱采用了第三代高性能铝锂合金，与当前国际主流铝铜合金贮箱相比，强度提升30%左右，同等条件下结构减重15%以上。这标志着我国已打通国际一流贮箱研制链路，运载火箭研制水平实现新跨越。值得注意的是，在该型贮箱的制造与攻关中，搅拌摩擦焊位列8大关键技术之中。 3350直径铝锂合金贮箱工程样机下架 搅拌摩擦增材制造的基础是搅拌摩擦焊技术，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。这样的焊接方式没有经过金属的熔化与凝固，只是经过塑性软化和轴向的挤压，连接处在材料性能上存在一定的优势。对于大型铝合金增材制造具有相当的优势。 Meld Manufacturing搅拌摩擦增材制造过程 铝合金棒材在进料过程中通过与搅拌针摩擦生热，发生塑性软化，然后再通过两者的挤压，实现增材过程。在这样的过程中，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。 Meld Manufacturing采用搅拌摩擦增材制造的部件 美国公司Meld Manufacturing公司采用该技术打印出了直径3.05米的铝合金零件 此外，由于成形过程中不存在金属的熔化/凝固过程，材料在成形过程中不会产生与熔化相关的热裂纹、气孔等冶金缺陷。而正是由于成形温度低且成形发生在材料内部也不会受外界影响造成材料氧化等问题，生产过程可以在露天环境中进行，所制造的部件的尺寸显著增加。 END 大型铝合金材料的整体结构件在多个行业有着较为普遍的应用。但整体结构件金属去除率高、刚性差，易加工变形，加工质量和精度很难保证。为了解决这个问题，虽也有传统技术最终可以实现，但3D打印无疑提供了另一种更为高效的途径。随着钛合金、高温合金、铜合金等材料陆续实现了大尺寸构型的整体制造，铝合金虽困难重重，但还是取得了显著的进步，用于最终用途零件，也是未来可期。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航发综述：增材制造典型复杂结构的种类及应用情况 2.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 3.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 4.破除忧虑——采用金属回收废料制造的3D打印粉末能否符合规格

日本“浜野制作所”是一家位于东京的，专注精密零件加工、金属冲压模具设计制作、金属冲压加工和切削加工的企业。作为“父子相传”、“匠人精神”的日本制造企业，浜野制作所在创立至今的四十多年里，通过不断的研发创新，提升产品精度，公司与各高校合作研发智能电动车，并且参加了日本深海探查舰项目，通过研发创新，使公司在日本泡沫经济时代依然能稳步提高产值。目前，浜野制作所共有职员41人，其中产品设计与品质管理职员有9人之多。疫情前该会社的年销售额为40亿日元（约2.4亿人民币），人均产值高达9800万日元（约600万人民币）。是日本传统制造业的成功转型典范。 图 | 浜野制作所内部 浜野制作所的主营业务长期为精密零件加工；由于订单零件结构各异，制造原型所需的时间和金钱成本相对较高，为了提高产品开发效率，浜野制作所购买了两台Raise3D Pro2 Plus打印机。 图 | 滨野制作所购入的2台Raise3D Pro2 Plus 打印机 使用3D打印技术之前：原型制作效率低，拖慢产品开发速度 在采用3D打印技术之前，无论是内部制作还是外包，制造原型所需的时间和金钱成本都相对较高。 一般的流程为：在会议上，通过PPT和图表向客户传达产品设计，等到需要产品模拟的最后阶段，浜野制作所会通过外包购买原型。首先，这种沟通方式很容易导致与客户的误解，然后浪费时间去解决。平均而言，每个浜野客户需要做6稿的设计修改，每轮修改期间的低效沟通都会严重减慢整个开发过程。 图 | 浜野制作所员工与客户沟通零件原型设计方案 通过3D打印，快速原型制作，实现更高效的产品开发 采用Pro2 Plus打印机，浜野制作所可以很轻松地制作原型。Pro2 Plus的FFF技术可以在一次打印作业中交付完整的原型，与传统的原型制作或外包相比，这节省了大量的金钱和时间。传统的原型制作过程可能涉及多种工序、工具和手工劳动。浜野现在每次会议展示设计原型，以帮助客户理解产品设计的完整和复杂特征；甚至是带有金属部件的完全组装的原型也不在话下。现在，公司可以在一个月内完成经过的6稿的设计修改。内部快速原型制作加快了产品整体的开发进度。 图 | 部分3D打印零件原型 为什么选择中国产3D打印设备？ 在最终确定解决方案前，浜野制作所就3D打印的设备和解决方案寻求了许多厂商支持，最终的几点核心需求，使得公司最终选择Raise3D。 首先是可靠性，即24小时不间断的制作打印能力，由于公司精简有效的组织机构，制作所每天需同时承担多个产品开发项目，对于设备而言，打印机的可靠运转保证了这个各个节点的高速推进，同时Pro2 Plus的工业级组件可以实现昼夜不间断地连续工作，确保了最高的效率；其次是打印尺寸，305mm×305mm×605mm的打印平台提供了足够的空间来同步打印多个原型，提升效率，并且支持中大型模具的原型制作，也可应对自如。 图 | 利用Pro2Plus平台同一批次打印多个模具 最后是支持快速响应，在实际工作当中，制作所的员工有时候会遇到加急件的处理，需要在同一批次里面有1-2个件是需要优先打印完成，然后剩下的不是紧急的件可以一起制作迟来，利用Raise3D开发的免费切片软件ideaMaker就可以解决这一问题。 图 | 在ideaMaker软件中勾选顺序打印 通过设置打印机顺序打印多个对象。因此，打印机可以先打印一个对象，然后继续打印所有其他对象，用户不需要等待所有打印件同步完成。最后对于像浜野这样的中小型制造商来说，Raise3D的Pro2系列打印机可以在预算和空间上以低成本进行大批量快速原型和模具制作，这让其拥有与大型研发团队的大公司竞争的能力。 展会预告：日本浜野同款Pro2 Plus即将亮相Asiamold广州模具展 Raise3D上海复志诚邀您莅临参加2021广州国际模具展，Asiamold – 广州国际模具展览会是华南地区模具行业最知名的专业商贸平台之一，此次我们的展出包括模具、3D打印、塑料及注塑、铸造及压铸技术等产品。此次我们将携手扫描解决方案合作伙伴共同参加此次展会，展示包括扫描到3D打印的模具行业原型和小批量生产解决方案，期待您到访我们的展台（展位号 C35）。 图 | Raise3D展位图 图 | Raise3D Pro2双色打印定制化键帽 图 | 碳纤维的原型零件 展会信息 时间：2021年3月3日-5日 （周三-周五） 展位号:C35 地址：广州中国进出口商品交易会展馆（广州琶洲会展中心）B7-9.2号馆 特别注意：观众需携带个人身份证（实体）进行实名核验方能入场。 遇见Pro2系列，发现新DF1，体验ideaMaker强大功能，了解更多Raise3D企业级云平台，不同垂直行业新探索、新应用，2021-Asiamold广州模具展，我们不见不散！ 关于Raise3D Raise3D是一家位列国际第一阵营、处于高速发展的国际化公司，以上海为全球总部，南通为制造基地，中美欧三地协同研发创新，在美国加州和荷兰鹿特丹拥有海外办公室和专业化国际团队。 作为国际一线品牌，公司自主研发 3D打印机、3D打印切片软件(ideaMaker)、 3D打印企业级云平台(RaiseCloud)，并构建了兼容并蓄的行业生态系统，为全球客户提供一站式基于3D打印的柔性化制造方案。 Raise3D全产品系列 如您想了解更多，欢迎致电400-6367-888，咨询Raise3D专业销售顾问！更多详情，请访问www.raise3d.com官方网站，与在线客服小瑞直接沟通。如需购买，天猫、京东Raise3D官方旗舰店，欢迎您的光临！

经过数亿公里的行程，载有11种3D打印金属零件的美国毅力号火星车最终成功度过“恐怖的七分钟”，于北京时间2月19日4时55分着陆火星。NASA喷气推进实验室实时报道了火星车的降落过程。 使用3D打印可以使工程师进一步解放设计约束，例如使零件更轻、强度更高或能够更加耐受极端环境等。而就如我们在往期文章中所介绍的，这些3D打印组件的制造难度远远超出预期，而且一度逾期交付。2012年8月，美国“好奇号”在火星表面着陆，这是人类首次在其他星球登陆的最精密的移动科学实验室。值得注意的是，该火星车流动站的样品分析仪器中包含3D打印的陶瓷零件。此后，NASA继续对航天器的3D打印应用展开测试，以确保更加清楚地了解零件的可靠性。 作为火星车的“二级结构”，3D打印的零件能否最终胜任工作其实并不会危及最终任务，但NASA喷气推进实验室（JPL）增材制造部门的负责人指出，“将这些零件运送到火星本身就是一个巨大的里程碑，这将为增材制造在航天工业中的应用打开更多的大门。” 毅力号火星车包含七种仪器 精密X射线光谱仪含5个钛合金薄壁零件 在送往火星的11个3D打印零件中，有5个在火星车的精密X射线光谱仪（PIXL）中。其尺寸约为饭盒般大小，主要用于寻找化石微生物生命的迹象。 光谱仪与其他工具共用一个40公斤重的旋转转台，转台位于火星车2米长的机械臂末端。为了使仪器尽可能轻巧，JPL团队设计了光谱仪的两件式钛合金外壳、一个安装架和两个支撑支柱。整个结构被固定在机械臂末端，所有零件的壁厚在1-1.1毫米之间，其质量比常规生产的零件少了3到4倍。 PIXL及其3D打印组件 JPL的X射线光谱仪（PIXL）首席机械工程师介绍：“从非常真实的意义上讲，3D打印使该仪器集成到火星车中成为可能，它使我们实现了传统制造所无法实现的低质量和高精度。” 另外6个为氧气制造仪器的超级合金热交换器 毅力号的其他六个3D打印零件可以在名为“火星氧气原位资源利用实验”或MOXIE的仪器中找到。该设备将测试能否利用火星大气层制造氧气，其计划包括通过将微生物带到火星表面，使用美国麻省理工学院研制的MOXIE设备，借助微生物制造氧气，未来这些氧气将供给人类呼吸并用于火箭推进从而帮助宇航员返回地球。 毅力号MOXIE设备 MOXIE设备内部 为了产生氧气，MOXIE需要将火星空气加热到接近800℃。该设备内有六个掌型镍合金板热交换器，可保护仪器的关键部件免受高温影响。 传统加工的热交换器需要由两部分组成并焊接在一起，而MOXIE的热交换器则被整体3D打印出来。该部分的制造任务由美国加州理工学院完成，实际上，该学院也是NASA喷气推进实验室（JPL）的行政管理结构（详情可查百科）。 3D打印的超级合金热交换器 JPL的材料工程师表示：“镍基合金又被称为超级合金，它们即使在非常高的温度下也能保持强度。” 通常，高温合金多被用于喷气发动机或发电涡轮机，即使在高温下，也能很好地抵抗腐蚀。 3D打印的热交换器X射线影像用以检查内部缺陷 尽管3D打印具备一体化的制造优势，但材料同时面临孔隙或裂纹的挑战。为避免这种情况，制造团队对掌型镍合金板进行了热等静压处理。零件被加热到1000℃以上，并在零件周围均匀施加压力，然后工程师使用显微镜和大量机械测试检查了热交换器的微观结构，并确保它们达到使用标准。 该项目的材料工程师对微观结构尤其在意，它不仅决定了性能，更决定了零件能否正常发挥功能。 END 正如NASA喷气推进实验室增材制造部门的负责人所指出的那样，将3D打印的零件运送到火星本身就是一个巨大的里程碑，这将为增材制造在航天工业中创造更多的应用可能。随着任务的进行，我们将看到更多探测结果，对此，我们满心期待！ 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.超制造预期12个月，毅力号火星车的3D打印组件制造有多困难 2.SpaceX 龙飞船3D打印推力室中的增材设计思维和规则 3.金属3D打印的最佳实践(二)：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录 4.SpaceX首次载人火箭发射成功，3D打印发挥作用，开始纳入Velo3D无支撑金属打印