5月23日，3D打印技术参考了解到，金属增材研发商「云耀深维」已完成来自红杉中国种子基金、深圳高新投正轩、PNP的数千万天使轮融资，本轮融资用于产品研发及创始团队建设。预计2022年中开放Pre-A轮融资窗口，Pre-A轮融资将用于产品研发、团队扩建与市场拓展。 云耀深维Aixway是激光金属粉床增材制造技术（SLM/LPBF）的发明机构-弗朗霍夫激光研究所（Fraunhofer ILT）孵化的高新科技企业，由中德资深专家组成。公司位于江苏太仓，致力于领先的激光增材制造全尺寸、全工艺链的产品打印、技术开发、科研合作、设备研发等服务。 为解决金属3D打印工艺在高精度结构件领域的痛点，除常规尺寸金属增材制造外，公司还拥有独家微米级金属增材制造技术，填补小型、高精度增材制造部件的市场空白，大幅优化金属3D打印件的精度、粗糙度及实现无支撑打印。 技术介绍 云耀深维专家团队自主研发的微米级金属增材制造技术实现了复杂精密结构金属材料的3D一次打印成型，达到打印精度2-5微米，打印部件表面粗糙度Ra值0.8-1微米，致力于填补小型、高精度增材制造部件的市场空白，其主要优势如下： 超高精度： 微米级打印技术控制激光光斑至20微米，平整铺粉层厚至5微米（相当于20分之1根头发丝厚度)，实现了金属打印精度至2-5微米，可以让产品的设计更加自由，突破设计局限，实现微米级多孔、中空、铰链、多维随行流道等精密结构； 超光洁表面： 微米级打印将Ra值降到0.8-1微米，可减少大量后期加工环节； 免支撑打印： 微米级3D打印实现无支撑的一步成型，并且实现了大部分结构10度角度以上无需支撑、自由打印； 平整保护气流： 保护气流的控制是打印产品质量的核心影响因素，微米级打印采用云耀深维自主研发的新型气体输送装置，实现成型腔体平整、均匀的气体流速，保障打印过程的稳定性和打印产品的可靠性。   微米级打印实例 多孔结构（100微米直径显微图） 应用领域 航空航天 在云耀深维极微100系列上已成功一次成型具有高表面光洁度和内部复杂结构的镍基高温合金航空发动机部件，大幅度提高其性能及效果； 医疗领域 可直接成型微创手术器械/手术耗材/手术机器人关节，快速制造个性化植入体/介入体； 微电子领域 在小于1毫米的散热片内打印封闭式的复杂微结构流道系统，实现传统工艺无法加工的复杂部件，大大提高产品散热性能； 精密模具领域 快速制造微米级电子接插件模具，并可以实现精密模具里打入多维随形冷却流道，提高冷却效率，延长设备使用寿命并提升设备产能； 探测领域 可以直接一体成型多孔多流道、微型高精度探测装置，并具有超高表面光洁度，无需后期处理，可直接使用； 贵金属加工领域 云耀深维极微100系列打印的18K黄金粉末，可直接成型精细复杂的结构，打印成品表面光洁度，同时大量减少支撑件需求，减少后期加工工序，节约黄金粉末的原材料成本。 注：本文内容技术部分来自云耀深维。 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.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 3.专题：金属3D打印企业（产品）差异化竞争的六个实例 4.预告：8场航空航天增材制造先进设计与工艺仿真讲座

根据TCT亚洲3D打印展组委会消息，原定于2022年5月12-14日举办的2022亚洲3D打印、增材制造展览会将延期至 2022 年8月31日-9月2日举行，举办地点变更为：深圳国际会展中心（宝安）。 鉴于上海及全国各地疫情发展及防控形势的复杂、反复和严峻，使得包括TCT展会在内的国内大多数展览会不得不延期或取消。 为了切实保障所有参与展会人士的健康与安全，同时也为了确保参展商及观众最广泛的参会效益，经过积极的多方协调沟通后现作出以下决定： 原定于2022年5月12-14日举办的2022亚洲3D打印、增材制造展览会将延期至 2022 年8月31日-9月2日举行，举办地点变更为：深圳国际会展中心（宝安）。 深圳是华南地区最重要的高新技术研发和制造基地、大湾区发展的核心引擎之一。近几年深圳正发挥着“乘数效应”牵引带动大湾区实现高质量发展，同时始终秉持开放的发展理念，也是国际交流的重要窗口。在疫情管控方面，深圳严格落实防控政策，已清零多日，会展业复苏迎来曙光，将于五月底重启展览。 在特殊的2022年，TCT亚洲展将南下深圳举办，在保持亚太增材行业旗舰展优势的同时，充分利用大湾区资源优势，带动增材制造上下游产业在中国经济发展的新格局中挖掘更大商机。期待与您重聚在深圳这座朝气蓬勃、活力创新的城市，共同探索新征程，体验数字化制造引领的未来。 TCT亚洲展主办团队将竭尽全力为参展商、观众及合作伙伴因展会延期所产生的问题提供专业的咨询及后续服务。

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

5.20日，3D打印技术参考在TCT Asia Live线上展会获悉，铂力特最新推出了12激光SLM设备BLT-S1000（文末可查看发布会视频），可实现大尺寸零件一次性高效率生产。 2021年，铂力特在TCT展会上发布了十激光设备BLT-S800。一年来，铂力特未停止对设备研发和设备升级的探索，铂力特的设备不断向着大尺寸、高效率、智能化、品质可控的方向发展。 航空航天领域的大尺寸零件存在无法一体成形或加工后内部性能达不到应用标准的问题，一些较大尺寸零件由于项目时间紧张，必须同一台设备同一批次打印以节约制造时间，所以更高的成形质量、更高的成形效率成为客户一直以来的追求。 基于前述的几种生产痛点，铂力特创新研发了BLT-S1000，可为客户提供大尺寸、高品质、一体化成形的解决方案，出品精良制件，提升效率。 多激光、大幅面，助力超大零件一体成形 超大型激光粉末床熔融3D打印设备BLT-S1000增大了成形舱的尺寸，成形尺寸可达1200mm×600mm×1500mm（不含170mm厚基板），能够满足更大零件的制造需求。 BLT-S1000为铂力特首次发布的12激光设备，该设备标配8激光，可选配10激光和12激光。同一零件，在选配12激光时的成形效率可达300cm3/h。 BLT-S1000光路可靠，可实现多光束无缝拼接，多激光光斑尺寸、能量密度一致，光斑尺寸偏差不超过5%，能量密度偏差不超过10%。设备各区域力学性能、粗糙度一致性高，偏差范围在5%以内；全幅面一致性高，满足批量生产需求。 同时BLT-S1000可针对同一种材料分别适用高效率、高质量和智能打印等不同的打印策略，为客户提供更优化的打印方案。 全面的质量监控手段，为打印过程保驾护航 BLT-S1000对零件的打印质量进行全方面的监控，在质量监测方面BLT-S1000呈现出多个亮点，设备的零件高度自检、粉末质量监控、三维重建等功能全方位为零件质量保驾护航。 零件高度自检功能通过实时对比平台位置和模型理论高度，可以避免意外操作和中途接刀导致的高度丢失，提高零件的一次打印成功率。 零件三维重建可以通过三维数据直观理解成形过程，具有及时、高效的特点。三维重建功能可在打印过程中实时比对，智能识别成形缺陷，实时显示已成形部分，为用户带来更好的可视化体验。 智能智造，搭载BLT-MCS/BLT-MES BLT-MCS为设备构建诊断系统，能够进行故障检测分析，对不同故障进行分级、智能处理。在设备工作过程中实时监测，并完整记录操作记录或过程参数，实现 24 小时无人值守打印。 BLT-MES可实现厂房能源监控及设备集中管控，助力批量生产。厂房能源监控在线采集厂房能源参数和设备打印过程环境参数，通过异常信息告警与异常数据分析及时发现问题，在后续生产中提前规避。设备集中监控可以远程集中监管设备运行状态、打印状态、打印进度等，及时获取异常信息，减少人员现场巡检，降低无效工时。 根据3D打印技术参考对金属3D打印技术发展情况的观察，截止到2020年底，增材制造市场陆续推出了多款具有多激光的大尺寸金属3D打印机，配备的激光数量有5/8/9/10等等，然而成型尺寸多聚焦在600mm左右，能够达到1000mm成型尺寸的多为原型机；这种配置相比此前多流行的400mm，已经算是上升一代。当时，通过增加更多的激光数量来提高制造效率还并未成为国内制造商的关注焦点，依赖质量追踪手段来摆脱技术落地应用痛点的努力也稍显不足。 然而，经过不到两年的技术积累，国内同类产品发展突飞猛进，从激光数量到成型尺寸，如今的产品突破了人们对金属3D打印机（SLM）设计极限和制造极限的认知，国内产品也在国际同类产品中表现出领先的迹象。在粉末床激光熔融系统中，大型组件的质量保证至关重要，任何制造失败都会造成严重的经济损失，而集成化的解决方案已经证明可以生产出更高产量的高质量零件，这一点也已经在国内设备上得到了解决。 BLT-S1000应需求而生，为用户带来了大尺寸、高质量、高效率的解决方案。未来，铂力特也将持续精进金属3D打印技术，为客户提供更高品质的技术服务，助力更高更远的探索，助梦更宏大、更磅礴的征程。 ‍ ‍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.中国航天日 | 细数铂力特航天领域专用3D打印装备 2.“铂”之重器——铂力特推出十激光器BLT-S800 金属3D打印机 3.专题：2021，多激光、超大型金属3D打印的时代已经到来 4.综述：SLM制造过程中的信号类型及其监测手段

汽车制造是金属3D打印技术重要的应用领域，从快速制造原型，从而加快新车研发效率，到直接生产小批量零件，缩短供应链并节省成本，3D打印可谓是汽车行业重要的补充技术。除此之外，3D打印所特有的复杂零件制造优势，更可以简化汽车零件数量、降低重量，并节省材料。可以说，对汽车制造来说，3D打印技术优势非常多。虽如此，该技术到目前为止并未在该领域广泛使用。这是因为，具备更快、更便宜、制造更复杂部件的能力——才是未来汽车的制造方式。 当今汽车工业中的增材制造 在汽车领域，最早采用增材制造技术的并不是汽车制造商本身，而是他们赞助的车队。几十年来，从福特到法拉利，许多公司都把赛车作为测试新技术的孵化器。现在新车的许多标准功能——混合动力汽车的再生制动系统、按钮点火系统甚至后视镜——都可以追溯到它们的根源。同Z样的道理也适用于3D打印，尤其是金属打印。一级方程式车队、世界耐力挑战赛车队、E级方程式车队以及更多的车队都亲身体验了增材制造的好处——设计的快速迭代、快速原型制作和零部件的轻量化——都可以在赛道上提高车辆的性能。 既然3D打印有这么多的制造优势，那为什么汽车制造商还没有广泛采用呢? 从本质上说，它可以归结为三个因素——成本、材料和速度。 激光3D打印的复杂汽车零部件 3D打印技术目前所兼容材料种类也很有限。以塑料为例，目前能够成型的多数材料仅能满足有限的需求，对于汽车制造商更高要求的应用，现有材料甚至无法通过实验室的测试。 基于该技术的原材料成本非常高昂。即便已经经历了大幅降价，金属粉末每公斤的价格仍然达到上百甚至千余元，成品零件的成本则可能高达每公斤几百至数千元——对于大规模生产来说成本太高了。 在速度方面，即使是最好的机器也无法与大规模生产竞争。最快的粉末床熔融设备每小时只能生产100立方厘米。 虽然3D打印已经在汽车领域取得了成功，尤其是赛车运动能够承受为取得胜利而付出高成本来打印复杂部件，但只有更加经济高效，才能使其拓展到更广泛的制造过程中。当前，来自成本、材料和速度方面的挑战已经导致了该技术在汽车制造行业的应用受到限制，而且大多数零件仍在使用传统方法生产，如铸造、锻造、机加工和冲压。 激光粉末床熔融更适合小批量、高价值应用 迄今为止，应用最为广泛的3D打印系统——激光粉末床熔融技术，其采用激光一层层的熔化薄薄的金属粉末，直到零件完成制造。该技术能够快速准确的制备出金属零件，且在此前十年获得了汽车制造领域的广泛应用。宝马、福特、大众、奔驰等公司都在该技术的使用中均树立了典型案例，且在一定条件下实现了批量制造，但这些案例所涉零件仍多数局限于高端品牌，总量仍旧有限。 其原因仍离不开该领域对成本、材料和速度的要求。激光粉末床熔融装备需要大量的前期投资——整套系统需要100万美元或更多——每年只生产1吨零件，这不足以证明成本的合理性。此外，即便3D打印使金属零件制造更加灵活，但打印仅仅是第一步，后续还需要去除支撑等一系列后处理过程，从而进一步增加了零件成本。 △左右滑动查看更多 到目前为止，一系列汽车领域高价值的应用均源于激光粉末床熔融技术显著的制造优势——集成化、高精度和复杂制造的特点。例如通用汽车采用生成设计和3D打印将汽车传统座椅支架的八个组件整合为了一个组件，布加迪采用3D打印技术制造了新款凯龙制动钳，保时捷采用一系列创新设计3D打印了铝合金发动机外壳原型，宝马为i8 Roadster跑车批量打印的软顶支架等等。这些案例无论用于原型还是最终使用，都离不开激光粉末床熔融技术独特的制造特点。但同样有一个特点，这些应用都非常局限，几乎都属于高端品牌，极少能符合该领域对低成本、批量制造的要求。 基于挤出的桌面金属3D打印适用于原型制作 基于挤出的桌面型金属3D打印机具有办公方便的设计，排除了粉尘和激光暴露的风险，是一种更易于使用的端到端解决方案。 对处于新车设计和制造早期阶段的用户来说，桌面型金属3D打印机具有比传统粉末床设备便宜10倍的价格和方便快捷的操作性。此类系统可以在内部快速制作大量零件原型，快速测试不同的想法，探索新的结构可能性，在漫长而昂贵的设计周期中节省时间和金钱。最终能够以更低的开发成本呈现更好的设计，并使公司快速从设计和验证转向生产，加快产品上市。灵活的操作性还有助于降低成本，因为它减少了材料浪费，而且不需要专门为操作机器招聘专业员工。 Desktop Metal桌面金属3D打印装备 Raise3D桌面金属3D打印装备 该技术可以打印广泛的材料，包括H13工具钢、4140铬钢、316L和17-4 PH不锈钢等，非常适合于车企零部件开发、工装及零配件制造等。当前，比较有代表性的桌面挤出金属3D打印品牌有Desktop Metal、Raise3D、Markforged等，国内纵维立方也于2021年推出了基于该技术的3D打印机4Max Metal。 5月20日，国内知名的从事挤出工艺3D打印的代表企业Raise3D将带来线上云展活动，扫码预约直播可近距离观看其3D打印创新中心，听取桌面金属3D打印工艺研究报告。 以汽车一减震器为例，其提供阻尼以减少震动组件中的运动，并通过引导液压流体通过复杂的内部通道来实现更平稳的行驶。由于活塞内部几何形状复杂，传统制造需要由多个零件组装而成，与之不同的是，桌面金属3D打印机可以单步打印零件，缩短交货时间，降低成本。 采用桌面挤出金属3D打印技术制造的17-4ph减震器活塞 3D打印带来的几何自由度也允许制造商制造快速原型和探索新的活塞设计，同时消除了将工作外包的需要。在桌面型金属打印机上进行零件原型设计也有助于顺利过渡到批量生产，因为像粘结剂喷射这样的大批量系统能够生产同样复杂的设计。（案例来源：Desktop Metal） 粘结剂喷射金属3D打印更适合于大批量零件制造 粘结剂喷射工艺的最突出特点就是可以实现金属3D打印的批量化制造。基于该工艺的装备价格比传统激光3D打印机要低，打印速度是四激光粉末床熔融设备的几十甚至上百倍，所用材料为传统MIM粉末，相比球形粉价格更为低廉，零件的制造成本也因此比激光3D打印的零件低几十倍。因此，粘结剂喷射工艺在装备成本、粉末成本以及打印效率方面都超过金属3D打印，即便其零件性能略低，但仍具备与注射成型零件相同的水平。因此，该技术更适合于实现大批量零件制造。 基于以上优势，当前主要的汽车主机厂正在加快该技术的使用进程。领先的粘结剂喷射金属3D打印开发商分别获得了汽车行业内主要品牌的合作：大众汽车正在积极与惠普合作，福特也正在使用ExOne的粘结剂喷射技术制造汽车部件，而Desktop Metal近日获得了某德国汽车制造商790万美元的合同，业内猜测该客户可能是宝马汽车集团。 Desktop Metal粘结剂喷射3D打印装备 那么，该技术又是如何实现零部件从几千个到几十万个批量制造的呢？ 制造商在大规模生产零件之前，最初的生产量可能会很少，原因有几方面。在一辆特定汽车的生产初期，即使最终可能生产数十万辆的汽车，制造商在最初可能也只生产几百辆用来作为市场测试，然后才开始大规模生产。另一个原因是，像福特野马Shelby GT500这样的高性能汽车的产量通常是有限的——2010年，福特只生产了2000辆这种汽车——这意味着汽车制造商可能只需要对每一个零件只生产几千个。与此同时，对于售后零部件而言，这一数字可能更小——市场对某个特定零部件的需求可能只有几百个。 粘结剂喷射适合堆叠打印，大幅度提高了3D打印制造效率 对于需要大规模生产的零部件，粘结剂喷射金属3D打印的另一优势则更为明显——无模制造。该技术消除了对模具的需求，允许工程师将已经经过改进的设计——无论是通过桌面挤出金属3D打印技术还是传统原型方法——都可以通过粘结剂喷射金属3D打印实现大规模生产。可与传统大规模制造工艺竞争的打印速度，粘结剂喷射金属3D打印允许在一次任务中生产数千个零件，其价格和生产速度可以与铸造、锻造和机加工等工艺竞争。这种速度，再加上低成本MIM粉末的使用和简单的后处理，使得该工艺生产零件单件成本可能比其他3D打印工艺低20倍，并使增材制造成为铸造、锻造和机械加工的可行选择。 采用粘结剂喷射金属3D打印技术和SLM技术制造的宝马水泵轮 以创新设计的汽车水泵轮为例，它通过发动机和散热器冷却循环，消散燃烧过程中产生的热量。然而与其他产品不同的是，该部件是作为一个整体设计的，这使得它能够更有效地运行，并通过减轻重量来提高性能。由于零件几何形状复杂，无法通过铸造或锻造来创造，水轮采用金属3D打印制造，虽然使用SLM创建的部件已经在汽车上得到了成功验证，但每个部件的成本对于生产车辆来说太高了。使用粘结剂喷射金属3D打印，能够一次创建多达150个零件，每个零件的成本也能够降低到5美元，从而更加经济。 END 3D打印技术的发展在汽车制造生命周期的每个阶段都创造了新的机会——从功能原型到中批量生产，再到售后市场和备件。而这些机会大多与生产速度和零件复杂性有关，或者两者兼而有之。因为它不受传统制造的限制，3D打印允许设计师和工程师进入一个巨大的新设计空间，并创造越来越复杂的零件。 当优化的零件面临大规模生产时，材料、成型效率、价格成为阻挡3D打印技术广泛应用的限制性因素，优势无法体现。新技术的发展则打破了这种壁垒，使优化的结构能够大规模实现，并以一种高效和更加经济的形式。 扫描关注 3D打印技术参考 视频号 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.视频：了解FFF/FDM增材制造技术如何赋能汽车行业 3.详述：主流汽车制造商正在如何使用增材制造技术 4.视频：探访通用汽车专用于增材制造的新工厂

近日，3D打印技术参考获悉，瑞典3D打印机制造商Digital Metal宣布推出其最新的金属粘结剂喷射金属3D打印系统——DMP/PRO，该设备为大批量制造应用而设计，适用于医疗、消费品及工业机械等多个领域。 Digital Metal DMP/PRO DMP/PRO的构建体积为250×217×70（或186）mm，该公司将其称为是“真正的生产系统”，它的开发源自现有客户每天制造的零件达到数千个，对更高产量具有需求，新系统能够继续为客户提供更高产量和可追溯、可靠的产品质量。 Digital Metal 首席执行官表示，他们与现有粘结剂喷射市场不同的是，公司追求更严格的公差、更高的产量和更高的精度，他们正朝着更高的成熟度迈进。通过与脱脂、烧结和后处理设备协同，开发出模块化的、可扩展和工业化的制造平台。 Digital Metal DMP/PRO Digital Metal于2012年开始开发金属粘结剂喷射技术，以高精度、高生产率和出色的表面质量著称，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。 2017年，Digital Metal推出DM P2500，根据此前展出的案例，我们了解到这台设备在生产小尺寸金属零件方面具有特别优势，例如在手表及奢侈品行业的应用。这台打印机的运动精度高达0.001毫米，打印过程中可以35微米的分辨率制造非常小的高精度零件，烧结过后具有Ra 6.0微米的平均表面粗糙度，能够满足大多数最终用途的部件需求，在必要时可进一步提高表面光洁度。DM P2500可在15-25分钟内转入下一个打印作业，具有高效的利用率。 Digital Metal DM P2500制造的Montfort Watches手表零件 2018年，Digital Metal推出了金属3D打印的全自动化生产理念。在全自动化生产中，大多数的工艺步骤都将由机器人来处理，这将几乎消除所有手工作业，从而进一步提高生产率并降低生产成本。Digital Metal与霍尼韦尔航空航天公司、法国工业技术开发中心、英国国家增材制造中心等机构达成了合作。 2019年，Digital Metal推出两种“超级合金”DM247和DM625，实际上就是两种镍基合金的牌号，这是该公司为满足航空航天、汽车和工业领域对3D打印高温合金材料的需求增长而开发。 Digital Metal金属粘结剂喷射3D打印样件（来自TCT 3D打印展） 2021年2月，Digital Metal宣布推出纯铜3D打印材料，根据3D打印技术参考对粘结剂喷射技术的统计，该公司是第一个为粘结剂喷射3D打印系统提供官方认证的纯铜材料和工艺的设备商。根据该公司公布的数据，通过粘结剂喷射技术成型的纯铜致密度为96.6%，铜纯度为99.9%，然而并不知晓该公司的后处理工艺是否也包含了热等静压。 Digital Metal粘结剂喷射3D打印成型的散热器及扩音器天线 2022年5月，Digital Metal宣布推出新型DMP/PRO，这是该公司推出的下一代生产级粘结剂喷射系统。3D打印技术查询资料发现，它具有70400个喷嘴，1600dpi的分辨率，能以15.5 kHz的速度喷射2pL液滴，每小时可打印1000 cm3，确保实现高质量、大批量生产。这种高生产率依赖硬件平台、定制软件和快速更换粉末料仓保证，能够最大限度的减少停机时间和周转时间。DMP/PRO转为工业、奢侈品、医疗制造和消费品的精密生产而设计。 新设备的第一个客户是位于密歇根州的Azoth 3D，这是一家生产大批量精密3D打印零件的500强制造商。Azoth 3D总经理表示，Digital Metal的新机器具有更高的速度，同时能够保证质量和可靠性。“PRO 系列减少了扩展生产所需的资金，还通过提高机器吞吐量降低了零件成本。我们希望每周7天全天候运行，每天生产数千个零件。希望成为最大和最好的独立粘结剂喷射制造企业，这是我们实现目标所需的系统。” Digital Metal推出新的DMP/PRO工业金属粘结剂喷射3D打印机，为大批量制造带来转变。 补充视频，将发布于 3D打印技术参考 视频号 欢迎关注 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.GE Additive迎来新合作伙伴，专注粘结剂喷射金属3D打印技术 2.重磅：富士康宣布开发粘结剂喷射金属3D打印系统 3.中文视频：ExOne保障粘结剂喷射金属3D打印质量的关键要素 4.粉末床熔融和粘结剂喷射金属3D打印零件热处理及烧结面临的挑战

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…

近日，意大利A' Design Award设计大奖在官网公布了年度获奖名单，纵维立方旗下的Anycubic Kobra、Anycubic Photon Mono X 6K和Anycubic Photon Nex斩获三项大奖。A' Design Award是全球极负盛名和影响力的设计奖项，同时也代表着设计领域的最高成就，纵维立方本次荣获殊荣，足可见其作为桌面级3D打印引领企业的创新实力。让我们共同来欣赏这三款新晋获奖作品。   Anycubic Kobra：化繁为简 Anycubic Kobra是一款熔融沉积成型技术（FDM）3D打印机，外观灵感采用模块化设计理念，以黑色为主色调，搭配藏蓝和中国红，简约而不失科技感。因其功能强大、轻巧易置，且搭载“Anycubic LeviQ”自动调平系统和一体式近程挤出机，被海外3D行业权威媒体网站认证为千元级优选3D打印产品。 对于初学者而言，传统3D打印机的打印平台校准（俗称调平）需要大量时间练习，然而很多时候手动调平后的平台只是肉眼看着平整，其实有着不规则翘曲，从而导致打印失败。针对这一痛点，纵维立方为Anycubic Kobra系列配备自主研发的“Anycubic LeviQ”自动调平技术，使新手快速掌握这项技术的应用。 电子设备世界里的任何测量都是依靠传感器来实现，3D打印机的自动调平也是如此。Anycubic LeviQ通过金属探测传感器对平台进行多达25个点探测，将探头与平台之间的距离数值形成一个数字网格，再使用优化算法对平台进行补偿，保证喷嘴在热床的高度始终相同，进而实现零误差打印。这套精确易用的自动调平技术的运用，再次降低3D打印技术使用门槛，进一步保障了打印成功率，让用户能够更加专注于打印创意。   Anycubic Kobra的易用性还体现在于采用模块化设计，仅需数分钟即可轻快完成组装。另外，这台新品配备了一体式近程挤出机，提供更大扭矩的同时减少传送中的抖动，为成型件的精确性提供保障。PEI弹簧钢磁吸平台也是Kobra一大亮点，在完成打印后，仅需轻折平台即可轻松完成取模，此外，这块平台在历经长时间的高强度打印工作后依然能够保持平整，并能无惧锈蚀，免除后期维护成本。 Anycubic Photon Mono X 6K：极致体验 对于想要呈现最佳打印效果的用户而言，光固化3D打印是更加理想的选择。桌面级光固化市场经过多年的高速发展，用户的消费理念也随之升级，Anycubic Photon Mono X 6K是一款在精度、速度、兼容性三大方面都能够带来堪称“独一无二”体验的产品，即使在对设备有着更为严苛的追求的创客领域亦能受到广泛欢迎。 Anycubic Photon Mono X 6K整体外观采用极简设计理念，全封闭机箱结构及可拆卸外罩的创新设计，为打印材料提供保温的同时极大程度隔绝紫外线。在曝光屏的选用上，这款产品配备高品质的9.25寸6K黑白屏，打印精度精确至34μm，最大打印尺寸提升到197x122x245mm，在呈现纤毫毕现的打印细节的同时，尽可能减少大件模型拆分成多份进行制作的困扰，使成型件具备更整体性的惊艳效果。 在打印速度方面，Photon Mono X 6K矩阵光源系统配备数十颗明亮LED灯珠，能够提供均匀稳定的UV光源能量，配合透光率领先业界200%的曝光屏，打印速度最快能达到80mm/h，为创作带来强劲动力。优秀的兼容性也是极致体验的重要诠释，Photon Mono X 6K在能够使用常见405nm光敏树脂的同时还支持更多特种树脂，此外，其搭载了光源功率调节功能，根据用户的切片文件所需强度适配打印需求。 值得一提的是，Photon Mono X 6K的前身Photon Mono X，在2020年度斩获了由德国红点奖机构主办的“当代好设计奖 WINNER 2020”，此次迭代新作再次荣膺国际设计大奖，是领军桌面级光固化行业多年的纵维立方强大研发底蕴的又一有力见证。 Anycubic Photon Nex：定义未来 作为纵维立方发布的首款光固化概念机，Anycubic Photon Nex融合了多重令人惊艳的设计元素。这款新品设计思路取自星际旅行休眠仓，同时融合了脉动光流，打造出穿越迷幻形合的未来科技美学。除了拥有令人赏心悦目的造型外，Photon Nex搭载了前所未有的超高速打印模块，在火力全开状态下，其打印速度可达惊人的1600mm/h，比市面常见光固化设备快30余倍。 不仅如此，Photon Nex配备的彩色打印模块能够更加真实的还原缤纷多彩的3D打印世界。另外，其搭载了智能曝光和智能供料技术，能够根据打印尺寸自动调节光源面积，优化光源使用效率，且在料槽树脂不足的状态下自动进料。这样一款基于创作而生的超级新品，将未来的设计理念完美的传递到现实世界，让用户领先一步抵达未来。 当下，设备更加智能易用成为桌面级3D打印市场消费升级的主流，而纵维立方一直践行“以3D打印技术实现创作和智造自由”的品牌初心也十分符合行业发展趋势。此番三款参赛作品尽皆夺得国际设计大奖，是评审团对纵维立方在产品创新和设计方面的最佳认可，未来，中国智造也定会在世界舞台上大放异彩。 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.亚马逊最受欢迎品牌之一！详解纵维立方两大最新3D打印技术 2.爆款集结！中国3D打印机大厂纵维立方春季发布多款新品 3.2021年亚马逊最受欢迎的10款3D打印机，9款来自中国 4.2020年3D打印材料种类超2000种，市场规模将突破20亿美元

Sintavia能够为航空航天、国防和空间等领域的客户设计和3D打印先进的推进系统和热力系统。该公司的产品包括火箭推力室组件、高性能热交换器、涡轮机械部件、先进燃料系统和高性能燃烧器组件。随着航空航天工业越来越多的将3D打印技术纳入供应链，Sintavia 已成为这些关键组件3D打印领域的重要参与者。 近日，美国总统推出旨在推动美国3D打印及制造业发展的“AM Forward计划”，并打卡Sintavia，该公司也被选中为AM 供应链的代表之一。 拜登打卡Sintavia Sintavia具有强大的增材制造能力，公司官网显示，其拥有来自GE Additive、TRUMPF、EOS、SLM Solutions等公司的26台多类型、高产量金属3D打印机，能够打印镍、铜、钛、铝和难熔金属。该公司是全球为数不多的仅以3D打印商业航空航天部件为中心建立航空航天质量管理体系的公司之一，也是极少数能够为载人飞行3D打印部件和涡轮机械部件提供认证的航空航天制造商之一。 Sintavia展示的装备清单 以采用SLM技术制造大尺寸部件著称 Sintavia与其商业航天发射和国防客户合作，对推力室组件进行面向增材制造的设计，满足并超越客户的任务要求。凭借强大的增材制造量产能力，Sintavia 能够设计出极具成本效益且功能强大的火箭发动机。Sintavia为Relativity Space 3D打印了全尺寸的铜合金Aeon 1火箭发动机推力室。 国会女议员访问Sintavia时的发动机画面 商用涡轮机械市场同样巨大，随着增材制造的加速采用，Sintavia在3D打印这些关键部件方面的领先地位也会增长。该公司近日展示了3D打印的adv船舶推进系统叶轮部件，直径550mm，高度300mm，重达140公斤，采用SLM Solutions_NA NXG XII 600打印，材料为镍基合金。Sintavia强调，该部件是在美国精密铸锻件供应链完全断裂的情况下制造的。 Sintavia近日展示的大尺寸叶轮部件 Sintavia近日展示的大尺寸叶轮部件 长期以来，3D打印一直被认为是热力学系统（如热交换器和底盘）的极佳的生产工艺，它能够以传统方法无法制造的几何形状创建内部通道。Sintavia在热建模方面的专业知识使其能够制造从250⁰ C-800⁰ C使用的热交换器和底盘，具有更高的传热系数和最小的压降损失。这些热交换器和底盘的内壁可设计为150μm甚至更小，重量比传统型号轻40%以上。 Sintavia近日展示的大尺寸热交换器 Sintavia在2022年4月展示了一件超大尺寸的船用海水热交换器，整个组件的外部尺寸达到406×406×990mm，使用AMCM M4K-4打印，打印时间花费12天，材料使用镍基合金。该部件是当前已知的最大尺寸3D打印热交换器。 美国拜登政府推出的AM Forward计划，不仅仅是为了推动美国中小企业生产3D打印产品，更希望此举能够提高美国制造业的竞争力。计划要求美国的一些最大的制造商承诺从规模较小的企业采购更多3D打印部件。大型企业还承诺帮助培训相关中小企业的员工，并协助制定通用的研发和认证标准。 Sintavia近日展示的大尺寸热交换器 “AM Forward计划”的一些启示 美国对3D打印技术的扶植可谓“动作“不断，尤其是2021年6月10日，美国防部研究与工程副部长办公室发布国防部5000.93指示《增材制造在国防部的使用》。结合此次推出的新计划，可以看出美国政府在促进传统制造行业积极使用这项技术，而不是单纯的给政策去鼓励这个行业发展。只有与其他制造行业互动，才是根本的扶植这项产业，这值得让我们有更多的思考。 然而，与美国相比，中国的国情大不一样。美国基础制造能力较为薄弱，在疫情期间暴露无遗，这也是拜登发出“3D打印技术是不可思议的”这样的感叹的原因。中国则不一样，我们的传统加工手段太发达，传统手段甚至可以比3D打印效率更高、成本更低。过去进行过大额投资的其他领域的制造商，后期设备闲置的太多，除了较为高端的航空航天和医疗，3D打印在国内其他行业中能够发挥的影响力与美国相比不可同日而语。 美国力促将3D打印技术扩展至高科技供应链中的更多企业有助于降低成本、提高美国中小企业竞争力，并减少大型制造商和防务承包商对海外公司的依赖。国内近几年也推出了很多政策和扶持技术发展的专项，然而，3D打印毕竟属于未来强有力的技术，政策的制定也需要考虑怎样将其真正落地。 但实际上从另一个角度去想，本文提到的美国这两项政策，一个明确的是来自国防部，另一个计划也是对通用航空、雷神公司、西门子能源、洛克希德·马丁和霍尼韦尔这样的公司提出的明确要求，这些企业也大都来自航空航天及国防制造行业。对比国内，我们也要思考，增材制造技术，到底应该在哪些行业更为深入的推进落地。 补充资料，均发布于 3D打印技术参考 视频号 欢迎关注 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.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 2.美国白宫发布更新版《关键和新兴技术清单》，3D打印再入其中，确保持续领先 3.NASA“探月”技术走进生活，增材制造技术也将融入民间 4.5月20日锁定TCT Asia Live，期待与您线上相约

增材制造技术突破了传统制造技术难以制造复杂结构及功能的瓶颈，能够实现材料、结构和性能的统一，是彻底从原材料到最终产品的全过程的数字化设计与制造方式。因此，增材制造为复杂零件的宏微观结构和功能的一体化制造提供了新契机，既可用于制造复杂曲面、晶格点阵，也可制造薄壁或空心结构等复杂零件，通过对材料的微观结构和组成成分的设计，还可以实现零件的结构功能一体化。 随着增材制造技术的应用规模不断拓展，工艺和设备的自动化和智能化需求日显重要。与此同时，增材制造技术还远不能满足现代制造业的标准化、自动化生产模式的需求。为促进增材制造技术的自动化和智能化，本文对增材制造的设计方法、材料、工艺和设备、智能结构、生物结构以及在极端环境中的应用进行了全面综述，描述了未来5~10年的技术研究路线图。 图 1 增材制造技术发展路线图 一、设计方法 面向增材制造的设计方法目前研究的主要方向如下： 1）拓扑优化。一种计算机辅助设计方法，用于生成复杂结构的创新设计，表现出刚度可调、梯度特征和优异的轻质性能。通过拓扑优化把多个部件合并成一个部件是常见的优化策略。 2）综合优化。结构设计需要同时满足多个目标和相关约束，例如复杂的载荷条件、耐热性、有限的应力和位移。综合优化不仅包括典型的结构设计约束，也包括工艺的约束，例如材料的各向异性、打印方向和过程参数。 3）微观晶格和宏观结构的梯度设计。 4）数据驱动的集成工艺-结构-性能的设计。以实现多个工艺参数、打印方向和结构设计的并行优化。 图 2 面向增材制造的设计方法（a）飞机机翼拓扑优化；（b）发动机的薄壁晶格填充；（c）耐热结构的双梯度材料和功能设计；（d）带有支撑结构的金属承重结构；（e）和（f）承重结构的无支撑设计；（g）钛合金多层级设计；（h）、（i）和（j）卫星支架的实体-点阵并行设计；（k）连续变化的点阵多层级设计。 未来增材制造设计方法的发展方向如下： 1）结构和多学科拓扑优化。结构设计的综合优化需要考虑宽频振动、循环载荷下的材料疲劳、极端高温和强辐射等极端情况，需要实施外部载荷的多物理量模拟，以增强和拓宽综合优化角度。所设计的部件保持必要的机械性能，并具有其他功能，例如光学、电磁、热性能等；引入多物理驱动的体积设计，将多尺度特征和多类型材料进行数字化整合，实现结构的功能融合。 2）知识库驱动的设计方法。这是智能设计和制造系统的一个重要方面，知识库包括材料数据库、功能晶格单元库、工艺参数组合、以及它们之间的相互影响关系。这些信息可以通过多物理过程模拟、人工智能以及机器学习算法建立。 3）以成本为导向的设计。收集设计、制造和服役期间的真实数据流，支撑面向成本的设计。在数字系统中实现产品设计的迭代过程将显著降低开发成本和时间成本。 4）自动化超材料结构设计。通过模块化、参数化设计方法，创造具有期望性能的超材料。 图 3 增材制造的智能化设计方法发展路线图 二、材料 增材制造技术可使用现有的多数材料，目前发展现状总结如下： 1）金属、聚合物、陶瓷和天然材料已经用于不同的增材制造工艺中。 2）在使用同质材料的基础上，已经开发了使用异质材料(包括各种复合材料和多种材料)的工艺，以便获得更高的性能、更多的功能，包括例如阻燃聚合物、直接金属和陶瓷复合材料。 3）具有某些响应特性的智能材料，如形状记忆的4D打印。 图 4 增材制造用材料的体系分类 增材制造用材料的未来研究方向： 1）完善材料设计理论。通过材料基因组建立专业数据库，实现智能优化选材。通过建立成分、工艺、微观结构与性能之间的内在联系，可以根据材料的性能设计出满足要求的微观结构。 2）对于以目标为导向的多层次、多因素材料设计。对于结构材料，要实现面向材料的增韧设计；对于智能材料，如形状记忆聚合物和合金，要实现可控的变形恢复设计。 3）智能复合材料。先进复合材料的先进制造技术将为实现跨尺度智能复合材料结构的设计和制造提供有力的工具。 三、工艺和设备 增材制造的工艺设备几年取得较大的进步，主要情况如下： 1）正在向智能化转型。在保持一定效益的基础上，在规模化生产效率、质量控制和柔性生产等方面提高核心竞争力。 2）将高端机床和智能工业机器人引入增材制造装备，大大提高增材制造过程的自动化控制水平。 3）设备自动化与数字信息化相结合。基于数据、软件和网络，结合多尺度建模、机器学习和人工智能等先进技术，建立数字生态系统，有效地将信息与物理过程联系起来，激发新制造能力。 4）机器人辅助下的增减材复合制造，可以通过在线识别和实时反馈实现自主路径规划和原位参数调整。 5）创建一个包含机械、统计和控制建模的数字双胞胎，以智能和经济有效的方式认证增材制造产品。 图 5 增材制造工艺装备的智能化和工业化发展路线图 增材制造智能化转型仍处于探索的早期阶段，其未来有如下几个发展方向： 1）开发多机器人协作下的混合增材制造解决方案。以敏捷制造为核心的混合制造结合了各种加工技术的优点，在多材料、多结构和多功能制造方面显示出良好的前景。 2）提高监控和传感设备的功能和集成度。增材制造过程中的信号处理涉及视觉、光谱、声和热，多功能传感器的集成装置将有助于其在行业中的应用普及；同时，通过与数据预处理软件的耦合，将提高物理建模、过程优化和闭环控制中的数据可用性。 3）将工业互联网融合成增材制造数字孪生。工业互联网可以解决数字孪生的核心问题——模型和数据，从而通过云平台共享和分析数据和模型。 4）完善增材制造数字生态系统。集成先进设备或技术，如工艺监控、信息感知、机器学习、人工智能、数据库等。 四、智能结构 增材制造技术在智能结构制造主要表现在以下方面： 1）可集成传感、驱动、计算和通信功能。比如纤维增强复合材料的3D打印使得分层和中空结构的集成制造具有重量轻、强度高和成本低的优点。 2）超材料制造。结合先进的微观结构设计方法，增材制造可制造具备非常规的机械、光学、声学或热性能等的超材料。 3）形状记忆聚合物、液晶弹性体、水凝胶先进材料。如传输或处理信息的新型3D打印电子设备、基于电气组件的具有感测能力的结构、监测心脏组织收缩的组织培养装置、对环境刺激具有动态响应的智能设备。 图 6 具有各种功能的智能结构：（a）具有热收缩性能的人造皮肤；（b）金属墨水直接书写和电子元件的取放相结合的平台；（c）导电和功能材料的电荷编程调幅；（d）可变形结构的4D打印。 智能结构制造的未来方向： 1）融合不同的物理场和多维打印，用于复杂的多尺度结构，基于传感和驱动能力的有效组合对刺激做出动态响应。 2）更多独特功能的材料。 3）在极端条件下的适应性。因此，在结构设计之初，就应该考虑各种不同的工作条件，集成在线诊断、柔性控制、全生命周期设计和自动原型制造的智能系统。 五、生物结构 生物3D打印技术的应用现状主要有以下几个方面： 1）不涉及细胞的3D打印假体和生物可降解支架。 2）活细胞3D打印结构，可以被植入以修复/替换人体中的缺陷组织/器官。 3）导电生物材料和聚合物，能够响应物理、化学和生物刺激。各种生物3D打印工艺也在不断发展，如嵌入式打印技术直接将细胞沉积在缓冲液中，基于光聚合的增材制造技术实现水凝胶储器快速打印，精确的单细胞打印等等。 图 7 生物3D打印技术的代表性进展：（a）悬浮液中基于挤压的生物3D打印人类心脏模型；（b）具有血管化肺泡模型的光聚合水凝胶的高分辨率立体打印；（c）装载细胞的水凝胶3D打印快速制造的组织结构。 生物3D打印技术未来的发展方向： 1）活体打印。3D打印的活体结构在结构和功能复杂性方面还不能完全匹配天然器官。3D打印技术在构建复杂多尺度结构时需要更高的空间分辨率和效率，此外还需要更多与3D打印兼容的功能生物材料。 2）跨学科挑战。有效控制3D打印结构内的细胞生长发育是其成功应用的基础。对于植入的活体结构的生物功能，应进一步建立活体结构和人体之间的相互作用和联系。 3）监管和伦理挑战。3D打印活体构是生物医学行业中的新事物，这些产品涉及伦理问题应受到高度监管。 图 8 生物3D打印技术发展路线图…