在不牺牲结构完整性的前提下进行高效的热管理对许多行业和应用来说都具有挑战性，这些行业和应用仍然需要新材料和高效结构的发展。这在一定程度上是由消费电子、汽车、航空航天、国防、医疗保健和可再生能源等高端制造行业所推动。 在热传递方面，即使是很小的改进也会对冷却效果产生显著影响，而有效的热管理可以大幅减少材料浪费，同时提高部件的可靠性和寿命。此外，如电动汽车、射频、高功率发光二极管、太阳能电池和固态激光光源等新产品系统都有显著的散热需求。因此，人们普遍认为，许多行业局部高热量通量和非均匀散热需求将需要材料和制造技术的进步，以有效地消散未来系统和设备的热负荷。 增材制造技术位于可能实现高效热管理设备的潜在技术的前沿，这主要得益于改进的几何形状、材料和具有高传热性能的超材料的可制造实现性。汽车、航空航天和电子等行业对高性能金属合金的需求正在增加，在这方面，激光粉末床熔融（L-PBF）是制造复杂金属部件最有前景的增材制造技术之一。 银（Ag）和铜（Cu）具有相比其他金属材料更好的热性能。银的热导率和热扩散率分别为415W/mK和165mm²/s，在所有金属中表现最佳。其次是铜，其热导率和热扩散率分别为397W/mK和111mm²/s。因此，银和铜在激光粉末床熔融（L-PBF）技术中作为热管理的基础材料和合金元素受到了越来越多的研究关注。然而，采用传统基于红外激光的LPBF装备，要实现可接受的部件密度，需要使用功率相对较高的激光器（约1千瓦），而当前基于绿光的设备则为这些高反射金属的3D打印带来了契机。到目前为止，对高纯度银、铜和铜银合金的L-PBF加工的研究还很有限。 以高效高功率密度的电动机为例，其在推动脱碳努力和实现汽车、航空航天和能源领域净零排放目标方面将发挥至关重要的作用。为了实现电动机功率密度的显著提升，需要同时提高效率，可以通过优化材料、有针对性的导体几何形状和拓扑结构以及集成的热管理策略来实现。在这方面，增材制造（AM）提供了无与伦比的设计自由度，使得通过传统制造技术无法实现的最优绕组几何形状成为可能。而如能通过3D打印技术将设计优化原则和特定应用材料结合在一起，可以实现卓越的性能，同时能够以经济高效的方式减轻电机部件的重量。 纯铜、纯银及铜银合金一体结构 3D打印技术参考注意到，来自伍尔弗汉普顿大学的研究人员此前设计和制造了由纯铜、纯银和铜银合金整体式线圈和热交换器一体结构，以期在特定位置采用特定材料来改进产品的效能。该团队发现研究发现，L-PBF技术3D打印的纯Ag的热性能明显高于纯Cu和Cu-Ag；与纯Ag和Cu-Ag合金相比，纯Cu则具有更好的导电性能；此外，纯铜、纯银和市售铜变体相比，L-PBF技术制造的Cu-Ag合金的强度性能明显更高。因此，研究团队使用纯铜制造线圈，纯银制造热交换器，高纯度铜银合金制造需要额外强度的热交换器连接。由此开发制造了具有不同材料分布的优化的流体流动和传热TPMS结构。 纯铜、纯银及铜银合金一体结构 随着计算机辅助仿真、设计工具、定制材料和先进制造技术的最新发展，人们现在可以识别出解决复杂问题的新颖技术，这些技术超越了传统制造的局限性。将功能材料与再生设计和激光粉末床融合（L-PBF）技术相结合，已经推动了定制材料和制造领域的创新。 FRAUNHOFER IGCV 3D打印的多材料部件 这些新兴技术和材料的结合为制造业带来了无限的可能性，不仅提高了生产效率和产品质量，还拓宽了材料科学的应用范围。通过计算机辅助设计和仿真，工程师能够更精确的预测和优化产品的性能，从而满足客户对产品越来越苛刻的需求。同时，定制材料和金属基复合材料的开发使得产品能够在特定环境中表现出更好的性能，如更高的强度、更好的耐腐蚀性或更低的热导率等。

随着生成式人工智能（AI）技术的兴起，3D打印行业迎来了文生CAD（Text-to-CAD）平台的快速发展。这些工具允许用户通过简单的文本提示生成可用于3D打印的CAD文件，极大地降低了增材制造的门槛，使其更加普及。 在过去一年中，中国的3D打印机制造商拓竹科技和Markforged创始人Greg Mark分别推出了新的AI 3D模型生成软件。此外，Meshy.ai、OpenAI Point-E、neThing.xyz和谷歌的DreamFusion等平台也提供了类似功能。2023年初，领先的芯片设计商英伟达也加入了这一行业趋势，推出了自己的生成式AI工具。 3D打印技术参考注意到，软件开发商Zoo提供了一款CAD建模应用、GitHub模型比较扩展工具，以及一款AI驱动的文生CAD工具。其中，文生CAD工具是一个开源平台，能够通过简短的文本提示生成CAD文件。该平台利用了Zoo的KittyCAD设计API和ML-ephant机器学习API，通过程序化分析训练数据来创建可3D打印的模型。 KittyCAD是该公司2021年推出时的原始名称，2024年1月更名为Zoo。根据联合创始人兼执行董事长Jordan Noone的说法，这一变化源于客户群体的分化：越来越多的开发者利用设计API构建专有工具，而另一些用户则仅对建模应用和文生CAD功能感兴趣。他在一篇博客文章中表示：“这给我们带来了挑战——这两类客户的需求截然不同。” Zoo Text-to-CAD用户界面 Noone曾是航空航天制造商Relativity Space的联合创始人兼前首席技术官。他解释说，Zoo现在是公司的总品牌，而KittyCAD则保留为其旗舰设计API的名称。 Zoo数字设计生态系统的核心是其免费开源的文生CAD平台，该平台能够将简短的文本提示转换为3D CAD模型。这些模型可以导出为STL、PLY、OBJ、STEP、GLTF、GLB和FBX格式，用于3D打印或在外部CAD软件中进行编辑。 在测试CAD生成工具时，结果喜忧参半。目前，该平台要求用户避免使用模糊和笼统的概念，并且仅限于单个对象，尚无法处理组件。用户被鼓励描述可以用几何形状表示的对象，并“尽可能明确地”说明尺寸、形状和特征要求。 由Zoo文生CAD工具生成的3D Benchy CAD模型 当使用模糊的提示（如“制作一个经典的3D Benchy”“制作摩托车前刹车盘进气口”“制作汽车方向盘”）时，生成的模型要么过于简化，要么完全不符合目标形状。值得注意的是，生成式AI图像工具在最初进入公众视野时，也曾产生大量远非逼真的图像；文生CAD工具可能也会经历类似的发展过程。 然而，当我们将提示细化为更具体的内容时，结果有所改善。例如，“制作一个直径10厘米、有20个齿的螺旋齿轮”生成的模型就更为理想，如果3D打印出来，可以具备实际功能。 由Zoo文生CAD工具生成的螺旋齿轮CAD模型 文生CAD工具是增材制造领域的一个重要趋势，它允许那些几乎没有数字设计经验的人创建可3D打印的模型。今年早些时候，AI软件初创公司Backflip在获得3000万美元融资后引起了广泛关注。该公司由首席执行官Greg Mark和首席技术官David Benhaim创立，其新的生成式AI工具能够将图像和文本提示转换为可3D打印的部件。 该公司得到了风险投资公司的支持，声称其平台能够让设计师在几分钟内创建复杂设计的高分辨率模型。生成的文件可以用于金属、碳纤维或塑料的3D打印。 此前，拓竹科技推出了PrintMon Maker，这是一款AI驱动的3D模型生成器。通过MakerWorld，这款免费工具允许用户通过文本和图像提示创建类似宝可梦风格的3D打印角色，生成的模型可以直接导入切片软件，无需调整，还优化了多色3D打印。 拓竹文生模型平台 此外，3D打印材料专家polySpectra推出了neThing.xyz。这款AI驱动的生成式设计工具允许用户使用简单的提示创建可3D打印的CAD文件，旨在降低增材制造的入门门槛，使3D CAD创建更加普及。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

随着中国在电子设备性能上的持续提升，特别是在高性能计算、数据中心、电动汽车和航空航天等关键领域，对高效散热解决方案的需求日益迫切。3D打印纯铜散热器因其卓越的导热性能、设计灵活性和制造效率，正逐渐成为一些领域的首选散热方案。 图1 传统散热器 然而，传统散热器在现代应用中面临着诸多挑战。由于流体的粘性，鳍片表面的流体流速会减慢，形成附面层，这会降低散热器的效率。传统散热器的设计和制造过程能耗高、环境污染严重，且热效率低、传热慢。它们的外观设计也较为粗陋和笨重，不符合现代审美和空间利用需求。并且，高性能的传统散热器成本较高。这些问题限制了传统散热器在现代应用中的广泛使用，促使新型散热器技术的发展，以提供更高效、轻量化、美观和成本效益的散热解决方案。随着技术的进一步发展和应用的扩大，预计对3D打印纯铜散热器的需求将继续增长。 散热器采用3D打印制造也面临挑战 在设计领域，针对3D打印纯铜散热器这类产品，设计师们越来越倾向于采用一种名为TPMS（Triply Periodic Minimal Surfaces）的结构进行主体填充。这种结构以其独特的几何特性，为散热器提供了更高效的热交换性能和更轻的重量。然而，传统的CAD软件在处理TPMS结构的建模方面存在一定的局限性，能够支持这种复杂结构的软件并不多见。 在这样的背景下，设计师们面临一个挑战：如何快速迭代并优化设计，以满足市场对于高性能散热器的需求。传统的设计方法往往需要大量的时间和资源来调整和测试不同的设计方案，这在快节奏的市场中显得尤为不足。因此，市场迫切需要一种能够同时具备TPMS结构建模能力和快速迭代特性的设计工具。 TPMS结构细节丰富，曲面结构复杂，对散热仿真分析提出了较高要求，主要体现在以下方面： CAD数据兼容性要求高：散热仿真需直接处理CAD软件生成的几何模型，要求散热仿真分析软件能够直接识别各种CAD软件的几何模型或者STP、STL等中间格式模型，对数据兼容性提出了较高要求。 网格剖分困难：由于TPMS结构复杂，需使用高质量网格划分工具来避免影响仿真精度；同时对于TPMS等复杂几何结构，网格剖分体量往往较大，对网格剖分效率也提出较高要求。 散热流动场景复杂：对TPMS结构散热器进行散热仿真，除流动压力和流速等常规计算外，往往也需要考虑热传导、热对流和热辐射等综合影响，对散热仿真分析软件的功能完备度、收敛性和计算准确性等均提出了较高要求。 材料属性不确定：TPMS结构通常由金属或复合材料制成，导热系数和表面粗糙度等材料属性的不确定性会影响仿真精度。 计算资源消耗大：TPMS结构的复杂几何和多物理场耦合导致仿真计算量巨大，尤其是瞬态仿真或大规模模型。 尽管TPMS结构在散热器设计中展现出巨大潜力，但将这一复杂设计转化为高性能实物，仍面严格的制造要求。在金属3D打印中，传统的红外激光在加工纯铜及铜合金等高反材料时存在诸多挑战，使TPMS结构设计的实际生产面临困难。 首先，纯铜在红外波段对激光的吸收率较低，大部分激光能量被反射，难以充分作用于金属粉末，影响了熔池的稳定性和质量。熔池形成困难会导致局部熔融不充分，产生未熔合孔隙等缺陷，影响打印的精度和结构的完整性。 其次，红外激光在加工纯铜时产生的大量反射光还可能对设备的光学系统造成损害。高强度的反射光回射至光学路径中的关键组件，可能导致镜片局部过热，加速光学元件老化或损伤。在长期使用下，还可能影响光学系统的稳定性，进而降低打印精度和设备可靠性，同时大幅增加设备的维护频率与使用成本。 此外，对于TPMS这种壁厚薄、曲面复杂的精细结构，熔池稳定性不足更容易导致形貌偏差、气孔等问题，影响打印精度和整体性能。为确保打印质量，往往需要反复调整工艺参数，以提升成型一致性。这不仅会拉长打印周期，还增加了生产成本，限制了大规模高效制造的可能。 总的来说，传统红外激光在3D打印纯铜散热器时面临材料适配性差、热控能力不足、设备损耗大以及生产效率低下等多重挑战，尤其在打印TPMS等复杂结构时，问题更为突出。这不仅影响了高效散热器的应用，还阻碍了创新散热结构设计的落地。要打造高性能且稳定可靠的散热器产品，亟需形成从设计、仿真到制造的全流程链路，构建能够应对复杂结构和高精度制造要求的国产化解决方案。 散热器3D打印的全链路突破 散热器的3D打印不外乎于设计、打印机以及材料。3D打印技术参考注意到，国内在这些方面均取得了显著突破。下面，将基于一个基本设计的换热器进行仿真、多方向迭代和高水准制造。 漫格VoxelDance Design进行原始设计 VoxelDance Design是一款国内全自主研发隐式建模核心的设计软件，它通过算法块连线的方式，也就是蓝图脚本，能够快速精准地实现TPMS（三重周期极小曲面）结构的填充。这种技术极大地提升了设计的灵活性和精确度，使得设计师可以更加专注于创意的实现。通过这种方式，VoxelDance Design不仅优化了设计流程，还大幅度降低了设计时间，使得设计师的想法能够几乎实时地得到表达和实现。 图2 初代换热器模型图 此外，VoxelDance Design还支持使用非线性参数对零件特征尺寸进行快速驱动，这意味着设计师可以轻松调整和优化设计，以适应不断变化的需求和条件。这种灵活性和实时性的设计能力，为设计师提供了强大的工具，以实现更加高效和创新的设计工作。通过这些功能，VoxelDance Design可以极大提高设计效率，间接的推动了增材制造技术的发展，为智能制造领域带来了新的可能。通过创建原始轮廓，并选择合适的基本单元进行填充，最后进行简单的固定数值驱动，一个基本结构的散热器模型就创作完成了。 中望PHOENICS软件进行仿真和设计指导 中望流体仿真软件PHOENICS是一款通用流体仿真软件，广泛应用于各工业场景下的流动情况，适用于可压缩流体/不可压缩流体、牛顿流体/非牛顿流体、层流/湍流、单相流/多相流、亚音速/超音速、恒温/变温流动、单组分/多组分流动等分析。丰富的流动求解能力，足以应对TPMS结构散热分析面临的各种工况。 使用中望流体分析软件PHOENICS可对TPMS结构流动区域进行高效率网格划分以及快速精准分析。PHOENICS支持结构化和非结构化网格划分，支持PARSOL、SPARSOL等多种网格切割方法，可以便捷地实现整体网格和局部网格加密。 图3 PHOENICS软件设置界面 PHOENICS支持稳态和瞬态计算，支持无限核数的并行计算以及单精度/双精度计算，支持在笛卡尔坐标系、极坐标、圆柱坐标以及贴体坐标下进行流体分析；支持多种差分格式，如一阶二阶Upwind、中心差分、高阶线性差分QUICK、非线性差分SMARTMUSCL、混合差分格式等，充分满足不同计算精度的要求。软件同时支持松弛因子、伪时间步、极值和迭代控制等多种调整收敛性的手段，也可通过设置合适的初始值来加速收敛。 以某TPMS结构散热产品为例，经分析确认，初代方案散热不充分，容易产生热应力集中的风险。建议修改产品结构，使得散热器来流流速更高，出口流量更大。 图4 初代结果热流耦合仿真 根据此修改需求，通过VDD产品可以对换热器壁厚和尺寸进行设计迭代。采用场驱动的方式快速创建新几何模型。 图5 变单元尺寸&变单元厚度设计及其热流耦合仿真结果 用PHOENICS对两款新设计方案重新进行热流耦合仿真，均达到理想散热效果。新设计的散热合理性得以确认。 希禾连续绿激光进行高质量纯铜打印 希禾增材（ADDIREEN）是中国首家专注绿激光金属增材制造的企业，基于自研增材专用高功率绿光激光器，提供高性能金属3D打印设备与定制化打印服务，为铜、铝、金、银等高反金属材料、难熔金属材料、贵金属材料及常规金属材料的精密打印提供整体解决方案。 与传统红外激光相比，铜及铜合金等高反金属材料在绿光波段对激光的吸收率显著提升。常温条件下，铜对1064nm红外激光的吸收率不足5%，而对532nm绿光的吸收率可达40%以上。采用绿光进行熔融，有助于实现金属材料的充分熔化，从而获得高致密度的复杂结构打印件。同时，更高的能量利用率还能有效减少飞溅等现象，在提升成形质量的同时，也为设备的长期稳定运行提供有力保障。 希禾增材绿激光系统采用自研单模绿光光纤激光器，最小光斑直径可达15μm，在高反金属、难熔金属及常规金属材料的复杂结构打印中，能够实现更高的能量传递效率和更精细的加工能力，大幅提升打印件的致密性和表面质量。在本次打印中，希禾增材结合了漫格VDE在打印前对温度场和应力场的精准预测以及漫格BP对设备参数的精准传递与控制，确保了TPMS结构整个打印过程的高精度和高稳定性。 如图6所示，希禾增材采用绿激光系统打印的纯铜散热底板，在表面质量、细节精度和整体尺寸控制方面展现出高质量的制造水准。该散热底板尺寸为100*60*12mm，成品表面光洁、金属纹理均匀，尺寸精度达到高标准。通过对希禾增材绿激光设备的工艺参数进行优化，纯铜打印件可以实现99.9%以上的相对密度，有效避免了传统制造中常见的孔隙、裂纹和表面不均等缺陷。同时，纯铜的优异导热性能得到充分发挥，确保热量快速且高效地传导至下游散热模块。 图6 打印产品图 目前，希禾增材已具备纯铜0.1mm和不锈钢0.06mm的最小壁厚打印能力。在TPMS结构散热器件制造中，壁厚可达0.08mm，打印成品兼顾复杂几何精度、结构稳定性和优异的力学性能。这不仅展现了希禾增材绿激光技术在热管理领域的应用实力，也为构建国产高性能散热器的设计、验证与制造体系提供了坚实的实践支撑，推动复杂散热器件从设计到高效量产的转化。 总结与展望 目前国产全闭环3D打印纯铜散热器从设计到分析再到最终生产打印的技术是完全可以实现的。本次漫格、中望和希禾的联合方案，突破了国外的技术垄断，填补了国内市场空白。此次实践，不仅为国内散热市场的即将到来的需求激增做好了充分准备，而且为国产软硬件的商业化应用奠定了坚实的基础。 申请试用或了解更多信息，请联系：Sales@voxeldance.com

在工程实践中，晶格结构通常被紧凑的外壳所覆盖，以保持结构的几何形状并为内部微结构提供保护。为了进一步优化这些结构的性能，大量的研究致力于将具有优化拓扑的微结构填充到晶格中。然而，这种设计策略带来了额外的挑战，特别是要确保内部的晶格核心既能实现自支撑打印，又能为覆盖外壳提供足够的支撑。 3D打印技术参考注意到，来自北京理工大学和新加坡国立大学的研究团队在Materials & Design发表题为“Homogenization-based topology optimization for self-supporting additive-manufactured lattice-infilled structure”的文章，提出了一种用于自支撑增材制造晶格填充结构优化设计的方法，旨在解决这些问题。 https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113264 该研究介绍了一种基于均质化拓扑优化的设计方法，用于制造自支撑的增材制造格子填充结构。该方法同时优化了宏观几何形状和微观结构的相对密度分布，通过在格芯的边界层引入八叉树结构，从而在制造过程中支撑顶层壳体。通过三点弯曲测试和全尺寸有限元模拟验证了该优化设计方法的有效性。与均匀填充样本相比，拓扑优化样本的质量比刚度和强度分别提高了41.2%和112.1%。该设计方法为设计高性能轻质结构提供了潜力，拓宽了格结构在工程应用中的边界。 均质化拓扑优化过程 研究中提出了一种针对增材制造格填充结构的优化设计方法，该方法参考了两步过滤方法。内部格芯被视为均质材料，其弹性模量被描述为格单元的相对密度函数。设计域被参数化，并根据密度插值函数被划分为三个子域：紧凑壳体（ρ=1.0）、均质格芯（ρ∈[0.1,0.6]）和空域（ρ=0）。 格子填充结构设计方法概述 通过拓扑优化，实现了相对密度和弹性模量在均质材料域内的最佳分布。为了获得实际的内部微结构，需要进行去均质化过程。去均质化后的结构随后合并形成内部格芯。 自支撑微结构填充+边界区域应用八叉树设计 为了确保在八叉树细分后的边界区域具有几何连接性，选择了基于杆件的格单元，即SC2-BCC和SC-BCC，来填充优化后的均质结构。通过均质化方法建立相对密度与有效弹性模量之间的关系，特别是引入了Gibson-Ashby方程来描述这种关系。基于八叉树结构的自支撑设计方法被提出，以控制格单元的相对密度上下限，以确保结构在增材制造过程中的自支撑性。 研究人员提出了一种优化设计方法，用于自支撑增材制造格填充结构，该方法同时优化了微观结构的相对密度分布和宏观几何形状。微结构根据局部相对密度填充到处理后的均质域中。在内部格芯的边界区域应用八叉树设计，以在增材制造过程中为顶部壳体提供足够的支撑。最后，将分别设计和建模的紧凑壳体和内部格芯组装在一起。 填充晶格晶胞的几何形状和有效模量：(a) SC2-BCC，(b) SC-BCC 配置和 (c) 两种类型晶胞之间边界处的连接 网格填充结构中壳体的自支撑设计 通过计算三点弯曲梁和悬臂梁案例，研究人员展示了设计方法的有效性和优化结果。结果表明，密度逐渐集中在边界条件应用的区域附近。 在拓扑优化后，对均匀结果场进行了去均质化处理，以获得实际结构。首先对均匀结果场进行投影，以匹配单元格尺寸。然后在边界的六面体元素上执行八叉树设计，并根据局部相对密度填充单元格。填充后，将格芯合并并修剪，然后与覆盖壳体组装。 为了验证所提出设计方法的可行性，设计并制造了一系列样品。首先，建模并制造了格体样品，以验证填充格结构的自支撑性。然后，引入了八叉树结构到顶层，以在增材制造过程中支撑顶层壳体。 3D打印的样品：（a）八叉树设计的晶格体（b）拉伸测试样品（c）均匀填充的三点弯曲梁（d）拓扑优化的三点弯曲梁（e） CT 重建模型和 (f) CT 切片 通过机械测试和有限元分析获得的载荷-位移曲线表明，两种结构在开始时都显示出线性弹性响应，随后是初始峰值载荷，这是由结构塌陷引起的。实验和数值结果表明，拓扑优化样本优于均匀填充样本。根据实验结果，特定质量的弯曲刚度和初始峰值载荷分别提高了41.2%和112.1%。 拉伸试验的应力-应变曲线 使用Abaqus®软件进行全尺寸有限元分析，以进一步评估设计的格填充结构的性能。选择了与制造样品相同的参数的三点弯曲结构进行有限元建模。为了比较，还建模了一个均匀填充的三点弯曲梁。在商业有限元软件Abaqus中，选择了双节点梁元素（B31）来网格化格杆，并选择了四节点四边形元素（S4）来网格化覆盖壳体。 拓扑优化梁和均匀填充三点弯曲梁之间的比较：(a) 有限元模型和 (b) 载荷-位移曲线。通过 (c) 机械测试和 (d) 有限元分析测量初始峰值负载下样品的变形 结论 本文提出了一种基于拓扑优化方法的格填充结构设计方法。该方法同时优化了设计域内的宏观几何形状和微观结构的相对密度分布。开发了一种均质拓扑优化的微结构填充方法，用于在均质域中建模周期性微结构。在边界层进行了基于八叉树结构的自支撑设计，以在制造过程中支撑覆盖壳体。通过数值模拟和实验测量验证了该方法的可行性。实验结果表明，优化设计后的质量比刚度提高了41.2%，质量比强度提高了112.1%。所提出的自支撑增材制造格填充结构设计方法为设计高性能轻质结构提供了潜力，拓宽了格结构在工程应用中的边界。

当前3D打印晶格结构设计领域正经历着一系列引人注目的发展，这些发展随着技术的不断革新和新工具的涌现，正为行业应用带来重大飞跃。迄今为止，多数拓扑优化软件主要聚焦于拓扑结构本身，允许设计师在初步设计阶段后选定特定区域进行晶格化处理。这一过程中，晶格化并非设计流程的固有环节，而是作为后续步骤加入。然而，这一过程正在经历变化。 3D打印晶格结构设计的最新发展 最新一代的软件工具已率先将拓扑优化与晶格化深度融合至模拟驱动的设计流程之中。 这种集成策略在轻量化应用中展现出尤为显著的优势，因为它允许晶格化作为设计过程的一部分，直接提升产品的性能和效率。另一项重要进展在于优化重复晶格结构的设计，包括梯度晶格、部件上支柱厚度或晶胞尺寸的精细调整，以及共形晶格（即与部件表面紧密贴合的晶格）的应用。共形晶格设计确保了晶格结构不会在边缘突兀地截止，而是通过拉伸晶胞以适应表面的复杂形态。此前，NASA一个的案例中，其将晶格与两个相对表面保持一致，同时根据应力分布调整密度，从而在高应力区域形成更致密的晶格结构。这种技术已在国内漫格科技VoxelDance Design以及nTopology公司的nTop软件中得以实践，展示了在航空航天领域制造更坚固、轻量化部件（减重可达50%）的潜力。 NASA对部件的局部壁厚和陀螺厚度进行了微调，并同时优化了激支架的重量和振动刚度 3D打印的立方体卫星结构，由壁厚为 250 微米的壳体和螺旋填充物组成 由浙大城市学院与之江实验室合作开发的3D打印卫星主体结构中的多孔材料 然而，晶格设计部件的复杂形态往往伴随着悬垂区域支撑结构的需求，这为后处理过程带来了挑战，特别是在支撑移除和表面精加工方面。为解决这些问题，行业正积极探索新方法。电子束熔化（EBM）技术因其特性而减少了支撑需求，但其在处理内部复杂性和小特征方面仍面临局限。为此，EOS等公司及Velo3D通过优化激光粉末床熔融技术，改进了软件、扫描策略和工艺控制参数，实现了无需支撑即可制造悬垂角度小于15°且内径较大的设计。这些进步为开发更复杂、结构更完整、表面质量更高的晶格结构开辟了道路。 阿丽亚娜集团含3D打印晶格结构的火箭燃烧室 高级晶格结构设计全周期软件 此外，一个新兴的趋势是开发涵盖增材制造高级晶格结构设计全周期的软件包。这些软件包集成了自由曲面设计、拓扑优化、晶格化、构建模拟（以确定最佳构建方向）以及构建准备中的支撑生成和切片功能。通过将所有关键功能整合到一个工作平台中，设计过程得以简化，使得晶格结构设计的实现变得更加频繁且高效。 X射线图像显示了毅力号火星车3D打印框架箱形梁内的晶格尺寸和结构的几种变化 3D打印技术参考注意到，算法工程软件的领导者Hyperganic推出了HyDesign工具，这是一款用于创建3D打印晶格结构的新型云原生设计应用。该工具可以使工业设计师、应用工程师快速设计基于晶格的产品。随着金属粉末床熔融增材制造技术的快速发展、软件工具的持续进步以及企业对新技术的浓厚兴趣，3D打印晶格结构的应用领域正迅速拓展，新的工程应用层出不穷。航空航天工业作为其中的佼佼者，不仅看重晶格结构设计的轻量化优势，还高度重视其将多个部件整合为一体的能力所带来的显著效益。 航空航天3D打印晶格结构潜在应用 晶格结构在航空航天领域的广泛应用中展现出极其广阔的前景，其优势集减轻重量、提升性能与优化设计于一身，成为推动行业进步的关键力量。在卫星平台，晶格结构以其卓越的减重效果和增强的性能表现，成为执行效率至上的太空任务时不可或缺的理想选择。它们不仅有效削减了卫星的重量负担，还促进了整体性能的提升，确保了任务的高效执行。 卫星平台使用的3D打印晶格结构 转向发射器领域，晶格结构在有效载荷整流罩中的应用同样令人瞩目。它们不仅实现了显著的减重效果，还通过优化隔热性能，为有效载荷构建起一道安全屏障，保障其能够安全、高效地穿越大气层，顺利抵达太空深处。 在飞机制造的各个环节中，晶格结构同样展现出非凡的潜力。无论是机翼、机身还是控制面等关键部件，晶格结构都能在保持结构完整性和卓越性能的同时，实现显著的轻量化效果。这一特性不仅提升了飞机的燃油效率，还增强了其飞行性能和灵活性。 此外，在航天器部件如太阳能电池阵的设计中，晶格结构的应用同样具有重要意义。它们不仅实现了部件的轻量化，还确保了结构的坚固性，为航天器提供了更为强大的任务执行能力和更长的使用寿命。这种轻量化而坚固的设计理念，正引领着航天器部件设计的新潮流。 随着增材制造技术的持续进步与不断创新，晶格结构在航空航天制造业中的应用前景将更加广阔。它们将为各种复杂轻量化部件的制造提供前所未有的解决方案，推动航空航天制造业向更高水平、更深层次的发展迈进。晶格结构，正以其独特的优势和无限的可能性，引领着航空航天领域的未来变革。 展望未来，设计的多功能性有望成为推动晶格增材制造进一步发展的主要动力，助力各行业实现前所未有的创新与突破。 注：本文内容由3D打印技术参考整理创作，未经单独授权，谢绝转载。

3D打印技术参考注意到，杭州市西湖区于2月14日举办2025年一季度重大项目集中推进暨重点招商项目集中签约活动，共有53个重点项目签约落地，涉及总投资84.2亿元。 其中，由浙大城市学院与之江实验室推出的3D打印轻量化卫星结构项目备受关注。该项目将研发全金属3D打印主体结构的卫星，抢占航天科技高地。 来自浙大城市学院官网 在技术原理与创新方面，项目依托轻质高强多孔金属材料，并结合人工智能设计优化结构。传统卫星零件需要通过车铣刨磨等复杂加工工艺，而3D打印技术则通过逐点逐线逐层“生长”的方式，实现复杂结构的一体化成型，显著降低了制造成本、缩短了生产周期，并能够满足个性化生产需求。 3D打印技术在卫星制造中的应用优势显著，不仅能够实现卫星结构的轻量化，提升航天器性能，还能解决传统制造工艺在复杂结构加工中的局限性，同时推动“设计-制造-服务”全链条技术创新。 来自浙大城市学院官网 根据浙大城市学院官网消息，在2024年11月举办的世界互联网大会乌镇峰会，之江实验室发布了“三体计算星座”计划及相关创新成果，其中3D打印实验卫星由汤慧萍教授团队与之江实验室合作研发。据悉，“三体计算星座”是之江实验室协同全球合作伙伴共同打造的天基智能计算基础设施，3D打印实验卫星是“三体计算星座”首发星座的一项技术创新，将在我国开创卫星研发和制造先河。 上为3D打印卫星主体结构中的多孔材料。除了浙大城市学院，参与该计划的机构还有中国科学院国家天文台、中国科学院空间科学中心、南京大学、香港大学、香港理工大学、北京师范大学、广西大学、可持续发展大数据国际研究中心以及多家国内领先的商业航天企业。 预计在2025年，“三体计算星座”将完成超50颗星的星座布局，其中首发星座一箭“12+1”颗卫星将于2025年一季度发射入轨。 注：本文内容综合来自浙大城市学院官网、杭州新闻中心。

近年来，一家名为INDO-MIM的印度企业逐渐在增材制造行业崭露头角，然而，它实际上是一家金属注射成型（MIM）和精密制造解决方案提供商。这家公司在全球范围内具有较高知名度，年发货量在1.5亿件以上。 根据3D打印技术参考多年来针对金属粘结剂喷射3D打印技术（下称MBJ）的观察，INDO-MIM在该技术领域正进行深度布局，已成为全球范围内备受关注的MBJ技术应用企业。从最初的Exone，到后来的Desktop Metal以及HP，INDO-MIM始终与不同阶段最优秀的MBJ技术供应商紧密合作，充分吸收并融合它们的先进解决方案，通过持续技术投资、材料研发以及广泛的行业合作，推动了该技术在规模化生产中的应用，取得了显著的成果。 一、技术布局 在2023年Formnext展会，惠普公司宣布与INDO-MIM建立战略合作伙伴关系。此次合作标志着朝着推进金属增材制造技术并扩大其在各个行业的应用迈出了重要一步。作为此次合作的一部分，INDO-MIM购买了三台HP Metal Jet S100打印机。 三台打印机中的两台部署在印度班加罗尔工厂。其中一台专注于新材料开发，另一台用于推动应用，开发并满足中东、印度和亚太地区其他地区的客户需求。第三台打印机部署在其美国德克萨斯州工厂，致力于为北美客户提供本地化支持并扩大其生产能力。 双方的合作无疑取得了重大成功。2025年2月，INDO-MIM追加采购5台该设备，总投入据称近3000万元人民币。这一投资旨在满足汽车、医疗等行业对复杂金属零件的快速增长需求。 二. MIM与MBJ技术协同整合 粘结剂喷射与MIM工艺在脱脂烧结环节高度兼容，INDO-MIM利用这一优势，将MBJ技术作为MIM产品开发的低成本替代方案。通过该技术快速制作原型或小批量试产零件，客户可在投入高昂模具费用前验证设计，缩短产品开发周期达50%以上。这种“双工艺协同”模式不仅降低企业研发成本，还增强了生产灵活性。 Metal Jet S100是目前商业化最成功的MBJ产品之一，其构建体积为430×309×200毫米，共配备63360个喷嘴，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。3D打印技术参考查询发现，INDO-MIM凭借其在金属粉末领域的深厚积累（如不锈钢316L、17-4PH等），与HP平台深度结合，积极探索MBJ技术的打印能力。 2024年，该公司使用HP S100 Metal Jet 3D打印机成功攻克了一项极具挑战性的制造任务，其生产出一款重量仅30克、高度为2.5厘米的316L不锈钢分形部件——谢尔宾斯基三角形。最终制造出的分形部件不仅表面粗糙度仅2.5-3Ra，而且小特征的细节处理也极为出色，充分展现了INDO-MIM在MBJ技术领域的强大实力。 在另一项类似蜘蛛网结构的设计中，也体现了INDO-MIM的技术实力。其创建了高度复杂和错综复杂的结构，使其成为快速原型制作和玩具生产的理想选择。 在材料开发方面，INDO-MIM利用其在金属粉末开发方面的深厚专业知识，快速扩展金属粘结剂喷射的可成形范围。惠普Metal Jet S100官方可打印材料仅有SS 316L和SS 17-4PH，INDO-MIM凭借在该技术的领域的长期积累，已经可采用MBJ技术成形SS-310、M2（工具钢）、S7、4605、SS-420、IN-625等材料。 三. 行业应用与成果 INDO-MIM的粘结剂喷射3D打印技术广泛应用于多个行业，包括汽车、航空航天、国防、消费电子和医疗设备等。公司特别关注印度国防研究与发展组织和印度空间研究组织等潜在客户。此外，INDO-MIM还利用该技术为全球OEM客户提供定制化解决方案。 1. 汽车领域：加速电动化转型 INDO-MIM为全球车企提供轻量化、高强度的金属部件，如传感器外壳、新能源车电池组件等。借助粘结剂喷射技术，公司能够快速响应定制化需求，开发一体化散热结构，减少零件数量并提升热管理效率。HP Metal Jet的高吞吐量特性支持其满足汽车行业的大规模交付需求。 INDO-MIM MBJ技术3D打印的模具嵌件 2. 航空航天与工业设备 公司为航空航天客户制造耐高温钛合金部件，如涡轮叶片支架，通过粘结剂喷射实现内部冷却通道的复杂几何设计，显著提升部件性能。3D打印技术参考查询发现，INDO-MIM已经使用MBJ技术生产M2工具钢随形冷却嵌件。根据2024年7月的消息，在过去的18个月中，INDO-MIM已生产了约1800个M2工具钢插件用于生产。 3. 定制珠宝和个性化配饰 粘结剂喷射3D打印技术在时尚行业也正在发挥作用，尤其在定制珠宝和个性化配饰领域表现突出。该技术能够无模化直接生产复杂几何结构，如镂空纹饰、嵌套层叠或薄壁蜂窝设计，且无需支撑结构，极大地释放设计师的创意空间，具有显著优于传统金属3D打印技术的表现特点。 END 粘结剂喷射技术在成本上高于传统的标准制造工艺，但相较于其他增材制造技术，其成本优势却十分显著。然而，需要明确的是，尽管从技术层面来看，许多产品能够借助粘结剂喷射技术实现生产，但并非所有产品采用该技术都具备商业价值——在某些情况下，其他工艺或许才是更为合适的选择。 在当今快速发展的制造业中，INDO-MIM为我们揭示了一个传统制造企业如何通过创新和战略布局，成功转型为增材制造领域备受关注的焦点。INDO-MIM不仅凭借其在金属注射成型（MIM）领域的深厚积累，还通过积极拥抱粘结剂喷射3D打印技术，实现了从传统制造到先进制造的跨越。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

近日，Geomagic公司宣布Geomagic Freeform 2025版本正式发布，新版本不仅在功能上实现了重大突破，还根据客户反馈优化了操作体验，为3D设计从业者带来了更多的创作灵感与无限可能。 这些全新升级与改进的功能，为Geomagic Freeform 2025赋予了前所未有的创造力与实用性。 新软件工具 1. 表面晶格 全新 “表面晶格” 工具上线，能让用户运用Voronoi图案，创建与模型表面贴合的三维曲线网络。借助该工具，用户能够创建3D曲线内的图案，然后使用它们创建几何图形，以实现完美的表面图案和切割效果。 2. 穿孔工具 能够在现有设计中增添具有特定图案的孔，也可以打造出带有孔的全新薄壳几何结构。有了这个工具，用户仅需一个操作，就能在模型上快速实现穿孔效果，相比过去，效率和便捷性都大大提升。这两种工具还能协同工作，可以将穿孔与晶格对齐。 穿孔效果预览与在黏土模型上添加穿孔 Dynabot自动化功能改进 1. Dynabot的授权与加密 Dynabot的授权与加密机制升级，通过更严密的算法保障软件安全，便于用户保护自己的知识产权。现在，用户可以创建Dynabots，并为保存的脚本添加保护措施。创作者能够对Dynabot脚本进行加密，这样其他人就无法对其进行编辑，而且任务名称和数值也会被模糊处理。 2. Dynabot 用户界面查询 这是一种全新的变量类型，支持脚本运行时从用户界面对象提取实时数值，使得操作变得更加便捷，设计师只需轻松点击、查询，就能快速获取所需信息。通过这一功能，可从 “部件重新定位”“曲线选取” 等工具收集数据，从而在 Dynabot 脚本中，将部件位置或 3D 曲线长度作为其他任务的输入参数。这不仅减少了操作失误，还让整个设计过程更加流畅。 点工具优化 1. 全新的点工具面板 基于点的工具配备了独立的面板，该面板处于曲线面板下方。其中涵盖从分析工具面板迁移过来的注释点工具，以及隐藏/显示注释点的快捷操作。 2. 创建点 它为用户提供了更多创建点的方法。比如沿曲线创建点、创建曲线交点，以及确定曲线与平面、曲线与模型的相交点。借助曲线和平面来引导位置，创建并分布新的注释点。新创建的点可用于交互式捕捉目标，也可作为拼块图案的输入内容。 基于客户反馈优化的功能 1. 镜像网格与镜像平面。可以轻松地镜像草图，并且还能够围绕该现存平面镜像网格。 2. 3D 测量功能更新。现在，用户可以在即时测量和永久测量这两种模式间自如切换，同时将测量值与零件及点建立联系，从而实现自动更新。用户现在能够测量某一平面的周长和横截面，而且当模型发生改变时，这些测量尺寸也会随之更新。 3. 浮雕工具功能升级。“区域浮雕”、“图像浮雕”、“曲线浮雕” 以及 “草图轮廓浮雕”  工具现支持 “在新部件中创建” 选项，能够在全新的黏土模型上进行创作。 4. 黏土与网格选择功能增强。新增“圆形选择工具”、 “环选择工具”、 “轮廓选取工具”， 框选工具新增 “矩形” 选项。 5. “拟合到所选对象”功能优化。引入了用于拟合 3D 点的新方法，质心和球心。 6. “分离零件” 功能优化。用户可以通过一次操作，利用多个 3D 曲线环、平面或面片，将一个零件分离为多个部件。该功能还支持从对象列表中选择平面、3D 曲线和面片，这使得 Dynabot 自动化操作更为便捷。 7. 网格抽壳功能。能够偏移并封闭网格部件。网格可以是开放式曲面，也能是封闭式物体。同时，该工具支持对距离、双向偏移以及平滑度进行控制。 8. 统一面片法线。用于对齐所选面片的法线方向。 9. 触觉抓取模式下的视图锁定旋转。新增的 “仅围绕…

3D打印技术参考注意到，为实现点阵结构的高效率制造，北京理工大学于近期开发出了40弧并行增材制造装备，最大尺寸达到20米，是公开媒体报道的国内最大金属3D打印机，得到人民日报、中央广播电视总台、中国新闻网等国内主流媒体密切报道。 此类多弧并行3D打印装备能够制造什么？它有着特殊的应用场景——为海洋装备结构创新提供了契机。 新时代下，船舶等海洋载运装备在轻量化需求基础上，对防爆、防撞、减震、降噪等功能需求愈发迫切；海洋浮式平台采用传统钢结构制造成本过高（海上浮式风电是陆上风电开发成本10倍以上），亟需开发低成本、高性能浮式平台制造新方法。 北京理工大学跨尺度增材制造团队专注超大规格点阵结构增材制造，突破了悬空结构无支撑3D打印的技术难关，建立了大型金属点阵结构增材制造新方法；发展了多能束并行熔丝增材制造技术，自主研制了并行增材制造系列装备，实现点阵结构增材制造效率量级提升，形成了超大规格金属点阵结构增材制造技术体系。 在实际应用方面，据3D打印技术参考了解，北理工研发的这套“超大规格金属点阵结构多弧并行3D打印技术与装备”已具备验收条件。装备采用双龙门设计，一侧龙门承载24个打印头，采用并行式布局，每个打印头可独立控制自由度，实现针对大尺寸结构件多弧协同成型。另一侧龙门安装16个打印头，为4×4阵列式布局，可实现多个小尺寸结构件同步成型。 项目负责人、北京理工大学刘长猛教授指出，设备投入生产后，主要批量生产两种类型的点阵型材。即大型金属点阵夹芯板，其相对传统结构可减重30%以上，兼具减振降噪、抗爆防护等功能，适用于在船舶、潜航器等海洋载运装备需求，目前已经开展多领域应用验证。同时，团队开发了低成本钢板点阵混凝土结构，钢板点阵夹芯结构填充低成本混凝土，可作为一种新型海洋基建材料，相对现在全钢结构海洋浮式平台，可显著降低用钢量，成本降低50%以上，兼具经济性、稳定性和长寿命等，在海洋浮式风电、深远海养殖、海洋浮式机场等领域应用前景广阔。 金属点阵结构是一种轻质多功能结构，具有高比强度、高比刚度、抗爆吸能、减振降噪等优势，在航空（飞行器主承力结构）、航天（卫星支架）、航海（船舶舱室）和车辆（抗爆底板）等领域有着广阔的应用前景。然而，现阶段传统的制造方法（铸造、锻造、传统减材加工等）对于制备复杂构型的点阵结构较为困难，存在制造周期长、制造成本高、工序复杂、成形构型有限等问题，因此无法在工业领域进行批量生产制造，也制约了金属点阵结构的实际应用。 电弧增材制造技术是以电弧为热源，丝材为基材的金属增材制造技术。经过多年发展，电弧增材制造技术已经具有中高程度的沉积效率，与金属粉末相比，丝材成本低、材料利用率较高，且不受成形环境的限制，非常适用于制备大型结构件。由电弧增材制造制备的点阵结构具有成形构型多样、成形尺寸大、效率高以及制造成本低等特点，因此对于面向工业应用的结构件高效生产制造，电弧增材制造具备较大的优势。 北理工团队预期2025年末实现增材制造50米级浮式平台下水，以验证模块化建设方法和海洋适用性；团队规划在渤海建设国际首个千米级海洋浮式平台，作为用于海洋综合资源开发。 注：本文由研究团队提供，授权发布。

近日，3D打印技术参考注意到2025年最新的Science期刊以封面形式发表了一篇题为“3D polycatenated architected materials”的文章，介绍了一种新型的架构材料——3D多联结构材料（Polycatenated Architected Materials, PAMs）。作者为中国学者周文杰，现为加州理工大学博士后。 3D打印技术在这一研究过程中发挥了关键作用，使得研究人员能够将设计转化为实际的物理模型，进而研究其独特的力学性能和潜在应用。 超越传统架构材料 传统的架构材料大多基于刚性连接的桁架、板或壳体结构，这些材料通过周期性重复的单元格或无序架构来实现特定的宏观性能。PAMs材料则由离散的环或笼状粒子在三维网络中相互锁定构成，在宏观和微观尺度上均表现出独特的力学性能和可设计性。这种设计不仅赋予了材料独特的力学性能，还使其在响应外部刺激时展现出可调控的变形能力。 PAMs典型设计流程：从指定粒子几何形状扩展生成复杂3D多链结构 研究团队提出了一个通用的设计框架，能够将任意晶体网络转化为粒子连接和几何形状，从而实现对PAMs的精确设计和制造。 研究方法 首先，从选定的晶体网络出发，识别节点对称性，并将其与具有相应对称性的粒子对齐。这些粒子与相邻粒子相互连接，复制原始网络的连接方式。利用晶体学对称性的庞大数据库，研究者可以将如Reticular Chemistry Structure Resource (RCSR)等数据库中的拓扑网络转化为多环联类似物。 实验设计与3D打印应用 为了制造这些设计好的PAMs，研究者采用了3D打印技术。他们使用一种脆性丙烯酸聚合物3D打印制造出N×N×N阵列的PAMs，其中N代表由一个或多个相互锁定的粒子组成的单元格数量。通过3D打印，研究者能够精确控制PAMs的几何形状和拓扑结构，从而研究其在不同加载条件下的力学响应。 力学性能测试 研究者对制造出的PAMs进行了力学性能测试，包括准静态单轴压缩测试、简单剪切测试和流变测试。测试结果显示，PAMs在小应变下表现出非牛顿流体的特性，既有剪切变稀也有剪切增稠的响应，这些特性可以通过其连接拓扑来控制。在大应变下，PAMs则表现出类似于晶格和泡沫的非线性应力-应变关系。此外，研究还发现PAMs在微观尺度上能够响应静电荷而改变形状，这一特性使其在刺激响应材料、能量吸收系统和变形建筑领域具有潜在应用价值。 引力诱导PAMS的松弛和单轴压缩 PAMS的剪切流变学试验 PAMS可编程临界干扰应变 PAMS的尺度独立性及其静电驱动 3D打印技术的关键作用 3D打印技术在PAMs的研究中起到了至关重要的作用。它不仅使得复杂的设计能够被精确地制造出来，还允许研究者在微观尺度上构建材料，以探索其在不同条件下的独特力学性能和响应行为。例如，通过双光子光刻结合后处理的氧等离子体刻蚀技术，研究者制造了微尺度的PAMs，这些PAMs在电静力作用下能够迅速且可逆地改变形状，展现出“可锁定”的三维形状变形行为。 结论与展望 PAMs作为一种新型的架构材料，其设计策略合理地将离散的、拓扑互锁的粒子映射到三维晶体网络上。它们在堵塞状态下的非线性弹性响应，以及在未堵塞状态下的非牛顿剪切变稀和剪切增稠行为，为需要适应性刚度和能量耗散的应用提供了一个多功能的力学平台。这种材料的行为高度依赖于其连接拓扑和粒子几何形状，这共同决定了粒子间的自由度。根据目标力学性能，不同的PAMs可以满足不同的角色需求。最后，对于结构应用，更硬的PAMs更具优势，这些PAMs最好由具有多边形或多面体粒子几何形状的J拓扑结构代表。 总的来说，本文为创造具有前所未有的力学性能和响应控制的架构材料奠定了基础。未来的研究可以关注这些材料对离散粒子断裂的韧性，以及它们的动态和波传播响应、非线性流变学、热学和光学特性，还可以研究构成材料和粒子涂层的最佳选择，以针对特定应用。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。