金属增材制造具有制造复杂几何形状的独特优势，而这些几何形状很难通过传统制造技术获得。作为一种快速凝固技术，与传统铸造技术相比，3D打印在快速液-固相变期间，从枝晶分配到周围液体中的溶质没有足够的时间通过扩散平衡。在液-固界面附近产生的溶质浓度梯度导致枝晶和剩余液体的组成失衡。这种现象是控制最终材料化学不均匀性、相组成和各种机械/功能属性的关键机制。 通常，3D打印的许多合金和工艺开发仅考虑材料的整体成分。这些研究通常涉及大成分和工艺参数集的实验筛选。一些研究已经报告了凝固过程中局部成分变化对整体材料性能的重要性。然而，很少有研究遵循与上述分离和分配现象相关的清晰的热力学和动力学规则。因此，迫切需要为3D打印工艺制定考虑非平衡溶质分配特征材料开发指南。 热裂纹是冶金制造中的一个长期挑战，几乎在所有生产方法中都会发生，如铸造、焊接和增材制造。这些裂纹通常发生在凝固结束时固体分数高于0.9时。它们还具有特征性的光滑裂纹表面，表明在裂纹形成过程中存在液膜。虽然现有理论都证明适用于特定范围的铸态合金，但对3D打印的指导意义有限。这种预测差异的原因归因于铸造和3D打印工艺之间存在凝固速率差异、3D打印所使用的商业合金更为复杂性，在快速凝固还需要考虑的其他材料性能，如高温韧性。 到目前为止，文献中已经报道了与3D打印有关的几种热裂纹特征。通常认为，热裂纹仅发生在高角度晶界处，根据非平衡Scheil模型，较小的凝固范围表明低裂纹敏感性。此外，已经发现，通过注入晶粒细化剂或调整工艺参数，晶粒细化可缓解裂纹的发生。然而，这些措施可能会导致其他性能的恶化，如高温性能。在某些情况下，偏析诱发的第二相也可能通过改变局部残余应力状态使裂纹密度最小化。   来自德国马普所的研究人员近日发表了一项题为《Thermodynamics-guided alloy and process design for additive manufacturing》的研究，提出了一种基于热力学的增材制造合金设计方法。研究结果可用于指导在相同基础合金上进行进一步的3D打印试验，经过适当的成分和工艺调整，可以获得无缺陷的零件。 在这项工作中，研究人员通过整合、计算和利用元素分配，提出了一种热力学指导的3D打印合金设计的方法。根据合金元素对枝晶间区相稳定性的影响，将其分为三类。研究人员选择了两种热裂纹敏感性高温合金IN738LC来说明这种方法的有效性。选择这种合金作为模型材料是因为其化学和结构的高度复杂性及其商业重要性。为了说明设计过程，研究人员首先在纳米尺度上量化材料的元素分配。基于这些化学信息，通过计算枝晶间区域的固相线温度差，获得枝晶间的凝固间隔。通过模拟所有相的热力学驱动力，评估了各元素分配对相选择和选择性偏析的影响。 打印态的的0.11Si和0.03Si样品的热裂密度差异和相组成 在与0.11Si样品成分相似的标准IN738LC板的固定激光加热实验期间，裂纹成核的原位同步加速器成像 0.11Si和0.03Si样品的枝晶间偏析的原子探针断层扫描 (APT) 测量 0.11Si和0.03Si样品的枝晶间碳化物成分的APT测量 不同条件下固相线温度和驱动力的热力学计算 热力学引导合金的示意图和工艺设计方法 通过0.11Si合金的工艺优化和成分修改来最小化热裂纹 由110W较低的激光功率输入构建的0.11Si合金的APT测量 总之，这项工作为评估和定量计算合金的热裂倾向提供了热力学解释。该方法使用3D打印制造的超合金IN738LC作为模型材料进行了演示。研究发现，热裂纹的发生需要两个必要条件共同作用，即气孔可作为裂纹成核位置，以及存在具有低固相线温度的薄液膜以促进裂纹扩展。虽然在目前的工业环境下气孔难以避免，但通过合金设计消除薄液膜被认为是更好的解决方案。在目前的合金中，研究人员发现在凝固后形成的枝晶间区域中的富硼薄膜大大降低了局部固相线温度。然而，从材料中去除B是不切实际的，因为它对高温合金的高温蠕变性能很重要。在使用精确化学分配信息的热力学模拟的指导下，已经提出并验证了几种可能的裂纹缓解策略。研究人员相信，目前的方法不仅有助于防止镍基高温合金的热裂问题，而且还可以指导设计用于增材制造和一般凝固的无热裂材料。 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.清华大学：3D打印超高强纳米点阵材料，达到理论强度极限 2.热处理对金属3D打印CuCrZr合金力学性能及导电性能的影响 3.重庆大学《Nature》子刊：增材制造钛合金取得重要进展 4.NASA工程师总结：航空航天金属增材制造部件的生命周期

9月23日，3D打印技术参考注意到，美国空军又开始了一项新的资助计划，授予美国一家非营利的应用科学研究组织CTC（Concurrent Technologies Corporation）520万美元，开发“世界上最大”的粉末床熔融金属3D打印机，后者将与分包商SLM Solutions美国办事处合作进行这一研究计划。 为了满足美军对3D打印更长部件的需求，CTC选中了已经在效率、尺寸和应用方面具有成熟技术的SLM Solutions NXG XII 600激光粉末床熔融金属3D打印机，来开发新型的Z轴达1.5米的新装备——NXG XII 600 E。   将要开发的SLM Solutions NXG XII 600E CTC是一家美国应用科学研究非营利组织，与其技术转型子公司Enterprise Ventures Corporation合作开展研发、测试和评估工作。CTC 对增材制造技术的研究已经持续多年，通常与美国军事机构合作。它拥有冷喷涂、混合制造和L-PBF 3D打印技术，并与America Makes、AFRL（美国空军研究实验室）和陆军快速装备部队等合作。除了开发和评估工作外，CTC还协助客户进行复杂零件的3D打印以及磨损或损坏部件的修复。 现有的NXG XII 600，是世界上首台大幅面、配备超多激光数量的PBF金属3D打印机，其应用领域也较为广阔。2022年3，知名的航空航天、国防和航天工业增材制造技术服务商Sintavia订购了两台；2022年2月，大众集团子公司、从事发动机制造的MAN Energy Solutions以及美国雷神下属的柯林斯航空航天公司分别购买了一台；2022年1月，美国加州一家火箭制造公司购买2台；2021年9月，尼康旗下美国服务商Morf3D安装NXG XII 600。此外，它还被汽车领域新锐企业Divergent Technologies用于3D打印金属汽车零件。 SLM Solutions NXG XII 600NXG XII 600配备12台激光器，构建体积为600 x 600 x 600mm。新的NXG XII 600 E将在现有基础上将Z轴将扩大为1500mm，并号称具有与前身相同的“闪电般的速度和生产力”。 “世界上最大的增材制造机器”，这一说辞实际上并不严谨。事实上，即便在粉末床金属3D打印领域，这一描述也在被不断的突破，国外同行似乎仍沉浸在欧美主导市场的“旧梦”中，全然没有注意到中国在该领域正突飞猛进。 在粉末床激光熔融大尺寸制造领域，国外现有设备除了SLM Solutions NXG XII 600，还有已经存在多年的GE Concept Laser X Line 2000R，其成形尺寸为800 x 400 x 500 mm；Velo3D于6月份推出的Sapphire-XC-1MZ，成形尺寸为φ600 x 1000mm，也是仅此一款较为知名的、仅单轴超过1米的SLM金属3D打印机。 总结于2020年，除Velo3D外其他品牌尚未有更多消息披露 PBF金属3D打印装备制造商实际上都在扩展其3D打印机的Z轴制造尺寸，这是一种新兴趋势。国内的设备商，有意无意间实际上已经掀起了一场技术竞赛，一系列多激光、米级的装备纷纷发布。国内外的这种现象，表明在航空、航天、军事等领域有使用特定类型、尺寸零件的制造需求，尤其是一些公司在宣传文案中特意指明，某机型适合某类零件的制造。 国内相关米级、多激光PFB金属3D打印设备 （qq群可下载PFD高清版本,若有遗漏请联系）国内的案例较为敏感，我们无法展开说明，以Velo3D在太空制造领域的突出地位为例可以明晰相关问题。该公司的最大客户SpaceX，曾有兴趣在2021年收购Velo3D，此前其购买蓝宝石打印机的数量已经达到了22台，成为Velo3D最大的客户。可以肯定的假设，这些装备正在被用于火箭发动机等相关组件的制造。而在今年6月，3D打印技术参考注意到，Velo3D在其上一代Sapphire- XC的基础上进行改造，将Z轴的成形尺寸增加一倍，达到φ600 x 1000mm，这不单单是为了追求尺寸的增加，而是背后有应用需求的驱动。 而随着尼康对SLM Solutions的收购，后者新的金属3D打印技术无疑会助力日本太空和军事工业的发展。 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：…

近日，3D打印技术参考注意到，美国空军“小企业创新研究”（SBIR）计划已授予蓝色激光专家NUBURU第二阶段合同，以开发基于蓝色激光的区域3D打印技术。 NUBURU是知名的高功率蓝色激光技术开发商，已率先将其用于电池、电动汽车和消费电子产品中的金属焊接。2022年，NUBURU与3D打印机制造商Essentium合作，正在开发一种基于蓝色激光的新型金属3D打印机。据3D打印技术参考了解，这是一台丝材定向能量沉积设备。 蓝色激光对金属3D打印具有特殊的意义。以不锈钢、铝、镍基高温合金等为代表的主流金属材料对传统使用的红外激光吸收率并非最高，而是会反射大部分能量。通常被拿来对比的铜，则更具代表性。从下图可以看出，当前主流使用的金属3打印材料对蓝光的吸收率是传统红外激光的1.5至几十倍。在往期文章中，3D打印技术参考对此做过详细介绍，可在延伸阅读中查看。 蓝色激光的吸收率优势 蓝色激光金属3D打印的潜力 此次美国空军资助的重点是，希望NUBURU能够开发出一种新的基于蓝光技术、能获得高金属密度、微米级分辨率、零后处理，同时将构建速度提升100倍的新金属3D打印解决方案。很明显这是一台基于蓝光的SLM 3D打印机，但相关报道也指出新的装备同时具有区域打印的能力。 “区域打印”对于3D打印来说仍属于一个新概念，通常是指从激光逐点扫描发展到“逐区域”打印。这项概念由另一家美国公司Seurat提出，依据它的技术，一束激光中包含了200万个激光点，可一次实现5×5mm甚至20×20mm的区域成形。因此，区域打印极大提高了金属3D打印的速度，并有望规模化的降低制造成本。Seurat希望到2025的第二代设备将打印速度提升到现有SLM的100倍，使平均零件打印成本将为150美元/公斤。 区域金属3D打印的真实过程 区域金属3D打印过程中产生的羽流在3D打印技术参考看来，区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战。而如果将现在发展仍不成熟的蓝色激光技术与区域打印相结合，并应用在SLM技术的开发上，这无疑可以称之为下一代SLM技术。 蓝色激光相比于红外激光的优势不仅仅体现在吸收率上，更重要的是与之相关的熔化过程的改善。吸收率的提升意味着工艺窗口将大大增加，熔化过程更为可控，飞溅污染将会减少；对激光器功率的需求也会将大幅降低，同时，激光扫描速度也会因吸收率的提高而增加，进而表现在打印效率上。蓝光还有另一个物理优势——小尺寸光斑，对于金属3D打印来说可以获得更精细的分辨率。同时，蓝光能够在相对红外激光与聚焦透镜两倍以上的距离产生与后者相同的光斑尺寸，从而获得更大的扫描区域。 3D打印技术参考对基于蓝光和区域打印的新解决方案优势总结为三点： • 更高的打印效率； •更高的成型质量； •更大的打印空间。 这三点有助于帮助粉末床激光熔融技术实现批量生产并大幅降低成本。   蓝光具有小尺寸焦点，对于增材制造，蓝光可以实现更精细的分辨率，更大的扫描区域 如能将蓝色激光与区域打印技术结合，无疑会带来非常多的想象空间。对于NUBURU来说，这是其实现技术应用的进一步发展，而对于增材制造行业来说，将意味着更高的规模化制造能力和成本优势，从而进一步打开航空航天和汽车市场。当然，可能还有更多无法预知的可能性。 NUBURU首席执行官兼联合创始人表示，他们很荣幸通过这份合同将蓝色激光技术和下一代3D打印能力带给美国军方。通过将蓝色激光的吸收优势与区域打印技术相结合，目标是制造出更大规模的3D打印机，其打印速度将是基于红外激光的打印机的100倍。如果项目获得成功，可以让军方直接生产老旧的飞机零件，而不需要花很长时间去采购，这将大大减少建造和更换关键部件所需的时间。 据3D打印技术参考了解，国内华南理工杨永强教授团队已经开展过蓝色激光与红外激光双波长粉末床熔融装备的研究；除此之外，国内也有团队在进行区域3D打印技术的研究，但确实比较困难。 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.区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战 2.国外正在开发一种基于蓝色激光的新型金属3D打印机 3.南科大：金、银、铜等典型高反射材料的激光增材制造 4.华南理工杨永强教授团队在新一代SLM技术领域的研究进展

2019年，华曙高科全球首推Flight®技术（或Fiber Light®技术），通过独创的高分子光纤激光烧结技术，打造行业领先生产率；2021年，华曙高科发布Flight® 403P系列双激光设备，提供更高生产力。自此，华曙众多客户采用强大的光纤激光设备实现批量化生产高品质终端应用部件。 Sofos Robotics Co.（以下简称 Sofos Robotics）引进华曙高科开源的Flight® HT403P设备及巴斯夫高性能材料，进行原型设计及批量化生产。 近期，华曙高科北美子公司市场专员Jason Rodriguez有幸采访了Sofos Robotics公司总经理John Huster，深入了解Sofos Robotics如何应用Flight®技术。以下为报道全文。 FARSOON物业工作周报 Rodriguez: 您能分享一下Sofos增材制造的历史吗？ Huster: Sofos Robotics是一家自动化和机器人集成服务提供商，旨在最大限度地提高工业生产效率。我们引进增材制造技术改进自动化单元所需的部件，比如定制化支架、安装板、零件夹具和夹持器。 起初我们有几台FDM设备，为公司内部和少数客户打印部件，那时我们专注于原型设计和小批量生产。但是随着业务的不断增长，我们意识到FDM技术无法快速生产我们需要的部件数量。于是我们开始研究其它生产技术，经过对比，最终决定引进华曙高科Flight®技术设备，因为该技术优异的速度和灵活性。 我们认为增材制造是一项具有巨大潜力的技术。我们计划通过寻找新市场、帮助客户解决问题继续推动我们业务的发展。 图为华曙高科Flight® HT403P设备安装于Sofos Robotics公司（图片来源：Sofos Robotics） 物业工作周报 Rodriguez: Sofos Robotics为何选择华曙高科和Flight®技术？ Huster：和许多其他公司一样，起初我们采用FDM设备开始增材制造生产，为客户生产零部件原型。后来，客户开始关注我们的产能，我们看到了发展机会，开始研究不同的3D打印技术。最终，我们选择华曙高科Flight® HT403P设备，因为它的成型体积大、打印速度快，而且材料/参数开源。此外，华曙设备耗材更少，售后服务比我们对比的其它设备更具成本效益。 物业工作周报 Rodriguez：您能分享一下Sofos增材制造的具体应用案例吗？ Huster：有一位客户委托我们生产一种定制的防静电尼龙防护罩。针对这个部件，由于环境要求，我们必须使用防静电材料。 在采用增材制造技术之前，该防护罩由不锈钢制成，将两半焊接在一起。然而客户想实现一体化成型，降低报废率。 通过采用华曙高科Flight®设备和巴斯夫的防静电尼龙材料，我们能够以更低的成本和更快的生产效率为客户提供一体化成型解决方案。 在引进华曙设备之前，我们的一台FDM设备需要12小时才能打印出1个防护罩，现在采用华曙Flight®技术，我们能够在相同时间内打印12个保护罩以及配套的支架。 物业工作周报 Rodriguez：我们了解到Sofos许多项目都使用特殊的工程材料。您对华曙高科材料/参数开源的设备体验如何？ Huster：这是我们在考虑购买设备时的关键点之一。材料开源的设备非常符合我们的需求，而且我们能够从不同供应商那里购买材料，以便为我们的客户找到最佳解决方案。我们收到客户的各种不同生产需求，能够自主选择不同供应商的材料，这让我们受益颇丰。 参数开源的设备很棒！这使我们能在完成1-2缸打印任务后快速更换新材料。我们能够自主调节很多参数，比如工作温度、激光扫描功率、扫描距离等。开源平台使我们能够为打印过程中的每个部件设置不同的打印参数，并测试多种参数组合，以找到最佳解决方案。我们还可以在打印过程中实时添加或删除工件。当我们第一次尝试一种新材料时，这些功能非常实用。 物业工作周报 Rodriguez：我们了解到Sofos已经成功测试了一些巴斯夫材料。您能否与我们分享更多测试结果以及针对的应用行业？ Huster：我们对巴斯夫的体验非常好。巴斯夫提供的多样材料选择，我们已经在Flight®设备上开发了相应的烧结参数。目前，我们使用巴斯夫的PA11 ESD、TPU和PA6矿物纤维复合材料，已经完成了这些材料的测试和应用验证，我们期待将来使用更多的巴斯夫材料。 我们正在使用TPU材料开发的项目是定制吸盘和定制的悬垂式控制器防护罩。开发过程中不断解锁材料的新性能，我们期待TPU材料的更多应用。 物业工作周报 Rodriguez：您能分享一下您与华曙高科合作以及应用 Flight® HT403P设备的经验吗？ Huster：我们与华曙高科的合作非常愉快，华曙在整个过程中都积极帮助我们，我们遇到任何问题，华曙都积极提供支持。 物业工作周报 “Flight® HT403设备提供了高速和高精度，无论您需要应用于什么行业，开源材料的平台都带来无限的生产应用。”华曙北美子公司销售总监Jim Braddick表示，“通过我们的材料合作伙伴巴斯夫和华曙Flight® HT403光纤激光设备， Sofos Robotics为终端客户带来了终端应用部件，这是传统生产技术无法实现的。” 巴斯夫业务发展经理Jeremy Vos表示：“我们与Sofos团队合作了很多材料，包括 PA11 ESD。我们认为与一个强大的团队合作，帮助他们为客户快速提供解决方案，这种经验意义重大！” 9月12-17日，华曙高科北美子公司在芝加哥参加IMTS (The International Manufacturing Technology Show) 展会，现场展示Flight®技术以及巴斯夫 Ultransint® PA11 ESD和Ultransint® PA11 Black CF材料的3D打印解决方案。 此外，华曙高科欧洲子公司将于11月15-18日在德国法兰克福参加Formnext展会，展位号11.1-D29，将重点展示Flight®技术。期待与您相见！…

如今，高精度三维扫描与3D打印并不是相互独立、界限清晰的技术门类。相反，两种技术的相互融合应用正在不断加速，在航空航天、汽车、医疗等领域正在发挥重要作用。高精度三维扫描可以快速进行3D打印件的尺寸合格性验证，助力增材制造实现良好的终端应用，实现高效定制化和小批量零件生产。 先临天远是中国较早进行自主研发工业级光学三维测量技术的企业。天远品牌成立近20年，一直专注于高精度三维扫描仪的研发，积累了丰富的行业经验。本期内容将盘点天远高精度三维扫描与增材制造技术融合应用的案例，探索两种技术在工业化应用中发挥的价值。 高精度三维扫描与SLM金属3D打印融合应用 激光粉末床熔融采用激光选择性的逐层熔化金属粉末，直至完成零件打印。制造复杂结构零件，是该技术的重要应用。 传统的检具和三坐标，受零件的形状影响较大，不利于测量形状复杂的零件。而高精度三维扫描通过非接触式的三维测量方式，则不受零件形状影响，可以快速检测SLM金属3D打印制造的零件。 高精度三维扫描与激光熔覆技术融合应用 激光熔覆技术是用激光涂覆的方法将材料进行逐层堆积，最终形成具有一定外形的三维实体零件。其主要是用于进行零件的修复以及一些复杂零件的直接制造。 高精度三维扫描在激光熔覆中，主要进行以下两方面的应用： 1）为修复提供数据支持，通过高精度三维扫描仪获取缺损特征的三维数据，进行逆向设计，规划修复方案、修复路径及工艺参数； 2）进行全尺寸检测，激光熔覆后，通过非接触式三维扫描快速得到合格性检测结果。 以工件修复为例，因长期使用，工件受到了磨损，通过天远OKIO系列三维扫描仪扫描完整的三维数据，与设计数据相拟合，得到缺损部分的完整数据，为后续激光熔覆修复的路径规划提供准确的数据支撑。 工件缺损部分的三维数据处理   工件修复前后 工程师利用激光熔覆技术对于叶片进行修复，修复后，使用天远OKIO系列三维扫描仪进行三维扫描，再将三维扫描数据导入Geomagic Control X检测软件，获取检测结果。 高精度三维扫描与砂型3D打印融合应用 在一些铸造生产中，会通过3D打印来提高砂型模具的制作效率。但是，3D打印之后，如何进行模具的检测成了一道难题。高精度三维扫描可以轻松解决这一难题，一个50cm长的砂型模具，约5分钟即可得到检测结果。 以砂型模具尺寸检测为例，使用天远FreeScan系列三维扫描仪，直接三维扫描砂型模具，50*30*20cm的砂型模具，3分钟即可获取完整的三维数据。将三维扫描的数据导入Geomagic Control X检测软件，2分钟即可完成整个模具的全尺寸测量。 高精度3D"视"界，拓展3D打印边界。接下来，天远高精度三维扫描解决方案将在后续TCT 3D打印展中进行展示。 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.权威标准 | 先临天远和全球知名计量企业一同起草国家计量技术规范 2.满足用户所需！先临三维发布「工业高精度」和「专业彩色」3D扫描仪新品 3.先临三维重磅推出高精度光固化3D打印机，助力原型设计和柔性生产 4.先临三维 | 高精度3D“视”界——拓展3D打印应用边界

到目前为止，没有一项3D打印工艺像粘结剂喷射那样持续挑动行业的神经。这项技术号称能够实现金属3D打印低成本、批量化生产，拥有高于其他3D打印技术数十倍的工作效率。本文将总结该技术领域最新的市场格局，包括国内外主要的市场参与者、发展状况及最新的市场预测，同时在文末总结了市场蓝图。 过去两年，市场极大重塑 真正的改变随着Desktop Metal上市而不断展开，一系列的收购让一些品牌消失，也成就了该领域的独角兽；一些新的重量级玩家开始入局，一些新的重要材料工艺被突破，也有一些被广泛关注的设备正式上市。首先，回顾过去1-2年发生的重要事件。 1. 2022年9月，HP公司历时四年，终于推出了其首款基于所谓Metal Jet技术的S100粘结剂喷射金属3D打印解决方案。 2. 2022年7月，Markforged宣布从Hoganas集团收购瑞典公司Digital Metal。8月31日，这项收购被宣布已经完成。 3. 2022年5月，GE Additive在最新的新闻图片中展示了其第三代粘结剂喷射金属3D打印机。 4. 2022年4月，台湾电子巨头富士康宣布将与增材制造公司Triditive联手开发基于粘结剂喷射的金属3D打印机。 5. 2022年3月，Desktop Metal终于将第一台生产级系统（Production系列）P50交付给客户，标志着该公司用于最终用途金属零件大规模生产的旗舰增材制造技术真正商业化。 6. 2021年11月，喷墨技术专家日本理光发布了一款采用自有工业喷墨打印技术开发的新型粘结剂喷射金属3D打印机，并声称支持铝合金最终零件生产。 7. 2021年11月，Desktop Metal完成收购粘结剂喷射3D打印技术的领导者Exone，并宣布收购另一家新锐企业——Meta Additive。12月，宣布获得获德国汽车制造商790万美元订单。 8. 2021年6月，大众汽车宣称首次在生产中全面使用粘结剂喷射金属3D打印技术，在该技术领域，它一直与惠普合作。 9. 2021年3月，Desktop Metal和Exone几乎同时宣布突破铝合金粘结剂喷射3D打印成形。福特公司声称，不久的将来会使用ExOne的工艺大批量生产铝合金零件。 10. 2021年2月，Digital Metal宣布推出纯铜3D打印材料，成为第一个为粘结剂喷射3D打印系统提供官方认证纯铜材料和工艺的设备商。 11. 2020年12月，Desktop Metal上市，粘结剂喷射金属3D打印市场格局开始改变。 知名企业，引领技术发展 截至目前，当前国际上知名的、被广泛关注的从事粘结剂喷射金属3D打印技术的领先公司，包括Desktop Metal、Markforged、HP以及GE Additive，这些都是美国企业。 1. Markforged——非边缘玩家无论是新产品的推出还是企业收购，都造成了市场格局的深刻改变。Digital Metal作为粘结剂喷射金属3D打印领域实现产品商业化最早期的两家公司之一，Markforged对它的收购不仅仅意味着正式迈入粘结剂喷射金属3D打印领域，更重要的是其具备了批量制造技术解决方案。 Digital Metal已经推出了商业化的产品，应用领域涉及医疗/牙科、航空航天、汽车以及包含珠宝、手表、配饰等在内的奢侈品行业。因此，Markforged迈入粘结剂喷射金属3D打印赛道将是重要的参与者，而非边缘玩家，更何况其本身就具有丰富的与挤出技术相同工艺流程的脱脂烧结经验。 Markforged将获得Digital Metal早期的DM P2500，其成型尺寸为203x180x69mm，以及后者于2022年5月刚刚宣布推出的最新大批量制造级系统——DMP/PRO，其成型尺寸为250×217×70（或186）mm。可成形材料包含了316L、17-4PH、Ti6Al4V、DM625、DM247、纯铜等。 2. GE Additive——致力于垂直领域应用 自2017年GE Additive宣布开发粘结剂喷射金属3D打印技术以来，已经可以打印航空、能源、汽车和其他工业领域使用的不锈钢、铜、高温合金、硬质合金等多种材料，但与其他几家公司相比，其产品推出的速度还是稍显落后，目前没有商业化的产品上市。 GE Additive致力于与不同垂直领域的主要客户进行战略推广，测试合作伙伴网络使其专注于那些真正希望将该技术投入生产的客户——如康明斯用于发电和汽车，西屋制动用于铁路，山特维克用于采矿，肯纳金属用于对耐磨和耐腐蚀至关重要的石油、天然气等工业应用。这些客户真正希望推动该技术应用向前发展并真正着眼于将组件或材料投入规模生产。 3. Desktop Metal——行业独角兽 Desktop Metal已经通过上市和收购成为最知名的行业巨擘。在粘结剂喷射技术领域，Exone具有非凡的地位，它是最早期将该技术商品化并实现大规模应用的企业。 对Exone的收购，使Desktop Metal消除了最为强大的竞争对手，并使其成为自己的一部分，同时创建了当前市场范围内最强的产品组合和用户集群。旗下拥有Shop系列、X系列、P系列共9款粘结剂喷射系统，可成形316L/304L不锈钢、模具钢、工具钢、钛合金、镍基合金、钨、铝等广泛材料组合。 而对Meta Additive的收购，则有助于解决当前该工艺领域所普遍面临的孔隙率、收缩、零件尺寸限制和生产速度缓慢的问题，该公司开发的非牺牲性粘结剂使Desktop Metal敏锐察觉到收购对其技术成长的重要意义。对Aidro的收购，则是将其产品推向应用的一个重要窗口，该公司是高科技工业、能源和航空航天领域液压元件的供应商，专注于将过时的液压设计转变为坚固、轻便的3D打印替代品。 4. HP——紧盯数字化制造的未来惠普在多年前就表达出意图借助3D打印技术颠覆全球价值12万亿美元制造业市场的雄心。其所推出的MJF技术只是改变3D打印市场格局的第一步，Metal Jet则更被业界广泛关注。然而不得不提及的是，由于研发时间经历四年，其早期的风头确实被后起之秀Desktop Metal抢尽。 惠普紧盯数字化制造的未来，并发布有《数字制造趋势白皮书》，其中指出，中国制造业数字化转型趋势已逐渐形成，潜力广阔。随着3D打印对制造数字化和行业颠覆产生的影响，按需生产的能力成为数字化制造的最大驱动力。2021年6月，惠普指出，自MJF推出以来，已交付的零件数量超过了6000万个，而三个多月过后，这一数量已经突破了1亿。在进行了广泛的测试之后，惠普Metal Jet技术可能已经解决了该工艺所存在的广泛问题，能否像当年的MJF技术一样掀起市场风浪，需要大家拭目以待。 国内公司，须紧追技术发展 长期以来，国内商业化的粘结剂喷射金属3D打印厂商仅有武汉易制科技有限公司，从已公开的信息可以查询到，广东峰华卓立、北京隆源、宁夏共享等公司也在研发该工艺并推出了相关设备；高校方面则有华南理工大学杨永强教授团队、华中科技大学史玉升教授团队、北京科技大学曲选辉教授团队等从事该工艺的研究，且多采用自研平台。 观察该工艺的被关注形势、专利申请情况以及展会服务商提供的信息，3D打印技术参考认为，国内从事粘结剂喷射金属3D打印研发的团队还有很多，有同类技术设备商表示，保守估计有20-30家。 国外几家设备商所推出的设备已经在航空航天、汽车、国防军工等领域得到应用。如Exone公司十几年间已经推出了实验型、工业型多款型号，相应的打印和脱脂烧结工艺也日趋成熟。 国内设备商虽在打印、设备、烧结工艺方面积极布局并取得了一定的应用，但从可打印材料种类、设备加工能力、工业化应用、粘结剂开发还与国外厂商有一定差距。 目前，国内对这项技术比较缺乏信任感，用户普遍更关注SLM技术，这使得配套粘结剂喷射技术的上游材料（如金属粉末）供应商极少，而且材料的一致性差，基本没有专业的适用于这项工艺的粉末供应商。另一方面，用户也受到专业知识的限制和一些误导，对这项技术持怀疑态度。由于粘结剂喷射技术所涉整个技术链条太广、太复杂，研发难度非常大，不仅需要花费大量资金，而且耗时很长，目前世界上没有一个团队可以在短短几年内推出成熟的粘结剂喷射金属3D打印解决方案。…

应用背景：3D打印技术在医疗领域的应用越来越深入及广泛，借助先进的CT重建技术、3D打印技术以及医用材料可以帮助世界各地的病人减少折磨，帮助医生提升手术精准性和效率。颅骨缺损通常是颅骨畸形、脑瘤切除相关的外科手术或者意外创伤导致。为了修复这种颅骨缺损，医学上通常会使用钛合金材料或具备生物相容性的PEEK聚合物，利用3D打印技术来制作颅骨植入物，替换人体的骨骼，在国内外已经有很多临床案例。 医学对颅骨植入物的要求十分严格，首先它要和病人的缺损部位的数据精准匹配，因此需要进行CT重建以及3D打印，来实现精准医疗；此外，所选的材料要满足生物相容性和良好的机械性能，PEEK材料的弹性模量与人体骨骼十分接近，因此国内外众多医院也在开展PEEK植入物的临床手术。 近日，孟加拉国3D HUB医疗公司找到一迈，希望通过其PEEK3D打印解决方案，为当地病人提供医用PEEK3D打印植入物。3D HUB提出了他们对3D打印植入物精度和品质的要求，双方经过多次试验论证，最终选择了一迈的MAGIC-HT-PRO来打印制作。 案例一： 贾拉尔-乌丁-莫-鲁米是NINS 副教授，其医疗团队将首先通过CT重建设计出与该病人相匹配的颅骨植入物模型，然后通过一迈的MAGIC-HT-PRO将该模型打印出来,经过消毒后开展了植入手术。 △左右滑动查看更多（医疗植入，慎滑） 手术医院：孟加拉国专科医院 患者姓名 : MD Nazzimuddin医生姓名：Jalal Uddin Muhammad Rumi 博士（NINS 副教授）植入材料：PEEK 案例二： 拉齐尔·哈克是达卡医学院医院神经外科教授，该案例需要植入的部位是颅骨侧面耳朵附近的头盖骨。 患者姓名：Sabina 医生：Jalaluddin Ahmed Rumi 博士（神经外科医生，NINS） 植入材料：PEEK 特别感谢准备 3D 模型和支持：Monir Reza 博士 (DMCH) 一迈的PEEK材料是一种拥有优异性能的热塑性聚合物，具备优异的生物相容性，其弹性模量与人体骨骼非常接近，得到了众多外科医生的认可，是目前最为理想的可以代替金属材料的骨科植入材料之一。 一迈高温3D打印机MAGIC-HT-PRO，拥有高达500℃的打印温度，120℃的腔体温度，200℃的热床温度，并且具备独立升降的液冷双打印头，为PEEK的稳定打印提供了优异的硬件条件。   为规范增材制造聚醚醚酮植入物的管理，2月28日，中国国家药监局器审中心组织制定并发布了《增材制造聚醚醚酮植入物注册审查指导原则》。 经过多年临床试验，采用3D打印工艺制造的PEEK植入物表现出了在安全性有效性和可靠性等方面的诸多特点。本指导原则适用于采用PEEK材料经3D打印工艺生产，作用于骨、关节及口腔硬组织的无源植入性医疗器械，旨在指导注册申请人对增材制造聚醚醚酮植入物产品注册申报资料的准备及撰写，同时也为技术审评部门对注册申报资料的审评提供技术参考。 该原则的制定，势必加快该技术在医疗领域的应用进程。 PEEK植入物的传统和3D打印加工方式 PEEK的熔点极高（玻璃化温度 143℃，熔点达到343℃），使其加工极其困难。目前，国内可用于PEEK材料成形的方法主要包括数控加工和快速成形两种。 数控加工是当前国内PEEK材料成形的主流的方法，通过数控加工模具，采用注塑的办法来完成 PEEK 材料的成形，但采用这种方法加工的缺点是材料浪费非常严重，加工成本非常高。 第二种方法是3D打印（熔融沉积、激光烧结），相较于数控加工，3D打印提高 了PEEK制造的灵活性，克服了材料浪费、难加工等困难，制造速度也是显而易见的。 与金属植入物相比，PEEK具有三个突出优势 第一，PEEK的弹性模量与皮质骨弹性模量接近，尤其是碳纤维增强PEEK的弹性模量与皮质骨弹性模量更为匹配。这种接近或匹配的弹性模量一定程度上减弱或消除了应力屏蔽效应，有利于植入体与骨组织之间的骨整合, 保证了 PEEK 种植体的长期稳定性。 第二，PEEK可透过Ｘ射线，CT 或MRI扫描时不产生伪影，因而较容易监控骨生长和愈合过程。此外，PEEK还具有良好的生物相容性、耐磨损、耐疲劳、耐腐蚀、易加工等特点，而且PEEK比金属材料更加轻质。上述优点使PEEK广泛应用于创伤、脊柱和关节等领域。 第三，与不锈钢、钛合金和超高分子量聚乙烯植入物相比，PEEK 及其复合材料具有良好的耐磨性能，可有效避免由于磨损颗粒引发的植入体周围炎症和骨溶解等问题。因此，聚醚醚酮在骨科种植体的应用中被认为是替代传统种植体的候选材料之一。 迄今为止，3D打印PEEK假体的临床案例已达上百例。 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.华科史玉升团队开发出能3D打印PEEK的激光烧结SLS设备并成功实现临床应用 2.推动PEEK 3D打印应用，一迈发布免费PEEK 3D打印活动 3.一种用短切陶瓷纤维增强的新型3D打印耐高温复合线材 4.历时四年，惠普正式推出Metal Jet S100粘结剂喷射金属3D打印解决方案

9月12日，3D打印技术参考注意到，惠普基于Metal Jet的粘结剂喷射金属3D打印解决方案于国际制造技术展(IMTS) 上正式推出。这距离其2018年宣布该技术已过去四年。2021年年中，惠普宣布Metal Jet数字制造方案已面向全球部分地区客户交付，预计于2022年初进入中国市场。 其推出的Metal Jet S100成形尺寸为430x309x200毫米，六个HP热喷墨打印头连接到两个打印杆上，总共配备63360个喷嘴。系统能够以每秒1200点/英寸(dpi) 的分辨率精确地喷射高达6.3亿纳克大小的粘结剂液滴。 Metal Jet S100生产系统组成（未包含烧结炉） 全新的Metal Jet技术能够以高于其他3D打印技术数十倍的工作效率及明显低于其他粘结剂喷射成型系统的成本，生产功能性终端机械零件。 在生产线方面，Metal Jet S100采用模块化设计，可以安装多台设备形成连续的生产线。粉末管理站可以对单台或多台打印机进行粉末混合、筛分和装载；4倍冗余喷嘴和双倍打印杆，可大幅减少粘结剂重量，实现可靠性和可重复性；专为工业制造而设计，可实现7×24h不间断制造；固化站将对零件进行热固化，然后再使用第三方系统去除粉末。 在关键器件和原料方面，惠普指出，其拥有最高效的打印头（1200dpi、4 倍喷嘴冗余、高级错误检测、高速校准、易于更换）和最有效的粘结剂。其开发的乳胶粘结剂的特点是长聚合物链紧密填充到分散在液相中的颗粒中，可实现低碳残留、低温固化以及更高的精度、表面质量和生坯强度。 在材料方面，其采用传统MIM金属粉末进行打印，目前推出的合格材料有316L和17-4PH，可满足工业、医疗、消费和汽车行业的客户需求。 使用Metal Jet技术生产的部件（来自3dprintingmedia） 自惠普Metal Jet技术发布以来, 它已与GKN、Parmatech（金属注射成型制造商）、Cobra Golf、大众汽车、威乐、施耐德电气等客户形成了合作，尤其施耐德已经利用该技术生产优化的工业金属空气过滤器。这种过滤器通过传统方法制造非常昂贵，采用惠普Metal Jet技术不仅缩短了生产时间，零件重量还大幅降低，紧凑度也提高了20%。 施耐德电气使用Metal Jet技术生产的316L空气过滤器（来自施耐德电气） 施耐德电气使用Metal Jet技术生产的316L空气过滤器（来自3dprintingmedia） 使用Metal Jet技术生产的部件（来自3dprintingmedia） HP Metal JetS100解决方案承诺能够实现几何形状、密度控制，实现轻量化或整合金属部件，突破3D打印的可能性。该系统提高了客户的经济效益：缩短了制造零件所需的流程步骤，同时降低了因人工或复杂性要求而产生的成本，从而提高了整个供应链的效率。 粘结剂喷射理论上可以将金属3D打印的生产力提高十倍，允许逐层打印而不是逐点扫描。零件不需要去除支撑且性能具有各向同性，使其比基于激光的3D打印更具成本效益。此外，惠普打印头利用数十年的工业热喷墨技术，在提供高分辨率和系统稳定性方面具有优势，使大规模3D金属部件成为商业制造的可行选择。 HP Metal Jet S00生产线（来自惠普） 惠普指出，新的Metal Jet S100解决方案为全球金属制造业的数字化改造打开了大门，重点关注以客户为中心和以设计为主导的软件和硬件的端到端供应链解决方案。 Metal Jet S100解决方案提供工业生产能力、集成工作流程、订阅和服务产品——为客户提供前所未有的技术和业务优势，帮助他们实现业务转型目标。模块化解决方案使构建单元能够在四个不同的站点之间移动，这意味着用户可以持续大规模地进行大规模金属生产。 惠普公司3D金属全球负责人兼总经理表示，自2018年宣布开发突破性的Metal Jet技术以来，惠普一直致力于开发业界最先进的3D金属大规模生产商业解决方案。3D打印金属零件是数字化转型的关键驱动力，新的Metal Jet S100 解决方案将为客户提供世界一流的金属产品，从最初的设计到生产，更重要的是帮助他们实现数字制造的无限潜力。 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.惠普Metal Jet金属粘结剂喷射3D打印机计划明年进入中国市场 2.重磅：Markforged收购Digital Metal，粘结剂喷射金属3D打印市场格局再变 3.GE Additive表明旗下粘结剂喷射金属3D打印技术的发展战略 4.重磅：富士康宣布开发粘结剂喷射金属3D打印系统

在评估和选择增材制造工艺类型时，设计要求将大大减少可选择的种类。工艺选择最常见的依据是组件的复杂性和尺寸。近些年来，许多火箭发动机的设计尺寸都是考虑了L-PBF设备的打印尺寸限制。除了尺寸限制之外，其他要素还包括所需的材料特性、某些特征属性或合金的工艺成熟度。高级属性包括设计要求、工艺特定考虑因素以及微观结构特征和性能。NASA工程师企图对这些属性进行单独分类，但这些因素通常相互依存无法分割，同时给出了航空航天部件的一般工艺选择原则，其中考虑了选择标准的类别。虽然一些要素与迭代生命周期中的主要工艺步骤相似，但有许多细节方面对最终工艺选择很重要，但在更高级别的工艺步骤中没有体现出来。 工艺选择的主要原则来自设计阶段——包括材料选择、整体零件尺寸、特征分辨率、复杂性、构建速率（与工艺经济性和特征分辨率相关）、内部特征以及单合金或多合金构建。增材制造有一系列设计解决方案，包括单件或多组件，工艺选择可能会相应改变，这些方面之间是相互关联和迭代的。 材料和工艺 材料选择通常被认为是工艺选择最先被考虑的因素，缩小了潜在材料范围便可以分析工艺可用性。除材料外，工艺参数也是至关重要的考虑因素，它将影响装备认证以及能否实现一致和可重复的制造，从而决定了能否成功制造出合格的航空航天部件。因此，工艺参数也涉及到具体工艺的成熟度和经济性。 激光粉末床熔融、电子书粉末床熔融、激光粉末能量沉积、激光线材能量沉积、电弧线材能量沉积、电子书线材能量沉积、冷喷涂、搅拌摩擦焊、超声波焊接 整体零件尺寸 整体零件尺寸是工艺选择标准的重要方面，但仅为构建体积选择的工艺可能不能保证满足最终零件得性能、特征分辨率或材料特性的要求。这些考虑应该发生在设计阶段，行业状况也需要持续评估。 NASA工程师在考虑因尺寸造成的工艺选择时，引入了具体工艺所能打印的高度和直径的比值概念，对于粉末床技术，这一比值接近1，而能量沉积和冷喷涂则处于两种极端，它们也提供了最大尺寸的增材制造能力。 根据整体构建量选择增材制造工艺。(a) 每种工艺的最大构建直径和构建高度 (b) 每种工艺市售和定制增材制造装备的最大打印直径激光粉末床熔融技术在近些年来呈现出往大尺寸方向发展的趋势，国外的SLM Solutions、Velo3D、3D Systems、Additive Industries均已推出多激光、超过500mm成形尺寸的装备，并在往米级方向发展；国内方面，铂力特、华曙高科、易加三维、汉邦科技以及镭明激光等则均已推出米级装备。 零件复杂性、特征分辨率和构建速率 航空航天增材制造零件可以是需要最终加工的近净形状部件，或只有增材制造工艺才能生产的高复杂性结构。零件复杂性与特征分辨率和沉积速率直接相关。虽然倾向于使用高度复杂结构实现减重或更好的功能特性，但航空航天部件需要经过严格检查确保飞行安全，随着复杂性的增加，零件检测会变得困难。无损评估或无损检测技术在充分检查零件方面的使用受到限制，设计复杂性也会在后处理阶段带来挑战，如粉末去除、加工或表面处理。在选择金属增材制造工艺时，必须着重考虑零件复杂性（对于内部和外部特征），因为它与特征分辨率、沉积速率和可检测性直接相关。 由于固有的工艺特性，每种增材制造工艺都有一个可制造的最小尺寸，它可以针对特定的设计特征（孔、壁厚、内部通道、晶格结构）进行一致的打印。换句话说，并非所有的增材制造工艺都是为最高特征分辨率而设计的，有些工艺根本无法为特定设计提供可接受的解决方案。例如，L-PBF工艺通常可以重复构建低至0.2毫米的壁、孔、槽等，但可能导致更高的尺寸公差。调整L-PBF的参数可能允许打印低至0.1毫米的特征。LP-DED（基于粉末的激光能量沉积）工艺无法构建达到该分辨率的特征，其特征尺寸通常为1毫米。AW-DED（电弧线材能量沉积）等其他工艺的最小特征构建尺寸约为2毫米，AFS-D（搅拌摩擦增材制造）为10毫米。L-PBF和EB-PBF重复创建高复杂度、超精细特征（如内部通道、细孔或复杂表面）的能力是其他工艺无法超越的的，除非进行中间加工或最终加工步骤。然而，PBF工艺与DED工艺在每单位时间建造的材料量却相差巨大。 一些金属增材制造系统允许混合制造，结合了增材制造和减材制造技术。混合系统可使用沉积头或其他方法进行增材生产，在制造期间配备进行临时加工的减材加工头。在完成沉积过程后可以进行加工来获得更高分辨率的特征，但可能会受到限制。UAM（超声波增材制造）过程需要使用减材加工来提供精细的特征分辨率。混合系统对于LP-DED过程非常常见，LW-DED和AW-DED则非常少见。由于真空环境，整体加工对于EBW-DED工艺是不可行的。L-PBF工艺已有集成混合加工的设备，但应用也非常有限。 构建速率与打印特征分辨率对比每种打印工艺的特征分辨率都有范围，并且高度依赖于材料、装备配置和工艺参数。LP-DED和LW-DED等能量沉积工艺可以使用不同的光斑尺寸，而AW-DED（电弧线材能量沉积）可以增加线材直径，并在不利于特征分辨率的情况下增加沉积速率。 构建速率和特征分辨率之间显然存在关系。构建速率还与熔池尺寸有关，熔池尺寸会改变微观结构，材料特性可能会受到高热量输入的影响。打印速度（每单位时间沉积的材料）是缩短制造周期的关键，也是增材制造工艺的关键变量，但如果忽视了沉积质量，可能会产生意想不到的后果。 每种金属3D打印工艺对应的航空航天组件，根据特征分辨率、构建速率和多合金构建选择工艺，黑色字体代表熔化过程，蓝色字体代表固态过程 对于锻造或铸造替代品，假设可以满足所有其他属性，则构建速率优先于特征分辨率。制造速度是不发生熔化的固态工艺的最大优势之一，这些工艺（冷喷涂、搅拌摩擦焊、超声波焊接）提供高构建速率，同时保持精细的晶粒结构，这对于航空航天零件是理想的。 END 航天工业一直热衷于采用各种增材制造工艺，减少复杂零件的原型和生产交货时间。当前也已经使用每种增材制造工艺开发了各种航空航天应用，增材制造为高复杂度的部件提供了大批量的航空航天零件生产机会，这是传统制造技术所无法实现的。虽然当前有众多的工艺类型，但L-PBF仍然是使用的主要工艺，其次是DED工艺。 本文是NASA航空航天应用经验总结系列文章总结的第三篇，后续将继续呈现更多精彩内容。 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.瞄准大·生产时代 | 铂力特发布六激光BLT-A450，为制造业赋能 2.NASA：航空航天领域常用的金属3D打印材料及特点 3.NASA工程师总结：航空航天金属增材制造部件的生命周期 4.NASA将复合材料3D打印纳入未来技术储备和创新研究计划

3D打印零件成本的决定因素包括打印速度、装备投资和原料价格等。在这三者中，打印速度的影响最大，尤其是对于最常见的金属3D打印工艺——激光粉末床熔融技术（L-PBF），提高打印速度可显著降低成本。当前，L-PBF系统的打印速度可实现10-100cm3/h的制造速度，通过增加激光数量，该速率可以提升到300cm3/h，而粘结剂喷射技术（BJ）则可以将打印速度提升至900cm3/h（还需漫长的固化烧结）。根据材料的种类以及零件的几何形状，体积成本可控制在0.5-1.8美元/cm3之间。然而要与传统的批量制造技术竞争，成本必须降低10倍以上，即低于0.1美元/cm3。 区域金属3D打印与现有金属增材制造技术在制造尺寸、细节特征和打印速度方面的比较（仅做参考）事实也确实如此，当前金属增材制造技术多用于航空航天、汽车、医疗等有限领域，远远没有普及开来。只有降低零件成本才能提高金属增材制造技术的采用率。为了降低成本，供应商如今采用增加激光数量的方式加快打印速度。然而，更多的激光器无疑会增加装备成本，构建速度的提升伴随着系统折旧成本的增加。与此同时，振镜的数量也会因激光器数量的增加而增加，因此需要精确校准和专门的热管理才能准确打印，这无疑会增加系统的复杂性，同时提高成本。通过增加构建尺寸，可摊低单次制造成本，但更大的粉床尺寸将使气流管理更具挑战性。 传统制造技术与增材制造技术零件制造成本分析 Seurat所推出的区域金属3D打印技术无疑具备革命性的影响。传统金属3D打印系统采用100μm直径左右的连续激光光斑逐点扫描熔化金属，而Seurat采用全新的脉冲激光控制技术，可将包含200万个直径约为10μm光点的光束投射到10mm的正方形区域中，一个脉冲即可实现一片区域的熔化成形。这种技术相比传统单激光逐点扫描，构建速度提升了1000倍。实际上，3D打印技术参考注意到，Seurat对金属3D打印技术的提升还不只是体现在“区域打印”上面，它还具备边铺粉边打印的功能，这无疑会进一步提升制造速度。 区域打印和传统单激光、双激光、四激光及16激光技术相比的成本和构建速度对比 关于区域金属3D打印的光学控制原理，3D打印技术参考已经通过文字和视频进行过多次介绍。要了解下面的介绍，需要先阅读扩展链接中的分析文章。 传统L-PBF技术的主要工艺参数包括激光功率、扫描速度和光斑尺寸、分层厚度等，区域打印引入了许多描述脉冲激光和打印准确性的新参数，如脉冲能量、图案尺寸、每个图案的像素以及频率等等。 区域金属3D打印引入的新参数 区域打印过程中，每个脉冲会熔化一个图案化的区域，在很短的时间跨度之后，下一个图案依次熔化成形，引入图案大小的参数可以描述打印速度。 区域打印还将像素参数引入了粉末床熔融过程。蓝光投影仪投射出的图案都有特定的分辨率，通常有超过230万个像素点用于定义每个图案的形状，每个像素点的尺寸为6-10μm，远远超过传统L-PBF技术的分辨率。蓝光投影仪还能够通过对每个像素的灰度调节实现对激光点功率和曝光时间的控制，这些特点使区域3D打印能够更好的控制熔化过程，如实现高分辨率打印、制造梯度材料、进行无支撑打印以及消除飞溅等。 区域金属3D打印的真实过程对于用户而言，引进新3D打印技术的驱动力在于是否能够提高生产力。金属增材制造技术最突出的具有高生产率的工艺种类分别是能量沉积和粘结剂喷射工艺，这两种工艺可以实现400-1500cm3/h的构建速率。能量沉积通常采用粉末或金属丝材通过激光、电子束或电弧等实现沉积，但该技术适合制造大尺寸零件，其分辨率存在很大限制；粘结剂喷射工艺需要打印、固化和烧结至少三个步骤，对于打印而言，生坯的脆弱强度也会限制零件的最小特征尺寸，烧结过程中的变形开裂也需要克服。 然而，区域金属3D打印在具备高速和低成本的同时无疑具备实现大批量制造潜力，它同时还可以保持细节水平和设计灵活性。 不同技术在构建速率与细节特征方面的对比 Seurat指出，区域3D打印将零件的制造速率提高到了现有金属3D打印技术的极限之上，这是对传统L-PBF技术的重要发展。它的构建速率甚至高于能量沉积，但同时保持了激光粉末床熔融工艺所特有的高精度和最小特征制造能力，并有可能进一步提高零件的表面质量和制造灵活性。 区域打印、BJ、L-PBF以及电弧沉积工艺在最小特征尺寸、生产率方面的对比（以不锈钢为例）Seurat的目标是通过进一步降低制造成本打入更大的市场。使用其第一代装备，可以实现约300美元/公斤的制造成本，这已经将金属3D打印的成本降低了40%，突破了现有的单件成本壁垒；到2025，其第二代设备有望将打印速度提升到现有L-PBF工艺的100倍，使平均零件打印成本将为150美元/公斤；到推出其所谓的第X代，则会将制造成本降至25美元/公斤以下，从而在金属制造领域开辟更大的市场。其发展目标是到2030年，将制造成本优势超过传统压铸工艺，促使增材制造成为主流制造技术。 当前金属增材制造和Seurat几代设备制造成本的对比 根据3D打印技术参考的了解，当前国内某领先的金属3D打印服务商提供的最便宜的金属3D打印材料316L不锈钢的价格为1.8-2元/克，对比Seurat第一代设备所提供的300美元/公斤制造成本以及其所在的区域，价格的优势是显而易见的。 西门子能源增材制造战略与风险投资主管表示，区域金属3D打印技术改变了增材制造的游戏规则，该技术为西门子能源提供了在未来几年将3D打印零件制造数量提高十倍的潜力。 大众集团数字创新生产负责人表示，区域金属3D打印技术将为汽车OEM开辟全新的市场机会，并期待该技术在中等批量生产中具有商业可行性。 当前，主流的金属3D打印技术在原料成本、设备投资及打印速率方面的弊端限制了其发展速度，而铸造、锻造以及机械加工等传统技术的成本结构在过去100年得到了优化。区域金属3D打印带来的技术进步是巨大的，至少与传统的打印方式相比，它具有革命性的变化，并具有挑战传统制造技术的潜力。同时，它也是对传统SLM技术的发展，更是挑战。 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.瞄准大·生产时代 | 铂力特发布六激光BLT-A450，为制造业赋能 2.面区域金属3D打印的真实过程，及200万个激光点是如何实现的 3.超大装备 | 国内8家多激光、米级SLM金属3D打印机汇总 4.九激光、超米级、已交付三套！易加三维发布国内超大成型尺寸金属3D打印机