TRUMPF（通快），这家有着90多年机床生产史的德国公司，是全球制造技术的领导企业之一。自迈入增材制造领域以来，通快推出了极具制造潜力的TruPrint 3000/5000以及绿色激光打印技术，其采用的内部换缸理念被后来者广泛认可。作为航空航天领域的重要应用，采用增材制造技术改进卫星和发动机制造方式，成为该公司近年来关注的重点。本期，跟随3D打印技术参考一览通快如何为此做出贡献。航空航天—增材制造最重要的垂直市场随着对卫星部件和性能要求的提高，火箭每运送一公斤进入太空就要花费几十万欧元。同时，火箭必须极其稳定，能够承受起飞时产生的强大作用力。增材制造航空航天应用范围增材制造技术非常适合航空航天业，它可以显著减轻飞行器重量，降低油耗，并因此能为环境保护减少支出。增材制造技术所用的材料往往为某一特定应用而开发，传统方法（如铣削或铸造）制造的零件通常未经优化且非常笨重。轻质金属如铝合金和钛合金已经可以轻松进行3D打印，并因此能够制造传统方法无法突破的优化结构和轻量化组件。增材制造轻量化应用增材制造在航空航天领域拥有超过20％的市场份额，是该技术最重要的垂直市场，任何相关的3D打印公司都在试图扩大其市场份额。通快航空航天关键技术通快可为航空航天提供两种最重要的增材制造工艺：激光粉末床熔融（SLM）和激光熔融沉积技术（LMD）。SLM技术特别适用于复杂部件，如发动机、燃烧室或航空航天工业中的其它特殊部件。粉末床熔融技术成型专用材料在LMD工艺中，激光束配合喷射的金属粉末可在零件表面实现叠加制造，因此它可以快速生产非常大的组件。优选的应用包括大型部件的原型设计和修理，如燃气轮机或压缩机叶片。激光熔融沉积技术快速实现大尺寸零件制造作为行业领先的企业，通快在LMD和SLM方面无疑非常出色，它可以为航空航天业的客户提供最适合的3D打印解决方案。为卫星部件减重55％在巴黎航空展上，通快展示了航空航天工业中增材制造的真正应用。其为德国太空公司Tesat-Spacecom制作了一款通信卫星支架，用于测试新通信技术的空间整流能力，驱动器被连接到支架上用来调节微波过滤器。德国Heinrich Hertz通信卫星同样是为减轻航天发射的重量，通快通过与专业CAE软件公司合作对支架进行了拓扑优化设计，最终通过TruPrint 3000打印的支架由原来的164g减少为75g，减幅约55％。Heinrich Hertz通信卫星上的3D打印支架优化后的支架不仅更轻，而且拥有和原支架更好的性能，它的扭曲度更小、更稳定，但它却无法通过传统方法制造。这个示例显示出增材制造在轻量化、高性能制造方面的优势，它可以通快优化设计，获得有效载荷，减轻重量。为发动机零件节省80％的材料和74%的制造成本通快还与西班牙航空供应商Ramem合作共同探索航空增材制造应用。 两家公司一起使用3D打印优化了“航天耙”。在发动机开发中常使用耙子来确定驱动装置的压力和温度，这种测量对于测试飞机的性能是必要的。Ramem航空航天耙耙子会被直接安装在发动机的流道中，并暴露在极端温度和高压下。为了获得精确的测量结果，高尺寸精度至关重要。到目前为止，耙子的生产既昂贵又耗时：员工首先在铣床上制造出基本的耙体，然后他们必须手动插入六个细管，并通过焊接和板材密封部件。如果期间有一根管子放置出错，则整个部件制造失败。TruPrint系列适用于工业3D打印这样复杂的结构对于增材制造来说似乎并没有太多的难度，通快首先优化了靶子的几何形状，并使用TruPrint 1000直接打印。与以前的复杂制造过程相比，3D打印自然可以更快地制造组件，制造商也因此减少了80％的材料浪费，这相当于节省了74％的总成本。结果表明3D打印可以节省航空航天行业的大量时间、材料和资金。发动机叶片修复通快的LMD技术在巴黎航空展上展示了该技术在飞机发动机叶片修复中的应用。这些部件必须能够承受飞行期间的极端温差。此外，这些部件由于经常接触灰尘和水，因此在边缘和尖端处会发生磨损。增材制造为高效航空应用提供可能航空技术人员必须及时修理叶片，否则便会发生故障。激光沉积技术是最好的修复工艺，叶片厚度有时仅为0.2毫米，传统方法很快就达到了极限，而LMD技术可以精确控制激光和送粉量，并可以使用与组件完全相同的材料。LMD技术在航空叶片中的应用：修复、喷涂、成型和焊接修复过程仅需几分钟，并可以轻松多次修复叶片。因此，每次发动机大修的部件成本便显著降低。凭借低能量的输入特点，激光沉积技术是航空航天应用的理想方法，它可以用做修复、喷涂或建造三维结构，而传统的焊接技术无法做到这一点。END3D打印的技术形式是多种多样的，金属3D打印的方法就有很多很多，每一种工艺都有不同的适用场合，这无疑提供了灵活多变的制造选择。但无论哪一种，都相比传统的减材制造，更自由，更灵活，更具潜力。欢迎转发延伸阅读：3D打印铣床—混合制造的特点与优势通快内部换缸和外置粉末处理理念的重要性中国航天实现3D打印在轨应用3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例3D打印+拓扑优化制造542*542*141mm的钛合金无人机框架 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：通快 :为航天器减重55%, 减少80%材料浪费, 节省74%的制造成本

542*542*141 mm，目前能够制造这个尺寸金属零件的SLM打印机为数不多，Concept Laser 的X line 2000R构建尺寸为800*400*500 mm，SLM solutions的SLM 800为500*280*850，EOS最大构建尺寸的M400-4也只有400*400*400mm。而生产这款巨大钛合金零件的厂商却来自南非Aeroswift，其增材制造系统的构建能力达到了2*0.6*0.6m。在我们的印象中，往往不知名的公司会生产夸张的机型以博得关注，然而Aeroswift却获得了与Altair、空客以及波音公司的合作。开发世界上最大的金属3D打印机Aeroswift成立于2011年，由南非政府支持，其目标是开发和销售世界上最大的金属3D打印机和部件。这款基于SLM的打印机专为飞机制造而研发，拥有多项专利新技术，除了在尺寸上世界领先外，其加工速度也要比市面现有的SLM打印机快10倍。Aeroswift开发的世界最大金属3D打印机该公司拥有一支由多学科工程师和技术人员组成的团队，他们在3D打印机开发和3D打印部件生产领域拥有丰富的经验。专家团队涉及增材制造、机器制造、软件开发、激光物理、冶金以及航空航天应用等多个领域。其最初的研发重点专注在钛合金，但未来的产品将涵盖到主流的多种合金材料。优化的航空航天3D打印，生产大型金属无人机框架为展示系统的制造稳定性及其对超大型航空航天部件的构建量，Aeroswift日前与Altair合作，开发了一款大型的无人机框架，并采用钛合金SLM工艺进行制造。无人机框架的设计尺寸为542*542*141mm，为了在满足所有组件功能要求的同时提高可制造性，设计工程师使用Altair Inspire TM仿真软件及其拓扑优化功能对组件进行了结构优化。无人机框架结构在第一步中，项目团队规定了无人机飞机和框架的要求。设计过程包括无人机飞行要求规范，电子元件和动力传动系统选择，采用拓扑优化技术的机械设计，美学改进和可制造性改进。为了真正展示Aeroswift系统的功能，设计师必须满足大量严格的制造要求。无人机框架添加支撑除了必须适应SLM系统的构建体积和无人机所需的电机对称放置和高刚度、防冲击失效设计规范，还需要达到15分钟飞行时间内2：5：1的推力重量比。设计团队首先使用具有尽可能少的细节的原始结构创建基本概念设计，然后进行Altair Inspire有限元分析。随后的优化和性能检查确保生成的拓扑结构有助于组件之间所有必需的连接。无人机框架打印过程工程师通过增加分支来分阶段进行拓扑优化，降低查找主要负载路径的计算复杂性，该过程可以确定最佳的壁厚边界。随后，设计团队可以重新创建生成的几何体，进行第二阶段的拓扑优化。打印完成的大型钛合金无人机框架采用SLM技术打印如此巨大尺寸的钛合金部件足以证明Aeroswift系统的稳定制造能力，这是因为部件本身的尺寸很大而且结构复杂，更重要的在于钛合金本身易变性、易开裂。最终的测试结果也显示出拓扑优化和3D打印的成功性。拓扑优化+钛合金3D打印的大尺寸无人机框架细节获空客、波音青睐Aeroswift于2016年推出了第一个展示部件，2017年开始为飞机巨头空客和波音生产原型零件，而不久前该公司对外表示，其通过3D打印制造的一些飞机部件将于今年试飞。Aeroswift打印机装载粉末Aeroswift采用自主研发的3D打印机制造了飞机油门杆、杠杆手柄和燃料箱吊架支架等部件，空客从南非采购的A400M军用运输机零部件也是由Aeroswift提供。Aeroswift为空客A400M军用运输机提供零件看起来，这家南非公司的技术实力得到了充分的体现，而行业咨询公司Wohlers Associates总裁也对它大加赞赏。END新的制造工艺越来越多地被汽车、航空和军事工业作为制造复杂零件的更经济的方式，它可以大量节省燃料和生产成本。南非在世界钛储量中排名第四，这似乎能为Aeroswift开创世界上最大的钛金属3D打印中心带来竞争优势。欢迎转发延伸阅读：3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例俄科学家采用新技术为飞机“瘦身”约一吨珠海航展：看3D打印如何助力中国军备空客为未来航班生成仿生设计 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印+拓扑优化制造542*542*141mm的钛合金无人机框架

火箭发动机主要包括固体发动机和液体发动机，相比后者，固体火箭发动机结构简单，主要由燃烧室壳体、推进剂药柱、喷管以及点火装置组成。目前，在固体火箭发动机的研制阶段，项目周期短，实验内容复杂，方案设计复杂多变，技术状态更改频繁，这对于快速制造的响应能力要求十分苛刻，传统的制造技术手段难以满足要求。而3D打印技术的出现，受到了国内外航天领域的广泛关注，该技术可响应发动机零部件的快速制造需求，对提升固体发动机设计与制造能力、加速新型发动机的研发，降低发动机试验和生产成本具有重要意义。国外研究现状国外发达国家对3D打印技术在固体发动机零部件上的应用展开了一系列的研究。美国轨道ATK公司于2017年11月利用3D打印技术为某款战术级的固体火箭发动机制造了关键金属部件——喷管，并完成了固体火箭发动机以及3D打印喷管组件在-32℃~+62℃环境温度下的系列点火试验。测试结果与设计的性能参数相一致，验证了3D打印金属喷管技术的可行性与性能的稳定性。固体火箭发动机结构2017年初，美国火箭工艺公司RCI在利用3D打印技术生产混合火箭发动机药柱方面获得了美国专利。该管状的混合火箭发动机药柱不仅可以作为固体燃料，还可以充当发动机燃烧室。利用3D打印技术，可以精确地制造出满足设计要求的内部几何形状独特的管状药柱，不仅可以使混合火箭发动机加速阶段的燃烧速率得到显著地提高，还攻克了传统混合火箭发动机设计过程中的振动源难题。固体火箭发动机药柱2018年，澳大利亚国防科学与技术组织与企业、研究所以及高校开展了合作，拟将增材制造技术用于推进剂、火炸药等含能材料的研制和生产领域，该研究不仅有助于提高含能材料的性能，还能够大幅度提高含能材料研制和生产过程中的安全性和稳定性。3D打印技术为固体火箭推进剂药柱的生产提供了新的思路与方法，促进了火箭发动机向安全可靠、制造简单、成本低廉的方向发展。XAIR-Robotics 3D打印的固体火箭发动机部件国内研究现状我国对3D打印技术在固体火箭发动机上的应用探索研究也不甘落后，各研究所和高校等都开展了许多工作。21世纪初，中国才开始研发大推力固体火箭发动机2013年，中国航天科工集团六院41所利用3D打印技术制造了某型号固体火箭发动机点火装置壳体，并通过发动机地面试车考核试验验证了该技术的可行性与稳定性，这也是我国3D打印技术首次在固体火箭发动机上成功应用。3D打印点火装置壳体的研制成功，解决了传统工艺中结构复杂，加工成本高，研制周期长等一系列难题，并为3D打印技术应用到固体火箭发动机其他零部件产品的研制与生产中，为固体火箭发动机降低生产成本、缩短研制周期提供了参考和借鉴。3D 打印点火装置壳体，发动机点燃后，壳体需要在极短的时间内化为灰烬2015年，航天科技集团四院7414厂利用3D打印技术为某型号的固体火箭发动机制造了钛合金尾管壳体。材料力学性能测试表明壳体材料常温和高温力学性能与钛合金锻件水平相当，强度、硬度、塑性等性能满足锻件的指标要求，承压性能满足设计使用的要求。该钛合金尾管壳体经地面热试车考核后，没有出现结构被破坏的现象，性能稳定可靠。7414厂还通过3D打印技术研制出钛合金收敛段壳体，并顺利通过了某型号固体火箭发动机地面热试车考核，成功推动了3D打印技术在固体发动机上的拓展应用。3D 打印实物、机加工后处理、热试车后实物2015年，采用固体发动机的长征11号火箭首飞成功推进剂、火炸药等含能材料的3D打印研究也已经在国内高校和研究机构展开。2016年至今，南京理工大学开发了含能材料3D打印挤出成型系统，并开展了HMX炸药药柱3D打印成型结构和性能研究；西安交通大学则采用喷射成型方法，进行了PBX 型炸药3D打印喷射理论与仿真分析；沈阳理工大学采用喷墨成型方法开展了含能材料3D打印系统及控制技术研究。此外, 中国兵器工业集团公司第204研究所、北京理工大学、中国北方化学工业集团有限公司等多家单位都提出了增材制造技术在推进剂药柱制造领域的应用设想,并进行了相关实验。东风-31A弹道导弹采用固体推进装置END固体火箭发动机不仅仅能够执行航天发射任务，它同时也被广泛用于远程和洲际导弹上面。中国目前公开展示过的最先进的洲际导弹之一东风-31A就是固体推进装置，它在发射准备时间、机动性等方面都优于东风-5B洲际导弹。目前，3D打印主要应用在固体火箭发动机壳体、喷管等构件上，这与3D打印材料和3D打印关键技术的发展密切相关。需要注意的是，3D打印技术并不会替代传统的制造方法，它只是对传统制造手段的补充与完善。随着打印材料和软硬件等3D打印关键技术的深入发展以及该技术与传统制造手段的深度融合，3D打印技术会逐渐深入到固体火箭推进剂药柱、绝热层等零部件以至发动机整体的研制生产中，为固体火箭发动机的设计和制造带来全新的发展。欢迎转发延伸阅读：3D打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程发动机制造：雄起的中国航空 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例

骨小梁是一种用于促进骨生长的网状多孔结构，图1所示其常见特征。增材制造技术在实现这种骨小梁结构的生产上有着天然的优势。自2007年以来，增材制造技术就被用于制造具有这些互连互通的多孔植入物。然而，目前用于评估多孔结构的监管指南和标准都是基于烧结和等离子喷涂工艺的。缺乏针对增材制造工艺的标准，传统的验证方法可能验证不了机器工艺参数对多孔结构的影响。本研究的目的是评估工艺参数变化时对测试零件尺寸精度的影响（图2），以及在批量生产情况下测试件力学性能的可重复性。图1. 使用SLM工艺加工的多孔髋臼杯测试样（意大利Permedica）测试方法测试件制备采用的是优化的60μm层厚参数，性能测试基于ISO13314标准。首先根据增材制造原则预先选择几何结构，使用拓补结构设计，得到的voronoi类型的结构（图2）。最终结构是随机多孔结构（而平时我们看到的孔隙结构多为规律型），孔隙率为62.5％，短棒直径350微米，平均孔径600微米。图2. 压缩测试试样实验开始时，需要对参数进行优化，进行一系列统计实验找到合适的多孔结构打印参数（这表明标配的工艺参数可能并不适合多孔结构制造）。图3是通过改变激光功率和扫描速度来完成的评估参数变化及其对零件质量的影响，并根据测试件要求选择最终参数。经优化的零件孔隙率为71％，平均直径为330微米，平均孔径为750微米。 由于试样是完全多孔结构的，因此使用阿基米德原理测量其密度，得到99.7％的平均相对密度（但笔者疑惑，多孔结构会不会造成气泡的产生从而影响密度测量）。图3. 工艺参数对X和Y与Z方向厚度的影响实验结果验证了文献中的理论，即激光功率对多孔结构的影响最大，尤其是Z方向孔隙结构（图4）。激光功率的增长导致高度方向上孔隙结构发生偏差形成椭圆形。密度的一致性证明了工艺稳定性，多孔结构的工艺参数变化会进一步影响零件尺寸。图4. 激光功率对零件高度方向的影响下一步，在EOS M 290上进行三组相同的打印任务。 每组打印任务由64个完全多孔的圆柱形部件组成，这些零件分布在平台16个位置，评估区域位置对性能的影响。实验采用Ti6Al4V总共打印192个试样，并使用压缩空气进行清洁。打印完成的测试件中，对128个测试件使用阿基米德原理进行非破坏性测试，对96个测试件通过压缩测试（ISO 13314）进行破坏性测试，剩余32个进行横切，嵌入和后处理以进行体视评估。图5. EOS M 290基板上多孔测试件的位置测试结果测试过程能力可获得过程的稳定性以及它与规格参数限制的接近程度。将图6中显示的相对密度，最大抗压强度和弹性模量的结果分别绘制在过程能力报告中，其相应的规格限制来自于批量生产情景的最小过程能力指数1.33。虽然这不可以评估过程中心性（Ppk），但可评估正态性，范围和过程能力。测试的多孔结构件超过最小过程能力要求。在此阶段，将新过程指数定为1.67。与目前99.99％工艺产率的结果相比，生产工艺的持续改进可以产生更好的结果，并且可达到百万零件中仅有63个偏离。应该注意的是，SLM工艺中建造的128个零件的孔隙率变化仅占绝对值变化的1.76％，而传统的发泡制造工艺预计会有高达10％的变化。图6. 左上角：用于打印多孔测试件的EOS M290 右上方：多孔结构相对密度的过程能力分析左下方：测试件的最大抗压强度[MPa]能力分析 右下方：测试件的弹性模量[MPa]能力分析意义/临床相关性随着越来越多基于激光3D打印的多孔应用引入医疗领域，了解AM设备工艺参数对产品力学性能的影响以及它们在批量生产中的表现是十分重要的。我们的愿景是增材制造不仅可用于替换植入物表面的涂层，并且可以用于植入物的承力结构。欢迎转发延伸阅读：动画揭示：髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程医疗奇迹：3D打印如何改善我们的生活3D打印如何辅助医生手术，如何宽慰患者钛合金和PEEK颅骨修复体的传统和3D打印制造方式及面临的问题 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印骨小梁结构的性能与制造稳定性分析

3D打印在文创作品中的应用不仅仅在于产品本身，更多的价值在于它所能体现出来的文化与创意，这是产品附加值的体现，就如同故宫口红，它是一种文化符号。作为国内顶尖的3D打印设计公司，极致盛放也是全球首个3D打印设计品牌，它致力于全球范围内的三维设计和研究服务，为超过百家以上的知名企业、高校院所、政府部门和行业协会提供专业的设计和打印定制服务。本期，笔者节选其中代表性的作品进行阐述介绍，它们涵盖了多种3D打印制造工艺，希望能够给读者带来兴趣。1. 玲珑球吊坠技术：高温陶瓷3D打印玲珑球吊坠是玉玲珑系列首饰之一，它将东方民族特有的智慧和技艺，凝聚在精妙绝伦的每一转中。极致盛放以现代的眼光，去粗取精，站在古代匠人的肩膀，依托3D打印技术，让更加繁复、精巧的设计成为可能。球体表面镂刻各色浮雕花纹，大小数层空心球交错重叠、环环相扣，金属与陶瓷的碰撞使得设计更富巧思，别具一格。同系列，玉玲珑耳坠2. “缪斯女神”徽章技术：3D打印蜡膜翻铸，铜镀金“缪斯女神”徽章是极致盛放为上海话剧艺术中心特别定制，神像左手持矛 右手拿盾，暗含着戏剧创作中的矛盾冲突，也寓意着戏剧人在戏剧创作中的一次次内心的桎梏与解放。在希腊神话中的缪斯女神是艺术与青春之神，设计师采用3D打印蜡膜翻铸工艺将这一艺术精髓融于这枚精致的徽章中。3. 《梦蝶篇》系列手包技术：激光烧结尼龙/TPU在西方的传说中，Lunamoth——天蚕，是一种美丽的夜间飞蛾，它们的翅膀是昂贵的炼金术材料。在数字化的繁华都市中，蛾儿雪柳黄金缕充斥着生活的点点滴滴，设计师将现代新材料与Lunamot意向相结合，将三维设计的优势演绎得淋漓尽致。TPU材料的高耐磨性和高弹性，让人感觉轻便舒适；后期的喷漆和染色工艺让其传递出繁盛、华美的意境。4. 《海水江崖如意》青铜印章技术：金属选择性激光熔融极致盛放为故宫打造的全新宫喜礼之《海水江崖如意》青铜印章通体金色，贵气逼人。精致的繁复的设计中，采用了曾是宫廷皇族龙袍御用的纹样 “海水江崖”图案设计。本枚印章的尺寸为20*20*35mm，使用青铜材料，印章内部进行了点阵减重处理，表面光洁，内部通透，把玩在手掌之间，如“铜透”在心。5.《镜花水月》3D打印奖杯技术：SLA 透明光敏树脂+SLS尼龙染色日新月异的科技变革总会带来激荡人心的创意想象，三维设计开启珠宝首饰设计的新时代，极致盛放以穆夏画作中标志性圆形花环为灵感，采用SLA透明树脂+SLS尼龙染色制造的奖杯，以方寸之美将如梦似幻的镜花水月演绎成真，并在芭莎珠宝2018年度极品夜宴上呈现。6. 垂花门造型彩色打印印章技术：彩色喷墨3D打印采用全彩喷墨打印工艺，综合应用半色调和每个体素喷射不同颜色的技术，极致盛放制造了照片级真实感的3D模型。以青色、品红色、黄色等中国色彩粘结剂喷印于白色粉末芯材，造型别致、花纹繁复、极富中国韵味的垂花门因此被完美打印。7. 《鸣涧篇》3D打印小提琴技术：光固化3D打印此款小提琴名为《鸣涧篇》，取自唐代诗人王维名诗《鸟鸣涧》，“人闲桂花落，夜静春山空。月出惊山鸟，时鸣春涧中。设计师希望这台3D打印的小提琴能让使用者在繁忙工作中保持自在闲适的生活心态。琴体采用光固化技术制造，黑色部分使用喷漆实现，金色则时手工上色。这款小提琴曾在音乐会现场演奏，并在现场被维也纳买家以7.5万人民币收入囊中。8. 十二花神U盘技术：polyjet树脂喷射农历二月十二日相传为百花的生日，自古有“花朝节”，又称“花神节”。极致盛放十二花神U盘便是根据传统花朝节的传说，选取百花中代表农历十二个月份的月令花卉设计而成。整套U盘共有十二只，代表着不同的月份。采用具有极高制造精度和色彩表现度的polyjet 技术制作而成，晶莹剔透，美轮美奂。END本文所述是极致盛放设计作品中极少的一部分，它强调了最精尖的增材技术可以怎样的形式进入人们的生活，同时展示了当下技术含量最高的稀有金属打印、高温陶瓷打印以及树脂喷射等增材制造技术在文化和创意领域的最直接的制造应用。试问一支优盘的价值能有多少，但3D打印参与其中，其卖点就不再是产品本身，而是文化和创意。欢迎转发延伸阅读：彩色3D打印技术之一 polyjet技术陶瓷3D打印技术汇总动画揭示：3D打印实现首饰制造全过程看工业巨头GE Additive如何使用3D打印玩转时尚当矿泉水瓶遇上3D打印变身时尚单品科技与艺术的融合：2018 3D打印高定服装秀再次来袭 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：文化与创意：国内顶尖的3D打印设计公司产品赏析

作为工业3D打印的巨头，GE Additive设计了有名的发动机喷嘴，如今却跨界玩起了时尚。在被誉为“时尚界奥斯卡”的纽约大都会艺术博物馆慈善舞会红毯走秀上，服装设计师扎克·波森联合GE Additive的设计团队推出了一系列的3D打印服装，将舞会推向了“科技时代的时尚”高潮。3D打印的服装部分由服务商Protolabs完成制造，所涉及的技术包含了三维扫描，SLA、EBM甚至惠普的多射流熔融技术。本期我们就来看传统大工业巨头如何使用3D打印玩转时尚舞会！三维扫描、光固化、EBM、先进树脂、钛合金参与制造超豪华玫瑰礼服礼服本身由21个独立的光固化3D打印花瓣组成，每个花瓣的尺寸约50cm，重约0.45kg。材料选择的是3D systems的高强白色树脂，同时它还具有很好的耐用性（可以用来制作游戏手柄），花瓣表面使用杜邦公司底漆和变色汽车漆实现反射效果。在制作这件礼服之前，设计师首先完成了对模特形体的三维扫描，总共花费一个小时，这也意味着这件礼服实际上完全为她打造。花瓣的固定仍然是个问题，礼服本身的重量已经达到了20斤，由于各自独立，只能悬挂在模特身上。设计团队再一次增加了技术介入，他们使用了Arcam EBM金属打印技术制造了钛合金的固定支架以实现强度和重量的完美结合。这套礼服的总制作时间达到了1100小时，涉及的公司之多，技术之先进，材料之丰富，着实让人咂舌。裙子精致易碎，需要五个人帮忙才能顺利穿上此外他们还采用DSM Somos的透明树脂打印了紧身衣，由四部分组合而成，同样使用了三维扫描，最后通过湿法打磨和喷涂实现了玻璃效果，整个制作过程花费200多个小时，不过这件礼服是为另一位模特准备的。惠普多射流熔融和光固化技术参与制造的绚丽配饰3D打印的领饰棕榈叶形状的领饰也是采用光固化技术制造而成，它采用的Accura 60树脂非常适合制造汽车镜头和其他照明组件，使用珠光紫色完成喷涂，整个生产过程花费56个小时。3D打印的头饰这顶3D打印的头饰看起来很像金属，实际上是使用惠普多射流熔融技术（粘结剂喷射）和尼龙12打印后经镀铜实现，整个制作过程超过22小时。3D打印的衣饰为了给3D打印的佩饰增加细节效果，设计人员对其进行了真空金属化处理，并使用Pantone 8081 C进行喷涂。这件礼服上包含408件佩饰件，耗时超过160小时。时尚设计师和3D打印设计师的思维碰撞每年一度的Met Gala都代表着时尚创新的高度，以它为背景的大都会艺术博物馆服装研究所收藏了超过33,000件可追溯到15世纪的服装和配饰。该晚会欢迎名人明星、年轻创意人士和行业翘楚，是纽约最独特的时尚活动之一。设计问题波森旨在将视觉艺术冻结在运动的自然物体中，他向GE工程师展示了设计灵感并绘制了草图。在玫瑰礼服设计阶段，波森将纸瓣钉在人体模特上来确定礼服形状，然后由GE工程师使用CAD实现该创意。GE Additive的设计工程师介绍，与时装设计师合作的最大挑战是他们不熟悉3D建模，需要花费时间理解数字模型的概念；而对于3D打印工程师的困惑在于，如何在模型中实现“运动和能量”的美学展示。通过双方的反复沟通，最终的模型能够实现波森的艺术追求，同时又能保证设计适用于3D打印。材料问题当设计最终定稿后，服务商Protolabs则建议先进行模型缩小版试做。GE Additive和Protolabs必须确定哪种材料最能满足不同设计的功能需求，同时要计算清楚制作完成的重量，如紧身衣需要完全透明，而其他饰品则需要耐用并且能够抵抗冲击，还要考虑穿戴的重量问题。除此之外，这些3D打印的礼服几乎没有弹性，这意味着在设计之初就需考虑穿戴问题，因此上文提到的三维扫描和其他配套技术也是必须的。3D打印玫瑰袖扣GE Additive介绍，与设计热交换器或燃料喷嘴相比，这些有机形状的设计需要非常不同的建模技术和CAD工具，对于工业设计师来说这无疑是一项挑战。而对于时尚行业，设计的解放和复杂制造的优势则为时尚设计开启了另一扇大门。END3D打印在时尚界正在发挥越来越多的作用，今年的展示确实惊艳，这显示出3D打印的优势正在被越来越多的人所认识，这样的活动也会起到更多的示范作用。除了设计师扎克·波森，还有知名的艾里斯·范·荷本，他们为3D打印在普通消费者中传播做出了重要贡献。对于绝大多数的传统行业来说，三维建模和3D打印同样陌生，GE Additive的跨界演绎，更是让我们认识到专业的3D打印公司在交叉行业所能发挥的重要作用。欢迎转发延伸阅读：科技与艺术的融合：2018 3D打印高定服装秀FDM与SLS技术用于服装打印---材料与工艺当矿泉水瓶遇上3D打印变身时尚单品 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：看工业巨头GE Additive如何使用3D打印玩转时尚

3D打印的优势已经不能谈再多，在航空航天、卫星制造等方面，它几乎受到所有航空大国的重视。德国开展了热塑性材料（PA）3D打印在卫星大规模生产中的适用性研究；美国则采用金属3D打印技术制造直接制造卫星器件，甚至用来增强卫星射频滤波器的生产。2018年，嫦娥四号任务“鹊桥”中继卫星的成功发射实现了我国3D打印部件在轨应用，与此同时我国还将该技术用于卫星等离子体推进器筛网等器件的制造。航空大国无一不再积极探索3D打印的应用潜力，真正的区别在于，应该如何用好这门技术。本期我们来看欧洲航空航天制造商Thales Alenia Space，如何借助3D打印为卫星任务量身定制。79个金属零件与350个塑料零件的3D打印在轨应用Thales Alenia Space于2015年开始利用3D打印进行卫星部件制造，从铝合金天线支架的首次尝试，到此后每颗卫星上都有3D打印零部件，至2017年Thales Alenia Space已经将79个金属3D打印零件和350个塑料3D打印零件发射至太空并实现在轨应用。Thales Alenia Space金属天线支架在79个部件中，其中47个具有不同的设计用于执行13种不同的功能。塑料零件则全部相同，用于推进系统的支架，在此前发射的十颗卫星中，每颗卫星上面有35支3D打印的塑料支架。Thales Alenia Space为韩国通讯卫星制造的天线支架（450 x 400x 210mm）在今天Thales Alenia Space开展的Spacebus Neo（地球静止轨道卫星平台）项目中，公司计划将3D打印投入批量生产，实现更大规模的应用。大型金属3D打印部件用于卫星平台项目Spacebus Neo卫星将配备4个由铝合金制成的反作用轮支架以及16个天线展开和指向机构支架（4个铝合金和12个钛合金支架）。3D打印的反应轮支架旨在满足市场对低成本的需求，这种新的设计和制造方式使成本减少了约10％，并且使生产计划缩短了一到两个月。除此之外，新部件重量减轻了30％，性能也得到了提升。3D打印支架安装在Konnect卫星的一个部件上为了生产这些大型反作用轮支架(466 x 367 x 403 mm)，Thales Alenia Space采用的是Concept Laser Xline 2000R金属3D打印机，该打印机具有800 x 400 x 500 mm的构建尺寸，是目前国际普遍使用的大型金属增材制造零件专用机型。4个铝合金反作用轮支架已于3月初集成在平台项目之一的Konnect卫星上。为任务量身定制3D打印不仅适合生产卫星部件，而且还为航空航天制造商提供了生产过程的灵活性，可根据需要进行高水平的定制。换句话说，Thales Alenia可以动态地集成必要的设计变更，以满足新任务的确切要求。以此次制造的部件为例，每个卫星的四个反作用轮支架实际为两组对称部件，但每颗卫星的支架方向角和接口则可能不同，3D打印的自由制造特点允许设计和制造单件结构，因此支架的设计可以根据特定功能和位置进行开放式调整，实现为任务而量身定制。Thales Alenia Space为Konnect卫星制造的4个3D打印支架此外，Thales Alenia Space还将连接器和电缆配件直接整合到整体设计中，集成式的设计作为单个部件打印，避免了额外的装配要求。Thales Alenia Space卫星支架除目前确定的3D打印部件，Spacebus Neo平台项目还将在不久的将来推出更多有机设计的3D打印部件。END虽然我们看到最多的应用是各类支架，但它也是最能突出3D打印轻量化和复杂制造特点的产品，这无疑给航空发射带来了巨大优势。与此同时，为了确保最严格的质量标准，整个过程和各个组件都需要具有可追溯性，全面的测试和检验流程是3D打印得以深入应用的重要保证。作为全球知名的航空航天制造商，Thales Alenia Space在卫星3D打印部件设计、制造和应用方面成绩显著。同样的，我国在卫星部件的3D打印制造方面也积累了大量经验，中国航天科技集团五院、上海航天技术研究院八院等单位已经开展了卫星部件的全新设计和部件的在轨应用，也已经取得了不错的成绩。欢迎转发延伸阅读：您的下一航班将使用3D打印的引擎部件采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量从嫦娥四号登月，看航天529厂如何实现3D打印在轨应用两吨材料，数年时间，百万美元，3D打印如何为787客机完成认证工作 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印用于卫星制造：为任务量身定制

我们已经看到很多采用金属3D打印技术制造火箭发动机部件的案例，通常我们仅关注了事件本身以及它所带来的优势，对于制造过程的细节关注甚少，这并不利于我们深入理解这项工艺所涉及的方方面面，也会让我们产生3D打印太容易的误解。本期我们以具体案例所涉及到的内容，揭开这项工程的一角。世界上最大的火箭发动机部件不久前，英国航空航天公司Orbex采用SLM Solutions的SLM 800制造了世界上最大的火箭发动机部件。Orbex工程师与SLM专家密切合作，建立了一套针对火箭发动机大体积和复杂结构制造的优化参数。最终将发动机重量减少了30％，与该类别的其他运载火箭相比，效率提高了20％。发动机关键部件必须具有所需的材料特性和尺寸精度才能被认为是可靠的，因此，3D打印需要保证质量要求，保持零件功能，同时零件本身也要适于3D打印。打印前后的设计与工艺考量工程专家对火箭发动机的结构进行了优化，使其更符合3D打印的制造要求；同时，设计中集成了特殊的粉末去除策略，包括专用的粉末输送通道，以便尽可能多的将粉末从结构中移除，减少材料损失。在工艺设置阶段，工程师合理分配了每一处所要添加的支撑结构，以获得最佳质量，在工艺设置的过程中也充分考虑了后处理加工的影响。劳伦斯利弗莫尔实验室打印的火箭发动机原型欧洲航天局处理完成的3D打印火箭发动机推进室SLM 800具有280x500x850mm的构建尺寸，是一款大型的选择性激光熔融系统。Orbex发动机部件采用镍基合金制造，此前我们也曾看到有的火箭发动机采用铜合金打印。建造完成后，零件自动转移到拆包站，通过振动和旋转清除多余粉末。SLM 800通过振动和旋转清粉SLM 800打印的Orbex火箭发动机接下来，是在SLM Solutions的金相学实验室分析随发动机部件一起打印的测试样件，以确保孔隙度等情况是否达到标准。针对零件的后处理及各类检测是和设计同等重要且必不可少的。3D打印为Orbex带来的效益3D打印使Orbex的整个制造周期缩短了90％，成本降低了50％。与此同时，3D打印使工程师能够为发动机内部添加更复杂的冷却流道，从而使发动机的设计和功能更加集成紧凑，对材料的使用效率也更加高效。一体化制造也意味着没有焊接或接缝，火箭可以更好地承受极端温度和压力波动。航天工程师介绍，采用3D打印制造火箭发动机这种带有精细复杂结构的部件，并用于热火实验和最终飞行，本身就是一项巨大的挑战。本文所揭示的，仅是整个制造过程的冰山一角。最后请大家欣赏带有3D打印发动机部件的龙飞船反推测试片段，龙飞船已被SpaceX于一周前发射。 欢迎转发延伸阅读：嫦娥四号实现3D打印在轨应用国际商业航空公司如何使用3D打印开拓创新多激光无缝拼接的大尺寸粉末床激光熔化自动化设备是怎么工作的？---广告--- 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量

3D打印技术为假肢的设计与制造提供了新的机遇。在本次 TCT 3D打印展上，假肢设计师吴兆龙宣讲了他的假肢设计心得体会。肢乎共享假肢对其进行了梳理，本篇内容吴兆龙先生将以第一视角讲解假肢设计思路。3D打印假肢设计师吴兆龙先生受TCT邀请分享经验心得1. 假肢设计，别可怜别人用最简单的方式，概括我做的事情就是造假者。我来这里，是希望更多的力量进入假肢制造行业。如果说我是造假主犯，那么在座的诸位，未来有可能合作，大家都是帮凶。通过今天上午的展览，我受益匪浅。关于假肢设计第一条，我想说的是:"别可怜别人，别自我感动。"假肢，很多人第一次联想到的时候，往往和身残志坚，家庭贫困， 社会责任等等联系起来。但是实际接触过程中，你会发现，很多人，是不适合，不需要可怜的。不能因为某次事故，别人就一定要接受你的同情和可怜。没有手腕，一样自食其力我认识一位手腕离断用户，整个手腕以下都没有的。自己有飞行执照，爬上过珠峰。珠峰啊，我是想都没想过。我好好设计产品，没资格可怜人家，而且可怜别人会影响设计工作。2. 设计假肢，别自我感动我第一次了解到3d打印假肢的时候，是国外有机构为残疾人提供免费的FDM打印假肢。我是为这种模式感动了，多好啊，解决了残疾人收入低，假肢没有功能的大问题。我在百度【假肢吧】里发帖问大家有没有人需要。但是做出来之后，发现没人要，送人都送不出去。这不是说设计的不好，而是设计有些水土不服。我也分析过，发现问题是设计者和用户并不是站在同一个角度。吴兆龙设计的3D打印手指首先从设计上来说，免费的假肢，只能是用传统的FDM机器打印。除了必要的绳索外，其他部分甚至关节结构的螺栓都是打印出来的。这种设计结构对制作者来说，非常好，不需要购买额外的东西，就能制作出来。有的结构甚至支撑都设计好了。一个门外汉，培训一下午就能够打印组装。这是多好的设计啊。但是做出来，问用户怎么样？第一次问，人家说可以，再问用的如何，不搭理你了。持续不懈问下去，发现大家嫌丑。这是什么啊，造型太科幻，辣眼睛。表面层纹，穿戴不舒服，接受腔形状不适合等等。于是这里有个陷阱，大家知道你是好心，没挣钱，所以包容你，对产品也包容，但是最终效果是做的不合适，他不用。当时遇到这个问题，就会感觉用户不领情，心想：“能有就不错了，要啥自行车啊。你们这些用户怎么就不知道好坏呢，这是多好的设计啊。”自我感动的不以为然。后来读到庄子里面一句话，同则无好也化则无常也。意思是与万物同为一体，就不会有偏好偏私，与世界共同进化则不会停滞。你执着于自己的偏好，要求用户适应你，当然做不出真正好的东西啊。所以我开始选择新的设计思路。抛开现有方案，就当是为自己家人设计假肢，怎么好怎么来。手指关节设计累计用了一千多小时，假肢接受腔形状不好处理，用克隆粉给残肢取模，之后找人做3D扫描。FDM强度和精度不够，用光固化和尼龙烧结,都是塑料关节容易磨损，关节设计用螺丝钉，为了防止磨损加上金属管；控制角度不合适，设计的时候，装配精度为0.2毫米。打印出来色彩不好看，找人手工上色。抛开成本因素，我们的定制程度、耐用性、结构强度、后期处理等等都已经超过国外的设计了。3. 假肢用户，谨慎分辨，好用户是金子一开始我觉得对待残疾用户都一视同仁，但是事情的转机是遇到一个懂行的人。他一开始也是想定做一个500块价位通用型的假肢。后来聊的比较好，他主动说，更好的标准是什么，我说1500 ，我可以根据好手外形量身定做，他当时说好，之前的五百算作定金。做出来第一版，他觉得非常好，还给我发了一个红包。还拍摄了一个三十分钟的视频，视频里他用假手指操作工具箱里的所有工具,包括万用表，手电钻等等。让我很感动。轮船上的机械师第一版使用中发现不少的问题，很配合的提出来各种修改意见。后来我才知道，他是轮船上的机械师。你想要什么颜色，改；你觉得差了几毫米，缩放；细了一毫米，扩大。他这一个做了七八款设计。从成本上来算绝对亏了，但是收获一个超级用户，明确了中高端的设计思路。这一点是赚了的。目前这一款他非常满意。我觉得接下来可以推广了。他现在应该带着这个假肢上船了，继续做机械师工作。从这个例子上，可以看出，真正的好用户，会推着你走。有人说我骗人的，还有的都不认识你，上来就说你不行，国内做假肢的绝大部分是骗子。各种解释都听不进去。我说，你自己也做假肢这么久了，你去看看国内外有几个假肢设计师，你很厉害，大家都怕你，谁还搞设计呢？他再也没捣乱过。我今年打算为家庭贫困的儿童捐赠十二根手指，消息一发出来，就有人一上来就问，怎么送假手指啊，语气不客气没什么。但是他连孩子手指截肢的照片，也没有，让他画个示意图也提供不了。这应该不是需要假肢的人。佛法无边，还只渡有缘人呢，我帮不了他们。4. 3D打印假肢，市场份额，尽人事听天命稍微有些了解的人，可能会知道，我国的残指再植的成功率在百分之九十以上，但是当手指发生事故的时候，只有三分之一的情况适合做残肢再植手术，更多的是挤压伤和搅伤，没有条件做手术的。江浙沪，珠三角等区域，南京一家医院手指再植案例四五千例。有一篇报道指出，三年来珠三角断指无法再植数量预计十万。这个市场份额很尴尬，每年断指再植数量应该在六千到一万之间。每根手指预算如果是五百到一千块之间，也才一千万的市场份额。大公司肯定看不上这个市场份额，只能是打造小而精的企业模式。这个市场是不断萎缩的，但是消费水平是不断提升的。比如说现在机器代人降低了工伤，赔偿比较多，工厂日益注重安全。用户也愿意掏钱定制中高端的假肢。但是还有一些先天性无手指的儿童。由于人口基数，这件事情，也只能是在我们中国做起来。对于这种手指截肢，甚至没有专业名词，这是一个被人忽视，甚至无视的市场，恰好有个技术能够解决这个问题。如果是向上下游延伸的话，有些机电手假肢完全可以做到这个技术。我们目前正在设计半掌和腕离断假肢，这种假肢的造价在一到三万。但是小而精的企业要辐射全国，在前期宣传投入上就要有一定投入。市场份额，受伤总数下降，这件事能做多久呢，不清楚。国外的网站也是很久没有更新产品了，持续性投入是个问题。做这件事有很多人支持我，假肢装配技师，手外科大夫，后期处理的人等等，很遗憾我去看望他们的资金都没有。目前负债累累。我只能说：“尽人事，听天命吧！”欢迎转发延伸阅读：医疗奇迹：3D打印如何改善我们的生活医疗案例：3D打印气管支架用于复杂手术3D打印如何辅助医生手术，如何宽慰患者---广告---赞 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印假肢设计师：做假肢别可怜别人，别自我感动

2018年年初，笔者在一篇文章中介绍了布加迪正在采用3D打印技术制造新款凯龙制动钳，这款产品具有广泛的社会影响力，并引起了不小的轰动。从上半年开始，布加迪开始对其进行测试，探究物理极限及其安全性，并为批量生产铺路。作为大众旗下品牌之一，布加迪在设计3D打印部件方面经验丰富，公司正推进其首批用于批量生产的3D打印部件，并已进入测试阶段。本期我们来了解这款制动钳的测试过程并回顾它的制造之路及其广泛的社会效益。 3D打印的布加迪制动钳测试过程上面的视频就是这款制动卡钳的测试过程。工程师将一个圆盘和刹车片卡钳放置在一个模拟速度高达每小时249英里(约400公里)的支架上，模拟高速运行的汽车制动过程。在如此高速的情况下完成制动对于卡钳是一项巨大的挑战，工程师对钛合金卡钳的耐久性与传统铸铝卡钳的耐久性进行了比较，在完成所有操作后，钛合金卡钳仍保持完整，承受温度接近1000摄氏度，性能优于铸铝卡钳。测试过程刹车盘完全是在燃烧3D打印如今已经成为汽车行业的一个重要尝试。布加迪卡钳的生产时间仅45小时，但与威龙目前使用的常规卡钳相比，3D打印制动卡钳的最大优势在于其重量，通过结构优化，钛合金卡钳轻了近两倍。布加迪目前正在研究如何更快地生产3D打印部件，此后，该制动卡钳将与其他部件一起在大众汽车新的3D打印中心批量生产。接下来我们回顾其设计及制造过程。3个月开发，45小时制造，10小时去应力退火布加迪制动钳的开发时间非常短，从第一个想法到第一个3D打印组件，只花了大约三个月的时间。布加迪将其基本概念、强度和刚度要求以及设计图纸作为一个完整的数据包发送到制造机构。后者对其进行了工艺模拟、支撑结构设计、实际3D打印和零部件后处理工作。 布加迪卡钳打印过程制动钳采用SLM工艺制造，打印过程总共花费45个小时，总层数为2213层。热处理温度为700℃，在此过程中消除残余应力并确保尺寸稳定性。最后，去除支撑并进行基板分离。表面处理完成表面处理结合了机械、物理和化学过程，旨在改善部件疲劳强度和使用过程中的耐久性。装配完成最后，功能表面（如活塞接触表面或螺纹）的轮廓通过五轴铣床加工，该过程需要11个小时才能完成。长410mm,宽210mm,高136mm最终部件由传统铝合金的4.9公斤减少至2.9公斤，减轻40%；最小壁厚1mm，最大4mm，结构强度可保证每平方毫米承受超过125kg的力而不会发生损坏。取得的社会效益新型八活塞单体制动钳世界上第一台由3D打印生产的制动钳汽车行业最大的制动钳与德国研究机构合作，推动全球创新法国超级跑车品牌在使用3D打印这一面向未来的技术发展中达到了新的里程碑作为大众集团的技术开发实验室，布加迪在3D打印领域处于领先地位，是全球创新的推动者3D打印的制动卡钳将批量生产布加迪获得的经验可用于大众汽车集团及其品牌研发项目END凭借威龙和凯龙超级跑车，布加迪在过去几十年中已经成为汽车行业极端性能领域新技术发展和创新的先锋，并创造了惊人的性能数据和记录。布加迪3D打印制动钳的测试成功，对于整个大众集团3D打印功能部件的制造具有引领作用，同时也将推动国际汽车行业进一步采用3D打印实现创新。欢迎转发TCT Asia 2019 ，预登记免门票，帮笔者完成任务欢迎材料、机械、设计、控制等专业的学生及技术人员加入3D打印技术参考QQ群：867355738。本群将提供技术交流、工作机会以及资料分享。延伸阅读：案例探究：3D打印提升汽车性能 加速设计迭代大众汽车：在生产线上使用3D打印机进行车辆生产福特汽车：借助3D打印技术重塑汽车生产线奥迪实现高效3D打印产出的应用经验底部广告招商 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：布加迪极限测试3D打印制动卡钳 为批量生产铺路