中国燃气轮机制造商中船重工龙江广瀚燃气轮机的工程师Ivan Korzhan推出了一款全3D打印的燃气轮机展示模型，其设计受到通用、西门子和罗罗制造的燃气轮机的影响。从最初想法到最终完成构建，Korzhan花费了5-6个月，共打印了2000个独立部件组成，重约18公斤。 据3D打印技术参考了解，该款超酷模型背后，零部件的3D打印均使用了国产3D打印品牌——纵维立方（Anycubic）和上海复志（Raise3D）的相关装备完成打印。Ivan Korzhan表示，这个项目也表现出桌面3D打印具有重要的应用潜力。 纵维立方是全球桌面级光固化3D打印机的龙头，拥有多种性价比高的机型，其中Photon Mono机型更是获得2021年亚马逊最畅销的3D打印机第二名。该设备在行业内首次采用黑白曝光屏技术，大大提高了机器打印速度和精度以及屏幕使用寿命，受到行业和用户的广泛追捧。 上海复志则是全球化的专业级3D打印机品牌公司，产品覆盖从普通工程塑料（如PLA、ABS、尼龙）到碳纤维和金属材料的桌面专业级FFF设备。其客户不仅包括特斯拉、小鹏、威马这样的造车新势力，还涉及SpaceX、NASA、赛峰这样的航空航天企业。在2021年的Formnext展会期间，该企业分别以9.9万和2.9万的价格发售了桌面金属和碳纤维3D打印机，引起业内广泛关注。 工程师 Ivan Korzhan 和他的3D打印燃气涡轮发动机模型除了上面介绍的大尺寸燃气轮机采用桌面3D打印制造，此前3D打印技术参考还报道了国外玩家采用桌面3D打印机等装备制造空客A380使用的遄达900发动机的案例。该款发动机模型同样尺寸庞大、结构复杂，由众多零件组成。更重要的是，在完成组装后，这款发动机可以高速运转，展现出强大的科技炫酷感。 Heli Mech 3D打印的空客A380遄达900发动机桌面3D打印在整个增材制造产品组合中虽然属于最简单的一种类型，但利用的好，就会发挥出巨大的价值。其实，无论个人玩家还是企业用户，能否挖掘3D打印的潜力，全在对这项技术的认识水平，买回设备在仓库吃灰的也不在少数。 当前，大众、福特、宝马等汽车公司早已将桌面FDM 3D打印机集成到了工作流程中，华为、海思、金山这样的高科技企业也将DLP光固化桌面3D打印机纳入生产或研发体系。这些设备用于设计和制造装配工具，有时还可以用来制造测试原型甚至最终用途部件。3D打印技术的应用极大改变了生产企业传统的制造思路、优化了供应链，大大減少费用的同时还提高了制造效率。 桌面3D打印具有成本效益高、生产速度快且能直接现场生产的特点。另一个关键因素是桌面打印机具有开放式的耗材系统，用户可选择来自不同材料制造商的具有不同性能的耗材，以实现各自的应用和制造。3D打印机的这一特征在生产设备、工具和装配辅助方面尤为突出，展示出增材制造过程存在的颠覆性潜力，并已经带来了示范性的改变。 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QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.视频：了解FFF/FDM增材制造技术如何赋能汽车行业 2.多款工业级FDM/FFF 3D打印设备入驻国内领军3D打印手板企业峻宸集团 3.工艺创新：将FDM 3D打印技术的潜力开发到极致 4.从SpaceX到NASA，从赛峰到特斯拉，中国3D打印企业为何能走向世界？

一起向未来TOGETHER FOR A SHARED FUTURE冬奥会的雪车项目是速度最快且观赏性极强的项目，胜负常在毫秒之间。雪车的制造研发固然重要，但是配套设备也起到决定性的作用。 由东莞理工学院教育学院（师范学院）副教授李楠领衔的东莞理工学院雪车头盔研发团队参与研发的雪车头盔已经应用于国家队冬奥项目训练中。 华曙高科项目团队采用业内打印效率超高的双激光高分子光纤激光烧结Flight技术和万华化学新型TPU材料打印，并运用了华曙特殊后处理工艺，为运动员量身定制了25套雪车头盔内衬。 增材制造、材料科学、设计优化三方发力，为2022冬奥会国家雪车队运动员助力！雪车的平均时速在100公里左右，最高可达160公里，素来有冰上F1之称，其风驰电掣般的竞速过程，能给人带来无比刺激的感官享受，是雪车比赛的最大看点。在如此高速的状态下，运动员的安全保障工作是重中之重，而头盔装备则是保障雪车运动员安全的重要防护装备。 双激光Flight 技术兼顾效率和细节 华曙高科Flight光纤双激光烧结技术，具有超高的生产效率和极佳的细节，2个雪车头盔内衬仅需7.5个小时即可打印完成。为了保证内衬晶格结构的性能以及重量要求，华曙高科研发团队同时快速地进行了多种参数组合的实验，成功开发最优的烧结参数，以确保头盔内衬品质及性能。在后处理过程中，华曙独创的SP抛光技术能有效提升表面质量，提升打印头盔内衬晶格的结构强度。 华曙开源软件快速筛选最优化烧结参数 采用Flight双激光技术打印雪车头盔过程 2个雪车头盔内衬打印时间对比 定制TPU材料确保内衬弹性 与此同时，制造材料决定了头盔点阵结构的特性和应用。TPU具有优良的承载能力、抗冲击和减震性能，即使在-35℃时仍保持良好的弹性和柔韧性等物理性能，被广泛应用于医疗卫生、电子电器、工业以及体育等领域。同时，TPU也是主要的适用于3D打印的弹性体材料。针对此项目，万华化学专门开发了新型材料WF-PU95AB TPU，为雪车头盔赋能。 个性化设计提升运动员体验 与传统泡沫头盔相比，3D打印技术可通过采集运动员的数据，进行一对一个性化定制雪车头盔，以达到能紧密贴合每一位运动员头部效果，完成重力自适应，提高佩戴舒适度和运动安全性，且每款头盔上都刻有运动员姓名缩写，具有纪念价值。 晶格设计内衬助力减重，提升防护性能 采用碳纤维外壳及3D打印技术制作的雪车头盔，重量仅约1.1千克，比之前国家队使用的传统头盔减少了500克，有效地为运动员减少了负重。目前，这款雪车头盔已经通过GB和ECE认证，达到国际雪联规定的赛事头盔要求，并交付了国家雪车队。 3D打印在制造点阵结构方面具有天然优势，它几乎可以实现任何的空隙精度、空隙率、空隙形状、空隙大小、孔分布以及相互之间连通性。基于此，3D打印的点阵结构可以制造防护体育器材，从而为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 东莞理工学院雪车头盔研发团队开发的点阵结构由多层且软硬不一的缓冲带构成，不同碰撞频率的区域配备着不同密度的结构分布，能够精准地管理因头部碰撞而产生的各种冲击力，以抵御头盔在遇到碰撞时的各种冲击力，为运动员提供前所未有的防护性能。 头盔内衬由东莞市科恒手板模型有限公司提供设计验证 “科技冬奥”是北京冬奥会的一大亮点，在“科技奥运”理念的指引下，无数科技工作者开始了“奥运科技长跑”，这是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。近年发展迅速的3D打印，也在冬奥会的筹备过程中发挥了重大作用，作为3D打印产业化的推动者，未来华曙高科将继续为“科技奥运”贡献自己的一份力量！

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。 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。 △左右滑动查看更多，分别为3D打印的梯度晶格结构、点阵填充结构以及夹芯板点阵结构 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 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。 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。 3D打印与熔模铸造制作晶格结构 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。 不同铝合金的拉伸试验：(a)拉伸试样的几何尺寸；(b)应力-应变曲线 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。 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°。 四组样本，A、B、C和 D，节点增强型金字塔晶格结构 A、B、C 组 EP 晶格结构的变形过程与仿真结果 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。 END 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。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印点阵结构：材料疲劳容限设计与制造的力学性能综述 2.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 3.一种特殊晶格结构的3D打印散热器，既提供刚度，又增加传热面积 4.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构

雪车是冬奥会速度最快且观赏性极高的项目之一，胜负常在毫秒之间，因此对硬件要求十分严格。由东莞理工学院教育学院（师范学院）副教授李楠领衔的雪车头盔研发团队参与研发的雪车头盔已经应用于国家队冬奥项目训练中。该团队运用3D逆向建模、点阵结构3D打印技术，通过采集运动员的数据，进行一对一个性化定制雪车头盔，以达到能贴合每一位运动员实际需求的效果。该款精心“智”造的头盔具有个性化、减重、安全性等特点。本期，3D打印技术参考介绍这款雪车头盔在材料与结构方面的3D打印技术应用问题。 材料与结构的选择 根据相关要求，头盔要求所有配件、材料都需要做到中国自主。 在材料的使用上，这款自主研发的雪车头盔外层采用强度高、防撞性能优异的中国航天T800碳纤维材料制成。T800碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型材料。由于材料经过碳化及石墨化处理，因此具备密度小、强度高等优点，根据相关资料，碳纤维材料的密度比铝还要低，但是强度却比钢铁还要大。 碳纤维外壳+TPU 3D打印的点阵缓冲层 头盔内部材料缓冲层采用了3D打印点阵结构。材料的微观结构对其吸收冲击的能力发挥着巨大作用，3D打印技术参考获悉，研究团队从晶格的选择到头盔外壳及材料性能的匹配经历了上万次的计算，最终确定了最优的晶格结构与材料。采用3D打印（SLS技术）和TPU粉末材料，设计研发雪车头盔缓冲层的点阵结构，优于传统的EPS发泡材料，其抗冲击性能提升40%左右，可抵御头盔在遇到碰撞时的各种冲击力，更好地保护运动员的头部。 据3D打印技术参考了解，采用碳纤维和TPU点阵结构制成的头盔，重量仅约1.1千克，比之前国家队使用的头盔减少了500克，有效地为运动员减少了负重。目前，这款雪车头盔已经通过GB和ECE认证，达到国际雪联规定的赛事头盔要求，并交付了国家雪车队。 使用TPU 3D打印点阵缓冲结构 点阵结构一般是指由杆、板等微元件按一定的规则重复排列构成的空间桁架，具有体密度小、比表面积大、比力学性能高等特点。将其作为芯材的夹芯结构在冲击载荷作用下因结构动态失稳产生巨大的塑性变形并转化为热能，可吸收掉大部分的冲击能量，因而具有优良的缓冲吸能和抗冲击性能作用，从而起到防护功能。 3D打印在制造点阵结构方面具有天然优势，它几乎可以实现任何的空隙精度、空隙率、空隙形状、空隙大小、孔分布以及相互之间连通性。基于此，3D打印的点阵结构可以制造防护体育器材，从而为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 李楠团队开发的点阵结构 李楠团队开发的点阵结构带有运动员姓名缩写 此外，制造材料决定了点阵的特性和应用。TPU具有优良的承载能力、抗冲击和减震性能，即使在-35℃时仍保持良好的弹性和柔韧性等物理性能，被广泛应用于医疗卫生、电子电器、工业以及体育等领域。同时，TPU也是主要的适用于3D打印的弹性体材料。 基于以上因素，雪车头盔团队选择TPU作为点阵结构材料。 点阵结构极大影响缓冲性能 在点阵结构的设计上，胞元结构的大小和密度以及胞元结构方向，都会影响点阵结构的可打印性及其性能，有时甚至可以借助结构设计来弥补材料性能的不足。 胞元结构的大小和密度是指单个胞元的大小以及在一个空间内胞元的数量。胞元本身的大小取决于其节点和连接节点的梁宽度和长度。较大的胞元更容易打印，同时强度也更高；较小的胞元相对更均匀，但会受到打印工艺特征尺寸的限制。通常情况下，点阵结构会默认为不需要支撑，这一方面需要注意设计过程中的设计极限，如横梁宽度、梁的倾斜角度等等；另一方面也需要注意摆放角度，选择最理想的零件自身支撑摆放方向，尽可能降低加工成本并减少后期处理工作。但对于SLS技术而言，通常粉末材料可充当零件的支撑，从而减小了胞元结构方向对打印的影响。 李楠团队开发的点阵结构 由于冬奥会项目尚在进行之中，关于雪车头盔的性能数据，3D打印技术参考目前无法提供。但国外有研究人员此前曾测试了由惠普MJF工艺打印的PA11和激光烧结工艺打印的TPU材料的多种类型的点阵结构对撞击的缓冲作用。动态冲击测试采用5kg的圆形金属物体从1m的高度掉落到测试对象上，测试设备可以测量样品吸收的总冲击力。从测试的过程可以发现，不同结构的点阵对冲击的防护作用差别很大，研究人员可以因此选出最佳的结构。该测试项目获得了欧盟H2020框架计划的资助，其内容包括研究几种生成晶格结构的技术，并对这些结构进行测试，最终将其应用于在攀岩、骑行、滑冰等运动中的个人防护头盔。 国外研究人员设计和打印的几种点阵结构（与雪车头盔设计无关）为贯彻“筹办好北京冬奥会、冬残奥会”的要求，加快推进“科技冬奥(2022)行动计划”，2019年，科技部发布了国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项2020年度项目实施方案。科技奥运将充分利用现代信息技术和科技手段，在“更快、更方便、更准确、更安全”的原则下，让体育比赛和辅助活动顺利进行。 END 与传统泡沫头盔相比，3D打印领先的制造工艺具有固有的定制适应性，并具有优于传统泡沫头盔的独立安全测试得分。将头盔的各个组件组装在一起，包括打印的内部结构和外壳，头盔可实现按需打印，从而提高赛场上的保护性能和佩戴舒适性。 “科技冬奥”是北京冬奥会的一大亮点，在“科技奥运”理念的指引下，无数科技工作者开始了“奥运科技长跑”，这是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。3D打印作为近年发展迅速的新技术，也在冬奥会的筹备过程中发挥了重大作用。 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.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 2.一种特殊晶格结构的3D打印散热器，既提供刚度，又增加传热面积 3.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构 4.冬奥火炬能耐800℃：3D打印、碳纤维、高温阻燃树脂实现多项创新

3D打印技术参考导读：专门从事增材制造设计的创新产品开发机构Puntozero应米兰理工大学方程式车队DynamisPRC的邀请，为其高压牵引逆变器开发了一种轻巧且更高效的冷却系统，并采用成分接近纯铝的材料进行3D打印。这种具有特殊结构的散热器将传热表面积增加了300%，重量减轻了25%。 电动赛车侧重于高性能环境中的动力传动系统创新和燃油效率。每辆电动汽车的一个关键系统是驱动电动机的电力电子设备，作为功率转换单元的高压牵引逆变器，可以将电池中的直流电将转换成交流电，从而驱动电动车辆的马达。通常，逆变器的控制器元件需要保持在最佳工作温度范围内，然而牵引逆变器的传统液体冷却系统通常非常笨重，这使得它们不适合高性能赛车应用。 该项目的目标是设计一种比传统组件更轻、更紧凑的高效冷却板。设计团队专门利用增材制造技术和先进的工程软件开发了一种高性能热交换器。 解决方案概述 Puntozero和Dynamis的工程师将管道曲率附近的不均匀流动和原始CNC加工散热器的传热表面积不足确定为优化的主要机会。经过多次快速设计迭代后，最终的冷板散热器具有以下特点： 仿生导流器可在拐角处产生均匀的流速并最大限度地增加液体和散热器之间的接触面积。 最大限度减轻重量的外部晶格结构确保了可制造性并通过对流促进冷却。 模块化的设计，使散热器能够更好的定位。 最终的冷板式换热器设计更轻且模块化 受鲨鱼鳞片结构的启发，Puntozero设计了一种具有定向层状几何结构的回转体，该结构与冷板管道相符合，可在拐角处产生均匀的流速并最大限度地促进流动。 导流板基于使用先进的场驱动设计为扭曲的陀螺晶格。在nTopology中，所有几何体都定义为距离场，使用字段来驱动几何能够以此前不可能的方式定义复杂设计特征的空间变化。用户可以从点、曲面、实体，甚至模拟结果和实验数据创建场。在此示例中，Puntozero的工程师使用基本数学方程创建了一个二体场，用于描述管道通道的中平面和等值面。然后，沿着X和Y方向扭曲了一个陀螺晶格，以引导弯曲周围的流动。最后，加厚了结构并将其与外部电池结合在一起。 内部晶格基于使用场驱动设计技术扭曲的陀螺结构 最终，这种具有扭曲陀螺结构的导流板将传热表面增加了300%，极大促进了传热，并消除了沿曲线的湍流。 轻量化结构的多重优势  对于散热器的主体结构，Puntozero的工程师选择了厚度逐渐减小的金刚石TPMS晶格作为散热器的主体结构。 该团队在优化外部晶格设计的同时考虑了多种工程和制造要求。例如，晶格的厚度随着远离与功率电子器件的接触表面而逐渐减小。较厚的区域促进热传递，提高散热器的效率，并提供可在 3D 打印过程中轻松支撑的坚固表面。另一方面，较细的支柱使后处理过程中的粉末排出更容易，并通过与周围空气的对流促进散热。 外部晶格在接触表面附近逐渐变厚以促进热传递 最终，外部晶格在提供必要刚度的同时，显著降低了系统的总重量（25%）和生产成本，提高了元件的可制造性，并增加了与电力电子设备的接触表面积以促进热传递。 3D打印制造和CT扫描 散热器在EOS M290系统上采用一种成分接近纯铝的m4p PureAl制造，随后进行CNC加工。 在整个流程中都需要始终考虑设计、材料和工艺之间的相互影响。这些学科在增材制造中都不是孤立的。在这个项目中，设计人员确定了合适的打印方向，以确保打印顺利进行。 脱粉后（左）和加工过程中（右）制造部件 CT 扫描显示，这个复杂的零件是按照规范制造的，没有缺陷 在对车辆进行测试之前，该团队使用计算机断层扫描技术扫描了散热器，结果证实：散热器通道内没有粉末，内部晶格的制造没有任何缺陷故障，零件的内部孔隙率在可接受范围，整个零件的尺寸最大偏差保持小于200微米。 目前，Dynamis和Puntozero已经开始着手进一步完善下一季的设计。他们现在专注于微调内部晶格，以减少压降并最小化组件的整体尺寸，同时保持相同的传热效率，以进一步减少系统的重量和尺寸。nTopology先进的晶格生成功能和可重复使用的工作流程使团队能够在他们当前的研发工作的基础上更快地创建创新解决方案。 注：本文内容源文摘自:nTopology、普立得科技。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.无须高能热源，NASA实现铝和铜等多材料一体3D打印 2.3D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 3.美国家增材创新中心：借助衍生式设计平台能创建出怎样的高级热交换器 4.麻省理工在线研讨会：3D打印热交换器的特点与应用

飞机和航天器火箭发动机中的静态和旋转部件都受到极端性能要求和恶劣环境的影响，如高温、高压、腐蚀等条件。这些性能往往要求零件具备高度复杂的形状并由特殊材料制造，如压缩机叶片、涡轮叶片、导流器和叶轮等部件使用增材制造技术可以显著提高其性能。随着复杂性的增加，传统工艺的制造能力受到约束。而增材制造技术使设计师能够从使用传统制造技术常见的几何约束中获得更多的自由，从而允许设计更复杂的最终组件。 通用电气波音新型777X客机设计的下一代GE9X发动机，是有史以来最强大的商用喷气发动机。GE9X包含大量直接集成到发动机核心结构中的增材制造部件，其中228个低压涡轮叶片采用EBM工艺和TiAl合金制造，其重量是航空用传统镍基合金涡轮叶片的一半。对于GE9X发动机，这意味着与它的前身GE90相比，油耗降低了10%。 3D打印的GE9X TiAl合金叶片 西门子的一个案例研究强调了通过增材制造实现涡轮机械零件的可制造性。其在2009年对该技术进行了初始投资，2013年在燃气轮机中安装了第一个3D打印组件，2017年成功打印并安装了包含内部流道的燃机透平叶片。之后，他们继续评估使用3D打印技术（如L-PBF和EB-PBF）制造涡轮压缩机闭式径向叶轮实现商业应用的可行性。依靠成功的测试和监管部门的批准，径向叶轮在提高涡轮机械效率方面显示出了重要效果。虽然这些不是直接的航空航天示例，但它们很好地说明了高性能组件的制造潜力。 将近3000零件优化为68个3D打印的西门子燃气轮机演示器 发动机制造商Pratt&Whitney在过去25年中使用3D打印技术生产了超过10万个原型部件，目前为PW1500G发动机生产压气机定子叶片和环形同步支架，前者用于引导气流通过压气机。这些零件将用于庞巴迪C系列飞机发动机的制造。 晶格结构属于典型的轻量化设计手段，因此也引起了涡轮机械领域的兴趣。最近的一项研究表明，在压缩机叶轮上应用内部晶格结构可以减少质量和转动惯量。使用3D打印和Ti-6Al-4V制造的内部包含晶格结构的叶轮，可以通过减少打印过程中积累的残余应力来提高叶轮的性能。 包含晶格结构的3D打印叶轮 大型现代飞机发动机通常由数以万计的部件组成，虽然并非所有部件都可以通过3D打印技术制造，但除了核心涡轮和压气机叶片之外的许多部件都可以合理地使用该技术。霍尼韦尔航空航天公司完成了对其HTF7000系列飞机发动机应用的各种涡轮机械部件的研究。该研究不仅详细介绍了3D打印的高压涡轮应用，还详细介绍了机载喷射器、第二级高压涡轮喷嘴、雾化器护罩、进气增压耙和发动机支架的设计。这表明大量飞机发动机部件有可能使用3D打印制造。 航空航天领域最著名的3D打印应用仍然是通用电气LEAP发动机燃料喷嘴。截至目前，该喷嘴已经生产超过了10万个。由钴铬合金3D打印的燃料喷嘴已被安装于GE多种发动机上面。该应用取得成功后，GE在新的GE9X发动机上使用了数量更多的3D打印组件。GE9X发动机在七个多部件组件中拥有304个3D打印零件，因此，GE9X系列发动机上超过三分之一的部件是使用增材制造技术生产的。该发动机配备了28个LEAP发动机燃料喷嘴、228个低压涡轮（LPT）叶片、一个T25传感器外壳、一个燃烧混合器、8个气旋诱导器和一个热交换器，所有这些都使用3D打印技术制造。除LPT叶片和热交换器外，所有这些部件均采用L-PBF工艺由钴铬(Co-Cr)合金制成。 GE LEAP燃油喷嘴 能量沉积技术多被被用于制造大型金属结构。NASA使用该技术制造了重达2吨、高约2.8米、直径达2.43米的庞大火箭喷管，与传统的制造技术相比，3D打印使加工时间减少了50%以上。Relativity space则更加狂热，其开发了一种高度约9米的“Stargate”3D打印机，能够打印火箭燃料箱和发动机，借助一体化制造技术，它们所开发的火箭零件数量仅是同类火箭零件数量的1/100。 3D打印技术还被广泛用于修复损坏的组件，这可以显著节省航空航天应用中常见的昂贵组件的维护和制造成本，还可以减少对备件库存的要求以及对新零件制造前期的投资。进一步的研究表明，与传统方法相比，通过3D打印进行零件修复对环境造成的影响也显著降低。恢复整体叶片转子（也称为整体叶盘）的结构完整性可提供成本效益，这些部件的制造成本可能高达数万甚至数十万美元。借助3D打印技术修复的叶盘，通过旋转和低周疲劳测试，显示出良好的冶金、拉伸和侵蚀质量，使其能够获得认证。 使用LENS修复过程，（A）LENS系统修复过程（B）前缘修复后的T700叶盘（C）完成后修复的叶盘 NASA已经在多种应用中证明了3D打印复杂涡轮机械零件的可用性。集成有3D打印叶轮、泵蜗壳、叶盘、涡轮定子、出口导向叶片和喷嘴的火箭发动机涡轮泵已经成功进行了验证。该部件的零件数量相比传统制造方法减少了45%，并完成了转速超过 90000 转/分钟的旋转和发动机测试。值得注意的是，这些3D打印组件需要改进工艺，包括表面处理、材料特性、构建过程中支撑结构的应用以及尺寸公差等。 NASA使用3D打印技术制造的涡轮泵 END 航空航天是当今世界科技强国竞相发展的重点方向之一，其发展离不开兼具轻量化、难加工、高性能等特征的金属构件。激光增材制造技术为高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺途径，可解决航空航天等领域发展过程中对材料、结构、工艺、性能及应用等提出的新挑战。 增材制造技术在航空航天动静态组件上的成功应用，已经改变了该领域零部件传统的设计思路，它所带来的效益提升是空前的，已发展成为提升航空航天设计与制造能力的一项关键核心技术。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域增材制造四类典型结构及发展趋势 2.系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 3.几种主流陶瓷3D打印工艺的关键特点及航空航天应用面临的挑战 4.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料

点击上方「3D打印技术参考」快速关注官方网址： 3D打印的一大优势是可以实现多部件集成为一个单独的部件进行制造，可大大减少零件数量。美国宇航局和其他研究人员的公开研究表明，在火箭发动机中，可以将80个部件可以减少到三个；同样，通用电气将Catalyst 涡轮螺旋桨发动机的855个零件经过结构优化减少为12个部件。 零件的减少将带来一系列效应，外媒专门总结了因此而带来的60余项影响。本期，3D打印技术参考对其介绍如下： 1. 由于更少的紧固件和功能的集成，零件数量的减少意味着组件的整体重量将更轻； 2. 反过来，集成化会以多种方式改变制造方式，可以以更低的成本打印组件，花费的时间也更少； 3. 零件组合和集成化制造，使3D打印这种制造方式的优势更加明显而有效； 4. 使用3D打印制造新零件的成本将逐渐降低； 5. 使用3D打印进行设计迭代或开发新设计将更便宜，同时也更快； 6. 存储零件所需的空间减少为单个零件的存储空间； 7. 所有零件都可以作为一个整体而非单个零件进行专门制作，可以达到最好的效果； 8. 更少的零件作为一个整体也减少了许多其他变量，例如更少的表面积和更少的整体后处理表面； 9. 减少处理成本； 10. 减少机器工作时间，进而降低成本； 11. 减少QA和QC过程中的处理环节； 12. 需要测试的零件更少，从而降低成本并加快测试过程； 13. 需要更少的工具； 14.购买与飞行比率将得到改善，因为总体而言需要的材料更少，由于需要更少的组件，因此这种影响更加复杂； 15. 通过移除紧固件、整合功能和改变零件结构，可以从根本上改变外形； 16. 由于零件更少、质量更轻和制造集中化，因此降低了运输成本； 17. 由于更少的材料使用和减少了机器工作时间，并减少了运输成本，可能会减少碳排放并消耗更少的能源，从而提高整体可持续性； 18. 更少的零件、更少的工具和更少的材料总体上会显著降低存储成本； 19. 存储带来的变化，有利于提高工厂的运行效率； 20. 存储带来的变化，有利于降低厂房成本； 21. 存储带来的变化，有利于降低建筑规模和辅助费用； 22. 存储成本和存储材料占用的资金减少，这可能会为一些公司节省数十亿美元； 23. 在新产品问世之前，在工具上占用的资金更少； 24. 更少的资金用于备件和保留工具以备不时之需； 25. 更少的资本被用于备件，包括仓库、人手等； 26. 零件可以更快地重新设计； 27. 重新设计零件可以更便宜，不必更改工具； 28. 集成功能和更少的零件意味着需要存储的零件更少，从而简化了物流； 29. 集成功能和更少的部件意味着部件更大，也可能更复杂，因此当它们损坏时，可以为它们收取更多费用； 30. 集成功能和更少的零件意味着零件更大，也可能更复杂，进而更易于MRO和备件服务操作； 31. MRO和备件服务可以通过销售更昂贵的零件和更简单方式来进行，从而赚取更多利润； 32. 设计更改更易于执行； 33. 设计变更的执行速度更快； 34. 迭代更容易进行，特别是因为在一个新的部分中可以处理对其他部分的连锁反应； 35. 运输成本更低； 36. 更少的零件意味着来自供应商的订单风险更小； 37.…

核工业与航空航天工业都需要高质量、高强度的零部件。在航空航天业，3D打印技术已经被证明从防燃的塑料件打印，到飞机隔离舱的金属结构件打印，再到喷油嘴这样的功能部件的打印是可靠、而且可行的。同样，3D打印技术在核工业领域具有不容忽视的潜力。 国外橡树岭实验室、西屋电气公司、法马通公司等核电巨头都在积极研发3D打印技术，中国中核北方核燃料元件有限公司、中国核动力研究设计院等也在致力于该技术的核工业应用。本期，3D打印技术参考介绍增材制造技术在核工业领域的研究与应用情况。 1. 美国橡树岭国家实验室 美国橡树岭国家实验室(ORNL)正在牵头实施“转型挑战反应堆”(TCR)建设计划。TCR计划于2019年启动，目标是集成3D打印等先进制造技术、新材料、计算科学等领域的最新研发成果，将于2023年建成一座微型反应堆。该计划将充分利用橡树岭在设备制造、材料、核科学、核工程、数据分析及相关领域的创新能力。 TCR的3D打印 橡树岭表示，TCR将使用新型先进材料，并采用一体化的传感器和控制部件，建设一座先进反应堆，目标是依靠科技进步降低反应堆造价，并为反应堆的设计、制造、取证和运行开辟一条新的道路。TCR计划完成多项基础实验，包括堆芯设计的选择以及为期三个月的“冲刺”。后者的主要目的是证明将3D打印技术用于快速制造原型堆芯的敏捷性。研究人员未来将进一步优化已选定的设计和流程。 TCR打印的模型 TCR堆芯位于使用传统技术制造的不锈钢压力容器中。堆芯由氮化铀三元结构各向同性燃料和堆芯结构件组成，堆芯结构件使用3D打印技术制造，材料为碳化硅。燃料块布置在不锈钢结构中，并与氢化钇慢化剂混合在一起。氢化钇慢化剂能够最大限度地减少实现临界所需的高丰度低浓铀数量。TCR将成为橡树岭建设的第14座核反应堆。 TCR团队对堆芯进行神经网络分析  2020年5月，橡树岭国家实验室宣布：核电反应堆核心3D打印技术取得了阶段性突破，后期，实验室的研究人员不断改进设计，优化工艺，并论证打印部件的一致性和可靠性。ORNL实验室主任表示：挑战3D打印反应堆组件是以前从未有过的方式，是制造学、材料学、核科学、核工程、高性能计算、数据分析与其他相关领域共同合作的成果。 这张照片显示了具有双壁包层和冷却通道的燃料元件，其中包含高表面积和螺旋形导向装置 TCR技术总监表示：目前的核形势非常严峻，此类3D打印技术可以为核领域的快速创新提供帮助。3D打印核反应堆作为TCR部署计划的一部分，将为先进核能系统的加速部署提供一个新的模式。除此之外我们还将创建一个数字平台，帮助将技术移交给其他工业，方便用此类技术快速制造零件。BWXT核运营集团有限公司已获得美国能源部橡树岭国家实验室的合同，生产TRISO核燃料，以支持“转化挑战反应堆”(TCR)的持续开发。 用于法马通沸水反应堆燃料组件的3D打印通道紧固件由ORNL制造 2020年12月，TCR项目制造的3D打印槽形通道紧固件首次装入位于华盛顿州Richland的法马通核燃料制造工厂的Atrium 10XM沸水反应堆上，用于将燃料通道固定到组件格栅。除此之外，美国阿拉巴马州田纳西河谷管理局 (TVA) 布朗斯费里核电站 2 号机组也已经安装了四个3D 打印燃料组件通道紧固件。这些组件都是在橡树岭国家实验室的制造示范设施中生产的。2. 西屋电气公司除了橡树岭国家实验室外，美国西屋电气公司(Westing house)2020年5月4日宣布，在2020年春季停堆换料期间，拜伦1号机组已成功安装使用3D打印技术制造的顶针堵漏装置。这是全球首次在反应堆堆芯安装3D打印构件。 拜伦1号机组中的顶针堵漏装置  SiC燃料棒通常具有非常粗糙的表面，对于水平凹坑设计，尤其是在大多数压水反应堆网格中通常使用的水平凹坑设计，存在潜在的损坏隐患。西屋电气设计了一种新的燃料组件隔离栅设计，并通过3D打印一次性将结构作为一体化组件制造出来。西屋电气设计的间格栅具有沿着细长燃料组件的竖直轴线的轴向尺寸，核燃料组件格栅包括多个管状燃料棒支撑单元，具有四个横截面通常为正方形的壁。在相邻的燃料棒支撑室或控制棒支撑室中，每个壁有内部支撑垂直弹簧。西屋电气还考虑了一种混合叶片，该混合叶片在燃料杆支撑单元之间的区域中，连接至燃料杆支撑单元的外部。 西屋公司3D打印制造的燃料格栅  通过引入3D打印技术，可以在不进行进一步组装或焊接过程的情况下打印西屋电气开发的格栅。与现有的格栅设计相比，新的设计允许SiC型燃料棒的平滑插入，同时还带来低压降。增材制造技术使得格栅设计允许：1)实施高度精细但完全集成的混合功能，从而增强热和水力性能;2)最小化总压降;3)提高整体网格强度以应对震动。 3. 中国核动力研究设计院 中国核动力研究设计院是国家战略高科技研究设计院，被喻为中国核动力的工程摇篮。该院于2015年已经对ACP 100反应堆压力容器实现了3D打印制造，然而中国核动力研究院的何戈宁主任指出，到目前为止，核级的3D打印部件在中国国内鲜有应用。经过多年实践，该院总结出3D打印技术应用的三个痛点：1)DFAM缺乏：基于3D打印设计的缺乏。之前的尝试是快速原型，有什么打什么。2)系统性规划的缺失：对于整个3D打印应用的价值规划产业规划都是缺失的，做了一些零敲碎打的工作，很难实现批量化的应用。 3)标准规划的缺位：核能领域是个特殊的领域，核安全和传统的工业安全相比，对于国家、国民经济的重要性是不一样的。怎样能够建立一套标准规范体系，在这个标准规范体系下来推进3D打印的应用，是需要重点关注的内容。 3D打印的工艺样件试验件 在以往工作的基础上，核动力研究设计院选择了换热设备作为代表，系统性的开展了DFAM的设计，并希望能够以这个点来个撬动整个3D打印在核能领域的应用。该项目拿到了工信部一条龙的应用示范。基于3D打印思维完成了模块化、高效换热设备的设计，与传统的换热设备相比，重量、体积、零部件数量、制造周期均减小90%，制造成本降低了50%。根据核动力研究设计院的梳理，3D打印在核能领域的应用前景非常的广阔，包括用3D打印来做减隔振、高效泵阀部件。对于一些结构件的一体化设计、减重设计，燃料组件等一些关键功能部件也可以用3D打印来实现性能提升。未来，核动力研究设计院希望能够与增材制造产业链上的各个优秀企业深入合作，推进3D打印在核能领域的应用。 除核动力院之外，2020年上海航天设备制造总厂激光增材制造团队完成了核电站堆内关键构件增材制造。据悉，此为世界上最大尺寸的增材制造核电站堆内关键构件，突破了大尺寸构件增材制造应力变形控制核心技术，形成了一套成熟的工艺规范，实现高效率高质量成形，展现了增材制造技术的应用潜力和团队技术实力。4. 法国法马通公司2015年，法马通公司(Framatome)在德国埃尔兰根实验室启动增材制造项目，项目重点在于使用3D打印技术制造不锈钢和镍基合金燃料组件。来自法国、德国和美国的燃料专家参与了该项目，欧盟及美国能源部也对该项目予以支持。法马通计划使用增材制造技术为压水堆、沸水堆和VVER机组生产燃料组件。法马通强调，该技术还可用于其他核燃料方面的应用，包括快速成型、试验组件和燃料生产线工具制造、堆内燃料检查和服务工具修复等。 瑞士戈斯根(Gösgen)核电厂 2020年11月，法马通突破性的3D打印核燃料元件完成了反应堆的首个辐照检测周期。这些实验性不锈钢和镍基合金部件于2019年载入瑞士的戈斯根核电站，这些部件一共需要通过五个辐射检测周期，从而确认这些组件在实际操作条件下的性能表现。后续将对辐照后的燃料组件实施进一步检查，从而确认其在实际运行工况下的性能。5. 俄罗斯原子能公司俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)计划将先进3D打印技术作为其非核心业务战略的一部分，根据该公司的计划，其最新的3D打印业务将首先用于其核电领域，然后再延伸到其它业务部门，而且这一3D打印业务将使用由其自行开发的创新金属粉末材料和工业级3D打印机，该公司的很多部门都提出了在本部门中可以使用3D打印技术制造的零部件种类。截至2020年，3D打印已经成为了Rosatom非核业务的领先技术之一。Rosatom拥有提供增材制造服务的所需要的大部分专门知识技能，制订了关于设备、材料和技术的计划，来帮助将任何设计思想变成最终的产品。公司还专注于测试3D打印部件以确保其可靠性和安全性，这样它们才能够抵御很高中子通量的辐射。6. 其它机构2016年6月份，通用电气和日立核能(GEH)联合启动了用3D打印来制造核电厂所需零部件的项目。这些零部件诞生后会被送到美国爱达荷国家实验室(IDL)接受核辐射测试，然后与未受辐射的材料进行比照。由于极具前景，这个项目已经获得了美国能源部200万美元的资金支持。 西屋公司3D打印制造的核电零件 GEH发言人表示，在这个项目中，3D打印技术带来的好处显而易见，比如能大大简化零部件制造流程从而将制造时间缩短十倍左右。虽然受限于3D打印机的尺寸，GEH目前能实现的最大构建体积只有400立方毫米左右，但对于一些小尺寸部件，比如碎片过滤器、沸水反应器，以及抗震动喷射泵来说，这已经足够了。另外，对于新建的核电厂来说，3D打印技术还可用于制造精细运动控制棒驱动器。通用电气利用3D打印技术进行原型设计，设计了GNF2核燃料组件，如下图所示，该组件改进了杂物滤网，显著降低碎片接触燃料棒的概率，提高了可靠性，并降低运营成本。 GNF2 燃料组件 GNF2核燃料组件及其杂物过滤网 德国西门子公司(Siemens)2017年将3D打印消防泵叶轮安装在斯洛文尼亚克尔什科核电厂，至今一直持续安全运行，实现3D打印设备在商业核电厂的首次应用。3D打印核电站消防水泵用叶轮2019年早些时候，瑞典两家3D打印企业Additive Composite公司和Add North 3D公司联合发布了适于核工业辐射屏蔽应用的新型碳化硼复合丝，可以用来作为核电站的屏蔽材料。结语3D打印是近几年兴起的一种新型制造技术，在核能领域有着广阔的发展前景。国外核电巨头都开始积极布局，并生产了部分3D打印部件用于核反应堆。未来，海陆空天都可能对先进核能有应用需求，对于装备的高效、紧凑、小型提出了前所未有的挑战，这些特点却是3D打印技术的优势。注：本文主要内容来自高端装备产业研究中心，3D打印技术参考补充，转载已获授权。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.深圳大学&核工业西南物理研究院 | 采用3D打印制造核聚变陶瓷部件 2.3D打印在航空领域的最新应用案例 3.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构 4.美空军和GE公司的金属3D打印探路者计划达成下一个里程碑

10月19日，英国航空发动机制造商罗罗公司宣布，其正在通过3D打印技术设计和制造新型UltraFan发动机演示样机的关键结构，该发动机是罗罗未来民用航空发动机的标志性技术，将有助于重新定义未来数十年的可持续航空出行。 此次3D打印制造的结构为尾部轴承座 (TBH)，它是发动机内的关键结构部件，也是将发动机连接到飞机并承载所有相关载荷的两个部件之一。 3D打印制造的尾部轴承座 (TBH) UltraFan发动机演示样机是未来发动机系列的基础，具有增强的核心能力和新的齿轮结构，其效率将比第一代遄达发动机高25%。罗罗子公司ITP Aero使用增材技术为第一台UltraFan演示发动机设计并制造了尾部轴承座，采用自己的设计和制造标准使其能够更好地利用能源和原材料，与当前一代的生产流程相比，其制造成本节省了 25%。 TBH是一种关键结构部件，旨在承受所有操作条件下的负载。它包含支撑风扇轴的部分轴承，而风扇是发动机的主要推进元件。UltraFan TBH的可拆卸消音板也通过3D打印制造，可将涡轮机的声噪降低50%，降噪将成为未来技术的关键驱动力，罗罗计划在2050年实现约65%的降噪目标。 除了尾部轴承座采用3D打印技术之外，UltraFan发动机的中间压缩机壳也采用3D打印制造而成，GKN旗下航空航天公司负责设计和制造了该结构。 3D打印的UltraFan发动机中间压缩机壳 然而，罗罗并未公布3D打印零件的具体尺寸、材料以及打印机信息，但从结构上看，无论是尾部周承座还是中间压缩机壳，都属于多部件集成而来的一体化、大尺寸零件。3D打印在该领域能够发挥重大作用，能够将几十上百个零件合而为一。以GE Catalyst发动机为例，它是世界上第一台采用3D打印组件的涡轮螺旋桨发动机，新型的结构设计因为3D打印降低了制造复杂性，将此前通过传统工艺制造的855个零件经过结构优化减少为12个部件。零件数量的减少极大提高了生产效率，并将发动机的重量减少了5％，燃油效率提高了1％，显示出3D打印集成制造优势。 GE 3D打印的中框结构 传统上，此类部件过去多由多个零件通过焊接、螺栓连接等方式组装而成。如今，工程师通过结构优化，能够将该原来的零件集成在一起，形成一个复杂的单一零件结构，它无法通过传统铸造或机械加工制造，只有3D打印能够实现一体成型。由此产生的结果在于该部件不再需要装配，不仅减轻了重量，更排除了磨损的可能性。 一体化结构实现带来的制造效率和供应链结构优化效应同样非常明显。以GE Catalyst中框组件为例，在传统制造过程中，中框组件的300个零件需要50家供应商提供，然后由至少60名工程师先将其组装成7个组件，再装配成一个部件，维修点达到5处；而通过优化后采用3D打印制造，仅需要1台设备就可实现整个部件的直接制造，最多8名工程师便可实现最终部件的处理，维修点也变成了零件本身。 由此导致的制造效率提升是显而易见的，对于正在研发过程的罗罗UltraFan发动机尤其如此，3D打印将加快其研发速度。关于3D打印的使用以及在UltraFan计划中的作用，ITP Aero技术与工程执行总监表示，“通过对增材制造技术使用完善了我们专注于数字化制造的进程，并使ITP Aero成为更灵活、更有弹性和可持续发展的领导者，我们很自豪能够将这项技术应用于UltraFan等项目。” 铂力特大尺寸演示样件（820×820×400mm） 大尺寸零件的高精度3D打印不仅需要集成化的设计，同样离不开如今新一代的大型3D打印机。目前国际范围内可知的商用机型包括： GE：Concept Laser X Line 2000R，打印尺寸为800 x 400 x 500mm；SLM Solutions：NXG XII 600，打印尺寸为600 x 600 x 600mm；易加三维：EP-M650，打印尺寸为655 x 655 x 800mm；铂力特：BLT-S800，打印尺寸为800 x 800 x 600mm；华曙高科：FS721M，打印尺寸为720 x 420 x 420mm。融合增材制造高柔性设计优势与增材工艺适应性原则，通过整体化设计，集成典型轻量化特征、空间多尺度结构、异性曲面及流道等复杂特征，3D打印能够实现大尺寸部件与局部灵活可动性特征的整体制备。未来，将在航空航天和汽车制造领域发挥重要作用。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.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 2.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 3.视频回放：如何使用nTopology智能平台助力增材设计 4.增材制造用铜及铜合金材料发展现状概述

中国科学技术大学（以下简称“中科大”）是中国科学院所属的一所以前沿科学和高新技术为主、兼有医学和特色文科的综合性全国重点大学。学校于1958年9月在北京创建，郭沫若任首任校长。 过去，制度与理念的创新让中科大汇集了严济慈、华罗庚、钱学森、赵忠尧、郭永怀、赵九章、贝时璋等一批著名科学家；而现在，3D打印带来的教学方式的创新让中科大成为多项荣誉的青睐者，并为教学实力强力背书。 中国科学技术大学 研究时效缓慢催生3D打印技术引进 因为中科大的工程科学学院经常参加机器人领域的比赛，许多特制的零部件就需要委外加工，而委外加工的保密性暂且不说，光时效性与成本花费上就让人头疼。这些问题都不得不让中科大的老师寻找较好的替代方案，直到遇见了Rayshape 3D打印机。 中科大引进的部分Rayshape 3D打印机 2020年，中科大陆续引进了4台Rayshape Shape 1系列3D打印机，内含Shape 1和Shape 1 HD两种型号的设备。时尚的外观，优秀的性能，便捷的操作……都让学校老师们觉得相见恨晚。除工程学院用设备打印一些机器人零部件当做终端部件使用外，学校的其他学院也开始关注并试水Rayshape 3D打印机。 Rayshape 3D打印助力荣誉青睐 由于3D打印机的引进，中科大在2020年“中国高校智能机器人创意大赛”上的作品《吃药小帮手》突出重围，摘得桂冠。 中科大在2020年“中国高校智能机器人创意大赛”上摘得桂冠 “除了学生们的巧思妙想外，这些荣誉也与3D打印的引入分不开。”叶老师坦言，机器人设计领域基本上是数字设计主导的领域，3D打印工艺可以打印出无法通过机加工制作的零件，这是让“梦想照进现实”的真实写照。 中科大师生学习如何使用Rayshape 3D打印机 除此以外，3D打印提升了零件加工效率，降低了加工成本，让研究变得更加轻便经济，这些好处都让中科大的老师和学生们，一而再再而三的尝到甜头。 中科大使用3D打印的成本核算 叶老师算了一笔账，以机器人的一个小臂关节为例，机加工成本为800~1500元，时间为两周。而使用了3D打印后，成本缩减到80~150元，时间更是锐减到15小时内。 机器人小臂关节成本对比 因为Rayshape采用的DLP 3D打印技术，其原理为数字面曝光，也就是说，在打印的时候，DLP技术一次投影固化一个面层，这与FDM、SLA的3D打印技术相比，成型速度更快，尺寸精度和分辨率更高，对于打印复杂细节的零件来说更具优势。此外，打印一个零件与打印多个零件耗时一样，这充分满足了研究时所需要的小批量生产，可以第一时间制作完成原件与替换件。 Shape 1系列的特性 Shape 1系列产品基于 DLP 技术打造，具有高速度和高可靠度的特点，除了可以以更快的效率达成设计验证，更吸引人的地方在于，该系列产品配备了高性能的光敏树脂体系，可以以专业级 3D 打印机的投入，获得工业级解决方案的零件性能，将应用边界由外观原型，拓展至功能原型、模具、夹治具，甚至小批量终端部件的加工，应用点更多，投资回报率更高。 Shape 1系列 Shape 1 系列包括 Shape 1和 Shape 1 HD两款机型，前者成型尺寸大，后者则更为精密。如果不满足于打印外观样件，但又希望以较低的投入，实现更深度的 3D 打印应用，那么，Shape 1系列是上佳选择。 3D打印在教育领域的市场机遇 作为高科技的代名词，3D打印技术近年来先后在一、二线城市被引进科研高校甚至中小学教育，开展3D打印教育，无论对3D打印公司还是学校来说，都是非常有利的。前者可以从打印机和服务中获利，而后者可以更好地培养青少年的实践能力，这是双赢的战略。 左右滑动查看更多Rayshape 3D打印助力校企合作图片 3D打印将颠覆传统的教育方式，英国著名教师戴夫怀特曾说过：“如果你能抓住学生的想象力，你就能抓住他们的注意力!”毫无疑问，3D打印可以帮助老师们做到这一点。 科技技术的进步与突破，首先需要有一大批感兴趣的人，学生无疑是最好的群体。他们颇具好奇心与创造力，通过对技术进行渐进式研究，提出自己的想法和创意，再加上不断发展技术的力量，这必将促进3D打印技术的进一步发展。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.低成本，高效率丨DLP 3D打印高强复杂结构最终用途部件 2.开核桃、抬杠铃丨一款“高刚耐温、超精细、低蠕变”的功能性3D打印树脂 3.视频解读：如何应对大尺寸高性能材料3D打印带来的挑战 4.以面成型：让液态树脂、高分子粉末和金属材料3D打印的速度和规模呈百倍增长