5月5日，Velo3D宣布旗下Sapphire系列打印机完成了针对GRCop-42铜合金的认证。该材料是由NASA开发的一种具有高强度和高导热性的航天增材制造专用铜合金，由于合金中使用了铬和铌，使其在高温下仍能保持强度，同时具有优异的抗蠕变性能和低周疲劳寿命。所有这些特性对于火箭发动机部件具有重要价值，特别适合制造喷油器和再生冷却燃烧室衬里。 铜合金是用来制造散热及导电器件的关键材料，是航空航天、武器装备等某些应用场合的必选材料。在航天领域，用来打印推力室的铜合金材料均来源于经过验证的传统合金。2019年，NASA研究人员宣布成功完成GRCop-42（Cu-4 % Cr-2% Nb）粉末的改造和工艺开发，该材料旨在替代此前的GRCop-84，它可以在保证同等高强度的前提下，大幅提高导热系数，而且比当前燃烧室内衬用合金NARloy-Z的导热率还要高。 3D打印技术参考曾详细介绍过该材料的工艺开发过程，研究发现，GRCOP-42是一种易于打印的合金，可以制备完全致密的部件。Velo3D给出的材料性能显示，在50μm的打印层厚下，材料密度为8.79g/cm³，致密度超过99%；打印态（垂直方向）室温拉伸强度533Mpa、屈服强度296Mpa，延伸率23.8%；经热等静压后，拉伸率达到34.1%（其他详细的数据可在QQ群下载材料手册）。 Velo3D以近乎无支撑的金属粉末床3D打印技术而著称，使用该技术可以实现相比传统SLM更大倾斜角度的特征制造，进一步提高设计的自由度；同时大幅减少后处理步骤，以及由此带来的成本。这些优点成为其快速发展的关键，其客户涵盖了众多知名的航天、军工及普通制造企业，如SpaceX、Launcher、BOOM、霍尼韦尔、洛克达因、美国空军等。 基于强大的制造能力，2021年Velo3D售出23套设备，相比前一年增长77%，新客户增加10个，全年营收2740万美元；按照预期，2022年其新客户数量将再增长24个，发送47-49套新系统，营收将达到8900万美元。届时，Velo3D打印机的平均售价将高达上千万人民币，但高售价似乎不能阻挡美国制造企业对突破产品制造极限的迫切需求。 2021年10月，Velo3D推出了新一代具有“超大容量”的Sapphire XC 3D打印机，φ600x550mm的构建体积以及八台1000W激光器的配置，使其比上一代φ315x400mm的成型尺寸和双激光器的配置相比，吞吐量提升了五倍，并且能够将零件的制造成本最高降低75％，可实现更高的生产率和打印速度。与此同时，这台打印机的成形尺寸能够满足小型火箭发动机燃烧室的成形。 请扫描关注 3D打印技术参考 视频号 查看铜合金燃烧室热试车 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.增材制造用铜及铜合金材料发展现状概述 3.金属3D打印的最佳实践(一)：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录 4.延伸率32.4%，无须热等静压，一种专有的铜合金3D打印技术

聚合物3D打印市场正在快速增长，《Wohlers Report2022》指出，聚合物粉末的消耗量在2021年超过了光敏树脂，全年增长43.3%，成为使用最多的3D打印材料。工业3D打印机OEM之间的竞争比以往任何时候都更加激烈，高速烧结(HSS)、多射流熔融(MJF)和选择性激光烧结(SLS)是当前聚合物粉末床3D打印的主要工艺。 HSS最初由拉夫堡大学和赢创在2000年代初同时发明，是一种类似于粘结剂喷射的基于粉末的3D打印工艺，具有快速打印和制造大型零件的特点。自2016年商业化以来，voxeljet开发了自己的HSS装备，并于2017年推出了其第一台HSS 高速烧结3D打印机。随后几年该公司又推出多款设备，2020年发布的VX1000 HSS成型尺寸达到了1000 x 540 mm，具有很高的自动化和高生产率，适用于大批量塑料零件的工业增材制造，是传统注塑成型经济可行的替代方案。 The voxeljet VX1000 HSS（图片来源voxeljet） 实际上，MJF技术与HSS类似，也采用喷墨+熔融成型。惠普为功能性原型设计和最终用途生产提供工程级塑料部件，在汽车和消费品等行业中得到应用。 与基于喷墨的HSS和MJF工艺不同，SLS采用激光实现粉末床熔融。传统上采用10.6μm激光配合扫描振镜实现粉末烧结。但近些年来，3D打印技术参考观察到该技术的代表企业开发了一些新形势，如华曙高科通过对材料进行调配，能够使用1.06μm的光纤激光进行烧结，而EOS也在开发基于百万二极管激光器的LaserProFusion多点同时烧结结技术。 由于所有工艺都具有相似的特性和表面质量，因此这些聚合物3D打印技术被视为竞争对手的情况并不少见。国外3D Printing Industry的工程师对这三种技术进行了详细对比，本期，3D打印技术参考就来介绍这些技术的异同点。 喷墨之战：HSS vs MJF HSS高速设计是如何工作的呢？它首先在加热的构建平台上铺上一层薄薄的聚合物粉末，然后，喷墨打印头在平台上移动并喷射红外反应墨水以选择粉末床的区域。在红外光的照射下，注入墨水的粉末会吸收热量，将其烧结并熔化成固体层，未喷墨的部位因未能吸收足够的热量而保持松散。以此逐层打印，直到打印出整个部件。 MJF在许多方面与HSS相似。MJF也是将吸收辐射的流体（又称融合剂）喷射到聚合物粉末床的零件截面区域，并在零件边界喷射细化剂以防止零件截面外的粉末固化。喷射完成后，使用红外灯照射整个构建区域，浸入墨水的部分熔化，细化剂喷射的边界保持未融合。 这两种技术的主要区别在于使用的墨水数量。HSS不需要第二种冷却剂，因为voxeljet的3D打印机可以相互独立地控制结合和未结合粉末材料的温度。他们通过使用两个具有不同波长的红外发射器来实现这一点，这意味着不需要细节处理剂来实现精确的边缘。 两种控制手段带来的结果也不同，MJF拥有1200dpi的分辨率，而HSS仅能达到360dpi。但决定零件分辨率的关键因素仍然是粉末的粒度，因此在这种情况下，更高的打印头分辨率并不一定意味着更精确的零件。事实上，由于HSS液滴略大于单个聚合物颗粒（通常约为55μm宽），它们能够完全覆盖颗粒之间的交叉点，这对于烧结来说至关重要。 HSS和MJF的分辨率比较（图片来自voxeljet） 3D打印技术参考查询到，MJF系统的最大构建体积为380 x 284 x 380mm，而voxeljet VX 1000 HSS的最大构建体积为1000 x 540 x mm（用于PA12）。VX 1000 HSS在打印速度方面也独树一帜，高达7300cm³/h。另一方面， MJF最高效的3D打印机的打印速度为5058cm³/h。 这两种工艺的另一个主要区别是HSS的3D打印开源策略。voxeljet客户能够自由地访问他们机器的所有工艺参数，毫无阻碍地根据自己的材料调整打印参数。这可以显著节省成本，因为用户直接与材料供应商协商自己的粉末价格。用户可尝试的聚合物种类可以很多，包括PA12、TPU和PP，这些材料有的已上市，有的即将上市。此外，成功的概念验证包括PA613、PEBA和EVA。 相比之下，MJF 3D打印机能够打印PA12、PA11和PP。这两种技术都允许对未打印的粉末材料进行回收和再加工。 MJF3D打印机的构建室（图片来源Protolabs） 聚合物粉末床3D打印的传统工艺——SLS激光烧结 对于SLS 3D打印工艺，在高温预热条件下，激光扫描到粉末床中，粉末并没有完全熔化，而是将其烧结到足以融合在一起形成固体层的程度。最大的SLS系统可以打印米级范围内的零件，Z高度打印速度约为48mm/小时（取决于空间利用率）。 粉末床烧结系统是工业聚合物3D打印的主流工艺，可与各种聚合物粉末兼容，如PA6、PA11、PA12、TPU、PP、PAEK、PEEK等等。 EOS工业聚合物3D打印机的构建室（图片来源EOS） HSS vs MJF vs SLS：机械性能对比 为了评估每种3D打印技术的机械性能，工程师查看了一系列供应商提供的一些拉伸测试数据。数据涵盖每种技术的总共15个拉伸测试试样（沿X、Y、Z轴各打印5个），所采用的的材料为PA12，并根据ISO527标准进行测试。 首先，为了确定哪种技术可以生产出强度最高的部件，工程师查看了平均极限拉伸强度(UTS)。这是零件在断裂前可以承受的最大拉应力。在这一轮中，平均打印强度最高的试样是SLS（45.17MPa），其次是MJF（43.10MPa），然后是HSS（40.60MPa）。三种技术对应的最大断裂负载分别为1885.01N、1782.7N和1659.1N。 有趣的是，在voxeljet的官方PA12数据表中，XY的UTS值为52±1MPa，Z的UTS值为46±1MPa。差异的原因是材料数据表是指具有针对机械数据优化的工艺参数的打印件。相比之下，为这项研究打印的试样所选用的参数优先侧重了精度和细节。因此，客户可以选择打印具有针对他们自己的应用优化的参数。 接下来是杨氏模量，它可以显示拉伸刚度。较高的杨氏模量意味着较硬的部件在弹性载荷下仅略微变形，而较低的杨氏模量对应于在载荷下具有柔韧性的弹性较大的部件。这一次，HSS零件最佳，达到1.82GPa，其次是SLS 1.73Gpa和MJF 1.43Gpa。 最后测试了断裂伸长率，它可以显示材料的延展性。测量显示零件在断裂之前可以拉伸多少，以原始长度的百分比表示。有趣的是，在XY平面上，SLS打印的延展性最高（17.53%），其次是MJF（16.87%）和HSS（8.88%）。然而，在Z平面上，MJF生产的延展性零件最多（14.40%），其次是SLS（9.32%）和HSS（6.36%）。 HSS vs MJF vs SLS：尺寸精度对比 接下来，工程师比较了每种3D打印技术的尺寸精度。对四种不同的零件几何形状进行了三次扫描。将零件的这12次扫描与原始STL文件进行了比较，能够计算打印件表面各个点的偏差和不准确性。使用的3D扫描仪的精度为±30μm。 对比发现，整体最精确的是四个SLS打印部件，它们的尺寸最接近STL模型的预期尺寸，平均偏移仅为0.0084mm。HSS的平均偏差0.0527mm，而MJF则进一步靠后，为0.0603mm。 然而，仅靠平均值并不能说明全部情况。从尺寸误差的标准偏差值来看，SLS实际上具有最高的扩散度，为0.1232mm。紧随其后的是0.1074mm的MJF，而HSS的扫描误差之间的分布最小，仅为0.0925mm。因此，虽然SLS打印部件的尺寸通常更符合尺寸，但实际上是HSS工艺提供了最大的一致性和可重复性。 计量测试结果（图片来自3D Printing Industry） 工程师仔细研究了四个几何形状之一的支架。钟形曲线的边界定义了99.6%的点所在的区域。例如，通过SLS 3D打印的99.6%的尺寸在其预期值的-0.366mm和0.388mm范围内。对于MJF，这些数字是-0.402mm和0.154mm。最后，对于HSS，99.6%的打印尺寸在其预期值的-0.313mm和0.155mm范围内。 有趣的是，绝大多数HSS和MJF零件的尺寸都小于其预期值，而不是更大。这可以归因于这些3D打印方法固有的加热步骤，其中聚合物部件使用红外烧结和熔合以增加密度和强度。然而，这也会导致零件尺寸缩小，因此最好在打印准备期间缩放零件的尺寸以抵消这种情况。 HSS…

4月20日，Desktop Metal推出全新的ExOne S-Max Flex可扩展、大幅面、粘结剂喷射砂型3D打印机。粘结剂喷射砂型3D打印技术目前已被广泛用于铸造领域，被认为是降低传统铸造生产劳动强度和人力成本以及实现绿色制造的重要技术。作为ExOne最具代表性的产品组合，该技术已被融入到Desktop Metal的产品系列。 新的S-Max Flex将ExOne在工艺和材料方面的专业知识与Desktop Metal独特的SPJ技术结合实现了更加经济的解决方案。实际上，这台新型的机器人架构3D打印解决方案还将另一家被Desktop Metal收购的企业——EnvisionTEC的产品技术吸收其中，后者的Viridis 3D打印机具有类似的自动化机械臂。因此可见，Desktop Metal通过收购，正在将各家的技术整合出新的超级新品。 S-Max Flex将经济实惠的工业机器人与全新的末端执行器打印头设计相结合，打印尺寸达1.9 x 1 x 1 m，而这台可伸缩式的构建箱完全可扩展，其他版本可以达到4.7 x 1 x 1 m以及1 x 2.5 x 2.4m。 Desktop Metal联合创始人兼首席执行官表示，他们利用SPJ技术（一个行程同时完成铺粉与粘结剂喷射）重新设计了S-Max Flex，因此使3D打印的速度更高、制造成本更低。 粘结剂喷射砂型3D打印机对铸造行业具有强劲的需求，SPJ技术可提供高达115l/h的构建速度，为铸造厂提供快速可靠的生产，即便在劳动力短缺的情况下也可高效运营并加快投资回报。使用呋喃粘结剂打印标准硅砂，可提供尺寸精度为+/-0.5mm的最终零件。 粘结剂喷射3D打印被广泛认为是用于功能精密零件批量生产的最快增材制造解决方案，铸造行业使用该技术可快速制造出复杂的金属零件，并用于航空航天、汽车和能源行业。 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.ExOne保障粘结剂喷射金属3D打印高质量、可重复制造的关键要素 3.中文视频：Desktop Metal如何保障粘结剂喷射金属3D打印质量的均一性和可重复性 4.重磅：富士康宣布开发粘结剂喷射金属3D打印系统

4月20日，中南大学材料科学与工程学院发生一起爆燃事故，一名博士研究生受伤。26日，中南大学湘雅附三医院工作人员透露，20日确实接收一病例，该病例全身60%烧伤，右眼球或不保。 目前该病人正在ICU病房接受治疗，网传消息称燃爆疑似因实验室铝粉爆炸。26日，该校材料科学与工程学院一工作人员表示，因部分实验室不符合安全条例，院内实验室已全部关停整改。 图片来源：澎湃新闻 4月27日，中南大学官方微博发文称，4月20日，中南大学发生一起爆燃事故，一名博士研究生受伤。在知乎话题《如何看待 2022 年 4 月 20 日中南大学材料院发生爆炸？》中，3D打印技术参考看到了有同学讨论到了3D打印实验过程的安全性： △左右滑动查看更多 此次中南大学发生的痛心事件让我们对3D打印相关的实验安全性敲响了警钟，无论对于制粉还是3D打印工艺实验相关。2013年，美国马萨诸塞州沃本市的 Powderpart Inc. 公司发生金属粉尘爆炸，一名当时独自在工厂工作的工人被三度烧伤，现场至少有一台使用可燃金属粉末的3D打印机。除此之外，国内也出现过与金属3D打印相关的危险事件。3D打印的重要材料——钛和铝等均是活泼金属，这些材料可燃，因此会像粉尘一样爆炸。钛和铝的燃烧速度也非常快，并会产生极高的温度和压力，因此需要格外小心。 与粉尘相关的危害程度在很大程度上取决于相关材料的数量及其在该数量下的行为。粉尘爆炸是由悬浮在封闭空间中的颗粒快速燃烧引起的。当这些颗粒与火花、明火、过热的表面或机器放电接触时，就会发生爆炸。 金属3D打印的从业人员要考虑所使用的集尘器或吸尘器中混合的材料，会不会引发铝热反应，是否配备了D类灭火器等等。 实际上，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。 金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。 国内的保护措施和此类似，即口罩、手套和工服但几乎没有配备防护眼镜 有时皮肤和粉尘之间并没有隔离 在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。 粉尘污染的问题总是难以解决 典型的SLM工艺链具有特定于材料的危害：高度易燃、致癌、产生水污染甚至起火。这些危害的具体风险必须根据所使用的设备和材料以及过程基础设施进行单独评估。根据各工艺链环节以及清洁工作过程中的危害，2018年出版的《金属增材制造（SLM）安全操作手册》则给出了过程安全的多项建议（文件已上传QQ群）。 关于金属打印的这些风险并非危言耸听，国内曾发生多起事故，包括但不限于火灾和爆炸，而且多与操作不当有关。 全面评估制造过程中的风险 基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。 金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。 SLM solutions实现的全封闭粉末处理方案 通过安装具有单独、稳定空气交换速率的通风系统，以及通过在等电位连接下执行所有工艺步骤，可以将粉尘爆炸的风险降至最低。作为防火和防爆的一部分，生产车间或实验室须配备自动温度传感器；气体传感器则可以以检测逸出的保护性气体和其他工艺气体。如果仍有其他风险，则必须穿戴适当的个人防护设备。 职业安全必须与技术创新保持同步 《金属增材制造安全操作手册》描述了SLM工艺过程的危害并提供了处理建议，这些建议必须适应现有的基础设施、生产技术和结构框架条件。Bayreuth大学与Fraunhofer IPA合作，努力将该指南应用于其他技术和挑战，并将其确定为行业标准。通过按照精益生产5S管理方法设计工作场所和流程，将进一步提高生产的安全度、清洁度和有序度。对于更换循环过滤装置这样的不常进行的操作，也需要有标准的工作次序。此外，应定期检查保护措施，确保及时更新和可正常工作，职业安全标准须始终与增材制造的技术创新保持同步。 这背后的管道式结构是怎么作用呢？ 由于危害的多样性和缺乏对人体暴露在此种制造环境中的长期研究，目前的安全生产条例和保护法规并不能确定是否适用于SLM技术。VDI增材制造技术委员会对设备运行安全性进行了详细研究，以确定安全生产标准；欧洲焊接联合会也对3D打印的操作安全进行了标准确定。但目前国内仍没有明确的行业标准，设备商多从经验角度给出自己的安全规程。最后，希望从事相关技术的企业、高效能够足够重视安全，也希望官方机构能推动相关行业标准的推出。 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.获业内首次融资最高纪录，汉邦科技金属3D打印助力后疫情时代传统制造业变革 3.视频：3D打印的火箭发动机进行全力点火测试 4.国产3D打印解决方案为SpaceX、特斯拉级别的企业制造工装夹具

目前，新冠疫情危机正在对各行各业产生着巨大影响，而3D打印（增材制造）技术却表现的独善其身。传统制造企业严重依赖全球供应链，生产过程需要大量制造装备，而3D打印技术则可以减少许多工艺环节，甚至一步到位，大大降低了对不同专业人员和设备的依赖，并减轻了物流负担，3D打印技术正在让“全球生产”变成“本地生产”。德国联邦信息与通信和新媒体行业协会公布的一项研究显示，近八成受访企业认为3D打印技术会对商业模式和产业价值链产生深远影响，特别是金属3D打印技术。对制造业几乎是零基础的国家来说，3D打印对技术积累要求不高，不需要传统模具，是实现弯道超车、满足自用急需的优选。疫情则是对3D打印技术的一次检验和考核，让企业看到了它的巨大潜力和制造优势。   传统制造与3D打印制造供应链对比 在此背景下，众多企业已经开始将3D打印技术纳入生产流程。在国内，不仅有商发、航天三院这些航空航天领域的领导者，还有上汽、大众、格力等一些消费领域的品牌。因此，业内的知名3D打印设备制造商也获得了难得的发展机会。以汉邦科技为例，其多年来一直致力于与国内知名企业合作，共同将3D打印用于传统产品的制造过程中，通过增材思维及技术的植入，真正实现了降本、增效、提质的重要价值。得益于多年深耕积累和匠心发展思路，该公司于2021年12月获得未来工场30台HBD-350T金属3D打印中型装备订单；并同一时期完成近4亿元首轮融资，创下了本领域首次融资额的最高纪录。 成绩斐然，接下来我们将介绍汉邦科技在帮助传统制造企业降本、增效方面的实际应用。 “贵”，但值得——为知名家电品牌开发3D打印模具 企业从传统机加工转向3D打印制造有哪些考虑呢？最深切的改变就在于新技术对制造周期的缩短，以及制造成本的降低。以国内某知名家电品牌为例，3D打印随形水路定模镶件的应用使其真正体会到了3D打印的价值所在。 该品牌滚筒洗衣机内筒零件在注射成型过程中，冷却所占比例约为成型周期的60%，缩短冷却周期同时提高产品质量是企业关注的焦点。金属3D打印带随形冷却功能的模具或者模具镶件，很好的解决了客户关注的痛点问题，减少了企业对注塑机设备、场地和人员的投资，进而大幅降低了制造成本，提高了企业的利润。 传统模具加工受到现有加工技术限制，往往所采用的冷却方式为横平竖直管道，无法在模具内部实现随型冷却水路，这样极大影响了模具表面的温度分布和冷却效率，最终影响产品生产周期及产品质量。激光金属3D打印技术采用粉末逐层熔化技术，理论上可以实现任何所需要的几何形状，赋予了设计的自由性，从而让设计者不再受传统加工技术的限制，真正实现产品的内部随形水路设计。   滚筒洗衣机内筒注塑模具 汉邦科技为该品牌打造的滚筒洗衣机内筒注塑模具，样件尺寸为195.84*195.84*106.27mm，采用模具钢在HBD-350设备上完成3D打印，该设备有效成型尺寸达325*325*400mm，采用上送粉结构，双向变速铺粉模式及双激光配置，再与大层厚打印工艺结合，在保证高品质打印质量的前提下，实现对打印效率的极致追求。通过实际的注塑对比发现，采用了具有随形水路3D打印零件的内筒模具比传统机加工模具在单件生产中效率提升了29.5%，产品的日生产量提高了40.7%，生产效率的提升非常明显。 单从模具的生产制造成本来说，3D打印的成本要高于传统加工成本，但是从整体产出效益来对比，使用3D打印随形水路的方案所带来的综合效益远远高于传统方式，从以下产出数据对比可见： 然而，通过综合对比可知，3D打印产品对传统制造企业生产效率和成本优化的提升是显而易见的，在该案例中，企业每年需要11.8万件的注塑产品，采用新技术可每年为企业节省约20万元，这也是国内高端制造企业开始采用3D打印纳入生产体系的原因。与此同时，对于3D打印企业同样有利可图，洗衣机产品每年的销量多达几十万台甚至上百万台，对模具的需求量可想而知，3D打印企业相比以前更能深入到传统制造业中。 一体化设计和极限特征制造——提升产品效能，提升综合效益 3D打印的带来的另一项转变是零件的一体化设计和制造。目前较为知名的是GE的一体化燃油喷嘴，将20个零件变成了一个精密整体，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。多部件集成为一个单独的部件进行制造，不仅仅可以减少零件数量，同时减少了装配、焊接等工序，从而降低了对人员的依赖，以及每道工序存在的风险或隐患，一体化成型已被论证将产生近60余项的重大影响，涉及整个产品制造链条。 在汉邦科技的客户案例中，曾为某氢能源系统组件进行了一体化设计与制造。该零件传统上由二十多个零件组合而成，结构复杂，且采用铸造工艺分别制造，制造时间长，工序复杂。采用3D打印一体式设计与打印，整个制造周期仅37小时，不仅大幅度降低了产品交付时间，还增加了产品的安全性。 汉邦科技一体化制造的氢能源复杂结构部件 汉邦科技一体化制造的氢能源复杂结构部件 同时，相比于传统产品制造，一体化成型技术还涉及到产品制造流程的简化，如减少了以往QA和QC过程中的处理环节，消除了传统库存，并对产品供应链进行了优化，这也是新技术对传统制造改变的方式之一。 3D打印对传统制造的改变还体现在极限结构特征的制造上，例如通过对液压歧管重新设计，减少90°角改善了流体损失，消除了堵头并减少了泄漏点，零件的整体质量还因结构优化减少了81%。 汉邦科技3D打印的液压歧管 鞋模是3D打印极限结构特征制造的另一应用。以激光粉末床熔化（LPBF）工艺为代表的金属3D打印技术能够实现0.03mm的制造极限，这对于鞋模制造大有用处。传统鞋模加工制程十分复杂，严重依赖于手工技能，鞋底纹路处理主要方式为蚀纹处理，需要使用大量的化学用品进行表面处理（酸洗），对操作人员身体健康和环境破坏巨大。而3D打印则可以一次性实现底部纹路制造，更无需进行铸造和后期咬花处理，效率大大提高，节约了人员成本，并大幅缩短了产品交付周期。 金属3D打印鞋模 在工业领域，非标零件、精铸件、模具等应用得到快速推广，采用3D打印技术可以缩短生产周期，提升生产效率。在后疫情时代，制造业对供应链的稳定可靠将更加关注，人们对3D打印技术的关注将变得更多，对技术的理解将比以前更深刻，对技术的接收使用度也会更高。 汉邦科技在行业内深耕多年，具备极高的技术敏感性和实干精神，未来更会以“金属3D打印工匠”大工匠精神，与上、下游合作伙伴形成背靠背式的互信合作，推动金属3D打印在传统制造业中的深入应用和新行业解决方案的开发。 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.汉邦科技金属3D打印助推高效换热器制造升级 3.3D打印如何提高注塑模具的竞争力和附加值？ 4.马立敏博士：增材制造，“降本增效”设计思维必不可少

国家增材制造创新中心面向以卫星导航、载人航天、深空探测等为代表的国家重大战略需求，重点攻克航空航天应用领域所面临的高精度、高性能、复杂结构零件一体化制造以及金属大型结构件高效制造等难题，在关键工艺和重大装备制造方面取得了显著成果，推动了增材制造技术在航空航天领域内的广泛应用。 金属大构件高效增材制造 以增材制造技术突破结构件的轻质、高刚度、高强度、整体化成形等关键技术，实现航空航天大型铝合金结构件高效增材制造，如直径3-10米火箭转接环、燃料贮箱及飞机机翼等。 2021年1月19日，国家增材制造创新中心卢秉恒院士团队利用电弧熔丝增减材一体化制造技术，制造完成了世界上首件10m级高强铝合金重型运载火箭连接环样件。 燃料贮箱 方形框架结构件 精密复杂零件增减材复合快速制造及修复 有效结合增材制造适用于复杂零件成形及减材加工保证加工精度和表面质量的优点，成功实现航空发动机匣、航天发动机螺旋叶轮等复杂零件的增减材一体化制造。 机匣 螺旋叶轮 无人机用微型涡喷航空发动机 攻克微型涡喷、微型涡轴发动机自主创新设计及制造技术，开发出5种不同型号无人机微型涡喷发动机，零件总数减少80%，总重降低5-8%。 专用材料开发与关键组合件的成形制造 开发出耐高温新型复合陶瓷材料体系，实现了航空航天领域导弹天线罩、发动机涡轮叶片、燃烧室等耐高温结构件的快速制造。 梯度结构天线罩 发动机涡轮叶片 燃烧室结构件 装备推荐 由国家增材制造创新中心（简称：国创中心）自主研发的RC300环形铺粉设备突破了传统SLM设备逐层切片、刮刀往复铺粉的技术壁垒，通过螺旋连续切片、环形连续铺粉的方式实现激光扫描和铺粉过程同步进行，从而节省铺粉等待时间，成形效率提升30%以上，能够满足航空航天、军工等领域环形薄壁复杂构件的一体化高精度高质量成形需求。 目前，国创中心已成功开发5款SLM设备，设备长期运行稳定且通过应用验证，所有设备均通过欧洲CE认证。 产品家族 RC300环形铺粉 产品尺寸：2050*1050*2250mm 成形尺寸：Φ300*300mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：圆缸环形连续铺粉RC300-N2 产品尺寸：1950*1320*2280mm 成形尺寸：Φ300*300mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：双激光、高效、高质量RC300-N1 产品尺寸：1820*1320*2280mm 成形尺寸：Φ300*300mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：单双缸可定制RC100-N2 产品尺寸：1286*950*1920mm 成形尺寸：Φ120*150mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：双缸顶粉单向铺粉 RC100-N1 产品尺寸：1260*990*2050mm 成形尺寸：Φ120*150mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：圆缸上落粉双向铺粉 产品特色 1高效多激光协同扫描；螺旋连续切片，环形循环连续铺粉，节省打印等待时间，提升成形效率。 2开放自主开发工艺和控制软件，所有参数完全开放，打印过程参数曲线实时显示，支持新材料开发，工艺参数支持更新迭代。 SLM成形数据监测界面 3智能多源信息在线监测系统；数据可追溯，支持大数据工艺优化；设备运行状态、工艺数据实时APP远程监控；可实现设备的互联互通。 SLM成形多源感知在线监测系统 4稳定设备成型室气路循环和打印区域气流均匀性、烟烟除尘效果、设备整体结构强度与刚度均通过计算验证，设备稳定可靠。 成形腔内保护气体流动云图 中国航天事业从无到有，从有到优，每一步的发展都离不开技术创新和壁垒突破，尤其是近年来3D打印技术的高速发展，也为航天事业的发展带来了更多的思路与创新应用。 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.国家增材中心《大讲堂》——增材制造中一体化软件服务平台的应用 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 4.8本3D打印行业应用报告，覆盖航空航天、汽车、生物医疗及服务等多领域

Raise3D上海复志是全球专业级FDM/FFF 技术的新兴企业，包括SpaceX、特斯拉在内的超过50,000家全球制造业企业选择Raise3D打印机作为原型设计、工装夹具、小批量生产的制造工具。 2021年11月，Raise3D正式开始向全球交付最新的Pro3系列3D打印机。而在此之前，其Pro2系列已在全球累计销量超过20000台，是全球最畅销的专业级3D打印机之一，用户涵盖SpaceX、NASA、赛峰、特斯拉、好莱坞等一众国际品牌。此系列打印机于2018年发售，将高精度、大尺寸、材料兼容等特点集于一身，售价不到4万元，连续两年荣膺德国All3DP评选的最佳大尺寸打印机大奖。Raise3D公司也凭借这款产品的热销，一举进入全球专业级3D打印设备的前三名。 4月29日，Raise3D将基于真实的用户数据，举办一场关于3D打印工装夹具应用的研讨会。 时间：2022年4月29日 10:00-10:45 此次研讨会有哪些精彩的观点碰撞 极高经济性和前沿扩展性Raise3D的开放材料体系 使用3D打印做工装， 对比国内珠三角的CNC，还会有优势吗？ 连续纤维和短切纤维的工装比较， 如何做最理性决策？日本丰田怎么做的？ 演讲人：周孟舰 客户成功经理 Raise3D上海复志 毕业于中国科学技术大学取得工程学学士学位，留学澳大利亚悉尼大学取得工程学硕士学位，在震旦工作8年，担任产品与应用工程师主管，期间负责Stratasys，HP，Nano Dimensions, Creaform等多款不同3D打印与扫描设备的技术与产品支持，致力于为客户提供3D打印解决方案 扫描下方二维码，立刻报名预约 关于Raise3D Raise3D是一家位列国际第一阵营、处于高速发展的国际化公司，以上海为全球总部，南通和苏州为制造基地，中美欧三地协同研发创新，在美国加州和荷兰鹿特丹拥有海外办公室和专业化国际团队。 作为国际一线品牌，公司自主研发 3D打印机、3D打印切片软件(ideaMaker)、 3D打印企业级云平台(RaiseCloud)，并构建了兼容并蓄的行业生态系统，为全球客户提供一站式基于3D打印的柔性化制造方案。 经过6年的发展，Raise3D的产品在全球范围内备受好评，拥有较高的市场占有率。根据Context的统计，在2020年专业级3D打印市场销售排名中，Raise3D位列全球第三，国内第一的位置。在取得这些好成绩后，Raise3D对未来的发展充满信心，并立志在2030前成为全球影响力前五的3D打印公司。 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.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？ 3.纤维复合材料3D打印入选“十四五”国家重点研发计划，附5款国内已商业化的打印装备 4.连续纤维+热塑性塑料，空客正在开发代替钛合金的3D打印高强复合材料支架

4.24日是中国航天日，我们不免想到3D打印技术在航空航天领域的应用日益增多。从长征五号运载火箭、天问一号火星探测器、新一代载人飞船到当前的空间站建设，3D打印在这些最新的航天产品上都在发挥重要作用。顺应趋势，国内金属3D打印龙头企业铂力特深度参与多项国家重点工程，持续开发多种新设备型号，在满足国内如火如荼的制造需求前提下，也促进了我国的增材制造应用水平的发展。 据3D打印技术参考了解，铂力特深耕行业超20年，自主研制开发了激光选区熔化成形、激光立体成形、等系列金属3D打印设备，其中航天领域专用3D打印及修复装备达9种，包括BLT-S310、BLT-S400、BLT-S450、BLT-S510、BLT-S600、BLT-S800、BLT-C400、BLT-C600、BLT-C1000。本期，我们将挑选其中的重点型号以及它们已经实现的航天应用进行介绍。 “铂”之重器 追光而舞——十激光BLT-S800 BLT-S800是铂力特在航空航天领域的集大成之作，可配置6/8/10光三种多光方案，是自动化、智能化的集大成之作。其中十激光配置的设备增产提效，助力大尺寸零件生产。更大的成形尺寸，更多的光束配置，全方位提升成熟设备的生产效率。BLT-S800的成形尺寸突破至800mm×800mm×600mm，可更大程度上满足大尺寸零件的成形要求，解决高端应用领域大尺度异形空间曲面特征、多特征跨尺度结构、镂空网状及空间连续拓扑包络等复杂结构的一体化成形难题。此外，更大的成形尺寸也可实现中小尺寸零件的批量化生产。 多个高品质光纤激光器联动协同打印，10光设备效率相较6光设备可提升30%以上，大幅提升打印效率。同时设备采用双向铺粉技术，减少单向铺粉的无效时间，提升零件打印速度。在保证零件质量的前提下，设备最高打印效率可达250cm³/h（与零件的形状、尺寸、材料和参数有关，与设备激光数量有关）。如此高效率、大尺寸的3D打印装备，是瞄准了圆筒型航天零件的高效生产和批量生产需求。 六年磨砺 大有作为——BLT-S600 铂力特充分调研航空、航天、发动机等诸多领域应用，结合自身数年的金属增材研发和制造经验，在保持高精度、高效率打印的同时，突破尺寸极限。BLT-S600设备最大成形尺寸达600mm×600mm×600mm，可满足多种应用场景零件尺寸需求，同BLT-S800一样，可实现极复杂结构的一体化成形，尤其适合生产圆筒型航天零件。 铂力特拥有的多光束拼接技术，经过长期的应用验证，对多种&多批次材料在不同成形区域内进行金相、尺寸精度、力学性能等全方位对比验证，海量的测试数据表明BLT-S600设备多光束搭接区域与非搭接区域产品质量及性能一致。多批次零件测试结果显示，零件精度、粗糙度、力学性能等均符合航空航天质量标准。其中，零件成形精度可控制在0.2mm以内，振镜拼接精度可控制在±0.05mm以内，零件表面粗糙度最低可达到Ra5，真正实现“用心精制”！ 2019年8月，中国航天科技集团有限公司捷龙一号遥一火箭将千乘一号01星送入太空。千乘一号卫星主结构是目前国际首个基于3D打印点阵材料的整星结构，其尺寸超过500mm×500mm×500mm，由BLT-S600通过铝合金增材制造技术一体化制备。千乘一号卫星的运行稳定，标志着用于航天器主承力结构的3D打印三维点阵结构技术成熟度达到九级，即实际系统成功完成使用任务。 突破极限 志存高远——BLT-S510 丰富大型的复杂零件一体化成型解决方案，面向中小型零件量产效率提升需求，BLT-S510具有500mm×500mm×1000mm的成形尺寸。自主研发的多振镜控制系统，实现了多振镜协同工作，特别是在控制重合区不同振镜打印时边界的搭接工艺方面取得巨大突破，搭接处成形尺寸误差小，搭接处熔融质量等同于或优于单振镜打印区的熔融质量。打印过程中高效稳定，为打印大型零件提供了有效的保障。 设备自主研发质量追溯系统，包含高清摄像机、传感器、光栅尺、数据库软件等，实现打印过程实时监测并记录，保证零件打印过程全程可追溯。设备顶部安装高清摄像机，会对每一层的打印状态及铺粉状态进行拍照并保存，通过观察已保存的照片可以对该零件所有打印层状态进行检查，可在打印过程中识别孔隙缺陷、裂纹缺陷、吹风缺陷、打印缺陷等多种缺陷，有效保证设备高产值高成品率，为设备稳定运行保驾护航。 BLT-S510特别适合生产长轴类航天零件生产，铂力特使用该设备协助了中国航天科工集团三院三十一所关于水下传递火炬的研发和制作工作。高度807mm的火炬外飘带使用BLT-S510四光设备，充分利用设备光路和打印幅面，仅用四天便将10套外飘带打印完成。 先行一步 瞄准未来——BLT-S450 BLT-S450系列设备可选配单激光、双激光和四激光三种激光器配置，满足不同应用领域使用者对设备成形效率的需求，且激光数量的变化并不影响整机外形，后期可单独升级；设备可选配多种尺寸加工幅面，最大成形尺寸可达450mm×450mm×500mm，满足不同尺寸零件加工及高效率批产需求。 此外，BLT-S450系列设备在打印同种材料条件下，可定制多种针对不同零件特征和不同关键质量目标（如：表面粗糙度，致密度和成形效率等）的工艺参数。 批量生产 “智”造升级——BLT-S400 升级后的BLT-S400完成了从双激光到三激光的转换，相比双光设备，生产效率提升34%，目前已累计运行超3万小时。三激光BLT-S400对提高批量化生产水平，大有裨益。 BLT-S400设备使用顶部落粉方式，配合双向铺粉模式。该模式可以减少设备工作时间中铺粉时间的占比，尽量将设备工作时间全部用于激光成形。此次AIRSHOW CHINA展会上展出的升级版BLT-S400设备采用三激光配置，更贴合长方形打印幅面，打印效率较BLT-S400双激光设备大幅提升。 这台设备特别适合航天小尺寸零件的高效生产和批量生产，星众空间出品的“灵巧号”太空实验卫星以及蓝箭航天“天鹊”80吨液氧甲烷发动机的燃烧室，就是由BLT-S400打印的。 引领行业 全能旗舰——BLT-S310 BLT-S310是铂力特中型尺寸的旗舰机型，主要应用在航空、航天、发动机、医疗、汽车、电子、模具、科研院所等领域；是空客认证过的主力机型，多次远销海外。 BLT-S310经过多批次迭代，技术成熟稳定，先进的流场设计使成形质量大幅提升。该设备的双向智能铺粉功能，在效率提高60%的同时智能化节粉。氧传感器冗余设置多层防护，可使关键参数不失真；反吹过滤系统可使滤芯寿命延长至1500H。 BLT-S310上搭载的智能模块可以保证故障分级自诊断、实时监控运行状态、打印全程可追溯、UPS电源断电可继续打印。同时还有精细光斑配置方案、BLT-MES系统、三维重建功能、永久型过滤系统、自动对准嫁接等选配模块，客户可以根据需求选择相关模块进行配置。在这些技术的加持下，BLT-S310成为目前应用场景最广泛的旗舰机型，可用于航天零件的研制和生产。 这台设备的典型案例是制造了长征五号搭载的世界首个基于金属3D打印技术的立方星部署器，该案例体现了采用3D打印技术加工微纳卫星部组件在批产化方面的重要潜力。此外，该打印机还为蓝箭航天3D打印了“天鹊”80吨液氧甲烷发动机的燃气发生器身部，该零件内有数十个冷却通道，最小特征尺寸精度达±0.05mm，金属3D打印技术实现了复杂结构一体成形，大大缩短了发动机装配周期，集成化设计还可有效减少了零组件数量，提高了发动机的使用维护性。 END 从能够用于航空航天领域零件3D打印的装备种类来说，铂力特航天专用装备型号多达9种，这无疑在国内具有领先地位；从粉末床激光增材制造技术的发展水平来说，目前国际上趋向于更大尺寸、更多激光方向发展，铂力特开发的8/10激光金属3D打印机能够稳定生产超过三万小时，代表着公司技术达到了国际先进水平。 凭借多年专业积累和工业应用经验，公司对加工单位最重视的设备可靠性、成熟度、智能化、打印效率等问题的逐一解决，使金属3D打印技术真正能够落地应用，尤其能够应用于中国航空航天领域，并成为该领域最重要的服务供应商。 时值中国航天日，随着中国空间站的建设以及未来深空探测任务的发展，相信中国航天对这一先进制造技术的使用会更为开放。届时，犹如BLT-510、BLT-S600、BLT-S800这些大尺寸、多激光、应用最多的航空航天专用3D打印机将会带来更多令人惊喜的航天应用。 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.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 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

4月24日是中国航天日，在本月央视CCTV 9播出的一档记录节目——《下一站，火星》中，节目在人类探索外太空历史的大视野下，以"天问一号”的飞行历程为线索，梳理出中国首次火星探测任务的缘起、研制历程及目标，涉及多个重要器件的研制过程。根据此前中国航天科技集团官方的消息，航天五院开发的3D打印自支撑晶格结构在天问一号探测器及祝融号火星车上成功应用；航天科技集团六院则将3D打印技术用于7500N变推力发动机最终相关零件的制造。除此之外，业内知名的服务商也曾对外公布参与了“天问一号”研制。3D打印技术参考发现，央视纪录片中特别报道了7500N变推力发动机的研制过程，这是我们第一次以记录的形式“窥见”它的神秘色彩。本文介绍的重点也在于此，这也是中国航天日特别报道的第一篇。 火星着陆的七八分钟，要经历高速进入火星、大气高温灼烧、超音速开伞、悬停避障等等一系列复杂动作。为了保证着陆安全，中国各地的航天工程师齐心合力，协同共建。其中西安的团队（航天六院）负责着陆器的刹车装置——变推力发动机。当天问一号下降到距离火星100km的高度，环绕器和着陆器分离。为使着陆巡视器降低运行速度达到着陆要求，作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机发挥关键作用，为着陆巡视器动力减速、悬停避障和缓速下降等软着陆任务提供轨控推力。 7500N变推力发动机开机，动力减速、悬停避障和缓速下降 这种发动机在探月工程中曾多次使用，嫦娥三号、四号、五号落月的最后阶段，都是靠这种发动机反推实现减速和悬停的。但仅仅几年过去，发动机的样子已经完全不同。探月工程使用的变推力发动机高达1.4米，但火星着陆器布局受限，给变推力发动机留的空间只有半米多，必须缩小身形，但技术指标却不能降低。虽然基本原理一样，但改进工作与研制一台新的发动机几乎没有区别。从总装布局到系统参数都要大幅改变，从理论验证到反复试车，每一个流程都必不可少。探月的发动机研制了八年，而天问一号的这个发动机包括验证到交付使用了仅四年。 探月工程和天问一号7500N变推力发动机对比 探月工程和天问一号7500N变推力发动机对比 制造过程中，改进型7500N变推力发动机与以往7500N发动机的性能和推力一样，但重量和体积只有以前发动机的三分之一，结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术，“一次打印成型”避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形，也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。 天问一号着陆巡视器成功着陆 在3D打印技术参考最新的航空航天案例介绍中，NASA和Aerojet Rocketdyne的研究人员明确表示，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。实际上，这项价值几乎被所有的航空航天制造商所认可。《下一站，火星》栏目在对7500N发动机的介绍中上不可能提及一项制造技术，但研制人员却明确标表示，与过去探月工程的发动机相比，研制时间足足缩短了4年，这无不让我们遐想是否有更多器件使用了3D打印，即使并未用来制造最终零件，但是否有可能用来进行原型制造，来加快设计迭代呢？ 天问一号火星探测器标注图（来自微博网友WLR2678） 在3D打印技术参考对中国民营航天的代表——深蓝航天和星河动力的专访中，双方都将3D打印技术应用到了相关产品的研发和制造中。深蓝航天雷霆-5液氧煤油发动机从方案设计到整机试车仅仅用时8个月，3D打印技术的应用加速了设计-制造-设计的迭代；星河动力则在“边界”系列轨姿控动力系统设计之初就将3D打印方案纳入考虑，3D打印使产品实现了轻量化、个性化、一体化、复杂化的总体性能提升。 更短的研制时间，更小的体积和重量，维持不变的性能和推力，天问一号的7500N变推力发动机在研制过程中是否更多的使用过3D打印技术，势必要等待以后解密。目前已公开的相关研究中，其推进剂贮箱采用了7055高强铝合金通过搅拌摩擦焊工艺制造，该工艺近些年来也被发展成了一种增材制造技术。 终归，在天问一号的研制过程中，金属3D打印技术确实发挥过重要作用。 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.美军工商将3D打印用于最新高超声速武器和新型太空发动机关键部件制造 3.专访 | 3D打印技术如何助力深蓝航天快速成功实现火箭垂直回收 4.专访 |中国民营航天星河动力将3D打印技术用于火箭发动机制造

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