3D打印技术参考注意到，来自北京航空航天大学、常熟理工学院、香港理工大学、西安电子科技大学的联合团队近日在体积3D打印领域取得重大研究进展。他们提出了一种新的投影策略，使体积3D打印的速度提高了十倍！ SVIP-VAM系统：（a）稀疏投影集，其中相邻辐照视图之间的间隔明显大于 1°。（b）打印系统，由制造和监控组件组成 体积3D打印(VAM)通过一次性固化结构，实现了更快且无需支撑的打印过程。然而，传统的VAM需要与树脂槽旋转同步进行数百甚至数千次的光投影，导致单次投影效率低下；此外，打印前生成投影需要的大量计算时间。这些步骤显著增加了整体打印时间，并限制了该技术的应用范围。 研究团队开发了一种名为稀疏视图辐照加工体积增材制造（SVIP-VAM）的方法，将所需的投影数量从一千多个减少到仅需15个即可实现高质量制造，对于某些更简单的几何结构，甚至只需8个投影也可实现高质量制造。该方法将单投影效率提高了60多倍，并将投影集计算时间减少了近10倍。这些改进将推动体积3D打印技术的发展，促进其在快速制造领域的更广泛应用，包括组织工程、医疗植入物和航空航天制造。 稀疏视图投影重建 3D打印技术参考查询到，CT稀疏视图技术是一种通过减少投影数据来降低X射线辐射剂量的医学成像技术。在传统CT扫描中，投影数据通常从1000到2000个X射线源位置均匀分布采集，而稀疏视图CT将投影数据数量减少到小于100个。该技术在减少患者辐射剂量、缩短扫描时间等方面具有显著优势。然后通过优化的重建算法（如压缩感知和深度学习）来实现高质量的图像重建。 该研究的作者团队之一来自北航生物与医学工程学院，受CT中稀疏视图采样的启发，联想到体积3D打印也可以类似地采用这种方法来减少投影数。体积3D打印结构仅包含空间位置信息，与CT扫描中的灰度信息相比，其信息量要低的多。在制造过程中，最关键的一步是确定结构在打印空间中的轮廓位置。相比于整个结构所有点的位置信息，轮廓上的点数要少得多。 全圆和半圆打印 这项突破的关键在于一种名为奇偶（OE）辐照的全新投影策略。传统方法采用等间距投影，通常会收集重叠信息。相比之下，新方法会调整角度减少重复，使每个投影更有意义。模拟结果表明，这不仅提高了打印精度，还提高了流程效率，尤其是在使用较少投影的情况下。 为了测试该系统，研究团队打印了各种形状。立方体仅用四个投影打印，而圆柱体和球体则需要八个。更精细的模型，包括一个名为“思想者”的人形，则用12或15个投影完成，与用360度投影打印的模型非常相似。使用标准图像比较工具对结果进行评估，在所有情况下，使用15个投影的打印件在结构相似度和图像质量方面的得分均超过0.9。 奇偶辐照法 除了减少投影数量外，该方法还大幅缩短了计算时间。生成1440个投影所需的光图案耗时超过一小时。而使用SVIP-VAM，仅使用15个投影完成相同过程仅需约七分钟，速度提升近10倍。每个投影的效率也提高了60多倍。对于更简单的打印件，效率提升甚至更高，最高可达125倍。研究人员构建了一个定制装置来进行实验。包括一个405纳米LED光源、一个数字微镜装置、一组透镜和一个悬浮在折射率匹配液体中的树脂槽。一台摄像头实时监控打印过程，并测试了两种不同类型的树脂，以验证系统的灵活性。 SVIP-VAM 基本几何结构的打印 打印完成后，将打印件放入异丙醇中，用超声波清洗，然后在紫光下固化。最终打印件展现出良好的结构完整性和精细的细节。其中，花瓶盖模型以其精确度脱颖而出，壁厚薄至130微米。 研究证实，SVIP-VAM在不影响质量的情况下减少了体积3D打印中的光投影次数和计算时间，使其成为组织工程、医疗植入物和航空航天制造应用的有力候选技术。该研究以Sparse-view irradiation processing volumetric additive manufacturing为题发表在《国际极限制造杂志》上。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

3D打印因设计自由度高和可个性化定制的等优势而被各行各业广泛关注，应用潜力巨大，因而也涌现出了如激光粉末床熔融（LPBF）、熔融沉积（FDM）、选择性激光烧结（SLS）以及光固化（SLA）等多种打印方式。 但在实际打印过程中会出现各种各样的问题，包括在打印完成后得到的零件致密度低，打印过程中产生气孔和热裂纹等缺陷，以及在打印结构设计中支撑件存在设计稳定性和后处理困难的问题。为了解决这些问题并缩短3D打印参数设计的试错成本，许多仿真模拟软件应运而生。本期内容，3D打印技术参考注重介绍本领域聚焦不同用途的仿真软件。 微观组织演变的仿真模拟 3D打印过程中微观组织的凝固过程对于最终产品的质量影响非常大，获得高密度和高精度的产品是3D打印制备零部件的目标。COMSOL是一种可以进行多物理场耦合的仿真平台，能够模拟不同工艺下的凝固过程，从而分析3D打印中材料的微观组织演变。例如，COMSOL可以通过模拟3D打印过程中的热量分布情况为材料的熔化及凝固提供参考，也可以通过分析固体传热和固体力学物理场来预测零件的应力和变形。 不同扫描速度下熔池的数值模拟结果（使用COMSOL模拟） 左：由于存在残余应力，飞机叶轮的叶片发生翘曲；右：调整后的最终叶轮设计 Flow-3D是一款主要采用计算流体动力学（CFD）技术，可以定义多种物理模型的计算仿真工具。3D打印中材料从粉末状态到被激光或其它能量加热熔化后的凝固成型过程会涉及流体流动及相变，这些过程Flow-3D都可以进行模拟并对实际的打印给予指导。以模拟不同扫描速度为例，Flow-3D在模拟该参数下的凝固情况时可以对熔池的流动进行分析，从而发现特定的扫描速度下熔池的凝固速度过快会导致内应力较大产生裂纹。研究人员就可以基于这种结果来调整实际打印过程中的扫描速度，减少凝固过程中裂纹的产生。 支撑结构仿真，助力无支撑打印 在进行一些复杂结构设计时，支撑件的设计是必不可少的，它对于保证3D打印过程中产品的稳定性起到重要的作用。支撑件设计不当可能会导致材料的浪费，增加打印时间，甚至可能会导致打印过程中零件坍塌，导致打印失败。此外，对于一些外部封闭而内部复杂的结构件，在设计支撑件时很难在后处理的过程中将支撑件取出，合理运用仿真模拟软件能有效避免这些问题。Magics是3D打印行业应用最广泛的软件，在变形和热应力方面的仿真能力非常强大。但近几年来，国产软件也在崛起。 VoxelDance Engineering（VDE）软件在支撑件的模拟方面有很强的技术，它可以将支撑结构视为均匀密实结构后实现对支承刚度的精准模拟，从而避免仿真误差。该软件在材料库中添加了与各种常用材料相匹配的材料参数，使用户能够使用材料库中的默认参数或自定义参数，保证支撑件模拟的准确性。以封闭叶轮模型为例，VED软件可以将支撑结构视为均匀密实结构，并为支撑模型添加对应材料参数后再次进行仿真，最终有效避免了翘曲变形并提高了打印成功率。 仿真结果 打印成功的零件 除VED和Magics这两款之外，Genesis在3D打印支撑件模拟方面也展现出巨大的优势。它在针对一些如镂空结构、悬垂结构等复杂结构时可以运用其算法和智能分析技术来进行快速分析。通过结合经验数据，Genesis可以快速判断出打印过程中哪些区域可能会因为重力/结构因素导致变形/坍塌等问题，从而可以对支撑结构的位置进行设计。例如在基于Genesis中的仿真孵化策略下，3D打印的叶轮能减少其设计时的支撑体积，并具有制造封闭软管叶轮的能力，最终叶轮内部的叶片中打印出了没有支撑件且表面良好的产品。 功能/性能仿真加快3D打印设计开发流程 在前文中所提到的微观结构及支撑件方面的优化上，仿真模拟起到的一个十分重要的作用就是“降本增效”。例如，通过前文中所提到的COMSOL和Flow-3D对于凝固过程的模拟，能够预测微观组织演变，减少后期因组织上的孔隙率过高等缺陷导致后期返工，影响项目进度。在支撑结构上的优化也对实际材料成本和时间上减少浪费，例如人体骨骼模型中由于具有复杂曲面和多处悬空关节。通过采用“点支撑”布局，可以使材料消耗比传统设计减少60%（数据来源：嘉立创3D打印网站）。 西门子能源在SimScale中的热流仿真 除了在优化材料打印过程中涉及到的微观凝固和支撑结构上，仿真软件本身使用的简洁性也为仿真过程带来减少时间浪费的效果。其中，SimScale是一款广泛应用于3D打印领域的基于云端的计算机辅助工程（CAE）仿真平台，能够为3D打印提供强大的仿真支持。它能够进行多物理场仿真，包括结构力学、计算流体动力学以及热力学等，用户可以在云端对其进行访问，无需安装软件就可以进行仿真分析。在此之前，西门子能源在使用CAD使将复杂结构（如：TPMS或几何晶格结构）在导入仿真工作中会具有很大的挑战，它必须要将几何结构进行曲面细分后才能生成体积网络，创造复杂结构图形。如此一来，如热交换器的文件大小可能会占6GB，对于生成和导入就需要花几小时才能完成。 SimScale使用nTop的原生库“nTop Core”可以直接在隐式模型上进行可视化处理、网格划分和仿真，将导入时间从几小时缩短到几秒钟。除此之外，西门子使用SimScale进行了热性能优化，以最小的压力损失实现最大的热传递。 另外，晶格结构的设计可以满足现阶段倡导的轻量化及多功能散热等需求。其中ANSYS Lattice Simulation就是一种3D打印点阵结构分析工具，可以为3D打印晶格结构和超材料设计提供多尺度仿真支持。该软件具有用户界面友好，容易操作，自动生成材料数据库并支持参数优化等优势。在刚度分析上，它可以进行精确模拟，使误差值仅在百分之零点几。在点阵优化上，它还能够将复杂的点阵结构简化为宏观等效实体模型，降低建模难度并提高仿真效率。 ANSYS点阵结构刚度分析 除此之外，3D打印技术参考近日又发现一款仿真软件——PanOptimation的PanX软件。根据介绍，它将尖端的仿真和优化引入了金属增材制造行业。其采用一种新颖而独特的多网格建模方法进行热机械仿真，与传统的有限元分析 （FEA） 模型相比，运行速度快100倍，同时只需要非常适中的计算机硬件。该软件可识别并帮助纠正大多数热和机械构建问题（变形、铺粉机构卡住、开裂等），从而大大减少实验试错的需要。 END 除上述所提到的仿真软件外，还有大量的仿真模拟软件可以帮助优化3D打印，以满足不同用户及应用场景的需求。例如3Dxpert可以用来简化设计和打印的工作流程，适用于批量增材制造生产；Altair Inspire Print3D更适合SLM和MBJ打印方式，能设计减少3D打印后处理工艺；Simufact Additive能模拟3D打印的堆积及热处理等过程，适用于航空航天等高精度领域。 总体来说，仿真模拟技术在3D打印上起到了非常多的助力作用。通过仿真模拟技术，可以减少试错时间、预防支撑结构设计不合理导致打印失败，这使得仿真+3D打印技术在航空航天、医疗等领域都具有很大潜力，有望带来更高效且智能的3D打印解决方案。#增材制造#

日前，3D打印技术参考注意到，来自NASA马歇尔航天飞行中心、美国橡树岭国家实验室以及亚利桑那大学的联合团队在Additive Manufacturing Letters期刊发表了题为“GRCop-42: Comparison between laser powder bed fusion and laser powder direct energy deposition”的文章。 本研究采用激光粉末床熔融和激光粉末直接能量沉积两种方法，对GRPC-42铜合金进行了比较分析。该研究涉及一系列材料属性，包括表面形貌、内部缺陷、微观结构特征、准静态力学性能和断裂特征。研究结果表明，尽管样品是用同一基材制作的，但在两种增材制造工艺之间，所产生的材料性能差别很大。因此，不能假定各种制造方法的材料特性是一致的。因此，必须根据具体参数对个别制造工艺进行材料定性。 表面形貌差异——与性能影响 通过L-PBF和LP-DED工艺制造的材料的表面形貌存在显著差异。L-PBF样品表面存在明显的粉末粘附，但表面相对平直。相反，DED样品表面几乎没有或完全没有粉末残留，但表面呈现波浪状。 两种工艺制造的样品的表面形貌 应力-应变曲线：a) 保持打印表面的样品；b) 保持打印表面与经过表面处理的样品之间的比较 这种不同的表面形貌在影响拉伸性能和失效机制方面发挥了重要作用。特别是，在LP-DED试样上观察到的构建层显著降低了延伸率，这一特征不影响L-PBF试样的拉伸性能。对LP-DED试样进行抛光后发现，与直接打印试样相比，抛光试样的伸长率增加了74%。 内部缺陷差异——与性能影响 通过LP-DED工艺制造的样品，内部缺陷被发现是最小的。该工艺制造的试样保持相对一致的强度,不论试样厚度如何。然而,随着试样厚度的减小,LP-DED试样延伸率下降了36%以上。这种行为与较厚样品具有更大的横截面积以抵抗裂纹扩展有关。 两种工艺制造的样品的CT图像 相比之下，L-PBF样品中出大量的孔隙，且随着样品厚度的减小，孔隙率百分比增加。较薄样品中孔隙率的增加可能是L-PBF样品中观察到的尺寸效应的原因，随着样品厚度的减小，强度降低了13%以上,延伸率降低了20%以上。 显微结构差异 L-PBF和LP-DED工艺产生的热条件导致了每种制造方法下独特的凝固条件，进而导致了晶粒结构和晶体织构的显著差异。L-PBF样品中，晶粒呈现出与构建方向平行的柱状结构，同时在扫描路径上沿构建方向垂直的方向上有几个“晶粒岛”。这些样品还沿着构建方向展现出中等强度的织构，晶粒在方向上取向。 不同厚度的晶粒尺寸相似,但两种方法的晶粒尺寸差异很大 两种打印工艺制造的铜合金的显微结构 相比之下，LP-DED样品中晶粒则呈现出与构建方向平行的锯齿状图案，这种图案的方向随着扫描方向的变化而交替变化。在LP-DED样品的壁边缘，晶粒细小且等轴，而越往中心晶粒尺寸逐渐增大，且中心区域的晶粒形态较为模糊。此外，LP-DED样品还沿着构建方向展现出强烈的织构，具有旋转立方织构，且在方向上取向。这些晶粒结构和晶体织构的差异对材料的力学性能、热传导性以及其他物理性能都有重要影响。 材料性能差异 L-PBF样品表现出了明显的尺寸效应，即随着样品厚度的增加，强度和伸长率均有所提高。这种效应主要归因于样品尺寸减小时孔隙率的增加。相反，LP-DED样品也展示了尺寸效应，但主要表现为随着样品厚度的增加，伸长率增加。这是因为较厚的样品具有更大的横截面积，能够更好地抵抗裂纹的扩展。 不同厚度试样的机械性能 此外，在相同厚度下，L-PBF样品的强度高于LP-DED样品。这主要是由于L-PBF样品中存在更细小的晶粒尺寸，这是提高强度的主要因素。细小的晶粒意味着更多的晶界，这些晶界可以阻碍位错的运动，从而提高材料的强度。 失效机制差异 L-PBF样品主要因裂纹扩展和孔隙合并而失效，这是由于样品中存在大量孔隙所导致的。相比之下，LP-DED样品主要在层间失效。在LP-DED样品中，表面应力集中被认为是裂纹萌生的主要原因，而由此导致的较小横截面积则降低了对裂纹扩展的抵抗力。 不通样品的断裂形貌 END 铜合金由于具有高的导热性和作为结构部件的能力而在航空航天工业中被普遍使用。GRCOP-42是美国航天局研制的用于火箭燃烧发动机内衬和换热器的一种强化铜合金。激光粉末床熔融和激光粉末直接能量沉积两种工艺均已经成熟，但它们各有不同的适用场景。LPBF技术主要用于制造高精度功能组件,但在构建尺寸上存在上限。LP-DED技术可以将构建量增加到1m以上，但在表面精度上稍差。两种工艺虽然都使用激光实现增材制造，但两者的在构建环境、原料、参数（如激光功率、移动速度）上存在差异。比较两种工艺制造同一材料的性能差异，有助于更安全的使用3D打印技术制造组件。

3D打印技术参考于近日又发现一款极为酷炫的3D打印手表。 一家名为Ayoub Ahmad的公司打造出一款名为STRACTRA的3D打印钛金属概念腕表。这款表的小时刻度呈现在180度的几何弧线之上，其表圈受自然启迪呈现出树枝状的图案，在腕表右侧弧线形成规整线条。在这些有机结构的空隙间，小时数字、指针均以日落橙色为主色调，在钛金属的配色衬托下十分显眼。此外，分钟刻度在指针下方呈360度圆环环绕，让这款3D打印钛金属概念腕表的报时功能更为完备。 不同于传统圆形或方形钟表那种规整的设计风格，这款概念3D打印钛金属腕表的框架自带一种有机质感，表壳线条流畅自然，宛如树枝的形态或是大自然中灵动的曲线。设计师Ayoub Ahmad早有规划，打算运用3D打印技术来生产这款腕表，同时选定钛金属作为整个腕表的主要材质。借助3D打印技术，他能够顺利实现小时刻度所呈现的弧形、分钟刻度所构成的圆盘，以及表身独特的六边形设计。 左侧似乎有一个格栅，用于触感 3D打印钛金属概念腕表STRACTRA的左侧表盘，看似格栅状的设计，但实际上却带有一些凸起，以提升触感。蜿蜒的线条穿过中间的分钟刻度盘，仿佛树枝的生长。弧线从小时刻度盘延伸至中间的刻度盘，让佩戴者能够看到腕表内部的齿轮。在刻度盘旁边，镌刻着3D打印钛金属概念腕表STRACTRA的名称。 钟表背面的光滑表面 分钟盘细节图 钟表名称位于分钟盘旁边 设计线条贯穿表盘 这款腕表设计仍处于概念阶段，Ayoub Ahmad表示，这款腕表是他参加迪拜钟表周的参赛作品。迪拜钟表周将于2025年11月19日至23日举办。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

3D打印技术参考注意到，来自瑞士洛桑联邦理工学院机械工程学院的中国学者管清华等人，近日在Science Advances上以封面文章发表了“”的研究。 该团队制造了一头受肌肉骨骼启发的肌腱驱动机器人大象，其关节与可编程弯曲轮廓相结合，象鼻结构柔软连续。需要指出的是，他们没有使用不同材料来制造软、硬部件，而是开发出了一种晶格结构生成技术，其支持超过一百万种离散配置和无限几何变化，仅使用单一材料制造的不同晶格分布，即可使材料在不同的区域呈现柔软、坚硬的不同状态。3D打印技术参考注意到，该方案为设计轻量级、适应性强的机器人提供了可扩展的解决方案。 真实骨骼肌肉结构为人形机器人开发提供思路 软组织与刚性结构（一些是被动的，另一些是功能性的）的整合在能量、精度和运动范围方面提供了优势，从而可以实现各种复杂的行为。例如，猎豹有弹性的肌腱，可以与坚硬的骨骼一起储存和释放能量，实现爆发性的加速。人手中肌肉、肌腱和韧带的排列和相互作用使精细运动技能成为可能，而蛇的灵活脊柱则使运动更加灵活。这些对于机器人来说是令人羡慕的特性，并启发了机器人肌肉骨骼下肢、上半身甚至人形机器人的发展。 宇树科技机器人 多材料3D打印在机器人结构开发方面的限制 3D打印已成为制造软刚肌肉骨骼机器人的关键制造技术。这种多材料增材制造技术可以形成具有空间变化材料特性的复杂三维形状，并在驱动下表现出多模态变形。然而，动物肌肉骨骼结构的复杂性和多样性是显而易见的，存在许多不同的关节排列，甚至完全肌肉化的器官（如象鼻）。因此，我们需要能够模仿这种广泛的潜在生理结构的设计方法和3D打印技术。 多材料3D打印是实现肌肉骨骼软刚系统结构单阶段制造的关键技术。例如，通过硬骨和软韧带两种材料可以制造骨架手、视觉控制打印和多材料多喷嘴3D打印。 虽然多材料3D打印本质上可以实现材料或不同特性的组合，但这种方法在可实现的肌肉骨骼结构的复杂性和多样性方面也受到一定限制。首先，它将结构不同部件的刚度范围限制在一个离散的或通常很小的范围内，限制了复制自然界中连续变化的广泛刚度的能力。其次，材料的各向异性很大程度上是由其成分或3D打印技术决定的，这使得模拟肌肉骨骼系统中看到的底层各向异性和方向性变得具有挑战性。 可编程晶格超材料的挑战 具有可编程体积行为的晶格超材料的开发使得能够从单一基础材料中获得更连续和更广泛的机械性能。晶格结构通常使用重复的晶胞形成，例如体心立方、开尔文或八面体。虽然这些结构提供了增强的机械性能，但它们对重复几何形状的依赖限制了可实现的刚度和各向异性的范围。 最近的努力引入了更复杂的几何形状，例如拓扑调节或厚度调制，以产生梯度特性 。然而，这些方法主要关注各向同性、厚度变化或有限范围的结构变体，限制了它们在设计高度可调的机械行为中的适用性。此外，由软材料开发的晶格结构在大变形过程中表现出复杂的力学行为，这是由于材料在大变形过程中的非线性（例如，超弹性和梁屈曲）使得这些结构的设计和优化具有挑战性。 越传统晶格结构的设计方法，刚度和各向异性范围显著扩大 这项工作展示了改变晶格结构的几何形状以实现一系列结构特性的潜力，例如可编程变形、刚度、泊松比和各向同性，刚度范围和编程其各向异性的能力目前受到可创建的不同几何形状范围的限制。 研究人员提出了一种使用单一材料设计和制造可编程软硬晶格结构的方法。该方法的核心是拓扑调控 (TR)，它通过引入广义晶格混合方法扩展了晶格单元的设计空间。这使得能够创建无限多种新的晶格几何形状，其刚度和各向异性属性的范围显著扩大，超越了传统晶格设计的约束。 利用拓扑调控，研究人员可以创建具有更多样化力学行为的晶格结构，从高度柔性到刚性，从而能够更精细地控制材料属性。在此基础上，将叠加编程 (SP) 与拓扑调控相结合，从而能够在毫米级上连续或离散地改变晶格刚度、各向异性和连通性的空间。拓扑混合和叠加分布控制着晶格的空间属性，并允许结构在不同力学状态之间进行渐进或突然的转变。这使得不同的机械状态能够融合，从而创建柔软的连续身体结构和机械特性之间的离散过渡，可用于设计更刚性的关节结构。 为了利用这些新的晶格结构和融合方法，研究人员引入了一个运动行为编程的计算框架，可用于晶格结构的连续调节和离散分布。通过优化拓扑索引场和晶格单元叠加，可以将运动行为直接编码到结构设计中。该框架允许对变形轮廓、承重能力和关节行为进行结构编程，从而利用结构实现智能行为。 为了展示这种方法，研究人员制造了一个受肌肉骨骼启发的大象机器人，它集成了用单一材料打印的软硬部件。软硬结构组成肌肉骨骼机器人系统，其中刚性结构充当承重骨架，而软结构和肌腱用作肌肉来驱动各种运动。柔软而肌肉发达的躯干表现出扭转、弯曲和螺旋运动，而刚性的骨骼关节则复制了大象臀部、膝盖和足部关节的刚度和承重特性。这些结果凸显了所开发的结构编程框架如何能够综合复杂的肌肉骨骼特性和行为，并在统一的材料系统中连接软性和刚性力学。 END 总的来说，这项研究开发出了能够优化晶格结构来实现所需运动行为的工具。基于体心立方和XCube单元就生成了100多万种立方体，可以引入更多类型的晶格结构来获得更有利的特性。与蜂窝和其他晶格结构类似，强度重量比可以非常高，从而可以实现轻型、高效和低惯性的机器人开发。开放式晶格结构也非常适合在流体中使用，因为它在提供较低阻力的同时对流体呈惰性。最后，使用开放式晶格可以将其他材料、传感器和肌腱纳入结构中，从而实现进一步的智能应用。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

Boom Supersonic是一家以3D打印技术为核心，致力于通过创新引擎设计与增材制造重塑超音速飞行未来的航空先锋企业。该公司正在用粉末和激光改写规则。从大量使用聚合物3D打印技术制造夹具和固定装置，到全面进军发动机创新领域，该公司充分证明了增材制造的潜力。对于Boom的增材制造工程师Ruslan Pshichenko来说，3D打印不仅仅是制造零件，更是一层一层地打造一场飞行革命。 Boom与3D打印的渊源始于XB-1的早期阶段，XB-1是Boom首款极其成功的超音速演示飞机。Pshichenko回忆道：“我们有机器，也知道会用到它们，但直到遇到障碍时才意识到，我们可以使用3D打印。”在Stratasys FDM打印机的帮助下，团队打印了近350个飞行级热塑性部件和超过750个钻孔导轨。 这仅仅是个开始。如今，Boom正着手打造其首款商用客机Overture，并从热塑性塑料转向金属，为其下一次飞跃——商用超音速喷气式飞机Overture的专有发动机Symphony铺平道路。Symphony发动机正在分阶段进行验证，其核心部件（称为SprintCore）经过多次迭代。作为独立的测试件打造，可以使用增材制造零件快速进行多次迭代。Pshichenko解释说，“它包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮。只需测试核心部件，我们就能收集燃烧数据。” Boom与EOS的合作始于EOS AM Turnkey计划，这是一项全面的北美咨询解决方案，旨在通过将专家指导与实践学习相结合来加快工业3D打印的采用。 该端到端项目与Additive Minds团队紧密合作，在位于德克萨斯州的EOS技术中心内，为企业提供从项目规划、组件重新设计到系统配置、培训和全面量产的各个阶段的支持。通过结合实时支持、定制应用开发和丰富的行业洞察，AM Turnkey帮助Boom等企业避免代价高昂的失误，高效扩展规模，并打造一支能力全面的内部增材制造团队。 凭借EOS M400-4及其四激光系统和大尺寸制造能力，Boom实现了快速的构建速度。根据Boom的协议，该公司购买了一台3D打印机，并在EOS位于德克萨斯州的工厂内进行初步运行，并得到了EOS工程师的支持。现在，这台打印机将被转移到Boom自己的研发实验室——这标志着双方合作的开始。 Pshichenko说道，“当我们急需零件时，它帮我们避免了金属3D打印带来的高难度学习曲线。EOS让我们在他们的工厂使用机器几个月，让他们的技术人员处理首批生产批次。他们的专业知识确实帮助我们快速获得了所需的零件。” 一整套涡轮叶片、导向叶片和密封件正应运而生。当前正在生产的193个零部件，每个都支撑着Symphony的“热段”，尤其是高压涡轮（HPT）区域，这里的温度和应力将材料推向极限。Boom使用Haynes282，这是一种针对高温高应力环境优化的镍基高温合金，非常适合制造涡轮叶片和轮叶等部件。 Pshichenko表示，“这些部件是发动机的核心。它们不是装饰品——而是功能性的，是真实的，它们帮助我们验证引擎性能的方方面面。这些都是真正可用的部件，用于提供真实测试数据。” Boom使用EOS M400-4实现了快速的打印速度，这得益于该机器的四激光系统和巨大的打印体积（400毫米）。单个打印包含三个大型涡轮叶片，耗时约四天半，消耗约50公斤金属粉末，彰显了该机器的工业级产能和可靠性。 Boom增材制造的优势远不止速度。据Pshichenko所说，它能让工程师拥有不同的思维方式：“我们的一位工程师需要一种工具，能够在20英尺长的碳粘合线上均匀涂抹粘合剂。因此，我们连夜打印了一个定制的试用工具。这种灵活性是机械加工无法比拟的。” 这种创造思维的敏捷性如今正扩展到金属领域。“Boom的工程师们已经开始提出各种想法——热交换器、冲击管、密封件，”他解释道。“拥有EOS机器开始改变我们的思维方式。我们会想，我们还能打印什么呢？” 但这并非没有挑战。金属打印涉及复杂的支撑结构设计、精准的清粉处理以及诸如热等静压（HIP）、热处理和电火花加工（EDM）等细致的后处理工艺。不过，Pshichenko认为这些挑战是可以克服的，尤其是在采用合适的技术的情况下。“EOS是金属增材制造领域的领导者，对于像涡轮叶片这样复杂的部件，需要尽可能可靠的系统。” 展望未来，Boom的目标非常明确。“我们正在超级工厂里设计一个增材制造车间，不仅用于制造冲刺阶段的核心部件，还将用于生产飞行硬件、工装模具，以及任何增材制造能让我们占据优势的领域。” Boom为其原型发动机打印的部件旨在用于测试，而非飞行。然而，他们正在密切关注航空航天业如何向FAA认证的3D打印发动机部件迈进。但这只是时间问题。正如Pshichenko所说：“我们正在与FAA密切合作。验证是关键。但道路已经在那里——我们并非孤军奋战。像通用电气这样的公司已经在试飞3D打印的喷嘴，但还没有人试验旋转部件，这是下一个挑战。” Boom预计Overture将于2029年投入运营，届时其许多系统（尤其是非结构部件和客舱部件）都可以通过3D打印技术实现。Boom的故事是关于重新思考一切可能。“不用增材制造，能做到吗？也许可以，但难度会大得多。增材制造让我们行动更快，制造更智能，设计也不受限制。”#增材制造# #高超音速# 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

低温流体传输对于地面和太空系统都至关重要，传统做法需要在“预冷-充装”阶段对接收容器进行排气，来保持有利于流体流动的压力。马歇尔太空飞行中心的研究人员开发了一种新系统，它使用3D打印的喷射器和增强型热力学排气系统 (TVS)，能够最大限度减少低温流体在传输和储存过程中的蒸发。 该系统它通过逐步冷却接收罐内部，提高低温流体的传输和储存效率，并最大限度减少或消除接收罐排气口的打开时间。该喷射器由3D打印制造，可便捷地安装于各类储罐或充装设备，适用于需要输送低温流体的航天或工业场景。如果与再循环泵集成，该喷射器还可以用于长期低温流体储存，作为控制储罐压力的一种手段。 新开发的增强喷射器包含内部热交换器、流体喷头和一个外表面冷凝换热器，所有这些部件都与多个相互交织的流道相结合，包含液相、两相及气相工质的复杂流道。瞬时真空辅助喷射器为喷射器提供冷却剂源，冷却流入的流体。冷却后的流体促进了储罐空隙的冷凝，降低了压力，并维持了流入的流体流量。该系统消除了出现灌装停滞的可能性，并在低温流体输送过程中降低了储罐压力。 该喷射器采用3D打印技术打印成一个部件，与传统方法相比，可减少零件数量、提高可重复性、缩短交付周期并降低成本。 该喷射器尤其适用于低温流体价格昂贵、通过排气口损失流体存在问题以及需要实现高填充水平的应用。该喷射器可以用于容器之间典型的低温流体传输，或者，也可以用作储罐压力控制装置，用于长期储存，使用流体再循环系统将流体泵送通过喷射器，并将冷却后的液体喷回储罐。

3D打印技术参考注意到，来自英国牛津大学衍生公司First Light Fusion、爱丁堡大学物理与天文学院及极端条件科学中心等的研究人员近日在钽金属增材制造领域取得重要研究进展。 他们利用两级轻气炮，对采用激光粉末床熔融3D打印制造的钽进行了对称冲击实验，弹速最高达6.7km/s。结果显示，在125–437GPa压力区间内，3D打印钽金属的冲击响应与锻造状态的钽在实验误差范围内完全一致。这一发现证明，在惯性聚变能源及高压材料科学等极端环境中，可直接使用3D打印制造钽部件，从而为复杂结构钽部件的增材制造应用提供了依据。 3D打印钽的冲击响应是否与锻造材质不同 钽是一种高强度、难熔金属，广泛应用于航空航天、能源和国防工业。其在高压环境中具有很好的韧性和延展性，能够承受极大的压力而不破裂或变形，因此被视作聚变堆结构或靶丸等聚变能源装置的理想候选材料。但是，钽的高延展性和加工硬化倾向，使得原材料的机械加工或铣削变得困难。 近年来，增材制造行业已经开发出钽金属的激光粉末床熔融3D打印工艺，证明其能够大规模生产具有复杂几何形状的高精度全致密钽三维部件。但在将增材制造得钽部件用于高压应用之前，重要的是要确定增材制造钽的冲击响应是否与锻造的钽金属不同。 基于锻造技术制造的钽在高压下的行为已经得到广泛研究。3D打印钽的高压力学行为此前仅测试过15GPa下冲击响应，并发现3D打印样品的柱状微观结构相对于锻造材料提高了机械强度。在3D打印钽样品中也测量到了相当慢的冲击速度，尽管这种影响可能是由于样品的孔隙率造成的。目前尚不清楚两种制造工艺下材料之间巨大的微观结构差异是否会影响在高于100GPa压力下测得的冲击响应。 3D打印制造高致密钽样品 在这项研究中，研究人员使用Colibrium Additive M2 Series 5 金属3D打印机GAM公司的AM325钽粉制备了测试样品。本研究中样品的平均致密度为 99.94%，密度为16.64g/cm³，并呈现出LPBF工艺典型的柱状晶粒结构。相比之下，用于对比的锻造钽样品预计会在退火过程中形成等轴晶粒。 研究人员制造了一根直径10.3毫米、长度32.2毫米的棒材。随后，将棒材切成厚度0.33毫米的圆片（用于弹头）或厚度1.00毫米的圆片（样品），再进行两面研磨，以达到亚微米级的表面粗糙度。之后，将样品圆片切割成半圆片，用于实验。锻造钽为多晶轧制样品，密度为16.65g/cm³⁠，也用于实验中进行比较。 八次撞击实验中有六次采用3D打印钽样品，另两次采用锻造钽样品作为对比。过程中借助光子多普勒测速仪同步测得弹体速度与冲击波在样品中的传播时间，首次获得3D打印钽金属的绝对冲击状态方程。 初始微观结构截然不同冲击响应相同 这项工作的关键结果是，尽管两种制造技术获得的初始微观结构截然不同，但在实验不确定度范围内，对3D打印钽的冲击响应进行测量，与在124至437GPa压力下锻造钽的冲击响应相同。 增材制造钽靶（a）本研究中使用的增材制造钽棒横截面的背散射电子图像。电子沟道的对比度显示样品中的晶粒结构。图像中的黑点主要由碎片引起，但也有一些是由插图所示的孔隙引起的。（b）EBSD图像显示了AM Ta样品部分晶体的取向 之前的研究发现，由于微观结构强度的影响，3D打印钽样品在冲击压缩至15GPa下具有升高的弹性响应。然而，在接近和超过冲击熔化的更大冲击强度下，微观结构似乎对样品的冲击响应的影响微不足道。事实上，之前已经证明，在大的冲击强度下，样品微观结构会因塑性变形而发生剧烈改变，这会导致相当大的加热和大量的位错群，这意味着起始微观结构对高压行为几乎没有影响。 结果表明，增材制造技术能够生产完全致密的钽组件，其在极端压力下的行为可以使用现有的钽状态方程模型进行建模。这意味着，用于高压应用的钽组件不仅可以可靠地设计，还可以通过增材制造技术进行规模化生产。控制和连续改变3D打印组件密度的能力对于开发新型梯度密度冲击器也大有裨益。 3D打印技术参考注意到，开展这项研究的First Light Fusion公司致力于将核聚变能商业化，相关成果在太空和国防等其他战略领域同样具有重要意义。

英国初创公司Apiar正致力于通过增材制造技术改变制表业。该公司即将推出的Gen1.0，集成了金属激光粉末床熔融(LPBF)3D打印技术制造的组件，打破了以往的设计限制。这款全新的3D打印手表将于2025年8月15日正式发布。 Apiar于2022年创立，两位工程师亲眼见证了增材制造技术在航空航天等行业带来的变革。在这种经历以及对钟表制造的共同热爱的驱使下，两人决定设计一款能够充分发挥金属增材制造优势的腕表。 3D打印技术参考注意到，Gen1.0的售价达到2,250英镑（21775人民币）的腕表融合了“增材制造技术、衍生式设计美学和精准的英国工程技术”。表壳采用23级钛金属打印而成，由三部分组成，重量仅为38克。这些部件以精妙的有机设计为特色，包括具有网状结构的表盘和具有独特衍生式美感的表壳。这款腕表的机芯来自瑞士La Joux Perret。 该公司还强调，其手表设计不仅得益于增材制造技术，还通过掌握纤薄、无支撑结构突破了该技术的极限。Gen1.0腕表将于下个月上市，届时该公司将公布这款可穿戴设备的两种配色方案（采用阳极氧化铝彩色表盘）。这款新腕表是该公司的第二款产品，以Apiar于2023年发布的Invenire原版腕表为基础。Invenire以提供一系列定制选项而闻名，包括不同的3D打印晶格几何形状、丰富的表盘组合和不同的表带选择。Gen1.0刻意缩小了这些选项，以提高生产效率并满足客户需求。 传统金属表壳通常采用冲压、机械加工等手段制造。冲压技术制造的表壳形状较为简单，适合大规模生产。机械加工可以制造出复杂形状和高精度的表壳，常用于高端机械表壳的制造，但相对来说生产效率较低，成本也较高。 激光粉末床熔融3D打印技术是制造表壳的新手段，与传统制造技术相比，3D打印表壳有以下特点： 1.通过轻量化设计，增强佩戴舒适度 2.通过容纳更大电池和额外传感器来提升功能 3.通过独特、高性能的设计实现产品差异化 4.通过工业化生产在大规模生产中创造具有成本竞争力的解决方案 5.实现高端阳极氧化处理效果，兼具耐用性与简洁、高品质的美学外观 Apiar使命的一大驱动力是提供英国本土制造的产品，而他们正在努力实现这一目标。正如该公司所说：“我们已经建立了一条供应链，这意味着我们可以在英国本土生产大部分零部件，并在英国组装所有部件。我们最初的手表约有75%在英国制造，如今这一比例甚至更高。我们的目标是达到100%。”值得注意的是，Apiar致力于实现制造过程的透明度，以便客户能够看到每个手表部件的生产地点。例如，Gen1.0的表壳在威尔士采用增材制造工艺制造，在格洛斯特进行机械加工，并在纽卡斯尔进行抛光。

3D打印技术参考注意到，已有多家无人机制造企业使用HP公司的3D打印技术开发关键部件，而这些公司在初期普遍曾使用FDM 3D打印技术，但后期均转而使用MJF工艺。 1. 美国公司Blueflite使用惠普MJF技术 美国先进物流无人机开发公司Blueflite表示，优化无人机的重量和强度是改进飞行性能的关键因素，也是其此前面临的重大障碍。最初，他们依赖于传统方法，如碳纤维层压和FDM 3D打印工艺。然而，传统碳纤维制造交货时间很长，使得快速设计更改变得困难。早期的3D打印尝试也未能成功，FDM工艺打印的零件有明显的分层，不适合高质量的飞机；SLA工艺打印的零件太脆。 Blueflite后期采用HP的MJF 3D打印技术获得了优秀的材料性能、更光滑的表面和更好的整体零件质量。每架Blueflite无人机都包含48个由MJF打印的组件，从外部面板和电子设备支架到起落架和电池箱。他们主要使用HP的PA12材料，这种材料具有低密度和出色的强度与重量比，是轻型无人机的完美选择。 通过使用诸如肋和格子结构等功能，Blueflite机身质量减轻了25%，直接提升了无人机的性能。设计和建模时间从几周缩短到几小时。这种加速使得快速迭代成为可能，每个打印部件可以制作2-10个版本来优化设计。 更轻、更强、更可靠的无人机，促进了行业发展。通过使用新技术，Blueflite大大减少了劳动力，并获得了轻松支持和更新客户设计的灵活性。顾客们已经注意到这些无人机的出色质量和外观。 2. 美国Unusual Machines使用惠普MJF技术 另一家无人机制造公司，Unusual Machines也在采用惠普的MJF 3D打印技术生产高性能无人机组件。其表示，惠普的MJF技术允许以优秀的强度和耐用性进行复杂的设计，非常适合FPV无人机。 HP MJF技术3D打印的无人机及组件 先进的3D打印有助于控制成本，同时确保高质量生产。TPU材料与HP MJF技术结合使用，确保无人机即使在坠毁时也有再利用可能性。HP的MJF技术还能够快速响应设计更改，这对于保持市场竞争优势至关重要。 3. 瑞士公司Inverto Earth使用惠普MJF技术 Inverto Earth AG是一家瑞士初创公司，专注于沿海生态系统（尤其是红树林）的修复和保护，他们使用无人机投放植物种子。 该公司使用MJF 3D打印技术制造了无人机关键部件——种子投放轮盘。无人机的底部轮子部分（用于释放单个种子）需要进行调整，适应中东、巴基斯坦和印度尼西亚等不同地区使用的60多种红树林种子。传统CNC加工难以实现复杂几何结构，而MJF技术提供了设计自由度，无需重新设计零件即可完成快速迭代。 该公司联合创始人兼首席执行官Jürg Germann表示：“在实验室里用小型 FDM打印机制作原型固然很好，但它不太适合用于现场。这些部件需要足够坚固，因为它们将在恶劣的环境下使用。使用MJF技术，我们最终获得了坚固耐用的部件。”与需要生产更多样品、产生更多浪费和增加运输成本的传统方法相比，HP MJF使 Inverto Earth 能够快速且按需地制造零件。 4. 印度公司VECROS使用惠普MJF技术   VECROS是印度第一家空间AI无人机初创公司。VECROS由印度理工学院和那格浦尔国立理工学院毕业生于2021年初创立，旨在通过推出名为ATHERA1的首款自主4级无人机来引领印度的自主飞行。 VECROS 首席技术官Rajeshree Deotalu表示，“我们开始设计ATHERA时，除了FDM之外，我们不知道其他增材制造技术。但是，FDM表面光洁度没有达到我们的预期。“ 后来，VECROS发现了惠普MJF技术和其他增材制造技术，如SLA和SLS。VECROS硬件主管Deepak Kumar表示：“我们之前关注的是惠普MJF，因为MJF工艺不需要支撑结构，而且在构建板尺寸方面具有很高的灵活性。有了它，我们就能灵活地提高设计的美感。比如，制造的组件有更平滑的表面光洁度，层纹更不明显。”他补充说：“而且也更坚固。”他们在设计中还使用PU涂料进行后处理。 END 以上应用案例，体现出惠普MJF 3D打印技术通过高性能材料（PA12、TPU等）、复杂结构制造能力（拓扑结构、晶格结构）、生产的灵活性以及质量的显著提升，为无人机行业提供了从原型到量产的整体解决方案。这不仅解决了传统制造的痛点（如交货周期长、设计限制多），还创造了新的价值点（如轻量化），成为推动无人机性能提升和商业化落地的重要技术支撑。