4月17日，中国航天科技集团集团公司召开2023年度研发工作会，公布了2022年度十大技术突破项目评选结果，首都航天机械有限公司电弧增材制造技术入选，这也是该公司首次荣获集团十大技术突破项目。3D打印技术参考注意到，电弧增材制造技术正在被国内外航天领域加速使用。 开辟型号生产“快车道” 8年前，首都航天机械有限公司（以下简称公司）从零起步，开始电弧增材制造技术研究。在时任一院副院长兼总工艺师王国庆的带领下，公司确定了“航天高强铝合金”这一主攻方向。团队戮力同心，使这项技术在公司生根发芽、迅猛发展。一项项专利，一件件设备，一次次成功的工程应用，公司逐步打响了航天增材制造“金名片”。 电弧增材制造技术具有成形效率高、设备成本低、柔性制造等优点。近年来，航天任务呈高强密度态势，团队充分发挥电弧增材快速响应的优势，为型号生产开辟了一条“快车道”。 2018年12月初，长征十一号火箭遥五配重支架的生产任务到公司，产品生产周期紧张，采用传统的铸造、锻造制造方式难以满足快速低成本的交付需求。就在此时，电弧增材技术作为一种型号产品生产的新方法进入了设计及工艺部门的视野。团队与设计人员快速对接，明确工艺控制要点，制定工艺方案。从模型处理、路径轨迹规划、生产准备到产品完成成形，仅耗时2天。2018年12月22日，该产品通过飞行考核，这是电弧增材制造产品首次在国内航天领域得到应用。 出流底盖是载人登月火箭的关键复杂产品。以往，该产品采用旋压成形，需要新制工装，研制周期长达半年，耗费60万元成本。团队应用了独立研制的“机器人+变形机”为核心的高效电弧增材制造系统，在成形过程中在线测量调整，仅用1个月就完成了复杂结构的研制，减少40万元的成本。 在重点型号领域的应用上，电弧增材技术也成绩斐然。重点型号的很多大型铝合金舱段都是内加筋结构。该结构是曲面，非规则分布、异常复杂。当时，国内主流的增材制造路径规划软件只能实现平面结构的成形。公司电弧增材团队与外单位合作，成功开发出基于曲面结构特征的径规划软件，解决了内加筋结构电弧增材制造难题。 某型号多功能舱呈细长型，中间的隔板结构十分复杂。上一个制造公司采用铸造的传统方法，通过7次技术迭代，耗时1年才完成生产。公司根据产品特性，改造电弧增材设备平台，设计成形路径，仅用2个月就完成功能舱生产，一次性通过气密液压试验，用优异成绩证明了技术实力。 电弧增材卫星支架 截至目前，公司已有11件电弧增材产品通过飞行考核，成功率达100%，支撑构建了我国航天型号快速响应发射能力。 迈开市场化步伐 2019年，公司开始部署增材制造领域全方位的能力提升，推动组织机构的调整。新成立增材制造分公司迈开市场化步伐，大力开展装备输出、技术输出，不断释放活力。 首都航天机械有限公司廊坊增材制造分公司 2020年8月，南昌航空大学来公司开展调研。调研组被公司先进的增材制造设备和产品吸引，在肯定公司技术实力的同时，提出了采购电弧熔丝增材制造装备的需求。在此之前，公司乃至整个航天系统都没有此类装备输出的先例。团队积极主动与客户沟通，制定了完善的技术方案。无论是整机设计，还是硬件集成和软件开发，都是根据需求量身订制，凭借过硬技术赢得了客户的信任，成功中标，实现了公司增材制造装备输出零的突破。 今年是增材制造分公司成立的第3年，团队瞄准非标装备研发方向，继续深入挖掘潜在客户，向更广阔的市场主动“进军”。“目前，我们的电弧增材装备已经在国内打开了市场，有了一定的知名度。”团队带头人王福德总工艺研究师骄傲地说道。 团队输出的产品有4种。柔性可扩展熔化极设备是主推的“明星产品”，它适用于大部分金属材料，有可拆卸的柔性平台，能加工1.2到2.4米的产品，具备在线监测、除尘等多种功能；非熔化极电弧增材设备则是易氧化材料加工的“主战场”；双路沉积设备适用于大尺寸复杂产品生产，成形幅面达到4米乘2米，是“进阶版”用户的首选；增减材复合制造设备将电弧增材、热处理、产品检测等多个工序集成，实现了整条生产线输出，大大提高了经济效益。2023年，公司还将完成4套电弧增材制造装备的商业竞标，未来产业化推广前景广阔。 熔化极电弧熔丝增材装备（左）、非熔化极电弧熔丝增材装备（右） 多年攻关过程中，公司电弧增材技术已达到国际先进、系统内领先的水平，在材料、工艺等方面形成10项标准，充分发挥了内部规范和外部引领的双重作用。电弧增材制造工艺对丝材质量要求更高，普通的铝合金焊丝难以满足要求，容易产生气孔、裂纹等缺陷。团队成员李权博士在参加学术交流会期间，注意到合金元素含量对铝合金性能的影响。受此启发，团队进一步研究丝材成分，提出了“高纯、降铜”抑制层间偏析的制造路线，研制出了适用于电弧增材的焊丝，成功解决了产品力学性能难题。新丝材将产品力学性能各向差异降到3%之内，产品抗拉强度达到440兆帕，延伸率达到10%。团队申请了国家发明专利，制定出首个集团级电弧增材制造丝材标准，确保今后的选材有据可依。 未来，公司将继续面向工程一线，开展电弧增材技术研发，不断完善“材料-工艺-装备-标准”技术体系，努力为航天高质量发展做出更大的贡献。 注：本文内容来自首都航天机械有限公司，转载已获授权。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.视频：ORNL使用3组机器人，电弧3D打印大尺寸金属零件 2.西交大：新型熔滴+电弧增材制造铝合金研究取得新进展 3.波音扩大电弧增材制造工艺测试，将3D打印大型铝合金构件 4.电弧增材如何实现基于三维数据的离散堆积或层叠3D打印？

国内首发！XiP超快速桌面级树脂3D打印机 (LSPc)技术实现超快速度 Nexa3D XiP 3D打印机基于润滑剂子层光固化(LSPc)技术，在保证工业级尺寸精度和重复精度的情况下，实现超快的构建速度。 实际拍摄视频：21cm高度瓶子，打印时间1小时25分钟 工业级精度 润滑剂子层光固化(LSPc)技术使用专有的结构化光路为构建平台的所有区域提供均匀和无失真的曝光，配合4K分辨率光引擎和抗锯齿技术，实现工业级精度。 XiP 3D打印机唯一的运动部件是一个精密的z轴，工业级品质设计以实现极高的精度。 精度测试模型 3D打印精度测试模型，无支撑，无底托打印   设计尺寸35mm，实际尺寸35.02mm，0.02mm尺寸误差  设计尺寸10mm，实际尺寸10.01mm，0.01mm尺寸误差  设计尺寸5mm，实际尺寸4.99mm，0.01mm尺寸误差 认证材料+开源材料平台除了标准通用树脂，Nexa3D已经与合作伙伴共同开发了多种可满足终端应用要求的工程材料。 其中包含：xPP405（类PP）、xABS3843（类ABS）、xCE（类尼龙）、xPEEK147（类PEEK）、xCERAMIC3280（陶瓷复合）、xFLEX（弹性）、xESD（防静电）等工程树脂。 对于齿科行业，Nexa3D已经与合作伙伴开发了一系列的齿科材料，能够生产从模型到护齿，从导板到对准器的所有产品。 材料参数表： 大尺寸产品-NXE 400Pro/200Pro超快速工业3D打印机

对于粉末床激光熔融(SLM)工艺，通常被认为制造完整的高精度零件，但本文介绍的是另一种情形——在现有零件之上进行SLM打印——这是一种早已适用于模具3D打印的普遍做法，但同时又适合制造双金属零件，具有重要的应用潜力。 这种在现有零件之上进行打印的方式通常被用作零件修复，如激光熔覆、冷喷涂。但对于SLM工艺，这被称之为金属嫁接打印，它能够充分发挥SLM工艺的优势，降低包含复杂结构的大型零件的整体制造成本并提高生产效率。  复合加工——机加之上的SLM打印  SLM工艺虽然成形精度高、能制造复杂形状，但同时生产速率低、材料成本高。效率和成本方面的问题，严重阻碍了该工艺的推广应用。为充分挖掘SLM工艺的生产价值，于是诞生了一种嫁接打印的方法——采用传统加工手段经济高效的制造出零件结构简单的部分，再在该结构之上（安装在设备上）采用SLM工艺打印出结构复杂部分。这种复合加工的手段能够加快整个零件的制造周期、降低整体制造成本，并保证零件达到所设计的性能。   这种工艺模式被模具领域广泛使用，首先采用机加制造出具有简单流道的底座，再将其安装在打印机上3D打印出复杂流道的部分。这种复合加工手段在提高模具性能的同时，降低了整体制造成本，提高了制造效率。  嫁接打印工艺难点——定位困难  如果嫁接打印能够顺利实施，则能够充分发挥粉末床激光3D打印的工艺优势，同时克服其效率低下、成本过高的工艺不足，将新旧两种工艺结合从而充分发挥出3D打印在当前阶段的应用价值，对于其在民用工业领域的推广具有重要意义。 然而该方案在具体实施过程中存在着很大的困难——对底座的安装精度要求极高。尤其对于模具制造，将基座部分与打印部分精准对齐是防止水路错位的关键。按照行业标准，尺寸公差≤0.1mm才是有效的嫁接。这为模具生产企业带来了很大困难。由于没有增材专用夹具，业内普遍使用人工调校工件水平度、手动找中心点的方式；而这一环节十分依赖人员的熟练程度并受工件大小及复杂程度的影响，通常耗时达到10—60分钟。以某外壳模具为例，可在一次打印中安装超过100个底座，若每个底座都需要花几十分钟定位，浪费的时间则相当惊人。 自动嫁接——为SLM打印高精度定位   针对该痛点，华曙高科于2019年为模具行业自主研发了自动嫁接软件和控制系统，推出自动嫁接技术方案，为零件提供基准点，省去繁琐费时的传统定位工作，可显著提升生产效率。华曙高科自主研发系列软件： CCD精校软件：FarsoonCalibrationCCD 自动嫁接软件：FarsoonAutoGrafting 排包软件：Buildstar（升级新版定位功能） 建造软件：Makestar（升级嫁接功能）  采用自动嫁接技术激光定位展示（来源：东莞博通精密） 2022年，华曙高科基于对模具行业的深刻理解，对自动嫁接解决方案进行了优化升级。目前金属增材制造解决方案FS200M-2、FS273M-2等机型在嫁接打印时，自动定位仅需4分钟，模具工件尺寸公差实现≤0.05mm，超行业标准，打印注塑模具、压铸模具、吹塑模具等更加高效省时省力。   整体打印 嫁接打印 加工时间 20小时 6小时 效率提高70% 粉材用量 2.6kg 0.8kg 成本减少69% 来源于东莞博通精密实际生产数据 以某应用模具为例，采用华曙高科自动嫁接打印与模具整体打印相比可使生产效率提高70%，粉材成本减少69%，达到降本增效的目的。 自动嫁接——提高效率和良品率 采用华曙高科自动嫁接方案，可精准提取嫁接基座轮廓与内部特征信息，自动实现模型校准及高精度嫁接。 手动嫁接 自动嫁接 嫁接耗时 >30分钟 ≤4分钟 嫁接精度 >0.2毫米 ≤0.05毫米 可控性 依赖人工经验，稳定性低， 系统误差高且不可控 光学硬件和高阶算法保证精度，系统误差小且可控 来源于华曙高科某知名制造业客户实际生产数据   自动嫁接方案能使随形冷却模具内部流道顺滑，有效解决附着、阻滞及疲劳，达到减少堵塞、提升流速、稳定水压的效果，提高成品的良品率。  END   在模具领域，3D打印已广泛应用于随形冷却模具制造，优化冷却水路设计，不受水路复杂程度的限制，可提升模具的冷却效率和生产效率。嫁接3D打印的引入无疑对推动该技术的应用具有重要意义，但方案虽好仍需要解决工艺采用的痛点。实际上，不限于模具行业，嫁接3D打印技术也能用于其他领域产品的制造，如具有高强度外壳和高导热系数内部结构的散热器、局部有特殊要求同时结构复杂的异形结构等等。 同时，作为一种结合传统与新型制造工艺的解决方案，它在降低整体制造成本同时提高零件功能方面具有奇效。当遇到仅使用单一工艺无法解决问题时，不妨考虑这种复合加工手段。 4月17-20日，华曙高科将携手合作伙伴东莞博通精密、凯奔三维，在CHINAPLAS 2023国际橡塑展现场展示全新4激光金属增材制造解决方案FS350M-4，并现场开机，同时展示最新金属、高分子3D打印模具、高尔夫杆头等产业化应用，为模具行业赋能，助推产业化发展。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.模具随形水路自动化设计：3DXpert减少50%生产时间 (含免费试用和操作教学) 2.工业用户已超2万，国产3D打印数据准备软件——弥补产业空白，加速发力 3.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力 4.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果

3D打印可以生产很多特殊功能的复杂结构，且生产成本对零件的复杂度不敏感，其中晶格结构是使用最广的复杂结构之一。晶格结构是在设计区域内，按照预定规则添加的空间三维小梁（或面）结构。利用晶格结构替换实体区域后，最直接的效果就是减重，此外也有额外的功能性，如改变设计区域的力学性能、减震、提高表面积等。3D打印让晶格结构的生产也变的更简单，而晶格结构也赋予增材制造额外的使命，两者结合将为客户提供更好的解决方案。 晶格3D打印 机遇与挑战并存 晶格被广泛应用于不同行业中，如医疗、航空航天、工业和消费品等。晶格结构在基于增材制造的设计中可以降本增效，通过减少体积、优化结构来降低打印时长、用粉量，还可以在一定程度上提高产品自身的性能。在医疗植入领域，晶格结构搭配合适的孔隙率可以加快植入体和骨骼组织的融合；在航空航天领域，晶格对减少重量的帮助至关重要，达到更高的边际效益。也有一些产品利用晶格结构可以应对冲击等外力作用，用作缓冲和能量吸收。近年来，TPMS晶格结构也逐渐走入业界视野，该结构的三重周期最小表面特点成为提高换热器效率的绝佳方式。 尽管晶格可以带来诸如降本增效、提高能量吸收效率等多重好处，但它的数据量往往比普通实体零件要大得多，因此也更难仿真、数据处理时间也会更多，以致于阻碍着晶格的进一步普及应用。 赋能晶格 设计-仿真-打印 无论从事3D打印设计、工艺还是应用，都应该对晶格结构有更多的认识，而来自厂商的知识分享则不容错过！   3DXpert作为一款一站式的增材制造数据处理软件，提供了先进的结构分析，允许创建复杂的构形和结构，并将应力和变形最低化。3DXpert还提供了一系列有用的工具，可以在设计过程中获得最佳性能，从而使晶格设计变得更加高效。   首先在设计端，3DXpert提供丰富的晶格类型，以覆盖绝大多数基于增材制造的设计（DfAM）应用场景。 其次是打印仿真功能，仅仅只有晶格是远远不够的，还需要考虑增材制造的生产特点，设计可行的方案。3DXpert内置有仿真模块，能够对设计方案的可打印性进行验证，使用者可以自动识别晶格和零件实体，并针对晶格部分进行独特快捷的晶格仿真。 最后，因为3DXpert的软件一体性，非常容易将晶格和零件的其他部分区分开来，提供不同的扫描策略。  由3DXpert设计的晶格结构 3DXpert提供了医疗航空航天所需的体晶格、面晶格和消费品常用的纹理等功能；并可基于隐式建模创建TPMS结构和TPMS结构的基础流体仿真，为换热器应用提供从设计到生产的完整解决方案。 独特的网格划分求解器和等效替代晶格仿真方案，为用户带来快速精准的晶格仿真结果。在设计晶格结构时，3DXpert提供了考虑角度等制造相关特征的设计优化，也提供基于FEA力学仿真的使用需求的点阵优化和分析工具，保证设计的晶格方案不仅可生产也可更好地被使用。 3DXpert还可以自动识别晶格、支撑、实体零件等部分，并可设定不同的扫描策略，以满足DfAM生产时不同的路径规划需求。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.4.18日直播 | 适合实验室的小尺寸金属3D打印机的技术要点不容忽视 2.新技术极大提高金属3D打印晶格「结构完整性」检测的准确性 3.使用挤出间接3D打印技术制作金属和陶瓷晶格结构 4.3D打印的固有制造缺陷使其还无法完全替代热交换器的传统制造技术

1、前言     碳化硅（SiC）具有优异的高温力学性能、热学性能以及化学稳定性，是一种优异的先进陶瓷材料。这里我们只讨论作为结构材料的碳化硅，不讨论作为半导体基材的SiC。     SiC 主要有两种晶型，即高温稳定型的六方晶系α-SiC和低温稳定型的立方晶系β-SiC 。α-SiC 的密度为3.217g/cm^3，β-SiC 的密度为3.215g/cm^3。β-SiC 于2100 ℃稳定性较好，高于2100 ℃开始转变为α-SiC，特别当2300-2400 ℃时转变迅速，β→α 转变为单向不可逆。2000 ℃以下合成的SiC 主要为β-SiC；2200 ℃以上合成的则主要为α-SiC。     碳化硅的获得必须依赖于烧结技术。 2、反应烧结SiC(Reaction Bonded Silicon Carbide, RB)     将碳化硅粉、碳粉与有机粘结剂混合，经过成型、干燥、排胶（脱脂），最后渗硅获得制品。国内外制造反应烧结碳化硅绝大部分都采用此方法。     烧结过程中几乎没有收缩及尺寸变化，具有烧结温度低、产品结构致密、生产成本低等优点，适合制备大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷制品。   反应烧结SiC 的密度3.05g/cm^3~3.15g/cm^3，弹性模量380GPa~430GPa，弯曲强度350-500 MPa，断裂韧性4.0-5.0 MPa·m^1/2。但随着Si 含量增加，强度和断裂韧性线性下降；当Si 含量一定时，随着SiC 晶粒尺寸减小，强度增大。高温下游离硅塑性增大，使材料的断裂韧性随温度增大，从室温下4 MPa·m^1/2 增加到1200 ℃下的12 MPa·m^1/2。     为了保证渗硅的完全，素坯(α-SiC+C)应当具有足够的孔隙度。因此必须严格控制素坯密度，通过调整最初混合料中α-SiC 和C 的含量、α-SiC 的粒度级配、C 的形状和粒度以及成型压力等手段可以获得适当的素坯密度。反应完成后SiC颗粒的残留气孔由游离Si 填充，从而可以获得致密烧结体。     采用亚微米级SiC(0.4-0.5 μm)颗粒为原料，调节配方中C 和SiC 的质量比值在0.1-0.5 之间，通过湿法成型制备素坯，反应烧结制备密度达到3.1 g/cm^3 的RBSC 陶瓷材料，由于材料中游离Si 的尺寸细小，普遍在100 nm 以下，材料组织分布均匀，因此材料抗弯强度可以达到1000 MPa 以上。     反应烧结SiC 陶瓷材料的使用温度一般不超过1400 ℃。当温度过高时，游离Si 熔化，从而导致材料的强度迅速下降。    …

Snapmaker Artisan 工匠三合一 3D 打印机 & Snapmaker J1 高速 IDEX 3D 打印机，双双斩获两项国际设计大奖，分别是2023年德国红点设计大奖和德国 iF 设计大奖！ 红点设计大奖 诞生于1955年，接受来自全球各地制造商与设计师的报名，旨在选拔出全年最优秀的产品。评选方式遵循「寻找优良设计与创新（In search of good design and innovation）」的理念，由红点奖评审团对所有参赛作品进行审查，只有设计质量优异的产品，才能颁予红点奖。其中，在数以万计的参赛作品中，Snapmaker Artisan 工匠三合一 3D 打印机和 Snapmaker J1 高速 IDEX 3D 打印机均获得了评委的肯定和认可，斩获红点产品设计大奖！ iF 设计大奖 创立于1953年，是世界工业设计界最高奖项之一，该奖项已成为全球公认表彰优良设计的标志。2023年，主办方共收到了来自56个国家/地区的近11000件参赛作品，最终Snapmaker Artisan 工匠三合一 3D 打印机和Snapmaker J1 高速 IDEX 3D 打印机均以高分胜出，获得荣誉！ 2023年4月，我们接连收到两项大奖的成果喜讯。这些来自全球瞩目的奖项荣誉表明，Snapmaker 在高质量设计和制造能力方面已经取得巨大的成功。 Snapmaker Artisan 工匠三合一 3D 打印机 2022年，Snapmaker 2.0 三合一 3D 打印机也曾在 iF 设计大奖崭露头角，获得众多好评和认可。虽然这款机器在用户中广受欢迎，但我们深知每个模块仍存在更进一步的升级需求，一个性能更优，质量更高，体验更友好的机器原型在我们的脑海中油然而生。于是，经过长时间的研发、打磨、优化，由此有了今日的 Artisan 工匠三合一 3D 打印机。 作为 Snapmaker 2.0 三合一 3D 打印机的延续和升级，Artisan 新颖的产品概念、功能和高质量的全金属机身都为专业人士和爱好者提供了更优的选择。例如 300℃ 双喷头打印模组能支持更多高阶材料的打印，10W 高功率激光雕刻功能为用户提供更为细致的雕刻与更强劲的切割加工，高达 200W 功率的 CNC 加工模组让你的硬木加工更精细，以及快换式平台和执行头进一步提升你的工作效率！…

导读：根据历年《Wohlers Report》全球3D打印行业报告，由热塑性聚合物粉末、光敏聚合物和丝材组成的塑料材料市场占据全球3D打印材料总市场的近80%，塑料材料一直是该行业的最重要的组成部分。   右图来自吕坚院士团队《Additive manufacturing of structural materials》 塑料材料是3D打印材料中发展时间比较久的材料， 塑料打印材料用途极广。一系列专业工程聚合物、弹性体和复合材料现已可用，这些材料具有柔性、耐用性、刚性、韧性、稳定性、透明性以及优质外观和质感等特性，能够生产出所需部件。材料创新并不止于此，塑料技术的创新提供了生物兼容性、耐热性、防水性和其他广受欢迎的品质。   在很长一段时间内，光敏聚合物由于在原型制作和其他应用方面的普及使其一直占据最大的市场份额。但值得注意的是，随着激光烧结和粘结剂喷射热熔工艺的成熟，以及各行业对3D打印应用程度的加深，2021年聚合物的销售收入首次超过光敏聚合物，这在侧面说明，3D打印正在完成由原型制造到最终用途零件制造的角色转变。 而对于3D打印塑料材料，你了解多少呢？本文内容节选了一篇来自行业巨头的3D打印材料手册，在文末可获取47页全文。 1. 通用型材料 通用型材料分为类橡胶、弹性体、刚性超、柔性材料、超高韧性塑料等。 (1)类橡胶材料：拥有高撕裂强度和出色延展性的部件  特性：耐用；耐磨且抗撕裂、出色的细节和表面光洁度、良好的回收能力。 适用于：垫圈、软管、密封件、最终用途部件的小批量到中批量直接制造等。   上图为Figure 4® RUBBER-65A BLK，是具有邵氏 65A 硬度和高断裂伸长率的中等撕裂强度、生产级品质橡胶，适合在Figure 4设备使用。 (2)原型制造弹性体：拥有高撕裂强度和出色延展性  特性：类橡胶、优异的压缩特性、高伸长率 适用于：包覆成型模型、挡风雨条、密封件垫圈、轮胎面、手柄把手等；适用于工业和消费品应用的类橡胶和弹性产品。  上图为VisiJet M2E-BK70，黑色硬质弹性体，具有高达70的邵氏A型硬度和压缩后出色的回弹性，与ProJet MJP 2500 Plus设备搭配使用。 (3)刚性柔性材料：拥有聚丙烯成型部件的外观和触感  特性：精确、耐用、高柔性适用于：原型制造、功能测、小批量生产、RTV/硅胶模具的母模和卡扣装配件等。 上图为Accura 25，适用于SLA打印机的通用柔性材料。 (4)超高韧性塑料：带来耐用模制塑料的外观和触感   特性：精确、耐用、抗冲击性、耐热性和防潮性。可媲美注塑成型和其他模具制造工艺。 适用于：消费性电子组件、钻孔攻丝应用、卡扣组件、功能装配件、用于真空铸造的母模和快速原型制造等。   上图为最新推出的Figure 4 Rigid White材料，适用于当天生产出部件的不透明白色生产级品质刚性塑料。此生物相容性材料所生产的部件具有光滑表面光洁度、长期环境稳定性、耐久性，并呈现出洁净的白色。 (5)刚性塑料：注塑模具塑料的外观和触感 特性：刚性、耐用和光滑表面等 适用于：快速模具制造（要求耐高温的应用）、某些医疗应用和快速原型制造等。  上图为VisiJet M2S-HT90材料，与ProJet 2500 Plus搭配使用，适用于需要耐90度高温和生物相容性应用。 2. 坚固耐用材料 坚固耐用的材料分为坚硬材料、陶瓷强化复合材料、高性能复合材料、Nylon 11、Nylon 12、铝填充Nylon 12、阻燃Nylon 12、玻璃填充Nylon 12复合材料和耐高温Nylon 12。 (1)坚硬材料：坚固准确的功能性部件  特性：坚硬、刚性 适用于：设计验证、功能原型开发、耐用组件和卡扣、短期生产、RTV模具的母模；模拟和替代数控加工和注塑成型的 ABS 制品。  上图为VisiJet Armor(M2G-CL)，透明材料，与ProJet MJP 2500搭配使用。 (2)陶瓷强化复合材料：耐高温的坚固部件  特性：耐热性、防潮性、耐磨性、类陶瓷 适用于：陶瓷类部件、夹具、固定装置和模具、风洞模具、母模、水和液体处理件等。  上图为Accura PEAK材料，与ProX 800和ProX 950兼容。 (3)高性能复合材料：稳定、高刚度部件  特性：耐热性、出众的刚硬度和耐磨性适用于：风洞模型、发动机罩内的汽车零部件、电器连接器、适配器装置、底座插座、夹具、固定装置和工具等。 上图为Accura HPC材料，白色纳米复合材料，与ProX 800搭配使用。 (4)Nylon 11：抗冲击性和耐疲劳性  特性：坚固耐用、高伸长率、高抗冲击强度 适用于卡扣连接、活动铰链、接头、管道、夹具、固定装置和模具等。  上图为Duraform…

 4月12日，Relativity Space公布了《Terran 1火箭首飞任务报告》，复盘了首飞任务的价值和意义，并宣布公司此后不再研发生产该型火箭，而是将工作重心转移到可重复使用的Terran R火箭。 Relativity的联合创始人兼首席执行官Tim Ellis表示，Terran 1就像一辆概念车，通过它开发了许多有价值的全新技术，重新定义了可能性的界限。自2017年以来，该公司一直将Terran 1作为一种可消耗的两级小型运载火箭进行宣传，该运载火箭可将1250公斤的有效载荷运载至近地轨道，每次任务的价格仅1200万美元。 在任务报告的第一页，文件指出，通过对Terran 1的设计、开发、生产、测试和发射，Relativity已经证明了个对商业愿景至关重要的主要假设：3D打印火箭在结构上是可行的，能够承受飞行过程中的最大应力。 而对于此次任务失败的原因，报告指出，是因氧泵工作异常导致二级未能正常点火。但Terran 1发射证明了公司的设计能力，该项目期间获得的经验、教训和数据将为开发大型可重复使用火箭Terran R做出重要贡献。而对于为何停止研发生产Terran 1，该公司并未说明原因。  Terran 1发射过程 除此之外，通过Terran 1的开发，Relativity公司开发了第四代星际之门（Stargate）金属3D打印机。3D打印技术参考注意到，该公司于4月14日首次发布了该装备的运行过程。 第四代Stargate 3D打印机于2022年10月宣布推出，新系统“克服了传统的打印限制”，打印机可以水平移动并能够将多根金属丝送入单个打印头。该公司正在使用这台新机器开发和生产Terran R的部件，这是一种即将推出的火箭，能够向近地轨道发射高达20吨重量的货物。 与前三代打印机相比，Stargate第4代打印机打印速度显著提高，前三代Stargate打印机的打印速度已经远远超过了行业标准，新版本打印速度比上一代快7-12倍。全新的打印方向使用水平移动打印可提高打印尺寸，消除了影响3D打印机垂直打印高度的天花板限制。通过水平打印，能够生产长达120英尺（约36.5m）、宽24英尺（约7.3m）的零件，打印体积容量是之前第三代产品的55倍。同时需要注意的是，更大的打印尺寸，意味着可以合并更多的零件，火箭的零件组成数量将进一步降低，火箭的总体制造速度也将提升，强大的过程监控感知技术提高打印质量和工作效率。这种自上而下的3D打印生产方法，利用软件驱动、机器学习来创建更复杂和更大的金属零件，使该行业实现了前所未有的创新以及颠覆性发展。  第四代Stargate 3D打印机 Terran R将依靠第四代星际之门3D打印机和第三代铝合金生产火箭结构，设计能力为飞行器的主要结构可重复使用20次，每个Terran R需要的3D打印质量大约是Terran 1的六倍。 3D打印的Aeon R发动机 第四代Stargate 3D打印机制作的18英尺圆顶悬挂在6英尺3D打印的Aeon R引擎上方 TerranR火箭 Terran R火箭一级使用13台3D打印的Aeon R发动机，二子级采用1台Aeon真空型发动机。 Relativity计划于2026年发射Terran R，这又是一场漫长的等待和烧钱的过程。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.人族火箭发射升空，即是3D打印技术大规模应用的重要里程碑 2.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 3.NASA纯干货分享：采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验总结（重新认识构建过程） 4.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享 近日，南京航空航天大学顾冬冬教授等人回顾了近年金属零件激光增材制造技术在高端领域的应用研究，系统地讨论了激光增材制造组件在航空航天、汽车、生物医学和核能行业的应用和未来发展。相关总结和评述于2023年1月27日在线发表于《Laser Additive Manufacturing of Metallic Materials and Components》。  原文链接：https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823783-0.00016-4 激光增材制造在航空航天工业中的应用 航空航天增材制造的应用场景包括大型金属部件、复杂集成结构、轻质晶格结构的增材制造。在该领域，顾冬冬教授发表过《航空航天高性能金属材料构件激光增材制造》一文，因此本部分为避免重复，以增材制造技术前沿的介绍为主。 激光能量沉积和粉末床熔融工艺已经被证明可用于大型金属部件的直接制造。对于激光能量沉积，国内最知名的案例是西工大使用该工艺为商飞C919生产了超过3米长度的TC4合金翼肋条，王华明教授也使用该工艺生产了战斗机使用的主承力框；在国外，NASA使用该工艺制造了大型火箭燃烧室。对于粉末床激光熔融工艺，近年来也得到了极大发展，尤其体现在大尺寸制造方面。当前装备甚至可以打印超过米级的零件，诸如火箭和导弹发动机的燃烧室、发动机箱体，均可以实现高精度制造。在此方面，国内外均有实际案例。 复杂结构集成制造也是航空航天领域增材制造技术应用的重点，尤其以GE航空最为知名。在最新的案例中，该公司合并了150个零件，设计和3D打印了涡轮中心框架（TCF）外壳；此前，它还创造了将300个零件合并为一个经典案例。一体化集成堪称3D打印制造的最佳实践，它是对传统制造方式的重大改变，影响了产品性能、开发方式以及制造相关的方方面面。  轻质晶格结构也是航空航天领域的重要应用，其在卫星蒙皮结构、支架等产品中有大量应用，最直接的优势就是减重。同时该结构当前也已经应用到了民航领域，空客商用飞机的机舱舱壁是近年来的一个成功案例。  图1 激光定向能量沉积和激光粉床熔融制造大型复杂金属构件  图2 由空客公司设计，激光选区熔化制造的新型客舱隔板 激光增材制造在汽车工业中的应用 汽车工业的燃油经济性对于降低碳排放对环境的负面影响至关重要。使用轻量级组件对于实现这一目标至关重要。拓扑优化在汽车零部件设计中的减重效果明显。重量的减轻与制造阶段的能源消耗减少有关。然而，拓扑优化在特定约束和设计条件进行结构优化设计时，通常不考虑结构的可制造性。这些优化的结构通常很难或不可能用传统工艺制造。激光增材制造（AM）作为一种先进工艺，为复杂拓扑结构的优化提供了自由。拓扑优化和增材制造技术如何结合在一起，为汽车行业的轻量化和低成本结构提供一个良好的选择。拓扑优化之前会采用有限元分析对初始设计的结构安全性进行研究，然后进行拓扑优化，在不增加激光增材制造部件重量的情况下提高其结构效率。研究人员利用AlSi10Mg合金低密度、高抗拉强度的特点，制备了一对优化后的构件，如图3所示。 图4a是布加迪采用LPBF技术进行电机支架的系列生产，该电机支架具有集成水冷，起到主动热屏蔽的作用，可以显著减少热量传递，目前该发动机支架已安装在所有系列车辆上。图4b是奔驰采用激光增材制造技术制备的零部件。图4c是刀具增材制造的实验程序，对刀具表面进行抛光，以保证工业实践通常要求的粗糙度。试验结果表明金属增材制造可以为冲压工艺提供性能优良的刀具，并显著缩短加工时间。此外，激光增材制造技术在压铸随型冷却通道设计方面也取得了突破。减小冷却通道与压铸表面的距离，以一致的速率散热促进散热均匀性，图4d。 使用高精度Trumpf TruPrint 3000设备制造了保时捷活塞，如图5所示。该过程从利用激光增材制造对活塞进行拓扑优化，每个活塞都比批量生产的锻造活塞轻10%。6个活塞安装在3.8L双涡轮发动机上，进行耐久性测试。在满载情况下运行了135小时，在不同速度的拖动负载下运行了25小时。经过200小时的测试，不仅6个活塞都通过了严格的测试，而且这些铝活塞也有潜力与铸造或锻造的活塞相匹配甚至超越。事实上，保时捷并不是唯一一家研发增材制造组件的汽车制造商。布加迪工程师采用激光增材制造技术制造出制动卡钳，比以前使用的制动卡钳轻5磅，如图5所示。  图3  金属增材制造零件拓扑优化和制备实体零件 图4 汽车工业中金属部件和工装的激光增材制造零件:(a) 激光增材制造技术加工的布加迪电机支架;(b)小批量生产奔驰正品替换件;(c)刀具增材制造程序;(d)冷却模具的设计和激光加工图5 激光AM金属零件的验证:AM加工的保时捷发动机活塞耐久性试验 激光增材制造在生物医药行业中的应用  由于激光增材制造具有专为患者设计、复杂性高、生产率高、成本效益高等优点，在生物医学领域得到了广泛应用。增材制造在生物医学中的主要应用包括组织工程模型、解剖模型、药理设计和生物医学仪器。与传统的医疗器械制造技术相比，激光增材制造技术是一种具有发展前景的新型医疗器械制造技术。根据患者的临床图像，利用激光增材制造技术可以高效、准确地制造出定制的医疗器械和手术导板。此外，激光增材制造可与多种生物相容性材料兼容，如锌合金、钴铬合金、钛合金等，被广泛应用于植入物和矫形器/假体制造。  工作流程包括四个步骤:医学成像、3D建模、增材制造和临床应用。图6a是从医疗数据到最终增材制造的工作流程。激光增材制造的另一个好处是它能够制造复杂的轻质形状，如晶格结构。图6b是基于三周期最小表面设计的多孔金属生物材料具有低弹性模量、远超皮质骨强度的高屈服强度和超长疲劳寿命，耐久极限超过其屈服强度的60%的理想组合。为了设计生物材料和骨科植入物的小尺度几何形状，可以使用骨组织适应模型或拓扑优化算法。这促进了植入物的合理设计，因为仿骨生物材料或植入物不是通用的，而是针对特定患者的特定机械负荷条件。 图6c是采用激光增材制造技术用于固定面部轮廓，恢复正常的外观和功能。激光增材制造技术的能力，如快速生产患者特定的植入物，减少患者的创伤，并通过更短的手术时间提高手术的成本效益，从而使患者更快地恢复，通过该应用得到了证明。图7是使用增材制造技术设计和打印的生物植入物的示例，包括单胞CAD模型和增材制造制胞状结构。这个案例表明增材制造技术可以开发最接近曲面的晶格结构。同时，利用增材制造技术制造的金属生物医用植入物的骨整合表面可以避免应力屏蔽现象，促进骨的长入。  图6 生物医用金属植入物的激光增材制造:(a)从生物医学数据到最终部分的流程图;(b)基于三周期最小曲面和拓扑优化的增材制造金属多孔种植体;(c)由Ti6Al4V制作的下颌骨种植体 图7 (a)种植体和细胞结构的CAD设计;(b)人造髋关节假体。  激光增材制造在核能工业中的应用 用于核反应堆应用的材料有严格的性能要求，必须能够耐受极端环境，包括高温、辐照和在受到机械应力时与腐蚀性介质接触。增材制造已被证明可以制备许多类型核材料部件。这些零件可用于国际热核实验反应堆的冷却系统。该模型具有特定的几何形状，包括薄壁(以加强热交换)和内部冷却通道。薄壁模型的一个例子如图8a所示。图8b是经过36小时的LPBF加工，具有内部冷却通道的预制件，平均气孔率约为1%。另一个例子是带有内部铜冷却通道的不锈钢组件，其中氦气将被用作冷却剂。为了提高换热元件的换热系数，内表面必须具有特定的几何形状。也有研究人员使用PHENIX-100机器通过增材制造技术制造了这种双组份物体(不锈钢/铜)，经检测，零件无孔洞、裂纹等缺陷（图8b）。  图8 激光增材制造加工的核能部件:(a)用于冷却系统的激光增材制造薄壁集复杂模型;(b)铅基反应堆燃料组件及其增材制造组件 总结和展望 (1)设计自由、制造复杂结构的能力是激光增材制造技术的主要优点。随着这一技术的进步，已用于各种高端应用，包括航空、航天、汽车、生物医学、核能等。(2)最近的发展表明，激光增材制造能够制造具有不同金属材料、复杂结构和优异力学性能的接近全密度的金属部件。(3)材料、结构和性能的一体化对于追求高性能和轻量化零件很重要。激光3D打印技术在制造一些典型金属结构及其在航空航天、汽车、生物医学和核能领域的应用方面已经开始展现出巨大的潜力和优势。(4)虽然增材制造技术与传统制造方法相比具有许多优势，但它仍然被大多数高端行业视为一种小众技术。为进一步获得业界认可，需要在设计、材料、新工艺和机器等多方面进行研究和开发，以扩大AM技术的应用范围，并将其提升为主流技术。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.人族火箭发射升空，即是3D打印技术大规模应用的重要里程碑 2.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 3.NASA纯干货分享：采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验总结（重新认识构建过程） 4.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果

导读：3D打印技术为改变工业生产带来了新的机会，例如大量零件整合实现一体化制造、高效率快速制造、更为复杂和极限的结构特征制造等。然而，当前绝大多数工艺仍只能在一个过程中生产一种材料，尤其对于粉末床激光熔融工艺（L-PBF/SLM），因此限制了进一步提高产品性能。本篇文章通过一个散热器案例来描述使用SLM工艺进行多材料设计和制造的潜力，从而实现组件更高性能，所使用的技术来源于Aerosint technology，与Fraunhofer IAPT合作完成。   Aerosint自2016年成立以来一直在开发选择性粉末沉积(SPD)技术，该技术可选择性沉积两种(或更多)粉末，形成厚度可调的单独粉末层，能够应用到几乎所有基于粉末床的增材制造工艺中，包括激光粉末床熔融和粘结剂喷射（已被Desktop Metal收购）。 多材料解决方案的应用可以是多样化的，并将随着对新材料的验证而增长。该公司的技术方案目前已经成功应用于SLM技术，并计划将集成到Desktop Metal的P1机器中。2022年，Aerosint还推出了一种无粘结剂的“压制和烧结”方法，使用选择性粉末沉积制造多材料部件。在这个过程中，使用SPD技术将多种粉末填充在模具中，然后进行压制和烧结，这使得制造金属-陶瓷部件成为可能。 除了提供选择性粉末沉积技术，Aerosint还提供SLM和BJ机器的研发服务，帮助企业寻找和开发多材料应用。在本案例研究中，Aerosint与Fraunhofer IAPT（弗劳恩霍夫增材制造技术研究所）进行了增材制造技术的合作，重点涉及这项技术的工业化和相关的技术转让，以实现全新高效的产品生产。 多材料SLM打印 激光参数和扫描路径优化 弗劳恩霍夫增材制造技术研究所开发了一个具有多材料的拓扑优化结构的散热器，其具有高度复杂的几何形状，极大减轻了重量，改善了热性能并降低了压降。由于传统技术不可能生产如此复杂的几何形状，增材制造成为首选工艺。 在设计阶段考虑了SLM工艺所特有的激光高精度和精细粉末能够创建复杂、高细节特征的制造特点，并规划了激光路径和光斑直径，以保证良好的可制造性。 多材料散热器由高强度、耐腐蚀的316L不锈钢外壳和高延展性的CuCrZr铜合金制成，内部具有珊瑚状核心。所选铜合金的导热系数是AlSi10Mg铝合金的2倍、316L不锈钢的16倍，导热效果明显高于其他常见材料。而且，铜基合金是密闭空间散热应用必不可少的材料。 多材料构件打印过程 为了能够使用SLM技术实现多材料3D打印，Aerosint的选择性粉末沉积(SPD)系统被安装在Aconity3D 公司的MIDI+机器上。作为双缸单材料铺粉的替代方案，Aerosint的SPD系统的铺粉机构由两个可旋转的转鼓组成，可携带不同粉末，如金属、陶瓷和聚合物。可在构建区域内不同位置上选择性的沉积不同类型的粉末，铺设速度可达50毫米/秒，最小区域尺寸约为0.5×0.5mm2。材料可以单独或连续扫描，可选择不同的扫描策略，优化的激光参数可将两种不同的金属粉末融合在一起，确保在界面处有足够的冶金结合。 3D打印技术参考注意到，配备SPD系统的Aconity MIDI+打印机的构建尺寸目前限制在140×96mm2。 在本文案例中使用的两种不同的材料——CuCrZr合金和316L不锈钢——具有明显不同的性能。CuCrZr合金是一种纯度较高的铜合金，对红外激光的吸收非常低，因此需要大量的能量输入才能形成稳定的熔池。如此高的能量输入会导致316L不锈钢过热和汽化，因此有必要应用不同的加工参数，并依次熔化它们。零件打印之后需要喷砂，以实现所需的表面质量。 多材料构件的热处理 为了达到高导热性，通常必须进行后热处理。Aerosint之前的研究表明，在520°C下保温1小时，炉冷后CuCrZr合金的热导率增加了两倍。在时效过程中，CuCrZr合金中过饱和(Cu)基体上会析出颗粒，达到弥散强化和提高导热性的双重目的。一般情况下，该时效温度和保温时间位于316L不锈钢去应力热处理的窗口内。因此，严格来说，对于本案例中多材料构件并没有必要进行额外的热处理步骤。 铝制散热器平均温度(59.3°C)明显高于多材料散热器52.1°C 但3D打印技术参考也查询到，一般双金属材料加工而成的零件均需要进行热处理来稳定形状和尺寸，不同的热处理工艺过程对零件的性能影响较大。通过热处理使温度敏感的双金属零件达到尺寸和性能稳定的方法，称为稳定处理。针对双金属零件的具体组成材料、结构复杂程度以及具体的工作环境，会需要不同的热处理手段。   结论 由Fraunhofer IAPT开发并使用多材料3D打印的拓扑优化散热器，证明了多材料SLM技术可以制造具有更高性能的组件。 这种创新的散热器将为汽车和航空航天行业的苛刻应用提供新解决方案。散热和节省空间至关重要，该方案可以提高电子部件的性能和使用寿命。此外，在一种工艺中生产这种多材料、多功能组件显著缩短了交货时间，降低了生产成本。 创新的多材料SLM金属3D打印工艺不仅可以通过使用不同的材料调整特定区域的性能，还可以制造复杂的几何形状。因此，这将为产品带来更高的价值，同时降低生产成本。 注：本案例由Aerosint公司李晓爽博士和Fraunhofer IAPT Arthur Seibel主导，本文获得了李晓爽博士的指导。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.NASA喷气推进实验室公布2022年三项3D打印应用成果 2.行业洞察：高强铝3D打印材料体系、市场化历程及其应用现状 3.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 4.五千字分享：NASA采用3D打印研制火箭发动机的失败教训与经验