首先讨论金属打印为什么需要支撑，相对于SLS采用粉末自支撑零件、SLA的块状支撑零件，SLM显得要复杂的多。金属打印过程中动辄上千度的高温及极大的温差很容易导致零件翘曲变形，支撑的存在可以较好的固定零件、防止热变形；同时由于在成型过程中产生较高的热量，粉末的导热率较差，支撑在防止过热、快速导热方面可发挥重要作用；第三，刮板在铺粉过程中容易产生机械扰动，支撑可牢牢拉住零件，保证零件的稳定性。但是金属支撑绝不是越强越好，因为金属支撑的去除需要很大的工作量，设计不合理会导致支撑无法去除。因此支撑的设计不仅要遵循足够强壮的基本要求，还须较为容易的去除，如果设计的支撑还能够去除内部的粉末就堪称完美了。尽管很多3D打印设备商推出了自己的支撑设计软件，但materialise无异是该领域的领导者，其新近推出的e-Stage金属支撑模块对于大幅提高生产效率、方便后处理、节省更多材料具有重要帮助。更快、更容易、更智能在这之前，金属支撑以树形、锥形和块状支撑为主，其中又以块状使用最多，树形支撑多用于首饰打印。尽管materialise声称SG+模块可生成最完善的金属支撑，但块状支撑的去除仍然存在很大困难，虽然具备菱形镂空的设计，但也很难取出里面的粉末，只能在线切割过程中废弃。块状支撑与树状设计e-Stage旨在简化金属打印工艺设计，自动化生成支撑，操作人员可以节省数据准备和加工的时间，从而缩短交付时间。智能化判断需要添加支撑的位置，避免人为错误，提高加工的成功几率，使数据准备时间减少90％。全自动生成支撑结构超大的多孔结构设计使粉末轻松释放，从而使更多粉末得的有效利用，损耗减少20％。简单的粉末去除工作看起来很高大上的支撑机构连接点的减少和简洁的断开点设计让后期处理更加容易，使零件表面更加完美，后处理时间减少50％。支撑轻松去除，简直逆天支撑足够强但也足够弱从以上介绍看来，e-stage确实给我们太多的惊喜，支撑再也不需要锤子砸了！笔者迫不及待的想使用，但无奈找不到资源。不过相信用不了多久，还是能用上的。当国内很多厂家在学习materialise加支撑方法从而推出自己的软件的时候，它却走的更远更加深入了。新版的e-stage还支持给SLA添加支撑，随着零件变得越来越复杂，越来越大，设计的需求变得越来越重要，自动化的支撑可大大提高生产效率，简洁化的支撑设计对于后处理将越来越重要。欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：Materialise e-stage有多逆天

金属粉末注射成型技术原理金属注射成型（Metal Injection Molding，MIM）是一种适于生产小型、三维复杂形状以及具有特殊性能要求制品的近净成形工艺。该技术是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。其基本工艺过程是：将各种微细金属粉末（一般小于20μm）按一定的比例与预设粘结剂制成具有流变特性的喂料，通过注射机注入模具型腔成型出零件毛坯，毛坯件经过脱除粘结剂和高温烧结后，即可得到各种金属零部件。金属注射成型适合大批量制造，产品制造成本低，在今后相当长的一段时间内，该技术会与3D打印成为比较先进的制造技术。延伸阅读：大尺寸金属制造--激光熔化沉积技术大尺寸金属制造（二）--激光熔覆制造技术EBM的技术特点与制造优劣3D打印技术粉末成型工艺Desktop Metal金属桌面打印机---DM STUDIO解析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？欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属粉末注射成型技术(MIM)

上期我们介绍了Desktop Metal桌面金属打印机，其友好的工作环境以及简单的支撑去除方式让人印象深刻，它不仅填补了真正意义上的金属打印FDM对标产品，也为金属打印的普及起到了积极推动作用。到目前为止，通过3D打印进行大规模生产主要受到两个因素的影响：成本和时间，Desktop Metal转为解决这个问题推出了其另一款产品DM production，这款金属打印系统专为批量生产而设计。该系统采用新型的单通道喷射（SPJ）技术，消除了零件打印尺寸限制，成型速度相比激光3D打印系统快100倍，成本也降低了20倍。本期将对其成型过程进行介绍。 DM production系统工作过程笔者认为该系统属于改良版的3DP打印机，不同之处是，单通道喷射技术将粉盒铺粉、铺粉辊压实、喷射粘结剂、粘结剂烘干几个机构与动作集成在了一起，即一次铺粉随即完成该层成型。打印系统由粉盒、压实辊子、成型缸以及打印头组成，成型尺寸为330x330x330mm；单通道喷射一体式的结构，避免了运动浪费，成型效率更高。单通道喷射一体式机构与SLM和LENS中需要将零件打印到基板上不同，DM production是在松散的粉末中进行“冷成型”，零件几乎不会产生热变形，因此零件打印无需基板，软件会合理安排零件，充分利用构建范围实现生产效率最大化。金属零件多层排布一体式结构的前端是粉末铺设机构，系统会根据材料的特性释放相应量的金属粉末，之后由辊子压实，确保每一层的厚度为50μm。粉末压实金属粉末铺设完成之后进行粘结剂的喷射以及烘干。打印头喷射粘结剂喷射抗烧结剂粘结剂烘干粘结剂喷射过程中，32,000个喷嘴可以在全宽度上以每秒数百万个液滴的速度将粘合剂喷到粉末上，一次可形成一层高分辨率的零件；沉积抗烧结剂可创建界面层，而且抗烧结剂仅在有支撑的位置沉积，有助于零件制作完成之后的支撑去除。零件快速加工过程单通道喷射技术结合了所有必要的印刷步骤，每当有移动时，都有印刷，每小时可完成8,200cm3打印，零件可在几分钟之内完成打印，而非几个小时，大大提高了打印效率。一旦零件打印完成，即进入炉中烧结。视频中显示的烧结过程很魔幻，很像打印完成加热棒插入粉体直接进行加热，实际上DM production与Studio一样配备了烧结炉。烧结炉烧结过程烧结过程是一个关键的步骤，加热炉系统通过SiC加热元件和高功率微波进行烧结，炉膛采用云形链接，温度曲线可根据零件结构和材料特性进行设定，保证零件加热至正好低于材料熔点的温度，去除粘结剂并熔化金属颗粒，留下坚固的零件没有任何残余应力。不过一台烧结炉所能容纳的零件数量有限，若完全实现文中所说的高效率，一台打印机需要配备四台烧结炉。最终烧结的零件比直接打印完成时小约20％，但系统似乎可以自动识别零件尺寸进行打印比例的调节。零件致密度也可达到99.8％，尺寸精度可达50μm，均和激光打印的零件一致。DM Production每台打印机的零售价格预计在36万美元左右，将在明年上市。延伸阅读：Desktop Metal金属桌面打印机---DM STUDIO解析TruPrint 3D打印系统解析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？双喷头FDM 3D打印材料组合3D打印18K黄金首饰彩色3D打印技术之四--惠普MJF技术欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：Desktop Metal金属机---DM production

Desktop Metal于2015年成立于美国，目前已从Google、宝马、Stratasys和Lowe等公司募集了大量投资。该公司在短短时间内汇集如此大的名气，基于其全新的金属增材制造工艺---桌面级金属3D打印系统DM Studio与DM Production，这使得金属打印变的安全、高效、低成本。桌面级金属打印机避免了激光和金属粉末相互作用，无需空压机、制氮机，甚至不需要线切割，这使得工作环境变的安全可靠；在成本方面，完整一套的Studio系统的售价为12万美元，在材料使用以及后处理阶段所投入的成本也比激光制造手段低20倍（官网介绍）；在打印速度方面，DM Production系统比现有激光金属打印系统快100倍。本文主要介绍DM Studio系统的突出特点，另一款下期介绍。DM Studio系统DM Studio系统是基于类似FDM的原理，在所需的保护气氛下，以金属丝材为原材料，通过电感等方式熔化丝材，并在静电力／磁场等作用下控制喷嘴流出液滴的表面张力，在压力等作用下将金属液滴沉积在成形平台上；成形过程中可控制平台以及喷射系统的温度，并对形成的缺陷进行监控并予以修复。系统打印尺寸为300x200x200mm，层厚50μm，每小时可打印16立方厘米。具体的工作原理通过该公司公开的专利可获取其工作过程。DM Studio 桌面金属打印机DM Studio打印机包括计算机控制系统182，外壳112（内部有所需的保护气氛，如真空、惰性气体、除氧剂等），机械运动系统，成形平台和金属堆积系统120。当金属液滴在滴下时，机械控制系统按照一定的路径移动从而堆积形成三维金属件。该技术的创新之处在于，采用静电力来控制金属液滴从喷嘴中滴出。DM Studio 桌面金属打印机结构图在打印过程中，金属丝材被送入电感式加热管（或者电阻式加热管），从而熔化成为金属熔液；金属液滴在喷嘴口240处会形成液滴，该液滴的表面张力等参数可以通过磁场（230）、静电场（120，图1）或者二者的组合控制，并在压力等作用下由喷嘴滴到成形平台。感应加热及液滴喷射系统同FDM技术一样，该技术可支持多种丝材，其中一些管道也可以填充表面张力改性剂或者保护气体等，每个丝材可以有独立的储料管道或者也可以按照一定比例混合在一起；下图展示了该堆积系统的多个喷嘴，并且可实现对单个喷嘴喷射液滴的独立控制。 丝材供料系统 多喷嘴系统DM Studio打印过程大多数金属3D打印机都需要通过线切割等方式将产品从打印平台上分离，多余的材料和产品粗糙的边缘还要通过打磨才能去掉。而Desktop Metal可以使金属零件在没有任何处理的情况下直接手动与打印平台分离，支撑结构也可以用手去除。手动去除支撑零件脱离打印平台DM Studio打印系统配备了一台溶解粘结剂的设备以及烧结炉，在打印过程中金属中混入了蜡和其他一些聚合物，而且配合后面的烧结以及烧结后尺寸的大幅缩小，零件的打印可能仅是疏松成型。溶解粘结剂有机物的溶解主要是为后期烧结做准备，可保证在办公环境下顺利运行，即使有少量的废气，也会通过烧结炉中自带的过滤装置处理（木炭过滤）。溶解了粘结剂的溶液可通过溶解设备内部自带的装置进行蒸馏实现溶解液的循环使用。零件进炉烧结当部件加热到接近熔化的温度时，剩余的粘合剂被除去，并且金属颗粒熔合在一起，导致部件致密化达到96-99.8％。烧结炉内置型材可根据每种零件的构造和材料调整烧结工艺，最高可以达到1400°C的高温，确保均匀加热和冷却，避免产生残余应力。烧结过程烧结后的高品质零件DM Studio比粉末金属3D打印更安全，不需要额外的设备，材料更换方便，系统支持数百种不同的金属合金，这意味着DM Studio可用于制造多金属梯度材料。更换材料DM金属桌面机具有显著的优势，它使得金属打印设备以及材料的价格大幅下降，而且工作环境宜于办公。但同时其劣势也很明显，以桌面级别设备的真空或者保护气氛，仅能加工少量不活泼金属，并且难以加工高熔点金属；喷嘴一旦发生堵塞，清理会比较困难。以上便是笔者结合多方资料对DM Studio的汇总和解析，下期将介绍DM的另一款产品DM PRODUCTION，敬请期待。延伸阅读：TruPrint 3D打印系统解析金属粉末与激光作用过程为什么要仿真双喷头FDM 3D打印材料组合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？欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：Desktop Metal金属桌面打印机---DM STUDIO解析

通快TRUMPF集团创立于1923年，主要生产各类激光器和激光加工机床，以及数控冲裁和折弯机床等。通快TRUMPF集团在激光加工领域排名全球第一，也是全球第三大机床制造企业。通快公司近几年陆续推出了TruPrint1000、3000和5000系列的粉末床激光熔化设备，与EOS、SLM Solution等产品相比有很多突出特点，本期对其结构、制造特点予以分析。 TruPrint 3000 激光熔化系统1.光路系统TruPrint 3000与5000成型尺寸都是Ø300 x 400mm，设备配有外部工件和粉末管理系统的中幅面通用设备，使用激光金属熔化技术打印制造复杂的工业金属零件。而它较大的打印空间能够根据不同的应用，在零件的大小、数量和的几何形状等方面实现更佳的灵活性。3000系列配备一台500w的TRUMPF光纤激光器，5000系列配备了3台，扫描过程中可实现无缝拼接，大大提高了打印速度。TRUMPF打印系统的激光器波长约为1070纳米，均可单独调节光斑直径（100-500μm），灵活应对不同的元件要求，实现更高的表面质量要求。单激光与多激光扫描区别2.铺粉系统在加工过程中，激光扫描期间刮刀会预先移动到成型缸附近，这样进一步缩短了加工时间。快速铺粉X 形刮刀具有四个不同的面，可确保最佳的刮粉效果以及稳固可靠的加工过程。3.成型缸系统TruPrint 3000与5000都具有四个缸，包括两个供粉缸、一个成型缸以及溢粉缸。设备内置的大容量粉末仓保证了激光熔化加工过程中充足的粉末储备，即使整个打印空间都被利用时也无需额外补充粉末。在设计上突出集成内部换缸理念，即成型缸和供粉缸可自动快速更换，确保在生产期间同步作业，保证在操作过程中避免与粉末直接接触。此举减少了停机时间，对于提高生产率具有重要意义。四缸系统成型缸更换4.工件与粉末管理系统TruPrint打印系统的另一突出优点是粉末清理和筛分的密封性，配有包括筛粉机、拆包台和粉末回收漏斗的工件与粉末管理系统，且可以和打印加工同步进行，从而优化了操作流程，提高了生产率。虽没有SLM800展示的智能化，但也避免了人员与粉末直接接触，提高了安全性。 拆包台零件清理在拆包台内进行粉末清理，避免操作人员直接接触粉末；粉末吸嘴经优化设计，使清洁复杂工件时更加方便，同时拆包台具有电动升降装置，成型缸可旋转上升，使成型缸更易进出工作台。含真空传送管道的筛分站粉末筛分筛分站在保持粉末质量一致的同时具有非常高的筛分量，高度自动化的工作站允许无人操作。通过集成的真空管路可以从任意容器筛分，并通过称重功能按需装入所需容器。粉末仓借助粉末仓可存放、运送和加注大量粉末到标准容器中。料仓体积可以单独调整。例如可快速拆卸夹紧卡箍以便清洁。另外，使用标准叉车可以轻松运送粉末仓。标准叉车 TruPrint 工件与粉末管理系统5. 工业软件和监控TruPrint打印系统配备的软件可提供智能流程链，从而保证较高的安全性，用于开发、模拟、3D 打印和数控编程金属件的工具合并在同一系统中，因此不再需要 STL 数据转换。另外，软件包中还集成了用于处理成型工作的切片，填充和参数管理的 TRUMPF 成型处理模块，清晰的工作流程节省时间与成本。借助平板电脑通过 App 灵活操作和控制TruPrint打印系统看起来也是很高大上，作为老牌的激光器制造和加工企业其品质值得信赖。延伸阅读：金属3D打印后处理系统大尺寸金属制造--激光熔化沉积技术大尺寸金属制造（二）--激光熔覆制造技术金属增材制造技术面向工业制造和模具领域的应用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？欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：TruPrint 3D打印系统解析

曾经有一位3D打印方向的研究生导师“勉励”其弟子，你一定得做金属打印，你做SLA方向毕业去干什么呀？！此处到不说金属打印有多辉煌，多有前途，至少是被人们所看重。拖了法兰克福3D打印展的福，最近3D打印界利好消息不断，金属打印更甚，ANSYS收购3D SIM便是其中之一。为何非要把这个新闻拎出来说一说，因为国内压根没能做出这种软件，那么它是一款怎样一种软件? 在增材制造领域，“水最深”的应该是金属打印，金属粉末由固态到液态再成型成我们常见的金属，“经历了太多”，这个作用过程可能导致它密度不好、性能不佳，内部还可能储存着巨大的能量----应力！国内近几年提了多次的控形控性，然而直至目前，有多少商家也只能控其形而无法控其性，因为对成型工艺未能完全研究透彻。对金属打印过程中缺陷、应力、变形甚至性能的预测研究人员从未停止期待，国家也从未停止投入，然而我们对于增材制造仿真软件的课题攻关仍然望而生畏。笔者认为确实是太复杂了，可欧美确实也做出来了。研究人员对于ANSYS再熟悉不过，只要是理工科的，无论读书期间从事的什么课题，对于ANSYS大多都有了解，如今它却收购了金属打印仿真的技术领导者，从一方面预示着增材制造终于了一个被大多数人认可的软件用于研究，另一方面也代表金属打印的模拟仿真预测打印性能已经发展到了一定的地步。金属粉末与激光作用过程发生了丰富的物理化学变化，每一种粉末材料因为成分的差异与激光的作用效果也千差万别，打印过程所展现的现象更非一成不变，加工不同形状的零件更是融合了不同种类的工艺。一层粉末金属被加热和冷却，当沉积下一层时，再次加热，使两层粉末“焊”在一起形成固体；当零件完成时，每一层都经过多次热循环，在零件中产生残余应力。粉末分布不均匀或由于热膨胀/收缩循环而形成微小的微结构缺陷。在宏观层面上，根据零件的复杂程度，由于零件的整体形状和支撑结构，可能会出现额外的应变。任何这些情况以及更多潜在的情况都可能导致构建失败。构建失败可能包括零件变形，使零件超出公差或断裂。工程仿真可以预先解决这些问题，通过预测AM制造部件的构建过程效果和结果属性。然后可以修改三维设计以消除预测的问题，并确保成功构建结构合理的部分。3D SIM的产品包括专为机械操作人员和设计人员设计增材制造部件而研发的易用型工具exaSIM。exaSIM提供了无与伦比的预测功能，能发现并解决残余应力、扭曲和建造故障，从而帮助用户实现部件容差，而且无需物理试验就能避免建造故障。另一款产品FLEX可帮助工程师、分析人员和研究人员针对具体增材制造机械和材料组合调整最佳工艺参数。这就能在制造部件前实现最高水平的部件完整性并预测微观结构和相关属性。此次收购使ANSYS拥有了业内唯一一个完整的增材制造（3D打印）仿真工作流程。ANSYS增材制造仿真解决方案：设置机器工艺参数，保证支撑以及实体打印成功；为给定机器和材料限定属性；需提前模拟设计和预测增材制造过程。研究、评估和优化材料微观结构。3D SIM加入 ANSYS 只是一个开始，预示着国外技术将获得更加深远的发展，国内科研人员更加应该努力才是。延伸阅读：数值模拟在SLM成型过程中的应用欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属粉末与激光作用过程为什么要仿真

当前最大的粉末床激光熔化系统是Concept Laser开发的X LINE 2000R。其构建体积为800×400×500mm，双激光器具有1000W功率输出，并且在航空航天和汽车客户以及珠宝行业尤为受欢迎。最近的法兰克福正在举办3D打印展览，国内却已经被GE的米级的超大金属3D打印设备和华曙高科的所谓CAMS未来工厂刷屏，大尺寸粉末床激光熔化技术可谓挑拨着人们的神经，让小尺寸的SLM瑟瑟发抖感觉无用武之地。目前市面上的SLM设备以250、280居多，上300的比较少，到400成型幅面的就更少了，目前已知的有EOS的M400，SLM Solution的SLM 500等，国内铂力特也推出了自己品牌的400成型尺寸的设备，但用的少不代表不需求，国内外也从未停止大尺寸SLM技术的研发，只是由于技术本身以及高昂的成本目前还不能达到现有200多成型尺寸设备那么普及。2016年12月，“大尺寸粉末床选区激光熔化增材制造工艺与装备研发”项目获得了2016年国家重点研发计划“增材制造与激光制造专项”1985万元的经费支持，项目承担单位是北京易加三维。华曙高科也在前几天透露其FS421M（420x420x400mm）及FS721M（720x420 x400mm）正处于内部研制阶段（奇怪的是华曙高科总喜欢比别家多两厘米）。而在去年的4月份，由武汉光电国家实验室完成的“大型金属零件高效激光选区熔化增材制造关键技术与装备（俗称激光3D打印技术）”顺利通过了湖北省科技厅成果鉴定。华科曾老师研发的这款设备成形尺寸为500×500×530mm，不知易加三维会不会做出更大尺寸的商用化设备。上面说的几家单位的研发项目都是基于粉末床激光熔化技术，SLM设备要做大，势必需要多台激光器，多振镜分区同时扫描成型，需要攻克多激光聚焦光斑定位精度、激光功率一致性、多光束无缝拼接、多象限加工重合区制造质量控制以及大功率长时间工作条件下的光学系统的稳定性控制等众多技术难题，才能为实现大型复杂金属零件的高效率、高精度、高性能成型提供基础保障。下面以SLM 800为例来看看大尺寸粉末床设备是怎么工作的。SLM 800自动化装备SLM 800是德国金属3D打印公司SLM Solutions在法兰克福3D打印展上新推出的机型，一款大尺寸可扩展的金属3D打印机。SLM 800自动化分区该款3D打印机拥有500x280x850毫米的打印室，可容纳四个700瓦的激光器，用于生产大型金属零件。SLM800成型室SLM800配备4台高功率激光器多激光多振镜扫描过程这款机器的突破之处在于减少了人直接参与后续工作的机会，SLM 800配置了自动化处理站，可以自动处理开箱、预热、冷却、粉末移除和粉末转移等过程。打印完成成型腔自动移出送往清粉区域成型腔抵达清粉区外围腔体脱离看到此处不得不佩服，如此的自动化程度直接解放了人的工作，最重要的是人可以不用直接接触粉末，而且这台设备看起来还可以自动筛粉！粉末筛分零件清粉后自动送出工人取件此外，该系统还集成了永久性过滤技术，熔池监测（MPM），多激光功率监测（LPM），优化机器控制软件和真空可选粉末供料单元（PSV）等技术。据南极熊称，展会第一天SLM 800即签订出20台大单，来自亚洲，约2.9亿人民币，能源部门。除SLM Solution之外，通快推出配有三500w激光器的TruPrint 5000金属增材制造系统。该系统可自动计算理想的激光路径，这些光源能够确定多个路径，然后通过单一激光束完成单个组件的外轮廓，实现无缝衔接，成型尺寸为∅300x400mm。TruPrint 5000Additive Industries展示了集成式增材制造系统MetalFAB1，该系统采用模块化设计，包含了多个带内置粉末处理功能的构建室，可以实现在一台机器上同时使用4种材料而不会出现交叉污染。基于多激光器的粉末床熔化3D打印是其中的核心工艺，此外系统中还集成了自动化的热处理模块、交换模块、存储模块。但该设备在2015年的法兰克福3D打印展上已经展示过。该设备成型尺寸为420×420×400mm。Additive Industries MetalFAB1GE基于ATLAS项目推出了BETA金属增材制造系统，具有可扩展的架构，能够将Z轴增加到1.0m及以上。机器配备最新的1KW激光器，运行状况可进行监测，构建体积为1100x1100x300mm。ATLAS BETA不论法兰克福这次展示的多么眼花缭乱，笔者也只有羡慕的份儿，不过最让人印象深刻的还是金属打印尺寸基本上都是在向大尺寸方向发展，同时设备更加智能化、自动化，减少人的参与，换句话讲就是将多种处理设备集成在了一起，并通过传送带等自动处理，相信华曙所提出来的未来工厂之金属设备也是主导的全自动化、智能化的加工处理手段。下一期将推出几个很有意思的SLM细节，欢迎关注公众号，一周一期或更多。欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：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？

3D打印金属粉末作为金属零件3D打印产业链最重要的一环，也是最大的价值所在。在“2013年世界3D打印技术产业大会”上，世界3D打印行业的权威专家对3D打印金属粉末给予明确定义，即指尺寸小于1mm的金属颗粒群。包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末。目前，3D打印金属粉末材料包括钴铬合金、不锈钢、工业钢、青铜合金、钛合金和镍铝合金等。但是3D打印金属粉末除需具备良好的可塑性外，还必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。金属粉末由于应用及后续成型工艺要求不同，其制备方法也是各有不同，按制备过程主要包括物理化学法和机械法两种。在粉末冶金工业中，电解法、还原法以及雾化法等制备工艺方法应用广泛，但需要注意的是，电解法和还原法都有着一定的局限性，不适用于合金粉末制备。当前增材制造用金属粉末主要集中在钛合金、高温合金、钴铬合金、高强钢和模具钢等材料方面。为满足增材制造装备及工艺要求，金属粉末必须具备较低的氧氮含量、良好的球形度、较窄的粒度分布区间和较高的松装密度等特征。等离子旋转电极法（PREP）、等离子雾化法（PA）、气雾化法（GA）以及等离子球化法（PS）是当前增材制造用金属粉末的主要制备方法，四种工艺均可制备球形或近球形金属粉末。金属粉末制备方法1.等离子旋转电极法（PREP）等离子旋转电极法PREP（Plasma Rotating Electrode-comminuting Process）是俄罗斯发展起来的一种球形粉末制备工艺。其原理如图所示，将金属或合金加工成棒料并利用等离子体加热棒端，同时棒料进行高速旋转，依靠离心力使熔化液滴细化，在惰性气体环境中凝固并在表面张力作用下球化形成粉末；通过筛分将不同粒径的粉末分级，经过静电去夹杂（仅针对高温合金）后得到最终粉末产品。PREP原理图PREP法适用于钛合金、高温合金等合金粉末的制备。该方法制备的金属粉末球形度较高，流动性好，但粉末粒度较粗，SLM工艺用微细粒度（0-45μm）粉末收得率低，细粉成本偏高。由于粉末的粗细即液滴尺寸的大小主要依靠提高棒料的转速或增大棒料的直径，转速提高必然会对设备密封、振动等提出更高的要求。PREP金属粉末现阶段，PREP最先进的设备及核心技术仍掌握在俄罗斯手中，国内单位主要依赖与直接引进或者是在引进后进行吸收—消化—改进的方式掌握了部分技术，钢铁研究总院、北京航空材料研究院和西北有色金属研究院早期引进了俄罗斯的PREP设备，但现阶段设备工艺技术水平同国际先进水平有较大差距。国内西安交通大学、中南大学等高校开展了PREP工艺技术基础研究工作。钢铁研究总院和郑州机械研究所联合开发了国内首台大型PREP设备，用于合金粉末材料的研制，但钛合金细粉收得率仍不理想。近几年来，西安欧中公司从俄罗斯引进两套PREP设备，中航迈特、湖南顶立也相继自主研发了成套PREP设备，钛合金细粉（≤45μm）收得率不足20%。总体来看，我国早期引进和现阶段自主研发的PREP设备在整机性能上同俄罗斯仍有差距。优点：表面清洁、球形度高、伴生颗粒少、无空心/卫星粉、流动性好、高纯度、低氧含量、粒度分布窄。缺点：粉末粒度较粗，微细粒度粉末收得率低，细粉成本偏高。2.等离子雾化法（PA）等离子雾化法PA（Plasma Atomization）是加拿大AP&C公司独有的金属粉末制备技术。采用对称安装在熔炼室顶端的离子体炬，形成高温的等离子体焦点，温度甚至可以高达10000 K，专用送料装置将金属丝送入等离子体焦点，原材料被迅速熔化或汽化，被等离子体高速冲击分散雾化成超细液滴或气雾状，在雾化塔中飞行沉积过程中，与通入雾化塔中的冷却氩气进行热交换冷却凝固成超细粉末，PA设备原理图见图。等离子雾化制粉原理图PA法制得的金属粉末呈近规则球形，粉末整体粒径偏细。AP&C公司同瑞典Arcam公司合作，针对当前增材制造市场的快速发展，对产能进行扩建和提升。由于等离子炬温度高，理论上PA法可制备现有的所有高熔点金属合金粉末，但由于该技术采用丝材雾化制粉，限制了较多难变形合金材料粉末的制备，如钛铝金属间化合物等，同时原材料丝材的预先制备提高了制粉成本，为保证粉末粒度等品质控制，生产效率有待提升。等离子雾化法金属粉末优点：45μm以下粉末收得率极高，几乎无空心球气体夹带，优于气雾化法。Arcam电子束成型所采用的TC4合金均用该法制备。缺点：球形度稍差，有卫星粉，丝材成本较高。3.气雾化法（GA）目前，增材制造用金属粉末材料的气雾化制备常用技术包括有坩埚真空感应熔炼雾化VIGA（Vacuum Induction-melting Gas Atomization）和无坩埚电极感应熔炼气雾化EIGA（Electrode Induction-melting inert Gas Atomization）。其中VIGA法采用坩埚熔炼合金材料，合金液经中间包底部导管流至雾化喷嘴处，被超音速气体冲击破碎，雾化成微米级尺度的细小熔滴，熔滴球化并凝固成粉末。该方法主要适用于铁基合金、镍基合金、钴基合金、铝基合金、铜基合金等粉末的生产制备。VIGA原理图EIGA法将气雾化技术与电极感应熔炼技术相结合，摒弃与金属熔体相接触的坩埚等部件，将缓慢旋转的预合金棒金属电极降低至一个环形感应线圈中进行电极熔化，电极熔滴落入气体雾化喷嘴系统，利用惰性气进行雾化，可有效降低熔炼过程中杂质引入，实现活性金属的安全、洁净熔炼，主要应用于活性金属及其合金、金属间化合物、难熔金属等粉末材料的制备，例如钛及钛合金、钛铝金属间化合物的生产。EIGA原理图近年来，粉末生产商和制粉设备制造商通过对气雾化制粉技术的改进，发展了诸如超声气雾化、紧耦合气雾化、层流气雾化以及热气体雾化技术，并针对增材制造技术特点，对相关技术进行了改进，已经可以制备出满足激光选区熔化SLM、激光同轴送粉等增材制造工艺使用要求的粉末。优点：细粉收得率高，45μm以下可用于激光选区熔化，成本较低。缺点：球形度稍差，卫星粉多，45-406μm粉末空心粉率高，存在空气夹带，不适合于电子束选区熔化成型、直接热等静压成型等粉末冶金领域。4.等离子球化法（PS）射频等离子体具有能量密度高、加热强度大、等离子体弧的体积大等特点，由于没有电极，不会因电极蒸发而污染产品。射频等离子体粉末球化技术原理，是在高频电源作用下，惰性气体（如氩气）被电离，形成稳定的高温惰性气体等离子体；形状不规则的原料粉末用运载气体（氮气）经送粉器喷入等离子炬中，粉末颗粒在高温等离子体中吸收大量的热，表面迅速熔化；并以极高的速度进入反应器，在惰性气氛下快速冷却，在表面张力的作用下，冷却凝固成球形粉末，再进入收料室中收集。等离子球化原理示意图及球形粉末优点：粉末形状规则球化率高，表面光洁，流动性好。可制备高熔融温度的难熔金属，如钽、钨、铌和钼。缺点：加热周期长，容易造成挥发性元素会发，不规则粉末表面积大，氧含量高。方法对比PREP法制备的粉末粒度范围分布较窄，不易获得微细粉末，细粉收得率较低，由于细粉成本居高不下，这使得其在SLM工艺应用上受到较大限制。该技术制备的粗粉在激光快速成型LSF工艺中获得应用。PA法已经用于常规牌号钛及钛合金粉末的批量制备，通粉中含有卫星粉、片状粉、纳米颗粒等，经处理后其粉末流动性良好。由于需要丝材作为原材料，该技术在制备难变形金属材料方面遇到瓶颈，材料适用范围窄。在生产镍基合金、铁基合金等非活性金属粉末方面，其生产成本较高。VIGA法制粉由于其效率高、合金适应范围广、成本低、粉末粒度可控等优势，是全球范围内增材制造粉末供应商普遍采用的技术方法。EIGA法在制备活性金属粉末方面相比于PREP法具有节约材料，生产灵活，细粉产出多等优势，适宜SLM工艺用钛合金粉末的生产制备。几种金属粉末制备方法对比制粉方法制粉能耗细粉收得率母材及成本PREP适中-高低特定工艺棒材，成本较高PA适中-高适中细线，成本较高VIGA低-适中较高配料或母合金，成本较低EIGA低-适中适中常规棒材，成本较低PS适中-高适中非球形粉全球增材制造技术产业正处于高速发展期，在增材制造材料、装备、工艺、应用等方面，欧美发展更为全面系统。我国增材制造技术发展多集中于打印成型过程，在合金材料研究方面重视不够，粉末材料的制造装置及工艺技术研究投入明显不足，新合金粉末材料开发和多工艺复合低成本制粉技术尚未广泛开展，这些基础性装备建设和工艺技术研究的缺失很大程度上影响了我国自主增材制造材料技术体系的建设和发展。欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印技术粉末成型工艺

大多数3D打印工艺都具有自己的后期处理要求，而对于金属粉末增材制造后处理更为繁琐，并存在一定的安全风险。金属打印后处理需要去除支撑，该过程往往很困难而耗时很长，同时还需要去除封闭在支撑或零件内多余的粉末，尤其是当部件内的通道内含有粉末时，去除会很困难。出于安全考虑，最好不要直接处理这些金属粉末，而且在零件投入使用之前，将所有松散粉末除去是必要的。Solukon公司开发了一系列粉末去除系统，该系统通过旋转和振动3D打印部件来除去多余的粉末，从部件内部释放金属颗粒。Solukon联合创始人Andreas Hartmann表示，金属原型制造系统近年来快速发展，应用范围不断扩大，但是加速这些技术工业化的外围工艺一直滞后。原型制造领先用户的研究表明，生产金属部件的成本中有70％以上归于前后工序。Solukon的使命是采用自动化手段来简化增材制造过程，并通过这一手段来扩大金属打印的工业可行性。Solukon系统的设计旨在通过最少量的人为干预，来最大限度地回收未使用的粉末。Solukon提供两种尺寸，每种尺寸有两个版本。SFM-AT800能够处理尺寸高达500x500x500mm、重达300kg的零件。在2018年，升级后的系统能够处理高达800x400x500mm的零件。SFM-AT300可以处理高达300x300x350mm的部件，重量可达60kg。这些系统分为标准版本以及惰性气体版本，前者用于去除危险粉尘，后者的设计用于去除具有高爆炸危险的粉末，如钛和铝。由于密封的清洁过程以及惰性保护气体的安全监控，这两个系统均经过了ATEX认证。Solukon系统的工作原理是，金属3D打印部件在打印完成之后仍紧密的结合在基板上，将金属基板固定在后处理系统的加工台上，通过可编程的旋转部件，工作台将部件以预定的路径旋转以从部件的支撑结构、内部通道和复杂构造中释放粉末，例如散热器和热交换器。同时，受控的可变频率振动装置将使压实的粉末变得松散。最后将收集起来的粉末装入特殊容器或通过外部筛分装置进行筛分后重新使用。Solukon系统适用于市场上所有金属3D打印的零件，速度快，经济实惠，节省时间可达90％以上。它们设计坚固，易于维护，并允许粉末被安全地取出和收集。通过使用该系统，可以有效的节省金属粉末，避免浪费，降低成本，简化部件制造过程，并避免了金属打印的职业和环境风险。金属打印后处理系统优点o 高危险性防护等级o 快速经济的部件去粉/时间节省高达90％o 惰性气体保护，防止爆炸o 持续惰性气体处理，避免氧气污染o 方便处理零部件o 友好的维护设计o 适用于所有制造粉末制造系统的去粉过程o 设计坚固，可持续运行欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属3D打印后处理系统

前几期讲述了3D打印技术在服装、家具、首饰等领域的应用，在医疗保健行业使用3D打印技术正越来越受欢迎，本期讲述该技术在药物制造方面的应用。采用3D打印技术制作药物，突破了传统药物加工技术的局限，保证其打印的药物结构可控，载药量精确，为打印新型药物剂型和定制个性化药物的发展提供了重要的手段。FDA于2015年8月批准了第一款3D打印药物，证明3D打印技术正在推动其在制药领域的发展。本期介绍几种可用于药物打印的工艺手段，包括SLS、FDM、SLA、半固体挤出以及喷墨技术。1.选择性激光烧结（SLS）打印药物FabRx选择性激光烧结目前多用于尼龙、PS、覆膜砂等工业制造，迄今为止，还显有关于使用SLS制造口服药物加载产品的报道。SLS打印机的示意图SLS使用激光将来自粉末床的粉末颗粒结合在一起。在打印过程中，激光可在粉末床表面绘制各种图案，逐层实现制造。与其他方法相比，SLS是无溶剂的工艺，可提供更快的打印速度和更高的分辨率。FabRx实验室采用乙酰氨基酚（对乙酰氨基酚）与药物赋形剂的混合材料作为药物材料，采用桌面SLS 3D打印机进行成型。桌面SLS 3D打印机SLS烧结药物过程药物取出过程SLS技术可以打印几乎具有各种形状，大小，颜色，质地和口味的药物组合，使其对各种患者群体尤其是儿童或老年人更有吸引力。激光本身通过振镜控制使药品打印具有较高的分辨率并且不会发生药物降解，同时通过前期设计来保证药物剂量来区别药物的浓度。通过SLS打印的含有对乙酰氨基酚（对乙酰氨基酚）的药品研究人员采用动态溶出模型进行了药片释放试验，随着时间的推移调节ph值，精确模拟了药物在经过胃肠道期间的状况。选择合适的赋形剂可控制药物的释放特征，包括即时释放、持续和延迟释放。通过SLS打印的药物溶出曲线SLS技术提供了一种简单、快速的方法来制造具有任何药物成分的的个性化、高分辨率药品，拓宽了可用于制造现代药物的3D打印技术的范围。2.FDM打印药物熔融沉积技术（FDM）正在成为制药科学中越来越重要的技术，它允许通过沉积薄层材料制造个性化的口服制剂。FabRx研究人员发现，FDM制造的药物其内部结构会影响药物的溶出行为。 FDM打印的药物FabRx采用拉丝机制造了富含对乙酰氨基酚（对乙酰氨基酚）或咖啡因的聚乙烯醇（PVA）的FDM丝材，并使用FDM桌面机打印口服给药物Printlets TM。Printlets TM的微孔主要是由于打印时的层间粘接所产生的间隙产生，并且Printlets TM的孔隙大小是丝材孔隙率的10倍。扫描电子镜图像显示了PrintletTM的横截面的内部结构对碳酸氢盐培养基中的Printlets TM进行药物动态溶解释放试验，根据药物的溶解度和药物含量显示了不同的释放特征，而且药物的孔隙度与预测的药物释放特征无关。药物释放特征与药物溶解度及其含量的关系这项研究有助于阐明哪些因素会影响新型药物的释放，并确认了3D打印Printlets TM的潜力。3．SLA打印药物伦敦大学药学院和FabRx有限公司的研究人员通过立体光刻法（SLA）制造了口服片剂。SLA技术通过光聚合固化液体树脂，并以逐层方式重复固化实现物体成型。使用SLA打印机成功制备了含有对乙酰氨基酚和4-氨基水杨酸的药物片剂，并制备了具有不同性质的各种其他制剂。在打印过程中，将药物加入到液体树脂中，将得到的混合液体装入打印机中，在打印过程中，药物被固化在树脂基质中。SLA在分辨率方面优于其他3D打印技术，并且可免于热作用对于药物成分的损坏，从而防止了药物降解。富含4-ASA（棕色）和对乙酰氨基酚（白色）的片剂在胃肠道的动态溶解模拟研究中发现，药物从胃液中开始释放，并根据制剂的药物含量决定是否在肠道内持续释放。SLA技术可允许制造具有特定释放特征的药物，在未来，该技术可用于制作口服型以及个性化剂量的药物。4.半固体挤出技术打印药物挤出成型打印技术制备药物是将药物、辅料粉末与黏合剂混合均匀后加入到成型设备的打印喷头中，然后按照计算机设计的处方量和路径挤出在加工制造平台上，最后经过干燥获得所需的3D药品。根据药物和添加成分的含量可制作成不同口味，这些配方专为儿童和老年人而设计。5.喷墨技术打印药物喷墨技术此处可以理解为polyjet技术也可理解为3DP技术，若喷出的是树脂材料，配合光照就是polyjet；若将胶水喷射在粉末材料上进行粘接，就是3DP技术。笔者认为，将药物成分制成粉末后采用粘结剂也可成型，也是一种打印药物的方法。而FabRx研究人员是采用喷墨打印机将调制的含有药物成分的墨水直接打印到玻片上，这种技术在10几年前就已存在，可打印无痛注射贴片，为患者提供定时定量药物注射，也可含药物的口腔膜等等。喷墨式打印技术的关键在于液墨的配制及精确控制液滴的喷射速度、位置、尺寸，以保证药物的形态和质量。3D药物打印与个体化治疗示意图药物3D打印与传统药物加工方法相比虽然具有众多优势，但在制药领域仍处于发展的初期阶段，目前还存在着打印药物载药量低、药物成型分辨等率低，载药材料种类少、药物相容性差、制剂释药模式单一、生物活性分子易降解等问题，但相信通过将3D打印与医药学科融合发展以及与传统药物加工技术优势整合，这些问题都会得到很好的解决。不久的将来，医生通过采集病人的临床数据，根据每个人身体的代谢规律和遗传信息给病人开药方，在打印药物时相应的调整药物量，从而打印出量身定做的个性化药物。因此，3D打印将为医药发展带来新的机遇和希望，加速个性化给药时代的来临。欢迎关注٩(๑❛ᴗ❛๑)۶ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印在制药领域的应用