3D打印作为一种成熟的增材制造方式，受到诸多青睐的原因之一就是它能够直接打印具有复杂结构的产品、零部件，而这背后的基础是增材制造的晶格结构。 这种晶格结构使得打印出来的产品拥有轻量化、低成本、减震、能量传递、可调整各种力学性能等诸多特性，所以在鞋类、航空航天、医疗、工业、消费品等行业中都独具优势。 了解力学的人都知道，晶格库里的晶格种类成千上万。想要获得理想中的产品，输出可用于批量增材制造的产品解决方案，在挑选晶格时，就需要考虑打印材料、打印工艺以及内部晶格生成的力学结构。 目前，市面上大多数的晶格设计软件几乎都有局限性，比如晶格种类过少、生成的晶胞质量本身有问题、效果不理想，另外软件操作门槛较高等，种种弊端对一些非参数化设计师以及3D打印纯小白非常不友好。 为此，清锋推出了面向增材制造的晶格模型自动生成平台——LuxStudio（登录地址：https://studio.luxcreo.cn），不仅可以实现多种结构晶格的自动生成，同时还是一款低门槛、不挑配置的“傻瓜式”通用型操作软件。 01 全场景通用，薄壳设计不受限 如何能够让LuxStudio在不同应用场景下都同样适用？ ” 这是清锋科技工程师们在最初设计晶格库时一直在思考的问题。 清锋专门制定了“回弹”、“强度”、 “轻量化程度”、“结构稳定性”、“可打印性”五个维度的指标，并对数以万计的晶格进行线性和非线性仿真； 最终筛选出16种能够应用于不同场景、不同打印工艺的晶格结构，包括规则杆径、泰森多边形以及极小曲面，适用于鞋业、工业、精细医疗、航空航天，以及大部分3D打印应用场景。 我们也给大家简单介绍下规则杆径、泰森多边形以及极小曲面三种晶格结构在设计中的优势。 01►规则杆径 一种规则的晶格结构。通过调整杆径的粗细、大小，让表面看起来更加规整，同时更容易结合受力来做力学结构分析，可用于鞋类、航空航天、医疗、工业等多行业的复杂应用打印。 02►极小曲面 指平均曲率为 0 的曲面。有更强的能量交换功能，这种结构一般比较稳定，适用于需要热量传导、能量传导的产品设计，可用于航空航天、汽车、工业零部件比如散热器等领域的应用打印。 03► 泰森多边形 一组由连接两邻点线段的垂直平分线组成的连续多边形。由于它可以延展出更多可能性，适合表面形状不确定的产品设计，满足设计师对产品外观形状的要求，可用于首饰、建筑等领域的应用打印。 “ 此外，LuxStudio还有一个最核心的优势就是“薄壳设计完全无限制”。 在增材设计过程中，市面上很多产品对“薄”有着很硬需求。比如个性化定制的手机壳，既要镂空又要轻薄，手感才会好；再比如无人机的表面壳，既需要复杂的镂空结构以便在内部安装其他零部件，还要满足飞行对”轻量化“的需求，所以表壳就必须要“更薄”。 但往往要实现这种轻量化设计，模型厚度可能会小于1个晶格，这个时候对表面进行填充成了难题，市面上也鲜少有软件能够做到。 针对这种情况，清锋的LuxStudio解决方案突破形状限制，通过将表面做成网状，同时保证原模型的轮廓特征来实现“薄壳”的设计，最终达到整体减重的目的。清锋在香港、新加坡、法国等地的用户对该功能都颇为好评。 02 云端算力不挑配置，傻瓜式操作小白易上手 接触过晶格设计软件的应该都知道，晶格生成算法非常复杂。想要实现高精度、高质量的打印，并且将产品比例、功能性做到1：1还原，所需晶格数量是相当“吓人”的；此外，晶格越小，特征越多，要实现高精度打印，需要的运算量极大。 *通过LuxStudio设计打印的拖鞋 如果是普通配置的电脑，显卡和CPU肯定不能够承担这么大的负荷，即使是高内存、高配置的电脑，也需要一定的运算时间。 就拿我们的产品3D打印颈椎枕来说，包含的三角面片（mesh）数量高达千万级，用LuxStudio完全不受电脑配置限制，在几十秒甚至几秒的时间内就能完成晶格生成。 最大的原因就是我们将LuxStudio搬到云端，不吃使用者配置，只需要登录https://studio.luxcreo.cn即可使用。 晶格生成算法则由清锋自己的服务器来承担，把算力服务器呈现在普通使用用户面前，降低用户的使用门槛。 而且LuxStudio完全是“傻瓜式”的使用操作，即使是不懂参数设计的设计师和小白用户也都能够上手使用。 操作够“傻瓜” 模块 LuxStudio平台搭建在网页端，操作全在一个视图页里呈现，每个功能都被单独做成一个模块，无需跳转就能够选择生成、打印、参数调整等操作。在用户交互方面，减少文字输入，用一个鼠标通过点击/拖拽的方式就能实现所有个性化操作。 设计 每一个晶格模型都做了晶格详解，包含了晶格可实现的效果，以及该晶格在“回弹”、“强度”、 “轻量化程度”、“结构稳定性”、“可打印性”五个维度的指标优势，帮助不了解的晶格结构及参数的设计师和小白用户 “自己完成设计”，用3D打印给自己的产品贴上标签，将个性化、定制化的创新设计“真正落地”。 03 产品体验及政策 *通过LuxStudio设计打印的自行车鞍座 今年清锋将会提供两个版本的LuxStudio。 一种是面向工程师、学生、3D打印爱好者，对比于试用版有更为高阶的功能。 另一种就是工业本地化版，适用于企业、高校、科研机构，融合了清锋在鞋类、眼镜、枕头、无人机、航空发动机零部件包括工程机械零部件等不同领域、不同材料的中大型、批量设计的成熟应用，平台内积累了相当丰富的参数库，而且清锋还可以根据用户的应用来定制支撑样式，帮助打印成功。 *通过LuxStudio设计打印的定制鞋垫 目前LuxStudio网页试用版，开放所有人注册，给予大家一个月体验周期（截至2022年6月30日），后续还将会有工程师点对点的联系和指导。 感兴趣的话，点击下方登录网址：https://studio.luxcreo.cn/，开始注册使用叭~ 内容 试用版 正式版 本地化版 小尺寸、薄尺寸、小体积的晶格填充，适用于生物打印、板材轻量化等结构设计 √ √ √ 可选的结构样式多，杆径类，极小曲面，泰森多边形，可支持金属、尼龙、弹性材料的结构设计 √ √ √ 工作流程简单直观，根据模型的应用特点自动推荐晶格结构，实现打印成功率 √ √ √ 手动选区调整晶格密度，根据模型应力方向去调整不同部分的物理强度（3季度推出） / √ √ 本地化部署方案，服务器算力放入局域网，模型进本地网络存储、高效传输，高保密性（3季度推出） / /…

导读：增材制造，作为一种先进的制造技术，通过层层连接工艺，为复杂部件的设计和成型提供了前所未有的机遇。与此同时，拓扑优化作为一种先进的结构设计方法，使得多孔介质的内部结构可以任意设计，以实现特定的力学性能。其中，由于金属三维晶格结构具有比强度高、机械效率高、能量吸收能力强等优良的力学性能，在轻型航空航天、交通运输结构、冲击防护装置等多种工程领域具有广阔的应用前景。实际上，金属晶格结构已经成熟用于我国航天器结构产品。 接下来笔者为大家总结增材制造在结构设计领域中的应用场景，并带大家走进金属晶格结构设计在各领域发挥的强大优势。此外，3D打印技术参考联合仿真秀将主办《2022DfAM先进设计与制造工艺系列讲座》，详情见后文。 晶格结构特性与能量吸收能力 晶格材料最重要的特性之一是能量吸收能力，其特征在于压缩过程中能够吸收或耗散机械能。已经证实，大多数晶格结构，如金字塔晶格、三维Kagome晶格、四面体晶格以及钻石晶格等，可以通过改变长径比或晶胞大小等几何参数获得非常优异的能量吸收性能。 此外，可设计的具有晶格结构的夹芯板也被证明具有出色的能量吸收性能。除了几何参数外，还可以通过复杂结构（如梯度结构、金属泡沫填充结构、多层结构和不同的单胞结构）来调整能量吸收性能，其已被证明在能量吸收方面比单一晶格结构更有效。 另一种提高机械性能或能量吸收能力的方法是修改连接支柱的节点结构，当受到压缩或冲击载荷时，通常会出现应力集中，该方法相对简单，但在提高金属晶格结构的能量吸收能力方面非常有效。 图1.3D打印的梯度晶格结构、点阵结构以及相应产品 晶格结构的制备方案传统工艺与3D打印各有局限 到目前为止，已经有几种制造金属晶格结构的技术，包括冲压成型、挤压结合线切割、扩展板折叠和熔模铸造。除了铸造之外，这些技术还必须使用粘合或焊接技术来组装支柱以形成晶格结构。在加工过程中，连接点通常对缺陷敏感，例如对气泡和微裂纹，导致晶格结构的整体机械性能减弱。对于熔模铸造技术，由于技术本身的限制，电解槽配置不能太复杂。 图2. 3D打印与熔模铸造制作晶格结构3D打印技术的出现使晶格结构的制造不再困难，而且它不需要结合传统工艺。然而由于可成型材料有限，该技术在制造晶格结构方面仍然存在不足。 为了克服增材制造和熔模铸造的局限性，近年来开发了一种将3D打印与熔模铸造相结合的新技术。在该技术中，首先通过3D打印制备低熔点树脂基晶格结构，然后用其制作陶瓷外壳模具。最后，熔融金属在压缩空气的作用下渗入模具型腔，金属凝固后，去除外壳就得到了金属晶格结构。除了能够产生任何复杂的构型之外，该方法对材料的选择几乎没有限制。 图3. 3D打印铸造制作的铸铝晶格结构 为了进一步比较晶格结构不同制备方法引起的力学性能和能量吸收差异，3D打印技术参考了解到，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所材料物理重点实验室与中国科学技术大学研究生院合作，通过3D打印结合熔模铸造和直接金属增材制造，制备了三种支柱材料的增强型棱锥晶格结构，通过有限元模拟对压缩行为和能量吸收特性进行了理论分析和实验验证。 不同工艺制造晶格结构的性能差异 采用直接3D打印和3D打印结合熔模铸造两种技术制备晶格结构样品。前者使用BLT-A300打印机，材料选择适用于3D打印的AlSi10Mg粉末；后者使用了铸态AlSi10Mg合金和7005铝合金。 为了了解本研究中使用的不同铝合金的机械性能，进行了拉伸实验。相关应力-应变曲线显示，直接金属3D打印的AlSi10Mg强度和刚度最高，但延展性最低；相反，铸态AlSi10Mg合金的延展性最高，但强度最低，7005铝合金具有中等强度和延展性，仅介于另两种材料之间。 图4. 不同晶格结构的机械响应对比： （a，b）压缩应力应变曲线；（c）杨氏模量和屈服强度；（d）能量吸收 图5.晶格结构材料的力学响应 晶格结构的机械性能可以通过节点增强来提高。在这项研究中，制备方法和支柱材料的影响是关注的焦点。通过增强型金字塔晶格结构和通常结构的对比可以看出，增强是通过向节点逐渐增加支柱的直径来实现的。 图6. 金字塔点阵结构的特征：左边是普通星，右边是增强型 晶格结构的相关几何参数定义如下：de和dm分别代表支柱端部直径和中部直径；L、H、θ分别表示底面的宽度、晶胞的高度和支柱与底面的夹角；Le和Lc分别为支柱的有效长度和等径长度。为了研究几何参数的影响，de的值从1.4毫米到1.8毫米不等，间隔为0.1毫米，其中1.4毫米也是用于比较的常用金字塔结构的直径。当de增大时，dm减小以保持晶格结构的相对密度不变。θ值在35°到55°之间变化，间隔为10°。 图7.三组样本，A、B、C节点增强型金字塔晶格结构图8. 对不同晶格结构样品的循环压缩试验。为了更好的定量化和形象化的描述晶格结构样品的变形过程，我们将其进行模拟仿真，结果如下： 图9. 压缩模型实验结果与仿真结果的比较三种支柱材料中的增强晶格结构通过两种制备方法制备，通过有限元分析和压缩实验系统地研究了制备方法、支柱材料和几何参数对压缩行为和能量吸收的影响，主要结论总结如下： (1)与金属增材制造相比，3D打印结合熔模铸造的制造方法消除了金字塔晶格结构应力应变曲线平台阶段的应力波动，甚至增加了大倾角下的能量吸收。然而，抗压强度同时降低。 (2)增加增强型棱锥格构结构的倾斜角度可以缩小承载能力的差距并提高能量吸收。对于铸态7005铝合金晶格结构，在压缩过程中发生脆性断裂，导致能量损失。 (3)增强型金字塔晶格结构的端部直径对抗压强度和能量吸收至关重要。加厚端部直径在一定程度上降低了节点附近的应力集中。 (4)能量吸收图中肩部点相对于倾角的包络线是一条直线。能量吸收图表明，对于AlSi10Mg，当σ/ES<1.48×10时，3D打印结合熔模铸造是更好的选择，相反可以考虑金属增材制造。当σ/ES>6.84×10时，使用铸态7005铝合金是一种折衷方案。 (5)理论方程和有限元分析与实验结果一致，可用于预测节点增强锥体晶格结构的力学和能量吸收特性。 2022DfAM先进设计与制造工艺系列讲座 蜂窝点阵材料由于具有低密度、高比强度和多孔等优点，已成为重要的结构和功能材料。常规的蜂窝材料主要是泡沫、海绵和蜂窝体，其通常用于功能目的，例如声障、防振装置和冲击保护装置，3D打印技术参考此前也做过多次报道。对于泡沫金属和海绵，孔的形状、大小、数量和分布等孔结构本质上是随机的，换句话说，它们几乎是不可控的，而对于蜂窝，孔分布和力学性能具有很强的各向异性。这些特性在一定程度上限制了传统金属蜂窝材料的应用。 3D打印晶格结构将是这些问题最理想的解决方案之一。它们具有精确设计的晶格结构、几乎无限的基质材料、优化的性能，并且可以通过许多工业规模的技术进行制造，这使他们成为航空航天许多工程领域的重要应用方案。 为了让广大的航空、航天行业等高端复杂制造业的科研院所研发人员、还有理工类高校的航空、航天、机械和材料学学子和高校教师；以及从事增材制造设计、工艺、仿真感兴趣的技术人员介绍先进的增材设计的理念。 5月26日-6月10日，仿真秀和3D打印技术参考联合主办的《2022DfAM先进设计与制造工艺系列讲座》，将邀请安世亚太8位高级工程师带来DfAM面向增材设计的一体化解决方案的全貌，包括：创成式设计、拓扑优化设计、多学科优化设计、仿真验证、增材工艺仿真等方案的概况。以下是直播安排： 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.通过相场模拟，获得金属3D打印过程中的晶粒演化特点，实现微观结构精准控制 3.3D打印技术在航空航天静态和动态发动机组件中的应用案例 4.2025年服务于中国航空航天等领域的金属3D打印装备将超六百台

鲁汶大学在增材制造研究方面拥有近30年经验，对增材制造的贡献排名全球第三，同时也是全球领先的增材制造学术机构之一。 鲁汶大学增材制造研究小组由鲁汶大学机械制造系教授 Ir. Ing. Brecht Van Hooreweder领导，其正在开展与激光增材制造相关的不同领域的研究活动，包括： 扩充增材制造材料库，包括陶瓷、铝和生物材料； 通过分析微观结构、纹路、孔隙度和热应力，研究与静态和动态机械特性相关的工艺条件； 优化软硬件的机械设计和工艺； 增强对X光、CT、过程监控和后处理的质量控制。 为进一步支持研究活动的开展，增材制造研究小组专门建立了一间实验室，配备了增材制造硬件（包括3D打印机、后处理设备、寿命测试设备、测量设备、粉末生产设备）和软件解决方案，这些软硬件部分由供应商提供，部分自行研发。 开发新一代增材工艺鲁汶大学增材制造研究小组利用3DXpert教育版和3D Systems 的ProX DMP 320金属打印机针对增材制造的打印准备、优化、制造和控制开展大量研究项目。研究人员高度重视与3D Systems合作过程中积累的行业经验，大规模使用3DXpert软件进行工艺设计，更为增材制造研究提供了强有力的工艺设计和流程控制支持。Ing. Jitka Metelkova 表示，其最为欣赏的是3DXpert能够灵活整合所有增材制造流程，包括从设计到制造的所有流程，他是PAM2（Precision Additive Metal Manufacturing）项目的初级研究员、增材制造工程师和玛丽居里博士后。“不管是CAD工具进行简单的设计，还是根据保护气流动设置扫描策略和激光参数，我们都使用3DXpert完成，这样就没必要使用其它软件解决方案了。” “将3DXpert软件和打印机结合起来使用，能够很好地达到我们的研发目标，那就是为整个金属增材制造流程寻找一个综合解决方案。在此之前，我们必须使用独立的软件和硬件产品，导致工作流程十分复杂化，甚至有些重要的流程根本无法实现，”Ir. Ing. Van Hooreweder教授说道。 “ 将3DXpert软件和打印机结合起来使用，能够很好的实现研发目标，这是一个串联金属增材制造工艺研发流程的解决方案。”—Ir. Ing. Van Hooreweder教授 加速新材料工艺参数研发根据PAM²项目框架，鲁汶大学使用ProX DMP 320打印机处理了两种不同的马氏体时效钢粉末（等级300）。他们使用3DXpert软件开展参数研究，为两类粉末开发最佳参数，同时确保较高的密度和较低的表面粗糙度。增减材混合工艺流程鲁汶大学正在对一种新的复合制造工艺进行测试，该工艺将连续激光与脉冲激光结合，以便有选择性的对表面进行精加工。Jitka Metelkova教授表示，“3DXpert支持极其复杂的扫描策略参数设置，如重熔扫掠，使得我们能完成之前必须手工修改的参数设置。”定制网格结构为研究增材制造的Ti6Al4V 网格结构的复杂载荷条件，鲁汶大学的研究人员使用3DXpert设计了一种网格结构几何体，其具有变化的孔隙梯度。研究人员对这种新设计的几何结构进行了准静态拉伸、拉-拉、拉-压和压-压疲劳试验。研究结果《Fatigue life of additively manufactured Ti6Al4V scaffolds under tension-tension, tension-compression and compression-compression fatigue load》发表在Nature出版集团旗下刊物《科学报告》（Scientific Reports ）。 Jitka Metelkova表示，“3DXpert能够快速灵活地设计出所需的定制网格结构，正如本例中的疲劳样品，它具有很好的孔隙梯度，加快了我们的研究进度。” 未来增材制造工程师培养鲁汶大学机械工程系设有一门增材制造课程，讲述了各种增材制造方法对应的主要原理，并概述了增材制造行业的最新研究成果和当前遇到的研究挑战。 为确保未来的工程师能够适应增材制造研究和制造环境，增材制造课程框架中也包含了使用3DXpert软件进行扫描策略设计的教学内容。 助力增材制造行业未来鲁汶大学从一开始就积极参与增材制造研究，也对增材制造技术的未来充满信心。他们也将持续加大投资，解决增材制造技术的应用障碍。 “未来几年我们的目标包括准确预测增材制造得到的金属网格结构的疲劳寿命，研究实体区域和多孔介质区域混合的情况，并确保零部件质量好、可重复性高，”Ir. Ing. Van Hooreweder教授说道。“我们过去与Oqton 和3D Systems的合作非常成功、卓有成效，相信接下去也一定能合作愉快。” 520 Oqton Live Day5月20日，本周五，Oqton与 TCT 合作带来特别版线上Live直播！最新最全的功能展示、行业应用、技术专家实时连线，尽在「Oqton堃腾智能制造」微信视频号！点击或扫码识别，一键预约开播提示： △左右滑动查看更多 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.5月20日锁定TCT Asia…

现代乘用车的汽油和柴油发动机采用全铝设计，成本和重量优化使用最新的传统生产技术。近年来，这些发动机的重量功率比呈渐进式增长，3缸和4缸发动机的质量功率比约为1.1kg/kw，反映了发动机在给定的生产边界条件下，材料特性、载荷分布和结构使用之间的平衡。这同时意味着，用常规生产技术进一步显著减轻重量是不可能的。 为进一步研究在新技术业态下发动机继续减重的潜力，德国联邦经济事务和能源部发起了一项名为LeiMot(轻型发动机)的研究项目，吸引了多家汽车工业重量级公司的参与，如FEV欧洲有限公司、大众汽车、亚琛工业大学以及弗劳恩霍夫的相关研究机构。项目旨在通过金属3D打印以及新型金属材料为发动机关键零部件减重。2020年8月，该项目现已进入了最终的发动机原型机阶段，通过使用纤维复合材料以及3D打印技术制成的部件替代传统的金属零部件，有望将最新一代内燃机重量减少30%。 采用金属3D打印的LeiMot发动机 采用金属3D打印开发的LeiMot发动机 因较高的机械负载能力，大众公司EA288Evo系列的2.0L涡轮增压直喷柴油发动机被设定为优化对象，并特别选中了汽缸盖和曲轴箱两个部件。这两部分均采用选择性激光熔融工艺制造，而不是像过去那样采用压铸铝。3D打印的高设计自由度不仅被用于减轻重量，还用于改善发动机性能。在LeiMot发动机概念的开发过程中，零部件的设计边界一直遵守3D打印的整个流程，包括支撑结构、打印方向和后处理。 研究人员首先对气缸盖和曲轴箱进行了功能分解。通过该方式，研究人员可以分析每个功能，并可以根据给定的边界条件进行设计优化。此外，研究人员需要确保LeiMot气缸盖能与大众曲轴箱实现相互兼容。同时，研究人员必须保留参考发动机的重要接口和组件，尤其是曲柄连杆机构、配气机构及换气组件。 优化汽缸盖——实现传统工艺无法实现的结构设计研究人员通过专门的设计方法，使厚度不大于２mm的材料实现了冷却、润滑及换气等功能，晶格结构的厚度明显小于２mm。与传统的铸造工艺相比，该方法可以根据负荷的不同而采用多种壁厚参数，且不会存在与传统制造相关的结构弱点。对于汽缸盖而言，工程师们需要对某些受到较高机械应力的区域进行加固，因为燃烧过程主要产生弯曲载荷，而整个发动机则要承受扭转载荷。减重与刚度的最佳比例是工字梁和集成封闭控制台的组合。最终，采用选择性激光熔融3D打印技术制造的结构优化AlSi10Mg汽缸盖重量减轻了2.3公斤，比原来的部件减重22%。 LeiMot气缸盖结构设计方案 带有晶格结构的排气道 3D打印技术的设计自由度有利于研究人员直接将各种结构集成到生产过程中。研究人员有针对性地对具有气隙和较少导热横截面的绝缘晶格元件进行了设计，从而优化了排气道的隔热效果，并可减少进入气缸盖冷却液的排气热量。在额定功率条件下，该隔热系统可使流入气缸盖的热流量减少5％。这可以缩短排气后处理系统的预热时间，并提高涡轮入口温度。 重塑曲轴箱——材料和结构要匹配性能 曲轴箱同样采用AlSi10Mg进行3D打印制造。考虑到曲轴箱的重量和刚度，决定采用铝制底座的短裙设计。通过减小轴承座的主轴承摩擦直径，可以用铝板底座替换钢制轴承盖。经过重新设计的曲轴箱（包括底座），与原始组件相比，重量减轻了5.1公斤。研究人员通过采用拓扑方法，对组件的主要流动路径进行了优化分析，并为隔板外部等低应力区域设计出了空腔和晶格结构。 对于接近极限的轻型设计方案而言，研究人员在设计过程中对材料特性进行了深入了解。由于该款材料有着特殊的微观结构，通过3D打印技术生产的部件的机械性能与通过传统铸造工艺制成的部件的机械性能之间，存在着显著差异。因此，研究人员通过样本研究了3D打印铝合金在不同温度下的多项机械性能，并将结果用于计算。 LeiMot曲轴箱 LeiMot水套 为进一步改善曲轴箱的冷却性能并使气缸温度实现均匀分布，研究人员在缸套间采用了宽2ｍｍ、高3ｍｍ的椭圆形冷却通道，以此对内孔进行冷却。此外，水套内部为经过充分优化的晶格结构。该结构扩大了传热面积，改善了冷却液流动过程，并提高了气缸刚度。改善后的缸套冷却系统可使缸套变形更为均匀，并能相应改善摩擦和漏气现象。 除此之外，通过采用3D打印技术，研究人员设计出了无明显偏转现象的新型油道方案。气缸盖和曲轴箱中的油道（直径范围为3-8mm）可实现直接打印。弯曲的通道和平缓变化的横截面会使气缸盖和曲轴箱内部管道系统的压力损失降低约22％。 END 归功于增材制造方法，该项目开发的概念发动机最终将配备最少数量的组件，通过极少的组件和高功能集成来最小化材料使用，最终基准柴油动力乘用车的主要部件减轻了约21％的重量，同时也提高了动力总成效率、运行性能、热管理能力，并且改善汽车噪声、振动和舒适性。 LeiMot研究项目有力证明了新制造工艺的设计可行性。此外，该项目还有助于研究人员探索用于内燃机开发的新方法。2021年，FEV公司将制造出5个LeiMot产品原型，并通过机械和热力学试验对其进行检验。 在中短期内，大批量通过3D打印技术生产的组件依然很难与大众市场的传统制造工艺进行竞争。在飞机部件制造等小批量生产过程中，3D打印技术已成功应用于小型部件中。未来，研究人员还可以采用混合解决方案，将3D打印技术与传统制造工艺结合在一起，从而进一步提升制造品质。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 3.因零件整合，3D打印为一体化制造带来的60余项改变 4.更轻、更坚固、更紧凑，SLM Solutions为保时捷3D打印大尺寸电驱动器外壳

近日，3D打印技术参考获悉，知名骨科企业北京科仪邦恩医疗器械科技有限公司研发的国内首个基于激光选区熔融工艺（SLM）的3D打印关节植入物“Apex 3D 髋关节假体”，通过国家药品监督管理局（NMPA）的审批注册，获准上市！标志着激光选区熔融3D打印工艺在国内正式应用到关节置换领域！ “Apex 3D髋关节假体”采用 Ti-FOAM 3D打印骨小梁结构，经过前瞻性、多中心、随机对照临床试验后，结果表明其安全性、有效性表现优异，其对照结果优势显著。“Apex 3D 髋关节假体”在研发和制造过程中，充分将临床应用和其工艺特点相结合，最大程度发挥出激光选区熔融工艺（SLM）的高精度打印优势，其最小丝径可达到 300μm，孔隙率可达 80%，更能呈现类松质骨结构，相比传统工艺制造的微孔涂层假体能提供更好的骨长入效果及固定强度。 “Apex 3D 髋关节假体”在国内的批准上市，可为髋关节假体初次置换、翻修、个性化定制等提供更具优势的临床解决方案，同时其类松质骨的三维结构针对复杂关节置换，例如翻修手术患者以及DDH的病人提供了优异的骨整合效果，保证了最佳的骨长入，降低了手术失败风险，大大提高假体的生存率，给患者带来更多福祉！ 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.3D打印PEEK植入物迎来重要发展：国家药监局发布注册审查指导原则 3.视频：国家增材中心《大讲堂》——生物金属的3D打印及医疗应用 4.迈向关节3D打印的未来：Nature发布戴尅戎院士团队生物3D打印项目专访

Aerojet Rocketdyne（洛克达因）被公认为是美国航空航天和国防领域的领导者，主要服务于导弹、太空探索、国防和军备市场。其知名项目包括为NASA阿尔忒弥斯重返月球计划开发太空发射系统（SLS），以及为美国高超声速武器提供超燃冲压发动机等。 值得注意的是，在其最新的宣传中，洛克达因均将3D打印技术用于以上两个项目的相关研究和制造中。 为最新高超声速武器3D打印超燃冲压发动机，零件数量减少95% 2022年3月中旬，美国成功测试一枚高超声速导弹，但因目下皆知的局势原因未及时公布消息。这枚由洛克希德·马丁公司生产的高超音速巡航导弹从B52轰炸机上发射，以大于5马赫的速度飞行，飞行高度超过19812米，飞行距离超过482.8千米。该超声速导弹由Aerojet Rocketdyne超燃冲压发动机提供动力，而该发动机的制造采用了3D打印技术。 洛克达因表示，通过使用创新的制造技术和材料，他们不仅提高了产品性能，同时大幅降低了成本和开发时间。而在此次测试中所使用的超燃冲压发动机因使用3D打印技术，使零件的数量相比此前X-51A Waverider（美国另一款高超声速武器）的发动机零件减少了95%。 再生冷却薄壁夹层结构 超燃冲压发动机的功能要求其采用再生冷却热防护技术，即燃烧室外层需要覆盖精密流道，以实现燃料对燃烧室的冷却，因此其结构非常复杂。采用传统工艺制备，需要将其分解成数量众多的零部件、加工成型后经由复杂装备得到，由此，复杂的装配尺寸链传递将直接导致相关零部件需要具备非常高的加工精度，而且加工与装配消耗的时间也将导致燃烧室制备周期相对漫长，此外大量的零部件装配势必引入较多的附加质量，这些无效质量将使整台发动机的有效推重比降低。 超燃冲压发动机测试过程 这种特殊的结构特点非常适合采用3D打印进行一体化制造，这也是零件数量大幅减少的原因。同时，也为更好的气动热性能、制造的可负担性、可扩展性和快速制造创造了条件。实际上，不仅洛克达因，其他多个国家都在采用3D打印技术开发适用于高超声速武器的超燃冲压发动机。 为 NASA 3D打印太空发动机关键部件，质量、尺寸、成本均大幅降低 除了武器装备，洛克达因还为太空任务提供服务。本月，该公司透露使用金属3D打印技术制造了更小更轻的飞行器关键部件。最新公布的这个案例是阿尔忒弥斯计划的一部分，所制造的部分被称为“四重”反应控制系统，包括四个单独的推进器，能够控制航天器在飞行过程中的滚动、俯仰和偏航。该部件最初是为阿波罗任务创建，已有60年历史，项目团队希望重新设计并采用增材制造以提高效率。Aerojet Rocketdyne团队希望使推进器更可靠，减少整体零件数量，使它们更易于组装和维修，同时还要减轻重量。 公司航空航天工程师兼任务架构师表示，在整个阿波罗计划期间，美国宇航局生产了650多个这种推进器来支持六次登月，花费了巨额资金，然而对于所有复杂的任务，越是负担的起，确保完成的机会就越大，而金属3D打印在此方面发挥了关键作用。 四推进器模块传统与现代的设计 重量减轻可以降低发射成本，同时还允许在飞行器上放置更多组件，从而可能延长服务期或提高其任务能力。而易于组装则将降低制造成本，特别是可能面临整体项目时间表经常被压缩的情况，同时由于组装工作通常需要在洁净室环境中进行，因此易于组装非常重要。 零件数量的减少使公司更容易迭代新设计，这也意味着需要制作的工具要少得多。这显著减少了工艺开发的时间并降低了成本，更少的零件意味着更少的流程和工艺步骤，以及更少的零件和材料之间的相互依赖性。只要3D打印步骤得到很好的控制，就可能更容易达到目标。这确实意味着将风险更多地集中在作为一项技术的3D打印上，但这可能意味着更少的紧固件、焊缝、胶水和其他材料的相互作用而导致的意外故障。 优化的喷射器模块内部结构 然而，所有因制造产生的成本都是其次，因为太空任务过于昂贵，如若部件发生损坏则需要人员在外太空修理，其中的风险可想而知。3D打印一体化设计和制造将这些可能的风险尽量排除，并能够增加器件的安全性。 Aerojet Rocketdyne在初步优化后采用IN718打印了概念模型，但由于悬垂问题，工程师不得不添加大量支撑来防止热变形，此后还需要去除支撑，这不仅增加了产品成本且对表面质量造成了影响。项目团队认为仍有大量轻量化和拓扑优化的空间，即便在重新设计过程中消除了大块不必要的材料，但仍不完美。最终Aerojet Rocketdyne选择与nTolpology为该项目的推进器进行重新设计，并由Velo3D提供制造服务。 优化的喷射器块的横截面 nTopology的技术人员对“外壳”喷射器主体的块状结构进行了进一步优化，在复杂流体端口和通道周围留下一致的壁厚，同时消除应力集中区域，并采用晶格结构填充由此产生的空隙，增加了它的强度和刚度。 Velo3D在业内以无支撑打印而闻名，且拥有独特的解决方案来减轻打印材料内累积的内应力，是少数能够成功打印大型复杂钛零件而不会开裂的金属增材制造系统供应商之一。最终3D打印的钛合金结构优化推进器在重量、尺寸、制造成本方面均大幅降低：与传统制造版本相比，质量仅有以前的1/5，尺寸减小了一半，制造成本也仅是此前的1/3。而且由于它包含的组件少得多，因此组装起来也更容易，在操作过程中发生故障的机会也更少。   实际打印的喷射器结构 实际打印的喷射器结构 项目团队人员表示，通过利用增材制造和先进的软件技术，与过去制造零件的方式相比，3D打印能够增加可负担性、缩短交货时间并大大提高系统性能。他们的下一步是演示这个概念模型，并将进行实际测试。 END 洛克达因公司在二十多年来一直致力于将3D打印技术整合到其火箭发动机、导弹和战术防御系统的生产过程中。公司的增材制造团队使用GE旗下Concept Laser以及EOS和Velo3D的装备来满足3D打印制造需求。洛克达因高级项目经理在2020年就表示，公司多年来不断加深对3D打印材料、工艺及设计的理解，掌握不同系统组件使用温度范围（-254~3316℃）内的材料特点，彼时已开发了至少11种合金；其他还包括如何依赖设计实现组件整体、一体化制造，从中节省成本、加速设计迭代。 注：视频演示请查看3D打印技术参考视频号。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext + PM South China解锁增材智造新技能！ 3.兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 4.中国日报海外版：3D打印加速中国导弹生产

增材制造作为一种新兴的制造技术，一经出现就在制造业引起了广泛关注。尽管它目前还存在着不尽如人意的地方，但是人们普遍认为这是一种具有巨大发展潜力和想象力的技术，代表着数字化转型的重要发展方向之一。安世亚太公司深耕增材制造产业化应用多年，深刻认同增材制造在未来数字化制造变革中的核心地位，基于多年的项目经验和思考沉淀，推出了“增材思维 数智未来”系列文章。本文是该系列文章的第四篇内容（前三篇内容见文末链接），阐述DfAM设计思维解决增材制造降本增效问题。 成本——增材制造大规模应用的软肋 增材制造技术相对于传统的材料去除切削加工技术，是一种以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了网络信息技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合。增材制造技术的出现，因其具有能够实现高性能复杂结构零件的无模具、快速、全致密近净成形等优势，为实现复杂结构优化设计、快速设计验证、小批量零部件快速制造、快速客户响应等关键问题带来了一种全新的解决思路。 在增材制造技术的实际应用过程中，成本成为制约该技术大规模推广的关键因素。38%的从业者认为，增材制造技术虽然具有独特的优势，但是成本过高，是增材制造的最大软肋。通常情况下，增材制造只适合复杂结构件小批量试制。 制约3D打印的因素 每批次3D打印零件数量 任何新技术要实现商业化应用，必须对该技术的成本构成做出清晰明确的分析，增材制造也概莫能外。对于增材制造产品而言，计算成本要考虑以下7个方面： 设计开发成本：产品的结构设计、功能仿真、工艺验证费用。一般来说增材制造的产品结构比传统结构更复杂，性能要求更高，设计开发的成本往往也更高。 原料成本：零件用料、支撑用料和其他用料消耗。可以在产品最终重量的基础上再增加30%-40%，作为原料成本的粗略判断。 机时成本：3D打印机在生产过程中的机器损耗成本。一般3D打印综合机时成本在100-300元/小时。 后处理成本：包括热处理、线切割、机加工、热等静压、人工打磨、磨粒流等抛光、表面渗碳渗氮等表面处理产生的费用。对于某些复杂产品或者精度要求特别高的产品，后处理成本甚至超过打印成本。 人工成本：生产涉及到的人力成本，包括模型数据准备、机器准备、打印过程监控、机器清理维护、后处理、生产管理等产生的人力资源费用。 间接成本：包括设计仿真等软件成本、水电煤气费用、房租等间接费用。 风险成本：打印失败的损失。一般打印时间越长，出现故障的风险越高；模型结构越大越复杂，打印失败的风险越高。某些产品打印失败1-2次并不少见。 降本增效——增材制造实现批产的出路 一般认为，增材制造的成本优势与结构复杂程度和批产数量密切相关，如果批产数量超过平衡点，传统的铸造、锻造、机加等工艺将更具竞争力。根据不同的结构复杂程度和替代工艺成本，这一平衡点介于数十件到数百件之间。 然而，GE公司的3D打印燃油喷嘴成功打破了这一魔咒，它是世界上第一个实现大规模量产的3D打印零部件，年产量达到3~4万件。其原因就在于通过基于增材制造的优化设计，提高了发动机的燃烧效率和燃烧稳定性。 虽然燃油喷嘴只有核桃般大小的结构（黄色方框内），里面却有14条精密的流体通道。这些复杂的冷却流道大大提升了冷却效果，降低了燃油喷嘴积炭的速度，因此喷嘴的使用寿命增加了5倍。 3D打印燃油喷嘴对油路流道进行优化设计，消除流道中的突然扩张和突然变向，增大燃油流速，从而减少燃油流过这些地方时与热管壁的换热。最终，3D打印燃油喷嘴重量比传统方式减轻了25%，寿命提高了5倍，成本效益上升了30%。国产C919客机也采用了这款带有3D打印燃油喷嘴的Leap发动机。2021年，GE公司又开发了另一个增材制造批产零件——涡轮机引气部件，在精确评估成本/效益的模型基础上，证明了金属3D打印在成本上也可以和铸造工艺一较高下。 GE Aviation梳理了现有的数百种铸件，从尺寸、形状、功能、材料、工艺、后处理等角度制定了成本分析模型，核算了每个零件的3D打印成本与收益，最终选择了涡轮机引气部件。经过摆放优化后，可同时打印4个零件，大大提高了生产率，削减多达35％的成本，成功逆袭传统制造工艺。 GE Aviation的增材制造部门负责人表示，这是他们第一次发现金属3D打印比铸造还要便宜。更为重要的是，这次3D打印的零件在前期已经基于铸造工艺设计定型，金属3D打印取代铸造后仍然体现了成本上的优势。这一发现极大振奋了GE Aviation，正着手寻找其他发动机上更多的零件，并采用金属3D打印来降低成本。 成本效益分析——找到下一个批产零件的法宝 GE公司找到增材制造批产零件的法宝，是他们建立了一套精确的成本/效益评估模型，利用这套模型GE公司对数百个铸造零件进行了评估，终于找到了这个百里挑一的“天选之子”。在增材制造的成本效益评估方面，我国目前处于相对落后的状态。部分原因归咎于我国增材制造的应用相对集中于航空航天等军工市场，这是一个市场经济规律稍显薄弱的特殊市场，保型号、保节点、保重量、保质量等因素的重要性远远高于保成本，增材制造得益于其快速、灵活、适应复杂结构、适应小批量生产的特点，在军工市场率先得到了广泛应用，而需求量更大的民用市场发展稍显缓慢。由此也造成了国内的增材制造行业缺少价值管理的理念，有的产品为了蹭上增材制造的热度，不计成本的“为了增材而增材”，另一些产品则出现了和菜市场买菜一样“论斤吆喝，按克收钱”的魔幻局面，相当于只赚取了材料费和加工费，甚至在“内卷”严重时，做到赚钱都困难。造成这一现状的主要原因就是增材制造产品的设计与制造割裂，产品的功能价值提升有限，在与其他加工方法竞争时缺少议价能力。 成本效益分析 安世亚太公司基于对增材制造全流程的充分理解和全面把握，根据成本效益分析方法、全寿命周期分析方法等评估模型，从大量工业品制造案例中抽取出20个核心判断要素，形成了一套算法小程序：增材应用潜力评估系统。该评估系统从增材制造产品全生命周期的角度考虑成本和收益，尤其是通过增材设计带来产品在服役过程中减重、节能、效率、功能等收益的增加，以及时间、人力、装配、维修等成本的降低，并综合考虑增材制造的工艺约束分析、产品可靠性分析、打印风险分析等。只需花费2分钟，就可实现自动评估产品的增材制造可行性与增材设计对产品的附加值潜力，并根据您提供的信息生成增材设计与制造方法的指导建议。简单来说，这款小程序解答了3个问题：1、产品是否适合增材制造？2、产品在增材制造过程中要注意什么问题？3、如何提升增材制造产品的技术收益？ 扫描二维码进入微信小程序 DfAM思维——增材制造“降本增效”的答案 ▍减少成本的DfAM设计思维在零件设计阶段就考虑打印摆放方向和摆放位置。尽可能设计为自支撑结构，减少所需的支撑结构数量；最大限度地增加在构建平台上的摆放数量，一次打印更多的零件；尽可能降低零件高度，减少打印时间。在零件设计阶段就考虑后处理方法。最大限度减少空间死角，减少粉末清理的工作量和支撑去除的难度；尽可能将打印质量较差的面设计为后续需要机加工的面，减少表面打磨抛光的工作量；预留好定位、装夹等位置，为后续加工提供便利。在零件设计阶段就考虑打印层厚。最大限度增加打印层厚，同时最大限度减少打印台阶效应对产品的影响，针对台阶效应明显的区域，要么设计为后续要机加工的区域，要么设计为对表面光洁度不敏感的区域。▍提升效益的DfAM设计思维结构轻量化。轻量化的结构设计不仅可以减少材料成本和打印时间，更重要的是增加了结构的承载效率，减少了系统的运行成本，这一点在航空航天领域尤其重要。对于大型民用飞机而言，减少1kg结构重量，在全寿命周期内可节约燃油4.5万升，节省成本2.2万欧元。结构/功能一体化。利用增材制造数字化、智能化制造的优势，在结构设计时充分考虑宏观–介观–微观尺度的形性协调，在结构本身实现承载功能的基础上，满足其他功能性指标，如在结构外部增加散热面积，实现散热功能；在内部设计复杂流道，实现热交换功能；在夹层中设计点阵结构，增加吸能抗震功能等等。改变生产/商业模式。作为一种生产设备依赖更少的数字化制造技术，增材制造将有可能改变某些产品的生产模式和商业模式，给企业和消费者带来巨大的经济和社会效益。当前随着数字化技术的发展，生产模式进入智能化时代，大规模定制能力成为核心竞争力，生产效率和灵活应变兼顾。创成式设计等DfAM设计思维大大降低了设计师的行业门槛，将消费端、生产端、销售端、物流端统一结合起来，全部人员直接参与到产品生命周期当中。 DfAM赋能商业模式进化 DfAM思维驱动——降本增效的成功案例 德国Fraunhofer激光技术研究所在增材制造降本增效方面做了大量的研究工作，尤其是在DfAM思维驱动下的系统性降低成本研究取得了显著的效果。最近，Fraunhofer IAPT利用工艺改进和优化设计相结构的DfAM思维重新设计了跑车车门铰链，成功使其成本降低了约50%，重量减轻了35%。 3D打印车门铰链 首先，Fraunhofer IAPT开发了一款增材制造潜力评估软件——3D Spark。3D Spark与安世亚太自主开发的增材潜力评估小程序类似，具有零件分析和筛选功能，可引导找到适合增材制造的零件。这是本项目取得最终成功的关键一步，所选零件增材潜力的大小，决定了降本增效天花板的高低，因此找到合适的零件至关重要，可以达到事半功倍的效果。在设计的环节中，铰链臂的结构根据DfAM设计原则进行了优化，充分利用了增材制造的优势，并对几何形状进行了拓扑优化，将铰链臂的重量减少了35%。由于材料需求的减少和打印时间的缩短，与没有结构优化的设计相比，成本降低了20%。在设计环节中还应考虑结构形式对后处理的成本影响。减少不必要的支撑结构可以大大节省生产时间和材料数量，并减少后处理阶段产生的成本，与不考虑后处理的设计方案相比，降低成本10%。最后，Fraunhofer IAPT优化了零件的打印工艺。包括设计摆放位置和打印方向，减少打印时间、优化打印工艺参数、优化设备使用效率等措施。与未进行此类优化的增材制造工艺相比，节省了20%的成本。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ2群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.3D打印真的是一种低碳环保的技术吗？答案并非那么简单！ 3.深度：3D打印技术当前发展面临的主要问题及如何变革制造业未来 4.3D打印解决方案，以让大众消费群体穿上高舒适度的定制鞋为目标

3DXpert是一款由3D Systems推出的增材制造数据处理软件，提供针对增材制造的设计优化、数据处理和工艺编程功能，支持从设计到后期处理的增材制造流程。为帮助用户快速有效地将3D模型编辑为可成功打印的部件，现推出该软件的中文版本。无论科研教学还是批量生产，3DXpert丰富实用的功能，都能帮助用户将3D打印技术的潜力发挥到极致。据3D打印技术参考了解，目前该软件现推出30天免费试用+特别折扣活动，还有众多中文专家培训教程以供下载（见文末）。 3DXpert 17在原有版本丰富的CAD编辑、数据准备、切片制造等功能的基础上，新增了创成式设计、隐式结构设计和热成型仿真的模块。并针对越来越普遍的批量化生产趋势，加强了自动化模块功能，着力打造更符合市场发展趋势的一站式软件解决方案。 • 优化设计结构 —— 通过创成式设计、隐式结构、晶格设计和拓扑优化， 最大限度地发挥增材制造的作用，减轻重量，增强功能性 • 保证打印质量 —— 成熟的数据准备和先进的成型仿真功能，提高打印成功率和成品质量 • 面向智能制造 —— 考虑增减材制造的需求，提供丰富的面向制造的编辑功能；自动化设计和准备，优化大批量生产工作流程 • 减少制造成本 —— 灵活的扫描策略设置，优化打印效率并减少材料消耗和后处理 创成式设计创成式设计是一种迭代设计过程，旨在优化设计零件的不同属性。最常见的用例是优化零件的体积（以及质量），同时保持其强度及其他物理和功能属性。先进的计算引擎3DXpert 17 集成了 Hexagon 的 MCS Apex Generative Design 引擎，用户在定义不同的载荷工况（包括零件的固定点、不同的载荷/应力）和零件可能占据的体积之后，系统开始迭代减少材料的数量，同时不断地对最终形状的质量进行分析。最终得到要打印的最佳形状。 可打印性检查在 3DXpert 中进行设计优化，用户可以从打印准备的角度检查生成的形状，还可以对生成的不同形状进行研究、结果，然后根据实际情况选择最优形状。 快捷的曲面与晶格结构设计根据创成式设计生成的结构往往是网格划模型，网格化模型很难被用于第三方CAD或CAE软件中进行再设计或者仿真。将零件转化为曲面模型，可以方便用户对设计结果再加工。用户可以通过自动曲面化将生成的网格化形状转换为实体对象，并可在3DXpert中继续使用该模型，为打印进行数据准备。 在3DXpert之前的版本中，用户可以使用晶格设计功能创建轻量化的结构，并提供了符合应用场景的随形晶格、晶格孔径分析、晶格FEA等功能。周期性结构如果使用b-rep或三角面片的方式描述，往往需要大量的数据，而新版本中提供的隐式建模可以很好地提供周期性晶胞结构的设计灵活性。有了这个工具，用户即可在3DXpert 17中结合晶格设计、CAD直接建模编辑等功能，设计一款高效的热交换器。 快捷的晶格结构设计 隐式建模 (Implicit Modeling) 是描述模型的一种非常有效的方式，并允许增强和先进的形状设计。它主要用于零件复杂内部结构的设计，用于轻量化或添加具有非常大表面积的结构（例如用于热交换器）。3DXpert 17 现在允许通过使用预定义模板或编写公式的隐式建模来生成这些复杂的几何图形。 3DXpert通过预定义模板进行建模 网格线是一种新的纹理形式，可让加固零件并增强其热性能。腹板线与零件形状一致并且可以具有不同的阵列。 自动识别零件类型，匹配支撑与工艺参数在准备打印零件时，许多工作都可以自动化，减少人为错误，节省时间和成本。3DXpert 16 中引入的脚本功能，在 3DXpert 17 中得到了显著改进、并具有许多新功能，可以实现更高程度的自动化和增强的灵活性。 零件的准备过程在许多情况下取决于零件的类型。3Dxpert17的用户能够自定义了零件类型，每种类型都有一个参考零件，输入的零件可以使用机器学习算法从预定义类型列表中自动识别归类，并匹配相应的打印工艺，如零件摆放方式、支撑设计及工艺参数。 3DXpert添加支撑功能 3DXpert添加支撑功能与设计扫描路径 在许多情况下，完全自动化的工作流程并不合适，需要进行一些手动工作或审查。新的脚本环境允许中断脚本执行，系统将在脚本中断处暂停脚本进度，允许用户监控、验证和更改之前的操作，之后可以继续执行。 3DXpert可打印性及扫描路径预览 热成型仿真 3DXpert 17 本次引入的新的热成型仿真功能，可以结合实际使用的激光参数分析扫描路径的热行为。热成型仿真有助于确保打印过程中的热稳定性。通过修改基板上的零件数量、改变方向和改变支撑，可以手动实现热稳定性。也可以通过修改扫描路径生成热稳定的扫描路径并将其发送到打印机来自动实现。 金属增材制造常常遇到的其他打印失败，如零件断裂、卡刮刀、零件翘曲等，3DXpert已在之前的版本中提供Amphyon成型仿真结构求解器，可以计算成型过程中应力应变情况，预测并避免刮刀和断裂风险。Amphyon的嵌入帮助用户可在同一界面里进行打印准备和成型仿真，并借助Amphyon针对增材制造特性开发的随型网格划分方法，通过减少网格数量，可在保证仿真准确性的情况下进行快速仿真。 Amphyon打印过程仿真插件强势加盟 END 创成式设计、高级支撑算法、工艺编程脚本、程序仿真模拟， 3DXpert17作为一款面向增材制造行业的一站式软件解决方案探索，将帮助用户探索「设计与3D打印工艺」的边界！3D Systems于2021年完成了对工业软件提供商Oqton 堃腾的收购，3D Systems旗下的原有软件产品（包含Geomagic Freeform）将与Oqton MOS系统互相补充，为用户提供更加强大、完整的设计与制造软件解决方案和服务。针对中文版3Dxpert的免费试用和相关教程，可以通过以下链接获取。 试用链接： https://share.hsforms.com/1A0cyj-R0R1WQElqJpW4-KA519ml 教程链接： http://www.3dsystems-china.com/education/vedio.aspx?id=210&ind=---3DXpert+%e5%9f%ba%e7%a1%80%e5%9f%b9%e8%ae%ad#list 欢迎转发…

在中国，80%的脚部疾病与鞋有关。每一个人的脚型都存在不同程度的差异，大规模的工业制鞋把人的脚型进行了归类，这势必会造成脚适应鞋的问题。 对于什么样的鞋更符合人体需求，鞋企从材料到设计都投入了大量研究，科技的进步、材料的不断升级都给鞋业带了各种可能，制造出更舒适的鞋是鞋企和消费者共同的目标。工业制鞋大批量制造、快速回转、快速实现利润是商业的基础逻辑，传统的手工定制鞋依托手工转楦、手工划片、部分鞋底依托模具制造，这些制造技术问题致使定制鞋很难实现批量化，定制鞋为了生存下去，主打高端人群消费，低产量高定价让大众消费人群很难企及。 探索3D打印技术给鞋业带来的改变是一个重要的话题。安世亚太增材团队从“打破界限”的思维逻辑出发，将工业制鞋各个环节进行了解构和重构，将市场、消费者、生产方式、盈利需求、商业逻辑等多维度进行扫描和分析，融合3D打印个性化的技术优点，将目标瞄准到个性化批量制造的维度上，高度释放3D打印技术的优势。这一想法摒弃了用3D打印替代传统材料升级的想法，采用了“解构再重构”的技术开发路径，开发了包含软件+仿真+硬件+商业模式的客制化制鞋整体解决方案。 让大众消费群体穿 上 高舒适度的定制鞋安世亚太26年工业品研发、工业设计以及上万例工业仿真实践经验为解决方案的开发提供了技术支撑。通过软件来代替人工繁琐的劳动工序、提升效率、实现数据的精准度，楦型、鞋底数据、鞋面数据、自动填充晶格都在软件中自动生成，每一个数据转化过程都以分钟计时，帮助鞋企、定制品牌实现批量化的定制。在数据转化的过程中加入了仿真技术，使鞋底设计起到减震、分散足压、更加符合人体工学的要求，塑造定制鞋中的高科技鞋款。 解决方案以让大众消费群体穿上高舒适度的定制鞋为目标，在生产端导入3D打印鞋底及配件，实现去模具化、鞋底快速成型。 定制化制鞋解决方案通过与扫描数据端口、打印数据端口、在线商城数据端口对接，使解决方案从数据采集、制造、销售与鞋企的线上线下商业模式衔接，无论顾客是在线上渠道还是在线下渠道都可以实现定制，批量化定制从根本上改变传统制造以产定销的销售模式导致的产销不平衡问题，为企业实现利润最大化。 定制化制鞋技术的独特优势 •数据自动生成，用软件代替人工，生成时间更短、数据更精准。 •将仿真技术融入到客制化制鞋解决方案中，过参数化设计理念，结合人体工学等一系列技术加持，突破了传统制鞋的技术限制。   •鞋底晶格填充根据客户的脚型及足压特点，在不同的受力点分布不同刚度的晶格，起到良好的减震、分散足压、减少运动损伤的作用，让穿鞋的舒适度与众不同。 •晶格库中的晶格都通过仿真验证，每一款晶格都符合力学性能。 实践案例（定制皮鞋） 01不同晶格的定制鞋鞋底设计 02打印好的鞋底弹性模量测试 03三种款型的3D打印鞋底的定制皮鞋 04顾客的试穿体验反馈总结 大规模定制的技术瓶颈已经突破：以增材制造技术为核心的数字化制造技术使生产成本不再和批量挂钩，低成本的个性化制造已经成为可能。以AI技术为核心的数字化设计技术不再依赖昂贵低效的手工作坊式的定制模式，所有与个体数据相关的设计建模问题都可以交给计算机自动完成。制造和设计技术的突破将使得定制鞋的过程从手工时代一下子飞跃到自动化时代。依托数字化技术的高效和低成本，定制鞋将不再是为少数人服务的高端消费，而是满足大众需求的平民化产品。定制过程从顾客数据收集到产品交付将是“全数字化自动设计+增材制造+升级的整鞋生产线+灵活的互联网商业模式”的过程。从AI设计、增材制造，到平台搭建，我们已经做好所有的技术准备。期待商业伙伴的加入，一起创造大规模定制鞋的未来。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.3D打印真的是一种低碳环保的技术吗？答案并非那么简单！ 3.深度：3D打印技术当前发展面临的主要问题及如何变革制造业未来 4.聚焦行业应用、打造核心要素！安世增材推出最新技术成果及行业赋能方案

3D打印砂型铸造模具和型芯正在改变当今高性能、大型金属零件的制造方式。增材制造使现代铸造厂能够在交货期内快速生产出复杂的金属零件。本文以约1米长机械臂的重新设计和制造为例，阐述了将铸件先进设计与3D打印砂模相结合的优点。 砂型铸造和工业3D打印 金属铸造是一种常见且成熟的制造方法，用于生产融入我们日常生活的商品。如今，90%的制造产品和机械都使用了铸造零件。而当前最流行的金属铸造工艺是砂型铸造；超过70%的金属零件都是采用这种生产工艺制造的。砂型铸造过程首先需要创建一个牺牲模具，该模具由混合有粘合剂的压实砂组成。通过浇注系统用熔融金属填充模具的型腔，然后将模具破坏取出铸造件。 大型砂型铸造模具在3D打印和清洗后即可使用 砂型铸造可以追溯到公元前 1 世纪。几个世纪以来，这种技术已经发展成为我们所熟知的工业流程。然而，数字制造和3D打印技术的出现使得现代铸造企业进一步得以发展。使用 3D 打印砂模和型芯的砂型铸造正在成为增材制造的一个关键工业应用。直到最近，设计工程师和铸造厂还主要将这种混合制造技术用于原型制作。今天， 越来越多的铸造厂正在采用这种制造技术来增强其内部流程。3D打印的砂模和型芯是在工业3D打印系统中利用数字文件直接逐层制备的。打印头将粘合剂材料液滴喷射在薄薄的沙层上来创建每个横截面使用3D打印模具和型芯进行砂型铸造的好处• 3D 打印的砂模和型芯有助于创建合理的浇冒口系统，从而可以制备具有更少内部缺陷的高性能的金属零件，零件的材料强度最高可提高15%； •增材制造消除了对工艺装备和铸造模具的需求以及相关的几何限制。这有利于生产具有复杂几何形状的高性能的优化零件； •3D 打印和其他数字制造技术有助于改变传统铸造厂的形象，吸引年轻人才和新的劳动力进入该领域。 使用3D打印砂模和型芯进行砂型铸造的局限性 然而，3D 打印只是一种工具。这种新技术在砂型铸造方面的局限性包括：•零件设计仍需遵循铸造工艺和 3D 砂型打印系统的限制。这些设计考虑包括壁厚、件截面的变化和壁与壁之间的间隔； •目前可用的工业砂型3D 打印机是有限的，而且 3D 打印模具的制造成本也相对较高。作为参考，砂型3D 打印的成本约为每立方英寸 0.1 美元，而传统的铸造厂对一个模具的收费通常在 1-2万美元之间； •与每一项新技术一样，获得砂型3D打印知识和设计技能的途径仍然有限。难以找到最佳设计案例和设计准则，这阻止了工程师和制造商最大限度的利用这项新技术。 下面的案例研究将设法解决最后一点。通过将每个决策中的设计方法和实际考虑因素文件化， 我们希望让制造商、设计师和工程师更容易的使用这项技术。案例研究：拓扑优化的机械臂为了展示使用 3D 打印模具和型芯进行砂型铸造的优势，nTopology、宾夕法尼亚州立大学、Flow 3D 和 Humtown的工程师联手重新设计了一条一米长的机械臂。他们共同创建了一个端到端的数字化铸造工作流程--从零件优化到可制造性设计，最后是制造。金属铸造模具组件的分解试视图该团队将拓扑优化等先进的设计技术与只能通过增材方式制造的先进铸造特征（包括浇口、浇道和冒口）相结合。使用这种方法，该团队设法达到以下几个目标：•将零件的重量减少40% •避免常见的铸造缺陷 •直接 3D 打印整个砂模 •在一个星期内制造出该零件 该项目的第一步是优化机械臂的几何形状。利用拓扑优化软件，该团队将零件的重量减少了40%--从 240 磅减少到 165 磅--同时仍然满足规定负载条件的功能要求。 拓扑优化是一种仿真驱动的设计技术，该技术通常用于航空航天和汽车工程领域，优化目标通常是刚度最大化和重量最小化。nTopology 软件中的的自动光顺处理和模型重建功能使该团队能够快速、轻松地进行设计修改。nTopology 拓扑优化过程概述，从原始设计到最终导出CAD主体当然，工程团队在设计阶段就考虑了该零件的可制造性。最终的金属零件用铝铸造时重 165 磅（或约 75 千克），其边界尺寸为 39″ × 16″ × 16″（或 1.0 m × 0.4 m × 0.4 m）。机械臂的尺寸限制了团队生产这个巨大零件的选择。按照传统的制模方法（使用木模）会带来一些复杂性问题。由于几何形状的复杂性，设计团队将不得不做出许多妥协，从而降低了零件的性能。为了展示该技术的能力，该团队决定直接 3D 打印整个模具。通常情况下常见的生产方式是只打印模具的一部分，如模具的型芯或其他关键的部位。这一决定使该团队能够优化模具的其他关键特征，如浇口、浇道和冒口的几何形状和位置。这些优化将使金属铸件具有最小的内部孔隙和较高的材料性能。该模具是宾夕法尼亚州立大学和 Flow3D 公司合作设计的。该团队在设计过程中考虑到了两个主要的设计要求：•熔融金属必须尽可能顺利地填充型腔。研究表明，低于0.5米/秒的流速是必要的， 以尽量减少湍流，并减少由于氧化层脱落和孔隙造成材料缺陷的可能性； •冒口必须在零件之后凝固。不均匀凝固是造成内部缺陷、收缩、开裂和零件变形的另一个常见原因。出于这个原因，铸造后将被加工掉的部分必须最后凝固。 该模具是分体制造的，然后在浇注熔融金属之前进行组装，这种螺旋状的浇口设计无法用传统模式制造为了确保在填充模具时不引入湍流，该团队重新设计了浇注系统和冒口。他们使用了一个螺旋形的浇口，而不是一个向下的浇口。他们选择了具有球形或半球形的冒口，而不是圆柱形的冒口。这种优化的浇口和冒口的几何形状确保了熔融金属的流动速度低于所需的阈值，并且熔融金属会均匀地凝固。此外，这些特征只能使用增材制造技术来制造， 因为使用传统的制备工艺不可能制备出这样复杂的浇冒口系统。 铸造过程模拟帮助团队确保速度流量保持在0.5毫米/秒的临界值以下 为了确定最佳零件浇铸方向和流道、浇口和冒口的最佳位置，该团队使用铸造模拟软件进行了多次设计迭代。仿真的目的是优化冒口性能，最大限度地减少孔隙率，并验证浇口流速。仿真阶段确保了该部件一次成功制备，并将开发时间从几个月减少到几周。3D…