自2020年以来，中国消费级3D打印机（特别是指桌面级FDM 、LCD光固化两大类设备）出口量出现爆发式增长，国产设备商因此赚得盆满钵满。外媒统计了亚马逊销量前十的消费级3D打印机的品牌及型号，来自中国的品牌在2020年占据7成，而2021年则更进一步，比例高达90%。本期，3D打印技术参考逐一介绍被国外用户所青睐的排名前十的3D打印机。 TOP 1 -闪铸科技Aquila来自中国闪铸的Aquila这款完全开源的合金框架3D打印机以半组装套件的形式出售。在组装机器时可了解其基本结构。此外，由于机器基于开源技术，用户可以进行所有他们想要的升级。 用户也可以使用VoxelMaker和Cura等打印软件。最重要的是Aquila 3D打印机配备了碳晶硅玻璃板，能够提供一些防止翘曲的保护。目前亚马逊售价159美元，京东标配机器售价1248元。 TOP2-纵维立方 Photon Mono 深圳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，如Photon Mono系列和Mega系列。其中Mono系列由于在行业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。   这台机器拥有着大众所认识的经典桌面级的机身尺寸，打印体积达到了130*80*165mm，对于使用光固化机型的朋友们来说，打印一般模型足以够用。PhotonMono从6寸2K黑白屏幕中获益，提供2560*1440的高分辨率，可达50微米，其精确度仅为一根细发的几分之一！令人惊叹的打印细节，让这款黑白屏光固化机器在桌面级的打印领域里拥有着出色的表现。它在亚马逊上仅售 179.00 美元，根据配置不同，京东售价2639元起。对于那些想要稍微高档一点的版本，Photo MONO X也可以在亚马逊上以529.99美元的价格购买。 TOP3-创想三维Ender 3 Ender 3是深圳创想三维推出的FDM桌面3D打印机，以DIY套件的形式出售，售价189美元，京东售价1149元。该公司生产和销售一系列基于多种3D打印技术的经济实惠的桌面机，尤以FDM技术表现突出。 Ender 3的大多数用户要么是制造商，要么是喜欢其简单性、经济性和可靠性的爱好者。该机器的构建体积为220 x 220 x 250毫米，打印精度为 0.1 毫米。标准喷嘴直径为 0.4 毫米，但也可以是 0.3 或 0.2 毫米，可加热至 255°C。Ender 3 可以使用 1.75 毫米长丝打印，例如 ABS、PLA、TPU、木材、铜等，该打印机已连续多年上榜。 TOP4-智能派科技 Mars 2 Elegoo Mars 2 3D打印机由深圳智能派科技于2018年推出，是其前身Elegoo Mars的改进版本。这款机器目前被认为是市场上最便宜的、基于LCD技术的光固化3D打印机之一，最大成型尺寸129*80*150mm。这款3D打印机的层高介于0.01和0.2毫米之间，可制造具有高质量细节和精度的零件。 除了具有相当直观和易于使用的用户界面之外，该机器最有趣的地方在于它的小尺寸。此外，它拥有30-50mm/h的打印速度。这款打印机的价格只需199美元。 TOP5-孚森科技 Q5 孚森科技Q5这是一台三角洲FDM3D打印机，打印体积为200*200*200mm，机器兼容多种塑性塑料，如ABS、PLA、PET 或 TPU。 Q5有一个圆形平台可自动调平。该机集成了彩色触摸屏以方便用户操作，并且可以通过USB端口连接到计算机，当然也可以插入SD卡进行脱机打印。亚马逊售价为269美元。 TOP6-胜马三维Shark V2 深圳胜马三维Shark V2 3D打印机是亚马逊上另一款受欢迎的桌面级设备，实际上它是一台混合制造机器，集成了3D打印机和激光雕刻机的功能，支持使用两台挤出机和一个喷嘴进行双色打印，激光雕刻功能可对塑料、木材、皮革、PVC、树脂等10种材料进行雕刻。 其构建体积为235*235*265mm，兼容PLA、ABS、PETG 和其他热塑性塑料。它易于组装并且适合初学者，亚马逊以439.99美元的价格售卖。 TOP7-浙江起迪科技X Plus 据网络消息，浙江起迪科技能够生产全系列高质量FDM打印机，是第一家与美国亚马逊合作的中国3D打印机供应商，其产品在英国、德国、日本和加拿大都有非常好的口碑。 基于FDM技术的X Plus，构建体积为270 x 200 x 200 mm，带有两种不同类型的喷头。喷头A可达到250℃的最高打印温度，能够打印PLA、ABS、TPU。根据需要也可添加喷头B，300℃的加热温度可以打印尼龙、碳纤维和PC。这台3D打印机还具有4.3英寸的触摸屏、可移动的构建板，以及切片软件。目前，亚马逊售价为698美元。 TOP8-Dremel Digilab…

南洋理工大学、华南理工大学与新加坡3D打印中心相关研究人员发表行业综述：金属增材制造资质鉴定与认证。一作陈泽为在读博士生，师从NTU周琨教授，该团队已经发表多篇增材制造高质量学术综述，行业综述还是首次。陈泽曾参与并指导全球范围内多个金属增材制造产业化、商业化、工艺与产品资质鉴定与认证项目。 金属增材制造在制造复杂几何形状、复杂型设计、性能理想的金属产品方面具有巨大的潜力, 已被逐步用于航空航天、汽车、医疗、能源和海事等领域。工艺和产品的资质鉴定与认证是确保各个行业成功采用金属增材制造和加速标准化进程的关键。该文章对金属增材制造的标准化现状和资质认证面临的挑战进行了全面的阐述，以期促进学术界和工业界对金属增材技术的产业化共识。资质鉴定一般指在开发或测试过程中对原型设计、材料和产品进行评估的过程，其对象可以是金属增材技术、机器、材料或是零部件，甚至是供应商。认证主要是为了满足认证机构或行业规范的要求而建立的，需要认证的对象可以是产品、零部件、体系，或者在产品研发阶段、生产过程、出厂终端进行材料/产品/零部件评估的过程。 该文首先介绍了金属增材制造过程中资质鉴定和认证的基本原理和过程，分别从现有产品增材制造和为了迎合增材制造而设计的新产品两个路线进行了阐述。资质鉴定和认证过程涉及到的各项典型活动按照各自产品类型的金属增材制造工艺路径进行了分步阐述。 文章第二章总结了国际和区域标准组织、行业协会、认证机构已经发布的标准、规范和指导，对涉及内容进行了高度概括。这些组织机构来自全球各行各业，如ASTM、ISO、NASA、SAE、AMS、 ASME等。相关标准和规范的适用性和应用范围的总结可以参考原文。 第三章是本文重点要讨论和提议的内容，阐述了当前金属增材产业化过程面临的挑战，尤其是资质鉴定和认证过程中遇到的问题，囊括了材料、工艺稳定性和可靠性，后处理，数据支持，标准和协议等方面技术难点。进而提出了两个框架来克服以上难点，首先是采用普世的质量管理体系增材制造工艺化，为制造生产提供最基本的生产质量体系保障，可以应付一般性能要求的产品需求。对于要求相对较高的专业和关键产品，应该采用更缜密的增材制造资质鉴定和认证体系，从技术评估与认证、设计、材料、打印过程、后处理、检验与测试六个方面进行了详细阐述。文章从各个方面涉及的内容与活动，可以参考的现有标准和规范，应具备的相关文件三个角度对行业进行了建议。 文章最后提出了数字化增材制造资质鉴定和认证过程的模型：作为未来制造业数字化转型中不可或缺的一部分，增材制造本身就是基于模型化的数据驱动制造过程。传统的数据处理是目前增材制造数字化的主要模式，随着新技术的涌入，智能制造、人工智能、机器学习、神经元网络系统、区块链、物联网等技术都可以和增材制造有很好的融合，其资质鉴定和认证过程自然也要相应的做出调整，认证过程会由过去的制造后测试转变为实时监测与检验，前瞻性预判材料-工艺-显微组织-性能关系。 该文总体上是对金属增材制造行业资质鉴定和认证理论上的探讨，旨在为学术和业界提供技术产业化方法论的指导，其中提到的一些认证过程中的关键技术挑战可以成为学术和业界研发的方向。注重效益和中短期投资回报周期的企业可以采用文中提出的质量管理体系和资质鉴定与认证框架，利用现有的标准和规范，生产制造除市场容易接受的产品，可以大大降低投资与质量风险。希望作者以后可以推出更多实例型研究，或是工艺产品资质鉴定与认证案例分析，尤其是成功案例，对新技术初创企业和学术界研发机构都是一种参考与激励。 文章链接： www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17452759.2021.2018938 注：综述内容已上传QQ群（867355738）。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.增材制造用钛合金的种类、应用、粉末制备技术，及市场用量情况 2.增材制造——ASTM/ISO/SAE/国内现行标准有哪些 3.西门子能源：90台金属3D打印机、100种认证应用案例、400种零件进入批量生产 4.国外3D打印从业人员如何进行职业培训和资格认证

钛合金具有比强度高，耐蚀性好，高温力学性能优良等特点，可满足航空航天高机动性、高可靠和长寿命零部件设计的需要，其应用水平已经成为衡量航空及航天器选材先进程度的重要标志，同时钛合金具有良好的生物相容性，弹性模量与人体骨骼接近，在医疗领域也是一种重要应用材料。虽然钛具有诸多优良特性，但其加工一直是一项难题，钛的低热传导率、加工硬化、低弹性模量等因素造成传统机加工手段制造钛合金构件难度较大，材料利用率低，周期长，成本高，而等静压、注射成形、放电等离子烧结等方法又难以克服氧含量和孔隙率高等瓶颈问题。 增材制造作为近净成形技术的一个新方向，大大减少了工序并缩短了制造周期，非常适用于复杂结构和定制化零件制造，而且材料利用率高，其技术优势与钛的应用领域需求具有天然契合点，同时增材制造能够规避钛的加工难题，钛的不利于传统机加工的诸如低热传导率特性反而有利于粉末激光成型，因此自金属增材制造技术兴起之后，钛合金被率先投入使用并迅速铺开，由此也带动了粉末材料的需求。当前全球增材制造用钛粉年用量在1000吨以上，在整个增材制造金属材料中仍然占据主要市场。 2014-2027年钛合金3D打印粉末总消耗量预测（来源：SmarTech） 增材制造用钛合金粉末制备 粉末材料作为金属增材制造的最主要基础原材料，是增材制造产业链中的重要组成部分。金属粉末特性对增材制造工艺稳定性、成形精密性和产品组织性能有关键影响。钛合金增材制造以钛合金粉末为原料，粉末粒度分布、纯净度、空心粉含量、流动性、松装密度等对成形件性能起着至关重要的作用。 不同增材制造工艺所适用粉末特性有所差异，但基本要求都是成分纯净、粒径分布窄，流动性好。基于上述要求，应用于增材制造的金属粉末多为球形粉末，制备工艺也以球形粉末制备技术为主。金属增材制造中常用铝基、铁基、铜基等材料大多采用坩埚熔炼气体雾化制备，但由于钛具有极强的化学活性，在高温状态下和绝大多数的单质和化合物发生反应，因此为保证钛合金粉末的纯净度和低含氧量不宜使用传统坩埚方式熔炼。当前球形钛粉制备技术集中于电极感应熔炼气体雾化（EIGA）、等离子旋转电极（PREP）、等离子火炬雾化（PA）和射频等离子球化（PS），几种方法均为无坩埚形式。 国内外主要增材制造钛粉供应商多以上述几种制备技术为基础，而且不同制备技术分别形成了代表性的设备和材料供应商，如德国ALD公司代表了EIGA设备的最先进水平，以PA技术为基础的AP&C几乎是高品质球形钛粉的代名词。几种钛粉制备方法在粉末特性、设备成本和生产效率方面各有优劣，但不可回避的一个问题就是细粒径粉末的制备成本。近几年铺粉用钛合金粉末市场价格已经大幅降低，但单价仍然明显高于其他增材制造粉末，一方面是由于钛本身材料价格高，作为高活性材料处理成本也高，另一方面和当前钛粉制备技术的细粉收得率和生产效率直接相关。虽然当前粉末成本并不是金属增材制造的最主要成本，钛的主要应用领域对价格也并不过分敏感，但在粉末需求不断增长的大背景下，降低成本是必然要求，因此开展钛粉制备技术开发和工艺优化具有重要意义。对球形钛粉制备而言，提高细粉收得率和相对连续工艺生产都是制备关键技术。 据3D打印技术参考了解，有研科技集团下属北京康普锡威科技有限公司（有研增材技术有限公司）为解决钛及钛合金粉末制备存在的熔炼与雾化技术问题，将高频感应熔炼技术与气雾化技术相结合，并采用紧耦合结构的雾化器结构设计制备微细球形钛及钛合金粉末，提高了细粉收得率，同时可实现密闭条件下的连续生产，进一步降低了钛合金粉末的生产成本。相关成果曾获中国有色金属工业科学技术一等奖。 增材制造用钛合金种类及应用 钛合金存在α和β两种同素异形体，一般在882℃发生α↔β的转变。通常来说，根据钛合金中α相和β相的含量组成可将钛合金分成α钛合金、β钛合金、α+β钛合金三类，我国分别以TA、TB、TC表示。α钛合金是由α相单项固溶体组成，组织形态比较稳定，始终以α相形式存在，因此具有良好的高温稳定性和可焊性，但是其室温强度和塑性较差。β钛合金晶体结构为体心立方（BCC），其变形能力优于密排六方（HCP）结构的α钛合金，具有较好的塑性和室温强度。α+β钛合金可以通过调整合金元素成分调控α和β的相对含量从而达到提升合金成形性和力学性能，但这都是以牺牲其焊接性能和抗蠕变性能为代价。 在增材制造领域中，目前α+β钛合金应用最多的是TC4，具有良好的耐蚀性、焊接性，可通过热处理调整组织及性能，在航空航天和医疗领域广泛使用，可在350℃以下长期使用；随着增材制造应用的不断拓展和轻量化要求的不断提高，越来越多航空航天零部件希望拥有更高的高温强度和稳定性部分替代密度较大的高温合金和不锈钢，同时又兼具良好可焊性的需求，α钛合金无疑是一个很好的选择，目前应用较为成熟的是TA15合金。TA15合金长时间（3000h)工作温度可达500℃，瞬时（不超过5min)可达800℃。450℃下工作时，寿命可达6000h。 >>>> 常用增材制造用钛合金粉末产品 表1增材制造用钛合金粉末化学成分表 表2增材制造用钛合金粉末特性（来源：康普锡威） >>>> 产品样例（TA15） ■应用场景TA15合金是一种高Al当量的近α型钛合金，具有良好的高温强度、稳定性、耐热性、耐腐蚀性及焊接性能等一系列优良的综合性能，用于制造飞机的风扇，压气机盘及叶片等工作温度较高，受力较复杂的重要结构件，是一种重要的飞机和发动机结构用钛合金材料。 ■力学性能： 表3退火态3D打印TA15力学性能（来源：康普锡威） END 钛合金在金属3D打印材料市场中一直处于领先地位，根据《Market Analysis Report》，其在2019年占全球收入的65.3％，这不仅取决于用量，也取决于价格。航空航天业采用3D打印制造钛合金原型成为促进增长的主要因素，而它在重量、强度和腐蚀性方面满足行业要求的能力使其能够保持可持续性的增长。 得益于应用市场的发力，钛合金粉末的价格在近年来快速下降，无论国产还是进口，价格基本在1300-1800元/公斤，并还有进一步下降的趋势和空间。得益于此，钛合金3D打印的应用领域也逐渐超出航空航天的应用范围，开始向汽车及大工业领域拓展， 国产钛合金3D打印粉末市场正在蓬勃发展。 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.Ti-6242 | 一种用于关键任务应用的高性能3D打印钛合金 2.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 3.年消耗5.4吨钛合金，成功用于陆、海、空、太空的金属3D打印解决方案 4.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文

CASTOR是一家成立于2017年的以色列公司，其开发了一套工程软件解决方案，能够并行分析数千个零件，找出哪些零件适合于3D打印，哪些进行设计修改后可以进行打印，哪些只能传统加工，以及在采用3D打印进行零件制造时相比传统制造的盈亏平衡点在哪里。此举解决了制造商使用3D打印面临的最大困难——确定在何时何处使用该技术能够降低成本。 面对实际的制造需求，3D打印有时候并不总是最好的解决方案，在缺乏足够多的商业案例以供参考的情况下，制造商知道这项技术应该被采用，然而却不知道应该在何时、何处使用它。因为这些原因，该技术的应用发展依然缓慢。基于对30000个零件的分析，CASTOR得出了一份报告，重点分析了传统零部件的3D打印可行性。 3D打印对制造业意味着什么 由于全球疫情，几乎所有公司的的商业活动都受到了影响，迫使很多人花更多的时间在实验室改进产品设计和开发新的应用。近十年来，3D打印行业发展迅速，尤其是过去五年发生了质的变化，不仅仅体现在工艺的多样性和更多的市场总量，更为关键的是，用户开始致力于将该技术用于最终用途部件，而不仅仅是产品开发。 随着这一趋势的发展，甄别出适合于3D打印的部件已经成为研发、生产和供应链决策过程中的一个关键因素。对于复杂的几何形状、轻量化的结构以及需要通过焊接来组合零件降低装配成本的情况，3D打印能够为制造商带来实实在在的好处。此外，在全球面临供应链紧张的情况下，3D打印按需制造和分布式制造的灵活性避免了供应链的中断，轻量化、更低的材料使用量等也迎合了如今对降低碳排放的环境要求。因此带来的改变，对于大型制造企业而言无法忽视。 分析3万个传统零件，洞悉制造特点 CASTOR在2019-2021年间获得了3万个上传零件，在此基础上的分析将有极高的说服力。 >>>>10%的零件可在不改变设计的情况下经济、高效的打印一般来说，为传统制造而设计的部件并不适合3D打印。对上传样本的分析证明，有10%的随机零件无需任何更改即可打印，并会因此受益。随着增材设计（DfAM）知识在工程和设计领域的传播，这个数字会上升，同时它也代表了制造端对3D打印使用情况的转变。 另有30%的零件在进行设计更改后适合3D打印，但剩下的60%，要么无法打印，要么不能成为一个好的商业案例。 最初不符合打印条件的各种零件可以相对轻松地进行修改。在许多情况下，基于3D打印技术要求的设计规则可以轻松识别现有零件的特征，此类修改包括壁厚、孔尺寸或基于相关打印平台的尺寸限制等。在提交的零件中，有很多是现成的零件，如螺栓、螺母等，这些零件不具有成本效益，因此从未打算将其视为候选零件。而一些具有拔模角度或复杂底切的注塑或压铸零件，则可以简化设计实现生产。 >>>>可打印部件的20%，采用3D打印比传统制造更省钱 “成本节约”的定义是在给定的生产数量下，传统制造与3D打印在单件成本上的差异。了解在什么情况下3D打印更省钱是企业采纳该技术的一个重要因素。分析显示，在可打印部件中有20%如果采用3D打印生产可比传统制造更节省成本，但综合生产规模和交货时间，3D打印的总体效益提升可能更为显著。   成本的盈亏平衡点在时间上往往不那么重要，特别是在供应链中断的时期。因此，是否采用3D打印的最终分析需要考虑一些软因素，如交货时间和其他商业考虑。就备件而言，因停机造成的损失可能是一个关键或主要的因素。了解3D打印按需制造的灵活性是一个关键因素，以帮助做出决策。 >>>>7.5%的零件可以在不影响零件结构完整性的情况下减轻重量 对三万个零件的统计发现，可以减轻重量的部件数量惊人，达到7.5%，而能够减轻超过一半以上重量的零件数量又超过了25%，这是一组难以被忽视的数据。如今，轻量化被越来越多的提及，碳排放指标已经成为可交易的产品，节省材料、更加环保被越来越重视。未来，通过知识积累和自动工具识别可大面积去除材料而不影响零件完整性和强度要求的努力将会越来越多。 >>>>传统零件可实现轻量化的潜力 零件整合只有在很少的情况下可用，但一旦可行，就可以节省大量资金。 使用软件工具自动识别零件是否能够整合，将大大提高3D打印技术的使用潜力，加快产品革新的步伐。在此方面，GE公司已经给出了多项案例，因零件整合和一体化制造带来一系列改变多达60项。 面向增材制造的设计(DfAM)是一套规则，帮助工程师通过改变设计来利用增材制造带来的优势。随着工程师越来越多地接触3D打印工艺，他们对DfAM的了解也会增加。了解规则是一回事，分析何时应用它们是另一回事。CASTOR目前部署了两种工具：零件轻量化和零件整合，来帮助工程师确定在何处使用3D打印可以节省资金。 >>>>零件不可打印的主要原因 零件不可3D打印且无法改变分类的典型原因有两种：一是设计驱动的零件几何形状无法实现打印，另一种是没有满足性能的材料。零件分类为不可打印但可重新分类的情况包括：容易实现设计变化，或接受软件提示的制造风险（如铣削成本较高）或改变零件非关键区域的形状特征。现成的零件如螺母螺栓等对3D打印来说则完全没有成本效益。 >>>>每次生产的总潜在节约从10美元（高数量）到100-1000美元（低数量） 每个制造项目中每个部件的总体潜在成本节约将根据所比较的具体制造技术以及生产零件的数量而有所不同。所统计的真实案例数据使用户能够深切感知采用3D打印技术的盈亏平衡点，并节省总成本。 END 从这些数据可知，我们对3D打印于整个制造业所产生影响的认识还远远不够，对如何更好的使用3D打印技术还有很长的路需要去探索。对技术的陌生、对新选择的徘徊，是制造企业面临的现实问题，这些问题仅凭这个领域内的工程师和销售们难以推动解决。然而我们仍然能够看到改变，积极接纳这一技术已经成为看得到的现象，在摸索中前进将会成为一种普遍现象，所谓的爆发或许只在不断的积累中慢慢到来。 注：报告文稿已上传QQ群（867355738）。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.因零件整合，3D打印为一体化制造带来的60余项改变 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.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文 4.罗罗通过3D打印设计和制造有史以来最大航空发动机的关键结构

碳达峰与碳中和的目标推动着我们对新能源进行深度开发利用。近期，随着各地陆续发布燃料电池产业规划，氢能概念站上风口，包括兰石重装、京城股份、龙泉股份、蓝科高新等上市公司接连收获涨停板，表现出沾上氢就上涨的关系。 氢能作为一种十分理想的替代能源，近年来备受关注。氢燃料电池汽车可以解决传统汽柴油车引起的一系列环境问题，但氢气的高额运输储存成本和低能量密度无疑是氢动力燃料电池汽车在市场上推广应用的巨大阻碍。车载甲醇重整制氢可以在不使用氢气作为直接原料的情况下为燃料电池汽车供氢，为降低其燃料储存成本和运输成本提供了一条有效路径。然而，传统催化剂机械强度低，在车辆高速运动过程中床层易破碎从而极大的影响催化剂活性。因此，开发一种高机械强度适应车载环境，同时保持高催化活性的催化剂制备技术非常关键。 3D打印制备甲醇重整制氢催化剂 在此背景下，中国科学院上海高等研究院唐志永研究员和张洁副研究员所带领的工程科学团队，在3D打印技术制备车载甲醇重整制氢催化剂研究中取得重要进展。 研究团队提出了一种使用3D打印技术制备整体式催化剂，通过调控载体组成与煅烧温度，改进催化剂空间结构等策略，成功开发了一种新型兼具高机械强度和高催化活性的3D打印催化剂制备方法。同时，开发了对金属离子在载体中的空间分布的定量分析方法，为后续新型整体式催化剂的开发提供了新思路。 3D打印催化剂，(a) DLP-3D打印后的基底载体，(b)浸渍干燥结晶后的样品，(c)煅烧后的样品，(d, e)样品的SEM图像和原子力显微镜表面形貌 该工作以光固化3D打印技术制备催化剂载体，结合低场核磁共振空间测试金属离子分布，分析研究了3D打印氧化铝多孔载体中机械强度、孔隙率与煅烧温度组成的关系，揭示了多孔载体中金属离子的扩散效应，同时开发了核磁成像定量测试金属离子分布技术。通过干燥结晶煅烧方法，成功在高机械强度氧化铝多孔载体上合成了铜锌片层结构活性组分层。另外，通过改进氧化铝载体空间结构，从而提高传热与传质效率降低床层压降，进而提高甲醇重整反应催化效果。最后，经过反应参数的优化，单位质量催化剂氢气的时空产率超过了目前报道的大部分同类型催化剂，达到536 mol/kgcat*h。 (a) 3D打印氧化铝载体机械强度与吸水性，(b) 3D打印催化剂（SP-2, SP-1.5, BS-2-1）的时空产率与文献报道值的比较 同时催化剂的机械强度是目前传统颗粒催化剂的4倍，径向压溃强度达152.4 N/mm，可以适应车载加速颠簸等情况使得该技术具有极高的商业应用意义。该研究工作有望推动甲醇重整制氢技术在车载燃料电池、分布式能源终端等多领域的运用发展，并为整体式催化剂的开发提供了新路径，可作为一种普适的方法强化各类整体式催化剂的合成。 甲醇重整制氢走上产业化发展 2019年，工信部等八部委曾发布《在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》，从政策上鼓励甲醇燃料汽车的发展，要求加快甲醇汽车科研成果转化及产业化应用。 目前，甲醇燃料电池正走上产业化发展道路。本月初，由中国船舶集团七一一所自主研发的甲醇重整制氢原理样机，在张江试验现场完成调试试验，解决了密闭空间燃料电池的安全高效用氢问题，具有重要的意义。 今年10月份，广西南宁“12GW甲醇重整氢燃料电池产业化项目”落地。10月28日，博氢新能源公司与南宁市良庆区人民政府签署《12GW甲醇重整氢燃料电池产业化项目战略合作框架意向协议》，项目总投资约90亿元，致力于打造国内首个甲醇重整氢燃料电池终端产品的全产业链，这对我国氢能及燃料电池汽车的发展具有重要推动。 △左右滑动查看更多 从A股看，目前布局甲醇燃料电池的公司包括恒久科技、深冷股份、海马汽车等。恒久科技参股多家甲醇燃料电池公司，11月23日在投资者互动平台表示，公司投资的甲醇燃料电池部分产品已实现了小批量的商业化应用，正加大力度进行市场化推进。 深冷股份参股的徐州铭寰能源有限公司具有丰富的燃料电池、重整制氢系统开发、制造及系统集成经验，公司主要产品包括甲醇重整制氢系统、甲醇重整燃料电池备用电源系统等。 海马汽车7月20日在投资者互动平台表示，公司氢能汽车正在研发过程中，公司不排除甲醇制氢研究路线。 中原内配今年7月与大连物化所旗下中科嘉鸿签署战略合作，双方将在燃料电池领域展开合作，中科嘉鸿拥有甲醇燃料电池技术领域相关的知识产权。 从甲醇上市公司来看，兴化股份、新奥股份、阳煤化工、广汇能源等主营业务均包括甲醇。 注：本文内容来自中科院上海高研院、证券时报。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.中科院化学所采用3D打印制备出极高性能的隐形眼镜结构 2.中科院格致论道：太空3D打印，到太空里办工厂 3.专访中科院太空制造技术团队：介绍太空立体光刻3D打印的意义 4.中科院化学所3D打印仿生结构登录Nature子刊

桌面级金属沉积技术、单头实现粉末和丝材打印、焊接切割功能的增减材一体化、多种金属材料的复合制造，当我们提及金属直接制造的创新技术时，这四种技术无论哪一项我们都可以将其称为创新级的增材制造技术。而新金属机设备厂商Meltio则实现了三合一颠覆性的创新。 Meltio采用了独创的3E金属沉积技术，这是一种LMD金属沉积技术的升级版本，能够自动同时使用金属丝、金属粉末或同时使用这两种金属而无需更换喷嘴，该技术可成型常用的材料，如钛、钢、铜、铝、铬镍铁合金等。用金属丝、粉末或通过将两种材料组合在同一零件中而无需更换喷嘴来制造零件，硬件的购置成本比当前市场价格低约50％至75％，并可以使用市场上任何可购买到的金属丝和粉末材料，成本降低多达10倍。从实验室研究到零件更换，Meltio可以打印从小零件到几米的大型零件，这使得该技术适应于军工、航空航天，汽车和大规模制造等各个行业。该公司已经在全球安装了约110台机器，为其客户提供价格合理且易于使用的混合制造能力，并实现了工业原型和模具制作，小批量、大规模制造以及维护和维修等应用。 以下为Meltio 3D打印机实现的应用案例： SS316L – 叶盘：• 尺寸：500 x 500 x 60 毫米•重量：9.15 公斤•打印时间：26 小时 25 分钟•打印成本：114.07 欧元 SS316L – 旋转螺杆压缩机： • 尺寸：75 x 75 x 230 毫米•重量：2.55 公斤•打印时间：7 小时 23 分钟•打印成本：31.81 欧元 SS316L – 海军螺旋桨： • 尺寸：φ600毫米•重量：12.1 公斤•打印时间：43 小时 40 分钟•打印成本：189.71 欧元 SS316L – 发动机歧管： • 尺寸：205 x 360 x 473 毫米•重量：5.22 公斤 •打印时间：19 小时 23 分钟•打印成本：95.86 欧元 Ti64 – 表盘： • 尺寸：53.37 x 44.59 x 10.85 mm•重量：29.22 kg•打印时间：5 小时 40分钟•打印成本：31.09 欧元 Ti64 – 飞机发动机支架：…

当前，增材制造企业正面临从设计验证向批量化终端零部件生产的转型。要应对这一挑战，企业必须更高效地管理生产流程，提升生产力，从而扩大运营规模，提升市场份额。 上海数造机电科技股份有限公司（数造）成立于2004年，是一家提供增材制造、3D数字化整体解决方案的高新技术企业，专注于工业级光固化、陶瓷3D打印机、三维扫描仪等高技术装备的研发、生产以及行业应用。 经过十几年的发展沉淀，数造以先进的技术、优质的产品质量和完善的服务体系，为国内外众多企业 、院校及科研机构提供产品和服务，如华为、海尔、上海交大、通用汽车、成都飞机研究院、森源集团、中央美术学院、第四军医大学等等；客户涵盖工业制造、医疗、汽车、机器人、航空航天、教育科研、展览展示、文化创意、私人定制等众多领域。 数造的挑战 “2020年，随着订单的增加、客户分布区域的拓展，数造开始探索新的技术，希望通过物联网管理软件，为客户提供更透明、友好、高效的订单服务体验。同时，也给使用数造服务和设备的客户带来更高效、智能的生产系统体验。” -- 金宜 上海数造总经理 数造之前所使用的传统物料统筹方法耗时耗力，数据却仍缺乏精度；而近年来技术层面的不断突破加速了产品迭代、服务拓展，带来了锐增的产量，也带来了管理成本的激增。 手动的数据收集缺乏实时性、可视化，不仅使整个生产链路的管理滞后，更使得数造与其期盼的精益生产理念逾行愈远……为了最高效地实现产品、服务优化，数造和 Oqton 开始了第一步的合作： Oqton的解决方案 运用物联网连接技术、传感技术，Oqton 帮助数造生产车间进行全面数字化升级：模块化地管理生产环节中的不同流程，将整个生产流程通过 Oqton MOS系统全部串联起来。管理团队可以在该系统上进行数据的输入、输出及分析、管理，从而达到资源优化、产能提升、效率提高的目标。 一、设备数据互联互通 Oqton系统的智能互联，可以帮助生产经理直接获得实时生产信息，实现实时生产状态远程监控。同时，Oqton的实时警报功能使操作员可以及时进行下机操作，进入下一生产环节，减少设备闲置时间；也使团队能够即时响应生产状态异常，确保产线正常运行。这样一来，数造不用再专门安排人在车间巡视设备，况且巡视也受到物理位置的限制、无法进行实时反馈。 “之前使用的是纸质记录方式：我们需要雇用专门的生产记录人员，负责材料使用的统计、汇总和分析，才能掌握材料的使用及损耗情况。这样不仅费时、费力，也缺乏持续性，无法进行持续的数据收集和分析，误差无法控制。” -- 安李恒 上海数造3D打印工程师 另一方面，上海数造特别注重对耗材损耗率、设备稳定性的分析，却苦于传统方法的弊端而无法进行全面的管理分析。现在，数造部署了Oqton的工业物联网系统，可以对生产工艺、物料批次、操作人员等进行全流程追溯。更重要的是，Oqton可以实时、准确地采集3D打印机的液位数据，在数据源头确立了真实性、有效性。 二、设备数据全面管理 “我们服务工厂里面的设备状态等生产数据都进行了采集。通过一个屏幕，就能方便地浏览目前的运行状况。这些历史数据会自动生成生产日报、周报和月报，为管理团队提供清晰的机器稼动率、使用效率的同比和环比。” -- 安李恒 上海数造3D打印工程师 搭配Oqton系统之后，一个面板即可实时监控所有生产设备情况、更能方便地浏览目前的运行状况。在手动或等待机器学习（Machine Learning）配置阈值之后，Oqton系统可以实现异常报警，自动发送邮件/短信警报并统计报警信息。这些历史数据会自动生成生产日报、周报和月报，为管理团队提供清晰的机器稼动率、使用效率的同比和环比。 通过Oqton的数据分析模块，数据还能被可视化呈现，用于整个团队的绩效、设备管理分析。Oqton深耕制造业，其智能算法内嵌经典生产绩效评估指数及分析报告：OEE、稼动率、生产吞吐量、生产交付周期等制造绩效参数为管理团队提供了详实的产能效率分析参考。独特的拖拽式报表设计更可以支持定制各种不同生产流程、环节的针对性数据分析。 三、数字驱动精益化物料管理 “Oqton的数据分析模块，不单单将数据进行可视化呈现，还能将数据用于分析、对比，通过这些数据来帮助生产管理团队对材料的损耗率进行分析。” -- 安李恒 上海数造3D打印工程师 通过Oqton的材料损耗率分析，数造得以高效地测量机器的输入、输出原料数量，从而准确把握整个生产链路的运营。这种数字化能力是企业转向生产精益化的关键：帮助数造生产管理团队突破了‘耗材’这一桎梏数造已久的生产瓶颈，也使数造能够更进一步地优化他们的精益生产计划、减少资源成本浪费。 “通过Oqton物联网和商业智能系统，我们不仅对生产设备进行了更好的管理，同时，用数据分析的方式对我们的客户数据、订单流转、生产现场控制、材料损耗到质检交付等方面进行了更科学、更精细的管理。这使得上海数造朝智能制造迈进了一步。” --金宜 上海数造总经理 部署Oqton MOS生产操作系统之后，上海数造： 对生产设备进行实时管理，实现生产数据互联互通，减少管理层、车间之间的沟通成本； 运用数据分析模块，对机器稼动率等方面进行精细化管理，提高机器总体生产效率与稳定性； 完善精益生产，最小化生产过程中的材料损耗，突破生产瓶颈。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.齿科3D打印新趋势：从数字化到智能化，降低使用门槛并提高批量化生产效率 2.提前布局MES，迎接增材制造批量化生产的时代 3.有没有一款3D打印数据处理软件，能满足齿科加工的所有需求？ 4.工艺人员会失业吗？开启金属3D打印，并没有你想得那么难

为了进军电动汽车市场，专注于电池技术的瑞士投资公司Blackstone Resources于2019年成立了自己的德国研发子公司黑石科技，并投入巨资研发下一代电池技术。该公司已获得的3D打印技术专利可生产各种不同外形的电池，并于近日宣布开始批量生产3D打印电池。据3D打印技术参考了解，电动汽车领域是其主要目标市场。 黑石科技的3D打印电池工厂 该公司目前正在开发的最有前途的技术就是其专有的3D打印技术，这是一项独特的专利技术，可用于生产液体电解质电池和锂离子固态电池，具备将电池能量密度加倍并将锂离子电池制造成本降低一半的潜力。黑石公司在过去两年中一直在开发和完善其锂离子电池3D打印技术，如今推出了其首个大规模生产设施。 使用Blackstone 3D打印电池 黑石表示，如今的电解液电池生产线往往非常专业，一次只能生产一种电池。能源密集型过程通常非常昂贵，并且使用危险的溶剂作为电极的原材料。 另一方面，Blackstone的“厚层技术”旨在作为一种更灵活且更具成本效益的替代方案，在使用环保材料的同时涵盖更广泛的电池格式。由于3D打印过程的动态特性，Blackstone表示它甚至可以根据客户的要求定制单元的大小和形状。 3D打印技术对电池电极的结构产生了很大的影响，这就是能量密度增加的原因。长期以来，“多孔”电极可以增加能量密度，而3D打印可以将电极中的材料构建成三维晶格，这意味着电极有更多的暴露表面积以进行化学反应，从而获得更高的电池效率。另一件可以使3D 打印电池能量密度更高的事情是，电池模块不需要额外的物质来粘合它们并将它们连接在一起。可以想象，将特斯拉7104块电池连接在一起的胶水和电线可以增加相当大的重量，但3D打印一体化制造的优势可大大降低电池重量。 3D打印技术对电池电极的结构产生了很大的影响 与传统制造的同类产品相比，3D打印工艺使黑石公司的电池能量密度提高了约20%，高达220Wh/kg，空间节省了15%，降低了20欧元/千瓦时的材料成本以及23%的生产能耗。同时，3D打印可将固态电池的能量密度再增加70%，同时显著提高充电循环次数。 Blackstone Resources的创始人兼首席执行官补充道，该专利工艺依赖于一种环保的纯水工艺，可将废料减少50%。通过这种方式，并正在为交通转型和应对气候变化做出重要且可持续的贡献。同时，采用自动化的方式3D打印生产电池还可以节省高达70%的传统资本支出，与当前的生产技术相比，它还可以将运营成本降低30%。除此之外，3D打印系统的灵活性显著提高了制造效率，采用全球首创的3D打印生产工艺，可量产固态电池，并提高电池的能量密度及充电加速能力。由于避免使用液体电解质电池中常见的易燃、危险和有毒物质，这些电池也更加安全。 争取10GWh产能 黑石科技已将其初始目标年产能设定为500兆瓦时，预计将在明年年底前达到。尽管尚未确定时间表，但增长计划的第二阶段目标是每年5GWh，第三阶段最终目标是超过10GWh。 根据Blackstone Technology的董事总经理的说法，该公司的长期目标是通过一个机器园区快速、准确地打印出不同形状、不同电极和电解质材料的电池，以规模化实现成本效益。 黑石科技3D打印的锂离子电池 储能设备的3D打印在很大程度上具有巨大的应用市场，然而大部分工作仍处于研究阶段。不久前，瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员就使用3D打印制造了一种可持续的新型超级电容器。全3D打印电池由柔性纤维素和甘油基板组成，并用导电碳和石墨墨水图案化，能够承受数千次充电循环，同时保持其容量。 除此之外，3D打印储能设备专家Sakuu Corporation最近也在建设新的试验设施，用于生产自己的3D打印固态电池。据报道，这条试验线预计将于明年年初完工，每年可生产高达2.5MWh的固态电池。 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.宝马领投弹性体高通量增材制造工艺，在汽车领域具有巨大应用前景 2.3D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 3.中国航空报：长五火箭首飞用到的3D打印技术，如今发展的如何了 4.高端装备产业研究中心：国内外核工业领域3D打印技术应用情况

一种被称为快速液体印刷（Rapid Liquid Print)的凝胶/弹性体3D打印技术由麻省理工学院开发，可以使用行业标准材料（如软橡胶、硅胶和泡沫）生产柔性产品，无需重新加工或后处理。宝马使用该技术证明了该技术在汽车领域快速弹性体应用方面的巨大前景。近日，宝马公司风投机构BMW i Ventures牵头投资了该技术种子轮融资。 快速液体印刷是一种新的3D打印工艺，最初由麻省理工学院的自组装实验室开发，在凝胶悬浮液中以三维形式“绘制”液体物体。RLP团队获得了麻省理工学院的独家许可，其消除了设计限制，可以一次打印大尺寸的多个零件，并且比目前市场上的其他解决方案效率都高。。 △左右滑动查看更多 RLP可在几分钟内用橡胶、泡沫和塑料等高级材料生产大型物体，材料在打印时固化，然后只需最少的后期处理即可使用。传统的3D打印受到速度慢、构建量有限和材料质量差的限制，使其作为主流制造工艺变得不可靠。RLP技术可在几分钟内创建大型、弹性、密封和高质量的产品，从而改变了游戏规则。该团队目前在与世界各地的研究人员和行业领先公司合作，研究包括医疗设备、鞋类、家居用品、航空和汽车部件在内的应用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.面向未来的战略技术：大型复合材料增减材一体制造及其关键要素 2.中科院化学所采用3D打印制备出极高性能的隐形眼镜结构 3.好打印机+好材料=好模型，最合适的3D打印材料应该如何挑选？ 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？

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