今年五月，惠普发布新型工业级3D打印机HP Jet Fusion 5200系列，同时推出了由巴斯夫开发认证的新型热塑性聚氨酯—Ultrasint TM TPU01。新型TPU的推出为惠普现有的材料体系PA12、PA11、玻璃微珠填充PA12提供了补充，不仅拓宽了材料使用范围，更增加了应用方向。 ▌新型TPU的性能特点与应用 巴斯夫新型TPU专为惠普多射流熔融3D打印工艺而设计，是制造柔性和弹性部件的理想选择。该公司旗下的3D打印子公司B3DPS是惠普MJF系统的认证材料合作伙伴，通过优化粉末打印参数，增强了系统处理能力并加快了打印机的处理速度。 此前，TPU的3D打印成型方式包括熔融挤出和激光烧结，而惠普多射流熔融技术的成型材料主要为尼龙，该工艺能否打印TPU，打印的性能如何需要得到验证。作为惠普Jet Fusion 5200 3D打印机及Ultrasint TPU 材料的早期测试单位，Materialise一直致力于开发该材料的创新解决方案，并对其性能数据进行了测试。（Materialise测试的MJF工艺制造的TPU性能数据PDF文档已上传QQ群。） 据称，MJF用TPU粉末是一种具有柔韧性能的全功能材料，特别适用于生产耐磨和弹性部件，其灵活性与其形状恢复及减震特性相结合，适用于原型设计和制造应用，如夹具、密封件、鞋类和其他可穿戴设备。 3D打印的TPU减震鞋垫 此外，TPU为3D打印部件提供了复杂的细节和光滑的表面质量，同时还提供了出色的零件精度和强大的性能。 3D打印的TPU Kupol头盔 3D打印的TPU Kupol头盔内部 据巴斯夫称，Ultrasint TPU 01特别适用于生产晶格结构，具有“无限设计可能性”的潜力。它可以很好的用于汽车原型，如座椅部件，晶格结构改善了传统泡沫的舒适性和柔韧性。针对TPU晶格结构，惠普推出了带有集成蓝牙扬声器的弹性头枕、减震鞋垫、头盔等应用。 内置TPU晶格结构的部件 TPU晶格结构汽车头枕，内置蓝牙音箱 新型的TPU材料还可以用于挠性部件，如空气管道、复杂管道、柔性轮、骨科模型，以及其他功能和设计原型等。TPU本身为白色粉末，由于定影剂的作用显示为灰色，其表面质量非常光滑。 ▌EOS推出基于激光烧结工艺的巴斯夫TPU 1301 上月24日，EOS也推出了一款全新的柔性高分子材料TPU 1301，该材料同样是由巴斯夫3D打印解决方案公司B3DPS提供。EOS高分子系统与材料业务高级副总裁表示，TPU 1301具有极佳的回弹性、良好的耐水解性以及高紫外线稳定性，可广泛用于对弹性及易加工属性有要求的应用领域，该材料的推出是3D打印迈向批量生产的一大步。为了达到不同应用所需的弹性和相应的阻尼水平，这些属性可以通过结构设计和所使用的构建工艺参数来进行调整。 EOS 打印的TPU 1301拖鞋 目前尚无法查询到基于激光烧结工艺的该TPU材料的性能数据，但笔者查阅了国内某知名SLS工艺制造商的材料数据，其TPU材料的拉伸强度达到18-20Mpa，这一数据远高于materialise测量的基于惠普MJF工艺的新型TPU的强度（8-8.5Mpa）。两种工艺打印的TPU材料的详细性能数据已上传QQ群。 惠普MJF工艺打印的TPU鞋底 此外，笔者了解到，某3D打印鞋底制造商在查看了惠普MJF工艺制造的中底之后，给出的评价也并不乐观，与其基于SLS工艺的性能有差距。不过，我们更愿意相信，materialise提供的这些数据以及上述制造商看到的产品，都是基于惠普最初的工艺，也许新产品，会有很大改进。 本次上传内容共7个文件，包括： 1.巴斯夫3D打印材料性能数据，包含PA6、PP、PA11、TPU等。 2.巴斯夫3D打印解决方案 3.惠普3D打印材料系列、性能数据及应用 4.惠普MJF与SLS打印TPU材料性能数据表 欢迎转发 延伸阅读： 从先进制造的角度谈3D打印鞋垫的成本问题 3D打印特种材料汇编 先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来 EOS与惠普的批量化制造技术之争：LaserProFusion与MJF 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

当前以SLM为代表的金属打印技术面临的一个重要问题是打印速度太慢，而慢的主要原因来自于刮板漫长的铺送粉和打印过程。针对于该问题，一些设备商对打印机进行了改良，即实现了双向送粉及多激光同时打印，此举将金属打印的速度提升了一定规模。 这似乎已经到达了改良的极限，然而由Aurora Labs研发的多层并行打印技术（由于传统多激光器打印机可实现激光同时打印因此称其为多点同时熔化并不准确）将金属打印的速度实现了一次新的飞跃，并达到传统SLM打印速度的8倍。接下来，请跟随笔者从动画和实际打印过程的角度揭示这项技术的神奇与潜在不足之处。 多层并行打印技术动画演示 多层并行打印技术的特点 这项被称为RMT的技术由澳大利亚金属打印机制造商Aurora Labs研发，其打印速度可以实现每天1.96kg钛合金成型，号称能以市场55倍的速度提供零件，其依赖的关键便是多层并行打印，即刮板一次往复便实现多层铺粉和成型。（今年2月份该公司称其在测试中已实现113公斤/天 的打印速度。今天，该公司最新的测试数据已经到达350kg /天，材料不详） 过程立体演示 送料结构俯视图 从刮板结构我们可以看到，它区别于传统的SLM刮板，整个刮板几乎可以覆盖整个成型缸，因此可以称为送料机构。上面分布多个料槽，期间有多条空隙，该空隙即激光打印区域。在工作过程中，设备采用上供粉的方式分别给每个料槽提供足量的粉末，在送料机构运动过程中，激光同时进行零件相应截面相应位置的打印。 供粉、铺粉与打印过程并行 该技术的神奇之处还在于零件不同位置可实现不同高度的同时打印（即多层并行），先行铺粉的位置首先开始打印，后面的料槽在新打印完的位置铺粉后可继续进行下一层打印；同时前面的料槽在前行方向上相应位置铺粉后也开始打印，即不同位置，打印高度不同。 不同位置打印的高度不同，也可清晰看出料槽深度的逐渐变化 多层并行打印的问题 通过对打印过程的分析我们可以知道其料槽的深度应该是进行了不同设计，使每个料槽恰好能够实现对已打印部分的单独铺粉。但同时笔者也发现了一个问题，即如何实现打印平面即焦平面。在一个循环周期内成型缸Z轴保持不动的情况下，这种打印方式势必造成不同位置因为高度不同导致激光焦点位置的改变。笔者猜测该技术的光学设置是在一个循环周期内覆盖了正负离焦的状态。 实际打印过程 配合实际的打印过程可以更好地理解其技术原理，笔者从中看到了4个料槽，即一个周期它可以打印4层。除了送料机构的回程时间外，激光几乎一直处于扫描状态，这确实比传统的SLM要快很多。除此之外，实际送料机构的运动速度需要满足激光在间隙位置有足够的时间完成熔化；至于多点同时熔化，极有可能是设置了多台激光器。 使用RMT技术创建的发动机尾喷管 使用RMT技术创建的不锈钢菱形球表面 另一方面，速度快意味着其他方面要做出一些牺牲，上面提到的激光焦平面问题导致的性能问题存疑；另一个就是其表面质量，至少目前看起来是存在不足的。 END Aurora Labs已于今年夏天通过完成构造并开始进行实时Beta测试，其成型尺寸为φ450 mm x 400 mm，每小时可打印30公斤材料（未知粉末）。目前正在进行一系列的机器校准、打印调试和测试。不过笔者认为该技术尚属于小众范围，并不会引起业内同类竞争现象。 注：文中若有不正确之处还请指出，联系方式见下方。 欢迎转发 延伸阅读： 多光束下的激光打印系统 正面PK：HP Metal Jet和SLM谁更快，更具性价比 金属选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 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？  

此前，增材制造的零部件并没有完善的测试手段，金属打印的部件常采用无损检测（如染料渗透检测、X射线和计算机断层扫描等）检查内部缺陷。这些传统的测试方法一度成为认证组件的有效方式，但它们往往非常昂贵，而且能够提供服务的机构也非常少。在这种情况下，质量保证的成本可能比生产成本高出许多倍。 金属打印计算机断层扫描检测 然而为航空航天业生产部件必须满足严格的质量标准，特别是在批量生产中，工艺稳定性和可重复性要求会很高。 在上周航空展论坛上，航天海鹰的负责人员提到，在3D打印制造过程中，第一次打印的零件缺陷出现在这个位置，而且是通过破坏性的手段找到的；通过一些手段处理后，在第二次的打印过程中规避掉了上一次的缺陷，但其它位置又出现了新的缺陷。这样造成的制造成本相当高昂，那么还要不要进行第三次的制造，即使再次打印，能否保证这一次就没有缺陷？这便是制造稳定性和重复性的问题，是金属打印面临的重要问题。同时他也提到，采用无损检测的手段的成本相当高昂。 金属打印钛合金航天阀体的制造成本同样非常高昂 那么有没有成本低廉的无损检测手段？本期我们要介绍的便是，采用在线监测保证金属打印产品质量的有效性，以及它所带来的质量检测方式的重要转变。 ▌批量生产过程中的端到端监控 由于对安全认证的要求极为严格，新的增材制造工艺在发动机制造领域面临重大挑战。从原材料到最终产品，必须对任何预定飞行的部件进行持续监控，确保其完全没有故障。这意味着工业3D打印的质量保证——测试技术、过程控制和文件记录——需要新的方法和经济理念。 全球第5大航空发动机制造商MTU一直致力于使用增材制造开发金属发动机部件的质量保证措施。该公司于2013年开始开发光学层析成像技术，以期为增材制造工艺提供100％的监控和记录。多年前，MTU与EOS已签署框架协议，共同开发其技术战略。 eos熔池质量监控 由MTU开发的光学层析成像(OT)，是EOS模块化监测产品EOSTATE ExposureOT的强大补充。除了监控一般系统状态的多个传感器外，OT技术使用sCMOS工业相机监控整个制造环境，并以高分辨率测量熔化过程的热量排放，始终控制材料的扫描过程和熔化特性，确保最佳的铺送粉和成型质量。同时，可配置软件将记录每层打印质量的详细信息。 铺粉质量质量 MTU光学层析成像可以再现监控过程，并提供整个制造过程的质量分析方法，从而能够逐层和逐个地对金属增材制造过程进行更全面的质量控制。以前在下游进行的质量控制过程的很大一部分（无损检测）现在可以在制造过程中进行，从而显著降低与质量保证相关的成本。这同时能够满足批量生产中客户的要求。 ▌光学在线检测与传统无损检测的有效性比较 多年来，MTU一直在增材制造中使用EOSTATE Exposureot监控模块，为最新一代空客A320neo涡扇发动机的部件的工艺开发和制造提供保证。公司在质量保证过程中获得了丰富经验，并在此基础上与其他非破坏性技术进行了比较。 用于空客A320neo的齿轮传动涡轮风扇发动机的管道镜凸台的增材制造 对比一：在线检测与无损检测的有效性对比 MTU对金属打印的部件，分别使用常规射线和光学断层扫描技术进行检测，并与光学层析成像技术进行系统性的对比。对比的依据在于，EOSTATE ExposureOT能否像传统测试方法一样可靠的检测出每种可能的缺陷类型，包括孔洞、孔隙、固体夹杂物或不完全熔合；以及在线监控能否实现更高的检测概率。 对比二：在线检测与破坏性检测的有效性对比 MTU还系统性的进行了与破坏性测试的比较，如对样品横截面的显微镜检查等。 结果 与常规X射线检测、CT断层扫描以及破坏性测试相比，在线监控技术可以实现更高的缺陷检测概率，特别是对于不完全熔合的缺陷。这意味着采用常规检测方法发现的任何缺陷，在光学层析成像监控的帮助下都清晰可见。 熔化过程再现 MTU增材制造技术主管介绍，EOSTATE ExposureOT能够可靠地发现部件何时何处产生缺陷。这使他们能够在管道镜凸台系列的生产中完全不必再使用X射线和CT检测，这节省了巨大的成本。未来，MTU将会把EOSTATE ExposureOT从简单的过程监控技术升级为官方测试方法。 打印完成的内窥镜凸台 对过程控制的统计可以大大简化评估结果，分析软件会根据几个定性的无缺陷制造工作设置可容许偏差的可靠性曲线，只有在观察到偏差时才需要进一步测试。 END 研究结果显示的可靠性逐渐增强了人们对新技术的信心，并导致MTU质量保证方式的转变。使用光学层析成像对制造过程进行逐层实时监控，是进行增材制造部件质量保证的首选方式。 在过去的文章中，笔者也曾介绍过雷尼绍的在线监控能力，工程师借助LaserVIEW和MeltVIEW的模块，可以比较每个传感器的数据并发现任何可能的变化，从而对缺陷进行原因分析。 对于国内的打印机来说，已经开发在线监控并具有数据分析能力的制造商目前几极少，但拥有这一能力，无疑将是该企业研究水平的重要体现。 监控系统详细功能已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： 金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 X射线显微CT在增材制造技术中的应用 增材制造实时监控与工艺过程仿真 【增材制造】保证产品质量及批量生产的稳定性-FAA是怎么做的 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

近期3D打印相关的展会实在颇多，西安展后天开始，深圳展下个月在即，上海展10月底接踵而来。。。这样频繁的展会关注的焦点各有不同，相对来说TCT系列关注的会更加丰富，从软件、工艺到应用，从塑料、陶瓷到金属，从教育、消费品到航空航天，相对来说对于用户来讲更接地气一些。毕竟西安展一大堆的高端论坛看得人有些眼花缭乱，笔者也只能心向往之。本期3D打印技术参考带来深圳展会的部分看点，并思考其背后的技术问题。 3D打印前处理软件 任何的3D打印工艺都离不开模型的前处理，这个过程包含了数据导入、文件修复、支撑生成以及切片等操作，看似简单，但目前能够高效实现这一功能的软件却并不多。 VoxelDance前处理软件 目前最为常用的3D打印模型处理软件有magics和netfabb。magics的功能非常强大，新型的智能化金属、树脂支撑添加功能既方便去除又能节省材料；改进的烧结模块零件摆放进一步提高了生产效率，这些新功能无一不是为了推进应用进一步发展；Netfabb是近几年才被用户关注和使用的新软件，最新版本可生成类似magics e-stage的大网格结构支撑，同样具备了智能化的分布特点。然而笔者对后者并不是太熟悉，因此不能提供更多信息。 Netfabb新型网格支撑 今年上半年有一款称为VoxelDance的新软件上市，除去其他必备的功能外，其主打的特点是CAD数据直接导入、智能化的支撑添加方案以及2d/3d摆放模式，可用于DLP、SLS、SLA 以及SLM等多种技术。目前有试用版本，不妨尝试。 VoxelDance具备大网格化的智能支撑添加功能 相对来说，支撑智能化似乎正在成为金属打印的一大发展特点。在magics只有单独的付费插件e-stage才能使用这一功能的情况下，netfabb和VoxelDance会不会提供新的可能？在本期展会，我们将看到相关的产品。 3D打印鞋品的国产化进一步发展 随着3D打印技术的不断成熟和材料技术的快速发展，3D打印技术在消费品领域的发展很快。许多国际品牌如：耐克、阿迪达斯、New Balance、Under Armour都已引入3D打印技术批量生产鞋中底。在众多国产运动品牌中匹克、李宁以及安踏分别已经在12、13以及18年开始从事3D打印技术的研究。多年过去，进展如何呢？ 国产体育大牌李宁虽然在从事相关的研发但至今还没见到产品上市，小米凌空也已经不再被提及。目前国内3D打印鞋品最为知名的非匹克莫属，随着它的火爆，实际上也将它的工艺提供商易加三维推到了前台，并因此吸粉无数。 匹克3D打印运动鞋 匹克3D打印运动鞋采用的是激光烧结TPU或者尼龙的工艺，这一点和New Balance和Under Armour相一致。国内的其他3D打印制鞋工艺主要是类似国外CLIP工艺的树脂成型，如北京清锋时代推出的高弹性树脂以及同样连续不间断的打印工艺。关于清锋时代的消息其实一直不断，从投融资到新材料，外界看来亦是神秘，然而不知鞋品何时上市。 清锋时代自己生产的运动鞋样本 在很多人等待清锋时代的产品时，本月9日，Revo 塑成科技宣布推出新一代 3D 打印消费级运动鞋，并在当天进行了发售。据笔者了解，该公司同样也在开发快速连续制造的树脂打印机，其目的便在于快速实现批量制造。 塑成科技开发的3D打印运动鞋 众所周知，作为制鞋产业的大国，中国制鞋企业大部分分布在以浙江为首的华东区以及广东、福建、四川省为主的华南区，而华东区域以浙江温州带为主的制鞋企业均以皮鞋为主，据不完全统计，中国80%的运动鞋生产基地主要分布于华南区。深圳展会，兴许能为3D打印运动鞋的进一步发展起到推波助澜的作用。 低成本间接3D打印技术，更应该关注后烧结设备的成本及可用性金属FDM技术凭借简单易操作、成本低廉的优势在极小批量零件制造方面可获得应用，尤其适合于企业研发和办公室环境；基于粘结剂喷射的金属间接成型技术是实现金属3D打印批量化、低成本制造的有效手段，与金属SLM相比也提供了极大的后处理便利性，尤其受到来自汽车用户的青睐。 从去年开始，基于FDM或者3DP的间接3D打印工艺开始出现在我们的视野中，当我们感慨国内没有Desktop Metal的相关技术时，国内在今年开始涌现出如升华三维这样的以FDM为主要形式的间接3D打印工艺提供商；而在今年8月份，易制科技将其基于3DP的金属打印工艺实现了全开源，这可能会带来国内一些研究的热潮。 大众采用粘结剂喷射技术制造的排档杆 实际上无论对于基于烧结的FDM还是3DP，大家关注的焦点可能更多还是在于其打印过程的实现，然而对于一件产品的制造，这远远不够。 桌面金属打印能够轻松去除支撑 基于烧结的金属或者陶瓷打印工艺，更为关键的在于后续的脱脂和烧结过程，单纯打印机的成本很低，但是全套设备的价格会比较高昂，而且能够提供这些服务的机构可能也并不多。 粘结剂喷射技术整个工艺链涉及的问题 然而这还只是一方面，间接3D打印技术对对材料、粘结剂以及打印工艺（包括粘结剂的喷射量、粉末中的压力分布、沉积时间等）、烧结制度、零件设计等等有着重要的依赖关系，技术含量并不比SLM低到哪里去，而且用户还要面临专业的粉末冶金知识的缺乏，这对于采用这项工艺的用来说也是一项不小的挑战。 END 以上所述仅仅是本次展会展商的冰山一角，对于专业观众来说，我们应该更多的去关注产品背后的技术问题。届时每家展商都会有工程师在场，这同时也是一次技术交流的好机会。 欢迎转发 延伸阅读： 五大鞋类领导品牌使用3D打印引领鞋业制造的未来 Materialise e-stage有多逆天 基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

金属间接3D打印工艺种类及原理 间接3D打印与激光打印成本结构对比 间接3D打印与激光打印零件性能对比 HP 金属打印与SLM谁更快，更具性价比 粘结剂喷射金属打印：在进行批量生产时须考虑整个工艺链 批量化制造竞争:SLM无支撑系统与粘结剂喷射技术对比 微评 金属FDM技术凭借简单易操作、成本低廉的优势在极小批量零件制造方面可获得应用，尤其适合于企业研发和办公室环境；基于粘结剂喷射的金属间接成型技术是实现金属3D打印批量化、低成本制造的有效手段，与金属SLM相比也提供了极大的后处理便利性，尤其受到来自汽车用户的青睐。然而这两种技术需要特别注意的是其后烧结阶段，它既需要专业的脱脂、烧结设备，也需要专业知识。 无支撑、智能化的SLM系统离不开与人工智能的结合，会是未来的重要发展方向。然而它的实现需要极大的工艺数据库与数据辨识和处理能力，目前已在国际上掀起了研究热潮，但实现商业化的仅有一家。未来或可成为终端用户关注的焦点。 欢迎转发 延伸阅读： Desktop Metal桌面机材料供给原理及工作过程 Desktop Metal金属机---DM production Markforged Metal X金属桌面3D打印机的应用特点 技术竞争：喷射技术比你想象的更加重要 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：间接金属3D打印技术专业知识集锦

组织工程，是以细胞生物学和材料科学相结合，在体外或体内构建组织或器官的技术，按照3D打印圈儿里的话，就叫做生物打印。然而组织工程的良好设想是能够以生物支架为基础，采用生物活性成分（如细胞等）立体的长成为组织或器官，而一直以来3D打印给我们的认识却是层层叠加最终成型，这是完全不同的两种形式。 体外培养的人体耳廓组织 如果传统上提到的3D打印还只是二维打印的纵向叠加，那轴向光刻则能称得上是真正的三维成型。这项今年上半年才被外界认知的新型3D打印技术，采用多激光和计算机轴向光刻从不同角度同时曝光，使材料能够从模型的“内核”逐渐向外部固化，实现了真正的立体打印。而将这项技术用于组织工程，则会带来飞跃。 轴向光刻体积打印 ▌体积打印—快速制造生物组织 近日，来自瑞士和荷兰的研究团队采用该技术原理，使用仅仅几秒钟时间就在含有干细胞的生物水凝胶内“雕刻”出了复杂的组织形状，并通过添加内皮细胞实现了组织血管化。该团队在《Advanced Materials》刊发的文章中提到，这项技术将改变细胞工程专家的工作方式，使他们能够创造出一种新的个性化、功能性的生物器官。 生物组织体积打印 体积3D打印的可以理解为无数个微小DLP工艺的微积分，但由于在整个过程中光都是穿越材料内部在特定位置成型，因此该过程又类似激光玻璃内雕。技术的关键在于体积打印的分辨率及能量分布，投影图像在构建体积中心的有效像素和位于保持分辨率的光学聚焦深度共同决定了成型的位置和形状。 生物体积打印技术原理 在成型过程中，光源会将水凝胶圆柱形容器包裹在内，能量沉积其中，在容器不断旋转过程中光源同步照射的二维断层图像选择性的区域固化，最终实现整个组织的成型。该过程的关键还在于需要非常仔细地确定在光场内对水凝胶进行固化的最小曝光时间。 ▌生物体积打印的技术特点 值得注意的是，与传统的3D打印形式相比，体积打印的时间消耗似乎并不会受到构件尺寸的显著影响。为了量化和比较打印时间，研究人员将一个解剖人体耳廓模型分别缩放三次（0.15cm3，1.23cm3，4.14cm3），三个模型的打印时间均可以限制在22.7s，这远远高于DLP甚至CLIP技术的打印速度。至于缩放后的打印时间控制，仅需要调节激光的输出强度。 除了速度快的优势，体积打印还不会出现传统3D打印的层叠纹或者伪影，而且还无需用到支撑，研究人员证明了自由浮动部件打印的可能性。此功能对于生成能够可逆修改的形状至关重要，例如4D打印的刺激反应材料结构。 ▌创建人体组织、器官   与传统的生物3D打印相比，生物体积打印可以在几秒时间内构建复杂的厘米级结构，这在很大程度上保持了细胞活性，对于满足临床需求具有重要意义。基于该技术已经开发出了心脏瓣膜、半月板移植体以及内含血管的骨组织。此外，它还可以创建生物互锁结构。 体积生物打印的空心小鼠肺动脉 人类组织的特性在很大程度上取决于高度复杂的细胞外结构，基于该技术可能会带来许多真正的临床应用，实验室也可以前所未有的速度大量创建人造组织或器官。在体外测试新药时，生物组织打印也至关重要，它可以替代对动物测试的需求，这从安全和降低成本的角度可能更有意义。 END 包括立体光刻和挤出成型在内的生物打印技术正在革新组织工程技术的模式，它们都致力于创建功能性的组织结构，而新技术则为扩大水凝胶基结构的生产及其在组织工程、再生医学和软机器人中的应用开辟了新途径。也期待未来能够采用该技术成功创建出可供人体移植的功能性心脏、肾脏等器官。 研究论文及更加详细的论述已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： 3D生物打印的革命：会跳动的心脏，会呼吸的肺和会生长的骨 中国科学家如何采用干细胞实现血管3D打印 医疗奇迹：3D打印如何改善我们的生活 医学3D打印的主要类别及其改变该行业的方式 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

金属3D打印技术本身已经非常复杂，做到实际应用更是难上加难。作为一项具有极大潜力的技术，研究人员在推进其应用的过程中逐渐摸索出一系列的关键技术问题，从材料、工艺、设备到相关标准等等，涵盖面非常广泛。本期3D打印技术参考就对金属打印涉及的七大类关键技术及其所包含的内容进行概括，并对每一项关键技术单独附上解析或相关案例。一. 3D打印材料制备技术●成分设计●合金熔炼●制粉工艺●材料性能评价点击查看《金属粉末主要成型技术及其粉末特点》二. 3D打印质量控制技术●成形过程模拟技术●表面状态控制技术●残余应力控制技术●缺陷控制技术●变形控制技术●组织控制技术点击查看《金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制》三. 3D打印装备设计与集成●3D打印控制软件●3D打印装备设计●在线实时检测系统●系统集成点击查看《多光束下的激光打印系统》四. 3D打印制件检测技术●无损检测技术●物理冶金分析技术●力学性能表征与测试技术●检测标准及评价指标体系点击查看《关于增材制造的标准有哪些》五. 3D打印制件应用技术●热处理技术●连接技术●腐蚀防护及表面涂层技术●生物活性技术●机械加工技术●设计用性能数据表征与测设世界上第一个FAA认证的3D打印结构钛组件六. 失效分析与寿命预测●损伤演化机理与仿真技术●安全评估技术●耐久性/损伤容限特性评价●结构全寿命预测技术点击查看《布加迪3D打印卡钳极限测试过程》七. 考核验证与评价●典型元件及工艺模拟性能评价技术●制件在典型环境下的耐久性考核点击查看《FAA如何保证产品质量及批量生产的稳定性》加入QQ群（867355738）进行更详细资料下载和技术交流。欢迎转发长按复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属3D打印七大类关键技术

上周我们在EOS对大水平面无支撑工艺的探讨中提到，SLM能否像SLS那样不需要任何支撑，实现在松散粉床上的直接打印呢？在目前通行的设备状态下几乎难以实现。但随着技术的发展，尤其是机器视觉和深度学习的进步，打印机将会向着智能化方向升级，以此为基础完全可以实现SLM的无支撑打印。笔者认为这可能代表了先进金属粉末床打印技术的走向之一，一旦实现，SLM就可以无需在基板上成型，也可以像SLS那样多层罗列。如此便解决了金属打印批量化制造的难题，同时将对以Desktop Metal和HP为代表的金属粘结剂喷射技术产生新的挑战。SLM多层无支撑打印髋臼杯实际上，这一智能化的金属打印系统已经成功商业化，并受到航空航天终端用户的高度重视。本期，3D打印技术参考对这种无支撑智能化的金属SLM技术进行分析。▌无支撑SLM工艺需要克服哪些固有难题？讨论该问题，还是要回到传统打印工艺以及支撑的作用上来。当前，金属SLM设备商会为每种材料开发一款工艺包，这里面确定了各个参数的具体数值，除非参数开源可调，否则无论如何不可改变。进口设备往往会锁定工艺包，材料也会绑定，这对保证设备持久安全稳定运行具有重要作用。国内设备基本都是开源，参数随便调，材料品牌也不限定，这在一定程度上满足了国内用户的研发或经济需求，但不可避免的也造成设备的稳定问题。不过，参数开源是用户深刻了解金属打印过程的最佳捷径。这里的重点在于材料工艺的唯一不变性，即打印任何零件、零件的任何位置、任何一层，均采用同样的参数。即，无论在打印过程中零件本身的状态是否是过热，打印机总是输入恒定的能量，但如果打印这一层不需要那么高的能量呢？这就造成多余能量来不及散失产生局部过热，造成应力集中；同时还会因为能量输入过多，造成周围粉末半熔化而粘附在零件表面。对于前者，便是支撑发挥作用的地方；对于后者就要考虑多大的倾斜角度不需要添加支撑（笔者在QQ群上传了materialise对支撑、应力问题的50分钟探讨视频）。倘若在打印过程中，时刻按照零件当前的温度状态输入“刚刚够”的能量，使其仅用于当前层截面的熔化呢（理想假设），那么就不存在热量过多产生应力的问题，也不存在周围粉末吸收多余能量出现粘附的现象。在这种理想的状态下，就不需要支撑去导热，也不需要它拉住工件。这种工艺便是智能化的判断和能量输入方法。▌智能工艺控制的可能要点有哪些？最为理想的状态是一种基于机器学习的控制方法，系统根据监控数据自动计算当前需要多少能量从而匹配参数，但目前来说难以做到。不同参数的组合确实能够计算出一个确定的能量值，但激光的输出和熔化过程实则非常复杂，确定的能量值也有数之不尽的参数组合，目前的发展阶段尚难以做到无需人的干预实现工艺匹配的完全智能化。但它一定是AI和SLM相结合的一个重要的发展方向，它需要积累海量的数据用以学习和训练。当前的控制方法实则是半智能控制，但它仍旧比之前恒定的参数工艺进步很多。半智能控制，要求对材料开发多种确定的工艺参数组合，机器通过在线监控判断当前打印层的热量状态，从参数库中自动抽取该状态下匹配的参数组合，即系统内置了所有可能的打印状态及其对应情况下的适用工艺组合。其次是适时状态监控。采用包括声学、光谱学和温度监测等方法来了解激光熔融过程中每一层发生了什么，通过提取特征，自动进行分组并在不同层次的分析中进行比较，直到完成创建图像所需要的所有信息，以此作为下一层决策的条件，自动从参数库中安排下一层参数，因此便形成了智能化的闭环控制。人工智能对层进行分析监控过程的准确性和自动匹配工艺的能力以及快速的反应能力，是非常关键的因素。▌无支撑、智能化工艺的优势有哪些？● 无需花费大量时间进行支撑设计● 无需花费大量时间去支撑和后处理但有一点仍旧需要注意，支撑还有一项作用是承载零件，因此对于倾斜角度太小的零件，仍旧需要支撑帮助。这从另一个角度突出EOS对大水平面无支撑工艺探索的意义也很重要。▌PK DM与HP: Velo3D智能化金属3D打印机市场需求强劲以上功能的实现需要极大量的数据支撑机器训练，真正做到非常的困难。然而家美国金属打印机制造商Velo3D推出的系统却具有类似的功能，其智能化的金属SLM系统打破了激光粉末床熔化领域“45度规则”，可以在不需要支撑的情况下打印角度低至10度的零件特征，还可以在不需要支撑的情况下打印直径40 mm的管道。一根铅笔距离范围的近水平面和大倾斜角度叶片未加支撑且质量优异相对于同样不需要支撑的金属粘结剂喷射3D打印来说，Velo3D也不需要支撑，但后者更加专注于高性能最终零部件制造，这对号称金属3D打印批量制造的Desktop Metal与HP来说，无疑是一场巨大的挑战（可关注延伸阅读）。可以像SLS那样多层罗列，实现批量制造同时具备高性能和高质量Velo3D对每一种材料集成了20多种工艺组合（这和我们上面提到的单材料多工艺的想法一致），采用独家开发的预处理软件Flow™准确模拟整个打印过程，分析和纠正潜在的变形。软件功能强大，含预变形能力某零件打印前仿真：红色区域表示打印过程中的变形；右侧表示Flow软件通过预打印校正消除这种变形，这是一种保证打印精度的重要方式关于Velo3D智能打印工艺的实现，笔者认为与上文的分析会非常贴近，即在线监控条件下的工艺智能匹配，当然这只是笔者一家之言，欢迎批评指正。除以上功能之外，Velo3D为保证打印质量还进行了其他改进，如自动化的光斑校准、XY轴对准自动调整、改进的气流控制等等。该公司因此受到了了航空航天领域的广泛重视，并因此获得了航空制造公司的大订单。（关于Velo3D智能化工艺控制问题有另一个50分钟视频文件，已上传qq群）END智能化的打印系统能够有效解决或减轻之前常规SLM存在的问题，如封闭结构的支撑去除、表面质量差、应力集中等。与此同时也带来了应用的突破，如大型管道结构、随形冷却模具、大曲面航空发动机叶片的无差别制造，这种工艺保证了零件的高质量，避免了过去一直存在的表面质量、积粉甚至性能问题。此外，它更大的意义在于因后处理步骤的简化带来的高性能金属3D打印批量化制造，这无疑将降低成本，增加直接制造的可行性，进一步推进金属打印的落地应用。最后，笔者仍然认为人工智能是一个非常值得深入认识的学科，如在正文中提到的，它与金属打印的结合将会实现打印机真正的智能化，作为金属SLM的传统领导者们，应当引起重视。欢迎转发延伸阅读：增材制造实时监控与工艺过程仿真金属3D打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印成本结构对比复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属打印批量化竞争：SLM无支撑智能系统PK HP与Desktop Metal

目前，不加支撑或最大程度减少支撑是金属粉床烧结的热门话题。客户经常会问到是否可以实现在松散的粉床上打印没有支撑的水平面。就目前绝大多数的设备而言，标准打印工艺肯定会发生严重的过热，并有可能导致刮刀卡刀或零件损坏。对此，金属打印用户KSB公司及知名SLM设备厂商EOS对此进行了探索。本期3D打印技术参考针对EOS就工艺的开发过程进行探讨和解析。打印后清理干净的工作平台Magics 下的视图（无支撑的 EOS Logo）为了提高项目难度，研究人员选择了最具挑战性的实验：采用高应力Ti64、硬质刮刀和大水平面，以使用于此实验的方法可以轻松转移到其他常见的材料中。▌从熔化过程理解无支撑的挑战优化支撑设计时，需要分析考虑其用途。SLM条件下需要支撑的三个主要原因是：●抵抗刮刀的作用力●应对残余应力●导热作用对于特定区域可以优化支撑的数量；对于刮刀的影响，可以选择较软的材料，调整零件的摆放角度或支撑强度。EOS使用高速钢刮刀来模拟最具挑战性的情况。借助平台预热和扫描策略等措施可以减少热应力。预变形也常被用来减少变形，它是用变形来达到最终需要的形状，但对于水平表面的变形不能起到很好的作用。如果在一个方向上进行预变形，则弯曲会更严重。在研究过程中，水平表面被放在壁厚为1 mm的圆柱体上，以防止其弯曲。这样薄壁几何形状的圆柱通常会有局部过热的现象，因此对于该圆柱，研究人员也优化了扫描策略，不仅去除了轮廓扫描还从条带改为时间优化的扫描方式。但是导热的问题仍然存在。由于圆盘直接在松散的粉末上打印，与固体材料相比，粉末的导热性更差。粉末导热率低的原因是粉末颗粒的间隙中存在气体以及颗粒之间的点对点接触。这就是为什么通常将支撑放在表面下方以增加热传递的原因。为了克服这一挑战，能量输入需要适应周围材料的导热性。因此需要在零件的高度上采用逐渐改变参数的策略。▌对每一层开发特定工艺，一层一组参数参数开发基于 EOS Ti64 Speed（60μm）过程，试验在 EOS M 290 上进行，使用 EOSTATE ExposureOT 和 EOSTATE MeltPool 监测。为了高效测试，研究人员设置了 36 个含有不同数量和不同高度圆盘的圆柱体（每六个样本一组）。根据下面的流程执行：每列将用于确定一个特定层的参数，这意味着A列中有一个只有一个层厚高度圆盘的圆柱体。监控套件用于收集更多信息并为每一层开发正确参数。下表面参数优化的流程（重要）第一层完成后，将在 EOSPRINT 2 中调整参数，并更新作业。下一步是优化第二层的工艺参数，这在第 B 列完成，这些圆柱包含两个圆盘，每个圆盘的高度为一层。之后继续开发到第 F 列的第六层之后，跳回到 A 列并继续七个圆盘。不同高度的圆盘A 到 F 组圆盘测试遵循这一流程，当从 EOSTATE ExposureOT 监测中获取到某一层有正常的传热信号后。从下一层开始使用 EOS Ti64 标准参数。EOSTATE ExposureOT 监控的数据EOSTATE ExposureOT 监控的数据如果对上述的调试过程仍然有很多疑问，还须反复思考，笔者已将调试源文档上传至QQ群。从以上两幅图也可以看出，该层的监控数据只显示了第F列，这证明了从第A-F列，每一列圆盘的高度仅是它所调试层的厚度，即从A-F，圆盘的厚度分别为0.06mm、0.12mm、0.18mm、0.24mm。。。。。循环完6层之后，A列圆盘的第二梯队圆盘高度会变成0.48mm。▌采用程序控制每层工艺如果每打印一层就调一下工艺参数，这在实际打印过程中是难以做到的。目前包括EOS在内的很多金属打印工艺软件都可实现对每个STL数据单独设置参数，也可以对一个零件的不同区段单独区分工艺。借助此功能，可以将一个部件划分为不同高度的部分，如每部分 60μm 的区段，这便可以将优化的参数应用于每一层。Z 向切割 EOSPRINT 2 中的工艺参数分配（仔细看参数栏正确理解）●EOS Logo，每个字母的直径为 50 mm●直径 100 毫米，面积接近 8000 平方毫米的圆盘●圆盘直径 50 毫米，中心孔 20 毫米。孔的边缘没有连接。EOSTATE ExposureOT监视圆盘前四层的数据。可以清楚地看到第一张照片中的圆盘下方没有固体材料或支撑。EOSTATE ExposureOT监控的数据外径50毫米，没有内部支撑100 毫米直径等于近 8000 平方毫米在该功能的帮助下可实现特定参数的程序控制，大大方便操作过程。但是无支撑工艺不得不面对下表面表面粗糙度很大的问题。在上面的工艺方法中特别提到，将圆盘悬架在圆柱壁上以防止变形，但最终还是要成功将圆盘取下来。EOS Logo 下表面在实际的操作过程中，圆盘并没有直接接触到圆柱上，而是在两者之间增加了三个层厚度的支撑来拉住圆盘。支撑件可以在 Z 方向上轻松调节强度，可以通过调节激光功率和扫描速度或齿顶长度等 Magics 参数来完成。在易于移除和足够的强度之间找到合适的参数，以防止变形。支撑优化方案及EOSPRINT 2 界面内部支撑视图 调整支撑强度后，可以很容易地从圆柱体上移除 EOS Logo取下零件的基板▌熔池监控非必须关键要素在这个过程中，工艺参数可调和熔池监控很重要，但是不是必须的呢？其他公司SLM工程师的探索实际上在EOS工程师进行此项研究之前，国外已有其他公司的研究人员从事过类似的探索，而且声明是在没有熔池监控的帮助下进行的，过程应该类似，以上便是他们的成功案例。此文展示了大水平表面无支撑参数优化的方法，但尚不清楚是否具有推广的意义，在实用性方面其实也值得商榷，但同时也值得探索。调试源文档已上传至QQ群。欢迎转发延伸阅读：金属3D打印最新前沿(一)：Magics混合支撑结构金属3D打印最新前沿(二)：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景采用人工智能和3D打印设计超级材料复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属3D打印最优前沿(三)：大水平面无支撑工艺探索

材料设计，是指应用已知的理论与信息，预报具有预期性能的材料，并提出其制备合成方案。从工程角度，材料设计是依据产品所需材料的各项性能指标，利用各种有用信息，建立相关模型，制定具有预想的微观结构和性能的材料及材料生产工艺方法，以满足特定产品对新材料的需求。这是材料工作者需要不断奋斗的一项长期目标。传统的材料设计方法通常涉及在宏观层面考虑材料特性，但是近年来出现了更先进的材料设计浪潮，这种新的工程模式使科学家和工程师能够设计出更强、更轻、更灵活、制造成本更低的新材料。在这个过程中，人工智能（AI）和3D打印起着关键作用。▌借助AI实现新材料设计机器学习和预测建模是AI的一个强大子集，可以加速新材料的设计过程。设计人员只需在程序中输入所需的材料属性，算法就可以预测哪些化学元素可以在微观层面上组合，从而创建具有所需功能和属性的结构。麻省理工学院多尺度材料设计研究员、McAfee工程学教授Markus Buehler提到，利用物理和化学理论并借助于于量子力学，让计算机重新发现变量之间的关系，这是借助人工智能进行材料设计的新方法。计算机辅助材料设计系统使用自然语言来创建与材料相关的科学视觉图表研究人员可以创建不同的材料变量，并询问AI系统设计将如何体现，如果让分子链更长或更短，或添加不同的化学物质会发生什么变化，计算机都会给出性能结果。执行一次迭代只需要几微秒，而传统方法可能需要几天甚至几周。用户可以输入他们想要的所需材料属性，系统将搜索数以千计的科学文章以寻找匹配的材料。（国立材料科学研究所）换句话说，研究人员正在利用这种简单的组合关系来设计材料，它同时允许大规模批量生产这些具有相同高性能的新材料。AI使得计算机可以在很短的时间内解决问题，单纯依赖研究人员将要花费几倍的时间。▌采用3D打印制造新材料科学家们可以同时合成和测试数千种材料，但即使以这样的速度，盲目地尝试所有可能的组合也是浪费时间，这就是3D打印和其他先进制造方法发挥作用的地方。3D打印有助于材料科学领域的创新，它为工程师和设计师测试新材料带来了新方法。利用现代增材制造和其他实验技术，设计人员可以将各种组成成分按照规划放置于空间中特定的点，构建任何比例的结构并验证结果。每次测试的结果会再次输入系统，让机器自主学习和训练，随着时间的推移，机器对材料的设计将更加智能可靠。工程师开发材料工艺与性能数据库自2017年以来自，德国Fraunhofer IWS的工程师联合其它五家研究所执行了一项名为futureAM的项目，即借助AI和3D打印来寻找超级合金的合适配方。项目人员通过使用人工智能和机器学习来研究大量监测数据与实际工艺效果间的联系。例如，特殊分析算法将测量的传感器值与研究所的粉末数据库相关联，通过评估工艺参数，机器将自己做出决策并选择出合适的工艺组合。使用激光粉末堆焊技术，结合优化出的工艺参数，可以同时或连续地将不同粉末送入加工区，精确调节进给速率，性能最好、最昂贵、高抗性的材料只在最需要的位置释放，其他非关键区域可采用价格较低的材料。通过激光粉末堆焊，可以整体制造由不同材料制成的部件，它可以将特定材料准确放置在需要其性能的位置。该技术为航空航天、燃气轮机开发更轻、更强和成本降低的部件提供了广阔的前景在此前这些工作是怎么做的呢？工程们需要记录不同温度、粉末、进给速率和其他参数组合下产生的监控数据和工件性能参数，然后分析哪个参数可以增材出自己所需要的性能，但这一过程需要庞大的数据分析和人工比对工作。借助人工智能，增材制造系统通过多种监控数据自主学习如何做出决定并自动调整温度及其他参数，可成功地在具有挑战性的工作中开发新的超级合金。EDX分析：数据显示了测试件化学成分的转变。颜色说明了从钴基-Merl72到IN 718（黄色：钴，蓝色：镍，橙色：铝）的连续过渡。到目前为止，这种新材料的制造技术也仅能通过3D打印实现。它将可能需要的铁、镍、钴、钛、铝和碳化物复合在一起，按照规划施加，这是其他工艺所无法实现的。END人工智能在先进材料设计和工程方面的未来前景非常广阔。专家们一致认为，它将成为几乎所有行业未来创新的基石。但挑战仍然存在，人工智能需要不断学习和训练，才能更加准确可靠。为了在材料科学中充分发挥人工智能的潜力，工程师、研究人员和科学家需要不断加深对这项会改变行业的尖端工具和技术进行深入学习和应用。欢迎转发延伸阅读：人工智能和3D打印：满足制造业的未来创新设计：NASA借助AI和3D打印制造行星着陆器金属3D打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法视频案例：3D打印、区块链和人工智能如何融入实际生产复制联系笔者：2396747576技术交流QQ群：867355738，所有资料均在群文件夹 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：采用人工智能和3D打印设计超级材料