近几年已经有非常多的增材制造标准陆续发布，从设计指南到材料、工艺、设备、测试以及从业人员资格认证等覆盖范围非常广泛。实际上诸多的标准在目前情况下仍处于探索阶段，随着人们对这项技术的认知逐步加深，相关的标准也在不断完善。 本期，我们列举标准化领域的两大权威组织——ASTM International以及国际标准化组织（ISO）已发布的增材制造标准，并介绍SAE和国内目前正在制定和已发布的标准。 ASTM：致力于完善增材制造标准体系 ASTM于2009年成立了ASTM F42，是最早成立的增材制造技术委员会的标准化协会组织。其主要目标是制定增材制造材料、产品、系统和服务等领域的特性和性能标准、试验方法和程序标准，促进增材制造技术推广与产业发展。 2012年，ASTM F42发布了F2792-12a 增材制造术语标准，并于2015年与ISO合作对该标准进行了修订，发布了第一份ISO/ASTM联合标准，对增材制造技术推广及产业发展中的术语与定义进行了规范。截至目前，其制定的标准规范如下： 应用 指定 标题 ISO / ASTM52942-20 增材制造—任职资格—航空航天粉末床激光熔融设备操作员 设计 指定 标题 F3413-19 增材制造指南—设计—定向能量沉积 ISO / ASTM52910-18 增材制造—设计—要求，指南和建议 ISO / ASTM52911-1-19 增材制造—设计—第1部分：金属粉末床激光熔融 ISO / ASTM52911-2-19 增材制造—设计—第2部分：聚合物粉末床激光熔融 ISO / ASTM52915-20 增材制造文件格式规范（AMF）1.2版 材料与工艺 指定 标题 F2924-14 用于粉末床熔融增材制造的Ti6Al4V标准规范 F3001-14 用于粉末床熔融增材制造的Ti6Al4V ELI标准规范 F3049-14 用于增材制造过程的金属粉末特性表征的标准指南 F3055-14a 用于粉末床熔融增材制造的镍基合金（UNS N07718）的标准规范 F3056-14E1 用于粉末床熔融增材制造的镍基合金（UNS N06625）的标准规范 F3091 / F3091M-14 塑料材料粉末床熔融标准规范 F3184-16 用于粉末床熔融增材制造的不锈钢合金（UNS S31603）的标准规范 F3187-16 金属定向能量沉积标准指南 F3213-17 增材制造标准–成品性能–通过粉末床熔融工艺制备Co28Cr6Mo的标准规范 F3301-18A 增材制造标准–后处理方法–通过粉末床熔融工艺制造的金属零件的热处理标准规范 F3302-18 增材制造标准–成品性能–通过粉末床容易制备钛合金的标准规范 F3318-18 增材制造标准–成品性能–通过粉末床激光熔融工艺制备AlSi10Mg的标准规范 F3434-20 增材制造指南–用于生产制造的粉末床激光熔融设备的安装/操作和性能鉴定（IQ / OQ / PQ）…

10月15日，美商务部再将六项新兴技术添加到《出口管理条例》的商务部管制清单中，其中包括混合增材制造、光刻软件和5nm生产技术。至此，受到出口管制的新兴技术总数已经达到了37项。美国商务部在官网发布公告中写道：“此举是为了支持关键及新兴技术这一国家战略”。实际上，就增材制造技术而言，我国早也已经将同类技术纳入了“中国限制出口技术目录”。 公告指出，最新商业出口管制中的新兴和基础性技术的出口将对美国国家安全起到至关重要的作用，这六项新兴技术为： 混合增材制造/计算机数控工具 特定的计算光刻软件 用于为5nm生产精加工晶圆的某些技术 有限的数字取证分析工具 用于监测电信服务通信的某些软件 亚轨道航天器 所谓混合增材制造，是将增材和减材集于一体的新型制造方式。它主要采用激光熔融与CNC加工相结合，可以用工业机器人、3轴或5轴联动切削加工机床、商业化的SLM机床等相结合，通过独立的增材与减材机器（机器人交换工件）、将增材制造装置安装在主轴上（无刀库）、在机床上安装永久性的增材制造头、或者是在商用SLM机床上进行设备重构来实现。本文叙述的重点主要包含前几项。 国外增减材混合增材制造设备及重要应用   金属增材制造技术在加工精度上与传统加工相比较低，因而受到极大限制。将增材制造与传统加工工艺有机地集成起来，成形件加工完成后无需后处理即可直接投入使用，大幅缩短了制造时间和生产成本，还可拓宽原材料范围，减少生产过程中切削液的使用，实现绿色加工。近年来，增减材混合加工工艺与装备不断涌现，在提高制造精度，增大制造尺寸、提高生产效率等方面取得多项进展。 1. 洛马公司建造世界首台多机器人增减材混合制造系统 几年前，洛马建成了世界上首台“多机器人增减材混合设备”，该设备由两个机器人串行工作，具备增材制造、减材加工和工艺过程监测、尺寸检查、热测量等多种功能，适用于多种材料加工，能够显著提升大型复杂结构的制造效率，降低制造成本。 洛马公司多轴激光束沉积打印机 洛马公司增减材制造的卫星燃料箱体 2018年，洛马公司使用电子束增减材制造技术生产了迄今为止最大的3D打印空间零件—卫星燃料箱体。采用该工艺，使部件减少了超过80％的材料浪费，并将总交付时间从两年减少到三个月，同时部件经过了严格的质量测试，使其能够承受严峻的发射和长达数十年的空间真空任务。目前，该部件已作为标准件用在了LM 2100卫星平台上。 2. Relativity Space世界最大金属3D打印机，一个手臂打印，两个手臂切削 在本月Relativity Space最新的在线讲座中，其工程师介绍了该公司的世界最大的“Stargate”的3D打印机。它基于定向能量沉积技术，拥有三只庞大的机械臂，一只用来熔化金属丝进行增材制造，另两只则用以进行减材加工。依赖智能数据驱动和机器学习控制算法，该打印机可协作进行增材和减材加工以制造复杂几何形状。 三只机械臂，一只进行熔丝增材制造，另两只用来进行减材加工 Relativity Space分别拥有若干台可以打印15英尺（4.5m）、20英尺（6m）甚至30英尺（9m）的“Stargate”的3D打印机，可同时打印第一级和第二级火箭以及整流罩。 Relativity Space世界最大金属3D打印机 尽管火箭通常由数千个单独的零件组成，但Relativity Space公司设计的零件却合并了一些部件，他们的火箭零件数量是同类火箭的零件数量的1/100（Terran 1火箭只有730个零件）。目前，Relativity Space可以在30天内打印出整个整流罩，能够在短短60天内生产出整枚火箭。 3. DMG MORI多金属增减材复合制造 DMG MORI公司独特的混合式（增材制造与传统制造结合）加工解决方案，是一项令众人瞩目的技术，它将铣削加工技术与激光金属沉积加工工艺结合在一起，应用于一台具有完整铣削功能的激光熔覆加工机床上。 灵活结合增材制造与铣削加工，生产成品质量的3D工件 LASERTEC 3D hybrid是DMG MORI推出3D打印混合制造打印机，这台“机床”中融合了5轴喷粉堆焊和5轴联动铣削加工技术，可交替进行堆焊、铣削以及车削加工。 增减材一体实现 DMG增减材一体设备制造的火箭发动机部件 但基于激光堆焊的增减材一体制造工艺不仅可生产非常复杂的几何形状，而且同时可解决3D打印的表面质量问题及材料复合问题。2019年5月，卫星发射公司Virgin Orbit采用DMG MORI增减材一体式设备为NASA打印了发动机燃烧室，其内衬采用GRCop-84铜合金，外部为镍基高温合金，其结构与材料与传统设计完全相同，制造工期则节省了数月时间，热火试验更证明了基于该工艺制造的复合材料部件与传统制造的性能相一致。 除上述公司之外，能够开发增减材混合制造设备的国外知名公司还有Optomec、沙迪克、Mazak等公司。篇幅所限，不一一赘述。 国产增减材混合增材制造设备，已被纳入禁止出口名录   2020年9月，国家增材制造创新中心重磅推出了“五轴激光增减材复合制造装备”，能够实现增材成形和减材加工的自由切换，完美呈现精密复杂结构零件精整加工，满足增减材复合制造及修复再制造的需求。对于具有内腔、内孔、内流道的复杂零件，在工艺制定阶段，可以将其分段制造，逐段增材、逐段切削，实现内腔的加工来保证质量。 国家增材制造创新中心“五轴激光增减材复合制造装备” 武汉天昱智能制造有限公司与华中科技大学合作开发的微铸锻铣一体化增材制造机床（点击），是针对航空、航天等行业对大型钛合金结构件的一体化制造需求而研发的，集成了电弧 / 等离子弧快速成形、柔性微型轧制、数控加工、惰性气氛保护等多种技术于一体，在熔积成形过程中对熔积工艺参数、熔积层表面形貌、制件冶金质量进行在线实时检测，对于在增材成形过程中产生的表面裂纹、未熔合、气孔、夹渣等缺陷的无损检测，采用多种无损探伤集成装置，判定缺陷的大小、位置、性质和数量；采用快扫红外热像仪测量成形件的温度场和热循环曲线、视觉成像分析诊断系统，监测电弧弧柱特征和熔池形态，并进行数控减材加工，达到制造件的质量要求。 武汉天昱微铸锻铣复合增材制造机床 微铸锻铣复合制造技术由于突破了增材技术无法制造锻件的瓶颈，一经问世便获得了GE、空客、商飞、西飞、成飞等大型企业的高度关注，并展开了相关合作。目前，该技术也已被列入“中国限制出口技术目录”。 此外，国产增减混合五轴加工中心相对于国际同类装备具有更高的性价比。大连三垒机器股份有限公司研发的 SVW80C-3D增减材复合五轴加工中心，是金属喷粉激光熔融与立式加工中心复合机床。采用2kW光纤激光器，工件最大回转直径1000mm，工作台最大承载850kg，主电动机最大功率36kW，主轴最高转速12000/min ，X/Y/Z 轴行程800mm/800mm/600mm，X/Y/Z 快移速度48m/min，A/C 轴转动范围±120°/360°。 国产增减混合五轴加工中心SVW80C-3D快速制造复杂零件 除上述知名企业外，国内可开发增减材混合制造设备的公司还有北京机电院机床有限公司、上海航天一亘智能科技有限公司、青海华鼎装备制造有限公司等单位。 END 由以上国内外增减材混合制造设备的研发现状可以看出，国外针对增减材混合制造的研发起步早，已出现了一批商业化的增减材混合制造机床。国内针对增减材混合制造的研发起步较晚，但是研发势头较强，正在迎头赶上，而且还出现了国外所没有的一些特色增减材混合制造机床。随着增减材复合制造技术的发展和逐渐成熟，将涌现出越来越多功能强大的复合制造设备，涵盖越来越多的应用领域。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.增减材混合制造技术大幅提高武器装备生产速度 2.3D打印铣床—混合制造的特点与优势 3.3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战 4.国家增材院课程：金属熔丝高效低成本增减一体化制造技术及应用

3D打印属于哪个行业？以铂力特为例，根据中国证监会《上市公司行业分类指引》（2012年修订），公司所属行业为制造业（C）中的通用设备制造业（C34）。根据国家统计局《国民经济行业分类》（GB/T4754-2017），发行人所属行业为制造业（C），细分行业为通用设备制造业（C34）——其他通用设备制造业（C349）中的增材制造装备制造（C3493）。 根据2020年Wohlers报告，在2019年全球3D打印市场收入为118.67亿美元，较上一年增长了21.2%，近4年全球3D打印市场平均增长率为23.3%。在2019年，全球3D打印设备相关（含设备、软件、辅件等）收入大约50.43亿美元，较上年增长22.3%，其中设备收入在30.13亿，较上年增长14.7%；全球3D打印服务收入大约为68.23亿美元，较上年增长20.3%。 历年金属3D打印机的销售数量 在2019年，全球大约售出2327台金属3D打印设备，较2018年增长1.3%，全球金属3D打印设备收入为10.88亿美元。随着全球金属3D打印设备装机量的提高，金属3D打印粉末收入增长至3.327亿美元，较上年增长了27.9%。 增材制造是近三十年来快速发展起来的重要制造加工手段，即与等材、减材原理并列的增材制造方法，完备了制造加工技术。全球增材制造产业已基本形成了美、欧等发达国家和地区主导，亚洲国家和地区后起追赶的发展态势。行业的发展阶段集中体现在装备能力、产业应用和创新能力三个方面的完备和突破。中国的增材制造技术从需求出发，以设备制造为切入点开始发展，伴随着增材制造技术的快速成长以及在各个行业领域的不断渗透，产业布局急促形成。增材制造技术的应用模式逐步从直接制造走向设计制造，即增材制造技术进入到推动原有制造型企业转型和变革的发展阶段。中国增材制造技术在经历了初期产业链分离、原材料不成熟、技术标准不统一与不完善、以及成本昂贵等问题后，逐步形成了自主装备，原材料和制造工艺的创新发展，某些方面优于国际水平，与欧美发达国家形成了强劲的追赶趋势；但由于迭代周期短，依然面临增材制造装备稳定性可靠性；专用粉末材料体系不完备、标准缺乏、工艺性验证不足等问题，故增材制造装备及产品应用推广还存在一定难度。 2017-2020H1中国部分智能制造装备产量变化 2016-2019年中国数控金属成形机床、数控金属切削机床产量下降，工业机器人产量上升，表明机床智能化仍不够成熟，我国数控机床的智能化技术尚处于起步阶段，需要进一步发展。工业机器人产量呈增长趋势，机器人与增材设备制造发展相对较好。 增材技术大体可分为非金属、金属和生物增材制造技术。金属增材技术由于投入大、成本高、门槛高、附加值高等特点，全球市场占比在起初仅为个位数，随着应用领域的不断拓展，目前已超过百分之三十的市场占比。金属增材制造技术从应用需求出发，首先在航空航天领域等高附加值领域获得应用，从零件级、部件级到整机级逐步发展。近年来，随着金属增材制造行业的发展和技术日趋成熟，在能源动力、轨道交通、电子、汽车、医疗、模具等领域得到广泛了应用，发展模式形成了从定制化到批量化的发展趋势，以满足在民用产业领域低成本、高效率、高精度的要求。 2019年铂力特分行业营收情况 金属增材制造行业从装备来讲结合了机械工程、动力工程、电子信息工程、控制工程等技术领域。装备设计制造的稳定性、灵活性和可靠性是实现产品高精度、高性能、高表面质量和低缺陷、低成本的主要影响因素。中国已实现装备国产化，与国外同类型装备对比，还存在运行不稳定，激光器、振镜等核心器件进口依赖情况，需相关技术领域的协同创新发展，提升装备整体性能。 增材制造技术是实现设计制造的优势技术手段。金属增材制造行业从打印技术本身来讲是结合了热加工和冷加工的材料成形成性的过程。增材专用粉末设计、打印成形工艺、后处理、检验检测是保证打印产品质量的关键技术；结构优化设计就是实现构件的一体化、轻量化等目的，提升产品性能的关键技术。因此增材制造行业具有一定技术、市场门槛，但其良好的行业前景预期可待。推动金属增材制造技术行业的发展，要从提升创新能力、推进行业应用、打造产业集聚、深化国际合作上下功夫；突破基础原材料、关键元器件、基础工艺、核心装备等核心技术方面的瓶颈。未来必是挑战与机遇并存，只有不断的创新改革，突破关键技术，引领行业潮流，才能在未来快速发展的产业浪潮中充分体现增材制造技术的创新制造能力。 中国3D打印装备的发展严重依赖关键元器件的进口 增材制造基于自身数字化与智能化结合成形模式，已初步形成智能制造的生产模式，在未来随着信息技术的进一步发展，智能工厂将与网络协同制造结合，形成面向云定制的分布式智能产线协调管控平台，以及基于5G网络的状态可察、风险可辨、未来可测、生产流程可控的智能化综合运营系统是增材制造的新模式，从而实现从定制化向批量化、制造化向服务化以及向制造无人化的过程转化。 注：本文内容来自铂力特中期报告。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.铂力特2020半年度报告：上半年利润-1618万元，亏损同比扩大 2.从数据看全球领先的3D打印公司的研发概况 3.3D打印趋势报告2020：行业亮点与市场趋势 4.你应该知道的3D打印行业40+统计数据[2020]

3D打印概念成为主流已近40年，倡导者称赞这项技术是“制造业的未来”（future of manufacturing）。现在， 3D打印的打印速度和规模得到极大提高，生物医学应用范围也逐步扩大。近年来，这些进步均证明了3D打印技术正越来越靠近人们对它的预设。本期内容刊登自中国工程院院刊《Engineering》，作者为高级技术作家Chris Palmer。 2020年，普惠公司宣布首次将3D打印应用于飞机发动机部件 当今最常见的3D打印种类，即增材制造，使用光线将液态塑料树脂逐层固化为固体。这个过程通常比较慢，制造手持设备常常需要几个小时。此外，各层之间的接口往往比较脆弱，成品结构易碎。因此，3D打印并没有取代传统的制造过程，而是和一些非常特殊的用途联系起来。美国伊利诺伊州埃文斯顿西北大学工程学教授Chad Mirkin表示：“在很大程度上，3D打印主要局限于原型设计，因为它速度慢、产量低、产品结构不稳定。” 大约5年前，美国北卡罗来纳大学的工程师发明了一种新型的3D打印技术，即“连续液体界面制造”（CLIP），与同类技术相比，这种技术的生产速度提高了100倍。这项技术获得极大的进步，位于美国加利福尼亚州的Carbon公司获取了该项技术，其采用一种半渗透窗，可以将氧气注入液体树脂，从而形成一种能防止固化的薄的“死区”（dead zone）。在该区域上方，光线将树脂固化成固体。机械臂缓慢地将不断增长的固体从树脂中拉出，使其他材料得以固化和黏附，这种技术无需一系列层合界面，因此产品更加坚固。 clip技术原理 CLIP的速度提高备受关注——Carbon公司已与福特汽车公司、阿迪达斯体育用品公司和里德尔体育公司达成协议，分别为它们生产汽车零件、运动鞋底和橄榄球头盔——但其固化过程会释放出大量热量，这可能导致打印的零件翘曲和破裂。为了散热，打印的成品尺寸实际上被限制为25cm×25cm×41cm。 Mirkin说：“Carbon公司证实了3D打印可被用于制造业，而且他们在许多行业做得都非常好，但是他们还没有找到快速打印大型物体的方法。” 在2019年年末，Mirkin的团队宣称其开发了一项名为“高面积快速打印”（HARP）的新技术，该技术使液体冷却剂在一桶液态树脂下面循环。冷却剂是一种氟化油，在打印时会直接从正在打印的物体上吸走热量，从而使它们在短短几个小时内就可以达到成年人的尺寸。Mirkin将使用多台投影仪发出的光进行打印的方法称为“平铺”（tiling）工艺，其打印尺寸可以达到约1m×1m×4m。将来，其他投影仪可使HARP 能够制造更大的物品。“从理论上讲，平铺工艺消除了尺寸限制，” Mirkin说。 一种名为HARP的新型3D打印技术，该技术使一层液态冷却剂在一大桶液态树脂下面循环，从而消除物体打印时随着体积不断扩大而产生的热量，使它们在短短几个小时内就可以达到成年人的尺寸。这款HARP打印机高约4 m，带有0.76 m×0.76 m的打印床，可以打印一个大型的连续结构或许多不同的小型结构。来源：美国伊利诺伊州埃文斯顿西北大学（新闻稿）。 为了使HARP商业化，Mirkin和同事成立了Azul 3D公司（位于美国伊利诺伊州斯科基市），该公司预计在2021年年底前开始销售打印机。Mirkin希望HARP能改变3D打印的商业模式。“几乎所有的3D打印公司都必须从他们的硬件上获得可观的收入，因为他们根本没有使用足够的树脂来使此项技术具有良好的商业模式。”他表示，“借助HARP，该公司不需要仅依靠销售硬件来获得收入，因为他们还可以通过销售生产大量零件所需的树脂来赚钱。这样，由于初始硬件成本几乎变得无关紧要，所以HARP降低了进入门槛。” 在另一个快速发展的领域，3D打印技术正显示出其在处理微小物体方面的潜在价值。将传统3D打印机中使用的“墨水”（塑料、聚合物和金属合金）换成嵌入生物介质中的活细胞，这项技术将成为生物医学应用的一个有趣工具，未来有可能被用于制造替代组织。3D生物打印已被用于制造简单的组织，如皮肤、软骨和部分心肌。随着技术的进步，3D生物打印可能会被用于制造更复杂的器官，如视网膜、肾脏和肺。主要的挑战包括组成器官的各种各样的细胞类型，以及需要提高足够的分辨率来打印输送氧气和清除废物的微小血管。 心脏3D打印过程 “我不知道我们能否达成这个目标——有各种不同的细胞类型和维持它们存活所需的血管系统，器官实在是太复杂了。”美国明尼苏达州明尼苏达大学机械工程学教授Michael McAlpine说，“我们一直以来的错误在于试图完全复制生物学。也许通过聚合物和电子技术，你可以制造出一个能像肝脏一样工作的设备，但实际上该设备比大自然创造出来的要好得多。” 然而，3D生物打印已得到了更直接的应用，其中包括药物发现和消费品测试。在McAlpine的许多项目中，有一个可用于脊髓再生的3D打印设备和嵌入有可监测患者生理和生化标志物的传感器的电子纹身。 虽然3D生物打印主要集中在很小的领域，但是美国得克萨斯州的创新者正在使用超大规模的3D打印来建造房屋。位于得克萨斯州奥斯汀市的建筑技术公司Icon开发了一台名为Vulcan II的3D打印机，该打印机可以在大约24h内打印37m2 的两居室房屋的墙壁。Vulcan II是专门为偏远农村的房屋建造而设计的，由于有限的资源、无法预测的天气以及不稳定的电源，使用传统的建筑方式几乎是不可能完成房屋建造的。这台高3.5m、重1725kg的机器连续堆积了一层高2.5cm、宽5cm的被称为“lavacrete”的可延展型混凝土基线材料，并将其硬化成墙。 Icon公司（位于美国得克萨斯州奥斯汀市）的Vulcan II 3D打印机堆积了一层大约2.5 cm×5 cm的名为“lavacrete”的混凝土基线材料，建造了如图所示的37 m2 房屋的墙壁，花费了约24 h。来源：Icon公司（新闻稿）。 Icon公司的Vulcan II 3D打印机位于三个结构的最末端，该打印机在美国得克萨斯州奥斯汀市的一个地基上创建了三座37 m2 房屋的墙壁，这些房屋的平面图各不相同 Icon公司目前正在51英亩（注：1acre=4046.873m2 ）土地上为美国奥斯汀东北部地区的无家可归者打印数十套房屋，并为墨西哥塔巴斯科小镇约50个家庭提供房屋。虽然Vulcan II减少了建造房屋的工作量，但建造过程并非一步到位，工人仍然需要打下地基并安装屋顶。3D打印房屋除了能节省时间外，与其他低成本住房相比，它还能够打印平滑曲线和倾斜墙壁以实现其更自由的设计。 在另一项大规模应用中，总部位于美国加利福尼亚州洛杉矶市的Relativity Space公司开发了一种名为“Stargate”的3D打印机，用于建造几乎不以地面为基础的物体，即30m高的火箭飞船。Relativity Space公司计划用3D打印技术打印第一枚火箭的整个生产线，即Terran-1，但不包括电子设备、电缆和少量活动部件。相比之下，SpaceX、Blue Origin和其他公司也使用3D 打印技术，但仅用于生产部分零件。Relativity Space公司与许多卫星运营商签订了发射有效载荷的合同，并同意他们使用美国国家航空航天局位于密西西比州汉考克县的John C.斯坦尼斯航天中心的两个测试设施。该公司还获得了从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的“Launch Complex-16”发射“Terran1”火箭的权利，其中第一枚火箭有望在2021年发射。 Relativity Space公司（总部位于美国加利福尼亚州洛杉矶市）的 Stargate 3D打印机使用定向能量沉积制造巨大的金属物体，如火箭的燃料箱和发动机。打印机高9 m，且具有3个庞大的机械臂。一只机械臂使用强大的激光来熔化金属丝，金属丝会逐层沉积以形成火箭的零件。另外两只机械臂用于固定工具以完成打印的部件。来源：Relativity Space公司，维基共享资源（CC BY-SA4.0）。  尽管火箭通常由数千个单独的零件组成，但Relativity Space公司设计的零件却合并了一些部件，这些部件通常是被分开制造然后组装的。所以，他们的火箭零件数量将是同类火箭的零件数量的1/100。更少的零件意味着更少的接口和更少的出错机会。此外，尽管大多数制造商必须重新配置其设备以制造额外的硬件，但Relativity Space公司只需要在打印机软件中运行一个新程序即可创建下一个零件。而且与传统的火箭制造相比，该公司的3D打印机进行设计更改也更容易且成本更低。 “一般，航天工业要规避风险，相较于创新，更希望有更多的信心实现成功发射。”安全世界基金会私营部门项目主任Ian Christensen说，该基金会总部位于美国科罗拉多州布鲁姆菲尔德市，其致力于促进和平可持续的外层空间的利用。“像3D打印火箭这样完全新颖的东西，市场将如何反应，这是一个悬而未决的问题。” 仅仅因为现实中3D打印已经开始满足人们对它的期望，但人们仍有更多雄心勃勃的目标。Relativity Space公司不仅不满足于通过制造火箭将卫星送入轨道，还着眼于将打印机运送到火星，以便在火星上打印火箭，从而将土壤样本送回地球。“这种采样返回的概念在理论上是有趣的，但几乎可以肯定，它需要与政府的太空探索和行星科学项目相结合，而这些项目进展缓慢。”Christensen说，“像在技术方面的挑战一样，这一概念在政策及体制方面也面临着挑战。” 注：PDF版本可在qq群下载。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.SpaceX正在招聘增材制造工程师，职责和要求有哪些？ 2.3D生物打印的革命：会跳动的心脏，会呼吸的肺和会生长的骨 3.国内：结构优化和增材制造在高速飞行器上的应用和面临的挑战 4.Carbon…

在9月18日的中国航天大会上，2020年宇航领域十大科学问题和技术难题发布，面向空间超大型天线结构的在轨增材制造技术与超大型空间光学装置在轨组装和维护技术被纳入其中。这两项技术，均属于空间在轨制造范畴。 据介绍，十大科学问题和技术难题是由中国航天大会学术委员会的院士、专家以“面向2050年对航天技术发展具有导向作用，对航天技术或产业创新具有关键作用，切中航天技术发展重点和要点，具有代表性”为重要评判标准，对宇航领域科学问题和技术难题征集活动中所提交的材料进行审慎评议后最终确定的。 空间在轨增材制造的需求   随着我国在轨任务需求的增长和规模的扩大，在可以预见的未来将会有更多且更大的空间系统在轨运行，如大口径空间望远镜、超大型通信卫星天线、超大型太空发电站等。 在大型构件的在轨组装方面，受火箭推力、整流罩包络及机构复杂度的影响，未来深空探测、天文观测、战略侦察等工程所需的大面积、大跨度空间结构一次性实现在轨布署有较大的难度。空间在轨增材制造、在轨组装可将单次/多次发射入轨的结构模块、功能模块等基本单元依序组装成期望的大型空间系统。 詹姆斯·韦伯太空望远镜的直径为6.5米，目前我国运载能力最大的火箭长征五号内部直径为4.5米 另一方面，航天器的质量往往非常大，但实际上在空间微重力环境下并不一定需要结构非常强，航天器的结构做的很重、很大，是因为要经受住航天发射过程中巨大的冲击。如果能够实现空间在轨制造，也将大大减轻航天发射的成本。 空间在轨增材制造属于在轨制造的一种重要形式，它将有效解决未来空间超大型天线系统建设的难题，为超大型空间结构的在轨建设和维护提供有效手段，对推动我国天文观测、空间太阳能发电等领域技术发展与应用具有重要作用。 太空发电站效果图 空间在轨增材制造的技术途径   目前在轨制造主要通过真空增材制造设备或机器人实现。通过在“国际空间站”上的增材制造设备制造零部件，区别于地面的核心在于保证微重力、真空条件下制造零部件的力学性能；通过机器人在轨制造，即采用具有增材制造功能的多臂机器人，利用碳纤维等材料建造桁架子结构，并将这些子结构组装成为大型系统。 目前，空间站中的增材制造已经被普遍证实可行；美国、俄罗斯、中国的航天机构已完成熔融沉积、光固化以及生物3D打印等的在轨制造实验；德国宇航中心也已在开展微重力条件下的金属粉末床熔融工艺。 在空间站或飞船内部进行3D打印 利用机器人进行在轨制造则可以追溯到1993年，德国通过地面操作太空机器人完成预定任务，随后日本、加拿大、美国、俄罗斯、中国也进行了相关研究与探索。机器人的主要形式经历了从单机械臂到双机械臂到目前多机械臂的发展，任务形式也从在轨捕获、在轨维修，发展到在轨组装，也即机器人在轨增材制造。 空间机器人通过在轨增材制造实现大型航天器构建 NASA大型结构机器人在轨装配项目   2015年7月，NASA启动“大型结构系统太空装配”项目，旨在实现大型模块化结构系统在太空中的自动装配、服务保障、翻新、重构以及再利用。 NASA授予太空制造公司（Made in Space）价值2000万美元、为期两年的“建筑师”项目合同，研发装有机械臂的3D打印机，并将其安装在国际空间站外部分离舱。这种太空制造与装配设施将使NASA和私营公司仅需将增材制造所需的原材料和某些高价值部件（如传感器、电子元器件和电池）发送至太空，便可以在太空中用机械臂将这些零部件与增材制造的零部件装配起来。“建筑师”项目官方名称为“多功能太空机器人精确制造与装配系统”，是NASA“临界点”计划选取的3个在轨机器人制造与组装航天器和结构相关项目之一。 Made in Space空间机器人演示在轨增材制造 美国Tethers Unlimited公司正在研究的在轨制造系统——“蜘蛛制造”，将利用蜘蛛状机器人在轨进行大型空间结构如天线、电池板、桁架和其他多功能结构的制造与组装。只需要将原材料送入轨道，即可由机器人利用增材制造技术在轨制造，并将制造的零部件装配成大型系统。“蜘蛛制造”已完成机器人样机制造，进行了地面演示，验证了“蜘蛛制造”概念关键工艺的基本可行性。该公司从2016年开始制造第二代机器人原型。 空间在轨增材制造地面试验 中国空间站机器人系统   中国非常重视空间机器人系统的研制，在载人航天空间站规划了大型、中型两套空间机械臂系统，也利用载人飞行器开展了空间机器人相关技术的在轨验证。 2013年，我国首个空间机器人成功发射，并圆满完成各项任务；2015年，我国自主研发首个全自由度空间机器人系统；同年，我国空间站大型机械臂初样阶段研制获重大突破，目前已进入正样阶段；2016年，天宫二号搭载空间机械手通过人机协同完成多次在轨维修和装配任务。 2015年国产空间机器人首度报道公开 中国载人航天空间站在建造阶段将配备核心舱 、 实验舱机械臂两套机器人系统。核心舱机械臂主要用来完成空间站舱段转位与辅助对接、悬停飞行器捕获与辅助对接、支持航天员EVA等；实验舱机械臂主要用以暴露载荷照料、光学平台照料、载荷搬运、支持航天员EVA等活动。核心舱机械臂和实验舱机械臂展开长度分别约为10m和5m，最大在轨载荷分别为25000 kg和3000kg，均具有7个自由度，可完成空间站的维修维护任务。 空间机器人是实现空间操控自动化和智能化的重要手段之一。在当前在轨应用及验证的基础上，未来空间机器人的应用方向将从空间目标的抓捕与移除、高价值目标的在轨服务与维修发展到空间大型构件的在轨组装等任务，空间机器人也将成为空间在轨增材制造的关键。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.南航：系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 2.航天529厂助力中国卫星3D打印产品在轨应用常态化 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.迄今为止集中力承载环境最“恶劣”的航天3D打印应用通过飞行考核

以粉末床激光熔融技术为代表的金属3D打印企业有很多——EOS、SLM Solutions、Renishaw、3D Systems、铂力特、华曙高科、易加三维、汉邦科技。。。这串名单还可以更长，但是这些技术原理一样的产品相互之间有哪些不一样，除了稳定性、知名度，可以想到的则不是很多。 “ LPBF技术领域很少有公司具有鲜明的特色，基本都大同小异，很难看到真正的差异化。未来，谁能证明他们可以降低成本、提高质量并保证稳定生产，谁就可以取胜。谁无法找到自己的真正差异性，谁就很容易从2020年开始出现钱不够烧的情况。”——工程产品和服务公司Phoenix Analysis & Design Technologies 董事兼共同所有人Eric Miller “差异化将是企业生存的关键，如果企业不能清楚的向市场传达自己的价值主张，将很难脱颖而出。在这个市场中，克服成本压力、提高材料灵活性、突破制造限制都将是非常具有吸引力的价值主张。”——金属增材制造专家Alex Kingsbury 作为整个增材制造市场的重要参与者，系统供应商驱动着超过50％的市场，粉末床熔融技术（PBF）又是该市场中的主导技术。到现在为止，来自欧美和亚太主要工业地区的供应商已经提供了大量增材制造设备，各种模态类型和材料应有尽有。正如上面分析所言，传统设备商之间的产品差异化却并不明显。而近些年，市场上涌现出了一些基于传统SLM技术的创新产品，似乎给这项发展了20多年的技术带来了一些新活力。 传统SLM技术的革新—差异化带来新活力 1. 十二激光、更大层厚，下一代金属3D打印机 SLM Solutions虽是传统的金属3D打印制造商，但其技术理念一直引领行业发展。传统大尺寸SLM设备通常配备三激光或四激光，但SLM Solutions目前正在研发的下一代金属增材制造系统多达12激光，这将为增加打印尺寸、提高打印效率提供重要保证；除此之外，SLM Solutions自多年前就已推出0.06和0.09mm的大层厚打印工艺，相比很多公司固守小层厚，该公司为提高打印速度可谓煞费苦心。2019年，SLM Solutions顺利度过难关。 SLMSolutions下一代设备打印的部件（600x 600mm） 2. 解决后处理痛点，无支撑金属3D打印技术 支撑去除同样是传统SLM金属3D打印技术的极大痛点，该过程几乎只能通过手工操作，给零件处理带来了极大不利，而且还会降低表面质量，破坏脆弱结构。基于此，一些软件开发商推出了智能化的支撑添加模块，希望能够简化支撑添加过程、减轻去除难度，事实上这些功能正在生产一线发挥重要作用。但Velo3D的无支撑SLM技术来的更为彻底，通过无接触的铺粉方式以及可能的工艺动态控制，该公司实现了零件无需支撑、无需生长在基板上即可成型的效果。毫无疑问的是，Velo3D的技术确实领先于当前主流的SLM工艺，它显示了该公司对材料和工艺的控制能力，给金属3D打印技术的工业化应用带来了极大便利，这为获得航空航天、国防和军工部门的青睐奠定了基础。 Velo3D无支撑金属3D打印 3. 一次多层，多层并行打印技术 由澳大利亚Aurora Labs研发的多层并行打印技术比如今主流的金属打印速度快几个数量级，每天可成型上百公斤粉末。这种世界上“最快”的直接金属3D打印机兼顾铺粉与成型，无疑能够同时保证对零件高精度、高性能、高复杂以及高效率的追求。 Aurora Labs多层并行打印技术 4. 质量可追溯，决心替代后检测 3D打印技术能够实现增长的另一个关键原因是其在质量保证方面的能力：金属增材制造设备必须能够始终如一地生产质量高度稳定的零部件。“随着越来越多OEM不再满足于单纯的后检测，生产过程中的质量监控和质量保证已经成为众多解决方案提供商的工作重点。”Velo3D技术合作副总裁Zach Murphree博士表示，“测量机械完整性、检测表面缺陷和孔隙度对于零件质量至关重要，每个解决方案提供商都需要认真考虑如何解决这些难题，到时候谁能拿出适用于关键组件的质量控制解决方案，谁就能最终胜出。设备厂商和第三方供应商都应着力于解决OEM的痛点。” Sigma Labs公司PrintRite3D热能量密度算法 目前，Sigma Labs 等公司已经开始提供可以在生产过程中实时监控生产设备的技术。Sigma Labs 总裁兼首席执行官 John Rice 最近在接受采访时介绍，“我们的硬件/软件包可以观察并评估生产过程，并且利用热信息，及时发现生产过程中零部件规格出现偏离的情况。系统可以识别质量问题发生的前兆，并及时提醒设备操作员停止生产并作出修正，从而降低零部件报废或生产受限的情况。” 无疑，质量监控、可追溯正在成为高端用户追求的目标，这实际上为SLM系统制造商带来了压力。目前欧美设备商遥遥领先，传统金属3D打印老牌企业EOS和雷尼绍等均已推出了在线监控和质量可追溯模块，国产品牌基本上仍停留在“录像”阶段，在差距显现的同时，也是国产品牌创新的良机。 EOS依靠光学层析成像实现质量可追溯 5.关注细分领域，行业专用打印机 在细分应用领域，传统SLM技术的发展也正在凸显出差异化的竞争趋势。纯铜打印的故事已经讲了多年，主流设备商依然是通过改造机器进行工艺开发，而弗劳恩霍夫激光技术研究所、通快集团以及日本岛津和大阪大学等机构则另辟蹊径，从材料和激光相互作用的角度入手，通过改变光源提高纯铜的成型效率。由通快集团开发的绿激光3D打印机已经上市，纯铜和贵金属的安全、高效率3D打印为这些材料在细分领域的应用开辟了道路。 通快采用绿激光打印的纯铜零件 6.减轻用户负担，材料再循环利用 金属3D打印材料领域的发展同样有不一样的现象。此前材料制造商推出了多种雾化制粉工艺，但这些工艺所使用的原材料均是传统棒材或金属丝材等标准材料。但美国6K公司却将目光聚焦于金属3D打印的支撑结构件、废件以及来自于机加工行业的切屑、铣屑等可回收原料，通过其微波等离子平台转化为优质金属粉末，从而成为世界首个可以利用可持续资源，生产增材制造粉末的系统。6K的目标是100％的利用进入供应链的所有材料，为增材制造用户提供一种新的项目成本管理和供应链控制方式，并同时朝着实现增材制造循环经济的方向发展。 END 市场研究公司AMPower最近的一份报告显示，2019年包括系统、材料和服务销售在内的全球金属3D打印市场的估值约为20.2亿欧元，未来几年更是会以超过23%的年复合增长率持续增长，并在2024年达到58.91亿欧元。航空航天、国防和汽车终端行业对金属3D打印的需求不断增加，以及该技术在降低制造成本和缩短交货时间等方面所体现的优势，成为市场快速增长的主要原因。 而从近几年3D打印技术发展的现状来看，无论是金属3D打印、光固化还是激光烧结，解决制造弊病、突破传统打印极限正在成为潮流。无论选的角度多么小，但只要能够解决实际问题，都会成为产品差异化的突破口。正如王华明院士在近期《开讲啦》中所提到的，一个公司一定要有自己的核心技术，能把潜在的优势变成现实的，才会得到发展。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.SLM无支撑智能系统PK HP与Desktop Metal 2.使用EOS光学层析成像代替无损检测保证增材制造部件质量 3.从TCT看国内3D打印行业正在以何种方式发展 4.3D打印对汽车制造的内外驱动力及当今汽车增材制造市场

欧洲焊接联合会（EWF）作为欧洲焊接界的代表，主要开展研究及解决一切与焊接相关的问题。其推出的统一的焊接人员培训与资格认证体系在几十个国家得到相互认可。鉴于增材制造的快速发展，以及金属3D打印与焊接的工艺相近性，EWF发起了一项国际增材制造人员职业资格培训与认证制度。该制度已经在许多欧洲国家开始实施，未来几年内将会进一步扩展。本期，我们来看这项国际性的增材制造培训标准具有怎样的权威性。 3D打印从业人员培训与认证体系 EWF充分利用其在开发统一的培训体系中的经验，结合市场研究、收集有关当前市场技能需求的数据，与行业专业人士和学者进行讨论，推出了关于金属增材制造从业人员的七种资格认证体系——三种3D打印机操作员资格认证、一种3D打印协调员资格认证以及三种金属3D打印工艺工程师资格认证。 这七项资格认证都集中在与焊接密切相关的四种金属增材制造工艺中：基于激光和电子束的粉末床熔融PBF技术，以及基于激光/电弧的能量沉积DED技术。资格认证系统具有模块化体系，可提供灵活和个性化的培训课程。 金属3D打印操作员、协调员和工程师的执业资格所涵盖的模块和能力单元 接下来，我们以SLM技术为例，说明操作员与工程师培训的差异。SLM操作员和工艺工程师都是具有特定知识和技能，以及自主权和责任感的专业人员。 操作员需要能够使用金属SLM打印机，具备解决问题的能力，主要任务包括： 能够操作3D打印机，并能进行设备维修和维护； 能够进行打印机光束的测量与定位; 可进行零件的后处理，拥有粉末管理知识； 可针对SLM工艺相关的基本和特定问题提出解决方案。 工艺工程师主要是在生产过程中规划打印工艺，确保增材制造零件的高效生产和后处理。主要职责包括： 根据零件的具体应用、材料、设计和成本，评估客户要求的制造适用性，确定哪些工艺适合该要求； 应用多种工程技术，通过比较和研究，制定综合性的解决方案，为项目运行做出贡献； 制定和执行SLM生产方案，包括设计、打印、前处理和后处理操作的验证，确保零件质量的一致性，分析技术问题的产生原因并制定解决方案； 根据工作计划进行操作员任务分配，并协调他们与管理人员之间的关系。 两种资格培训的准入条件也有不同，操作人员只需要具备国家义务教育的凭证，而工艺工程师则需要具备机械、材料、航空、材料或类似专业的工程学位。 操作员的培训围绕设备操作、维护和制造管理进行，包含了与之相关的光束验证、粉末管理、零件后处理以及从业安全等。培训时长至少84小时，而要熟练掌握规定的技能，培训体系指出至少需要付出168小时。受训者必须对每个模块都经过测试并达到评估标准才能获得认证，而航空航天部门的操作人员则具有更严格的评价标准。 金属3D打印（PBF）操作员培训体系 金属3D打印（PBF）操作员培训等级 操作人员共设置了四个级别：INDEPENDENT、SPECIALIZED、ADVANCED 以及EXPERT，每个级别所能达到的技能和权责有很大区别。其中，SPECIALIZED级别允许操作人员运用专业认知和技能，为金属增材制造过程中的常见或常规问题制定解决方案，并负有管理和监督低级别人员的义务。EXPERT级别则可以在高度复杂的环境中管理和优化金属增材制造工艺，为不可预测情况开发最佳和最经济性的解决方案，并全权负责增材制造生产计划。 工艺工程师的培训内容除了基本的工艺设定外，还包括后处理、材料、过程控制、生产过程协调管理、零件质量评估、设备状况分析等高度专业的知识和技能。培训时长至少273小时，涉及5项一般强制性主题以及不少于两项的材料专业化学习，而如果要全面掌握培训技能，至少需要花费两倍的时间。 金属3D打印（PBF）工艺工程师培训体系 金属3D打印（PBF）工艺工程师培训等级 同样的，工程师的级别也分为了上述四个级别。其中，INDEPENDENT级别只要求工程师具有解决简单和特定金属增材制造问题的知识和技能，仅负责基础工作中的决策；而ADVANCED级别则需要具备先进的解决问题的能力，包括严格评估、在复杂且不可预测的条件下确定最优工艺和最经济性的解决方案，自主管理增材制造应用项目等。 END 除了针对于不同金属增材制造工艺的培训内容外，EWF还正在开发关于增材制造设计、认证和其他技术操作人员的培训内容和标准。 相比较来说，国内还没有如此细致的培训标准发布，从业现状也存在着发展不均的问题，有的公司研发和操作分的很清，而有的公司研发人员则不得不操作设备。这是技术发展阶段所限，也是行业不成熟、企业盈利不足的表现。 本期上传：EWF金属3D打印操作人员和工程师培训标准完整版本。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.欧洲8国21家机构携手推进多材料、多工艺协同金属3D打印 2.新一代增材制造 : 金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功 3.专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性 4.深度：增长再次加速？公司开启3D打印战略的路径与建议

从CFM LEAP发动机燃油喷嘴重新设计，到2015年获得FAA认证，GE航空采纳增材制造技术已有十年之久。如今，GE9X 等其他发动机也正在大量使用增材技术制造的零部件。GE航空指出，采用增材制造进行批量生产，需要仔细规划、对潜在风险的认识以及对细节的极大关注。如果方法得当，增材制造可以带来巨大的益处，如缩短生产周期、节约成本、整合零部件数量、减少浪费，提高可持续性和加强供应链等等。 本期，GE航空将分享他们在增材制造通往批量生产的道路上的历程和经验教训。 01边做边学GE Aviation大约在十年前开始采用增材制造技术，然而它的使用历程并非一帆风顺，更可以用摸着石头过河来形容。经过十年发展，GE已经采用增材制造取得了产品的跨越式发展，在行业应用中更是起着引导示范作用。 1. Leap燃油喷嘴 对增材制造技术的使用，源于当时对CFM LEAP大涵道比涡轮风扇发动机燃油喷嘴的重新设计。传统上，飞机发动机燃油喷嘴是用一系列复杂零件通过钎焊制成最终形状，这往往造成工艺产量低、耐久性差，并且工程师很难进行优化设计以满足要求。 以前，这种复杂的金属部件由20个组件构成。如今，通过3D打印，燃油嘴已经变成一个单一零件。2015年，GE Aviation生产了第一个经美国联邦航空管理局认证的增材制造燃油喷嘴。自此以后，新燃油喷嘴的生产数量已经超过60000个，将零件的库存减少了95%，并将组件的成本降低了30%。 以增材制造为理念，从零开始重新设计喷嘴，零件的生命周期由于下列原因获得显著改变： 燃油喷嘴减重25%，从而降低了飞机寿命期间的燃油消耗； 燃油喷嘴寿命延长了5倍； 由于制造过程中材料利用率提高，原材料消耗大幅降低。 在零件开发过程中，GE Additive和GE Aviation的设计师、制造工程师和质量团队在同一地点办公，这增加了整个团队的协作，促进了决策制定，使得他们能够快速解决任何技术问题。 leap燃油喷嘴 2. GEnx-2B电动开门系统 (PDOS)支架 2018年11月，GE Aviation获得了美国联邦航空局的批准，用一种增材制造的支架来取代GEnx-2B发动机上的一个传统支架。新的支架用于电动开门系统(PDOS)，使得GEnx的风扇罩能够轻松打开和关闭，以便快速维检。 通过使用现有的粉末和材料规范以及数据集，GE Additive和GE Aviation的工程师们密切合作，加快了这个本来可能需要航空工业数年时间的开发进程。借助GE的所有最佳实践，该零件在不到10个月的时间内就从设计阶段进入了生产阶段。 GEnx-2B电动开门系统 (PDOS)支架 确保每种材料的性能数据都能够代表不同制造工艺和不同形状的打印零件的性能，这一点至关重要。GE Aviation并没有根本上改变PDOS支架的设计，或针对增材制造来对进行设计优化。他们选择使用已经获得美国联邦航空局批准的钴铬合金，以及一个已经通过燃油嘴认证的数据集，来打印这一零件。采用GE Additive的Concept Laser M2打印机每次可打印四个支架（每架飞机所需），实现了降低零件成本的计划目标之一。 采用增材制造技术来生产PDOS支架的成果非常出色。新支架的重量减少了10%，降低了90%的材料浪费，零件通过内部制造显著降低了供应链成本。 3. GE9X钛铝低压涡轮叶片 在其位于意大利卡梅里的工厂，GE Aviation的子公司Avio Aero正在为波音下一代777X喷气式飞机制造用于GE9X发动机的涡轮叶片。这些叶片在发动机内以每分钟2500次的速度旋转，并承受高温和巨大的作用力。 Avio Aero的现代化工厂拥有超过35台Arcam EBM A2X和Spectra H设备。每台A2X打印机可以在大约三天内用3千瓦的大功率电子束同时打印六个涡轮叶片。新的Arcam Spectra H打印机通过电子束逐层加热并熔化钛铝 (TiAl)粉末，可以在大约相同的时间内生产多达10个叶片，每个叶片的高度约40厘米。 2020-2023生产高峰预测：每年将生产6万个叶片 增材制造的TiAl合金叶片的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%（同时也减少排放）。 部门协作再次成为Avio Aero成功转向连续生产的关键。一个由GE Additive技术人员组成的专门团队驻扎在卡梅里工厂，直接与Avio Aero团队合作，为EBM机器提供支持和维修。在Arcam位于瑞典哥德堡的总部，一个由10人组成的特殊团队专门为Avio Aero提供支持，并与意大利的现场同事密切合作。 02拥抱变革这三个关于连续增材生产的真实案例研究也让整个GE的各个团队经历了重要的学习过程，这些团队在这一过程中汲取了变革管理方面的宝贵经验。 制定一个计划和商业案例，详细说明为什么增材制造在具体情况下是有意义的，应该是形成增材技术战略的第一步。 GE Additive验证过的应用 许多金属增材技术的使用者最初都表现出高昂的热情，并且兴奋地投入其中。然而，一系列的生产问题，如打印停止、打印失败、不同设备间的偏差以及打印批次的偏差，会引起慌乱并导致团队热情下降。在这些问题得到解决和克服之前，可能会出现一个称为“幻灭低谷”的阶段。 重要的是要把连续增材生产之路视为一场马拉松，而非短跑冲刺。一旦这些障碍得到解决，连续生产开始成为现实，领导层就会意识到并接纳增材制造技术对其企业的影响。 03应对生产挑战采用增材制造进行连续生产，通常会遇到三个主要的生产问题： 1. 打印的可重复性 这可能包括不同现场或不同机器之间的偏差，或者不同粉末批次的变化；当在单台机器上使用单一粉末批次，在一个打印过程中制造单个零件时，这些偏差通常不会出现。 在查找导致变化的关键因素的过程中，识别“关键因素”是至关重要的。其中包括与机器相关的因素，如参数中的“工艺设定”（功率、速度、间距）、腔室环境（即气流和氧气）或机械校准；其他关键因素可能与粉末组分、粉末处理和后处理工艺有关；对于功率和气流等问题，控制在一定范围也很重要，在整个加工基板的范围内，可以接受怎样的偏差等等。 当机器未被“锁定”在某个生产配置，或者操作和维护机器的指导不完整时，也会出现问题。另外，也要考虑指定预防性的维护计划。例如，需要多久验证一次机器标定？需要多久重新标定一次氧浓度传感器，或者检查机器内的气体流速？需要多久更换一次过滤器？记录、维护和控制所有这些因素很重要。 2. 零件质量 为了实现一贯的零件质量，重要的是建立一个可靠的质量计划，而这涉及多个部门，其中包括工艺设计、制造和品控。品控架构需要清楚了解设计意图是什么，以及制造团队如何制造这个零件来满足这个意图。 首先，制定一个总体控制计划，并建立检查策略。3D打印使非常复杂的几何形状制造成为可能，但这可能给那些负责检查这些零件的人带来新的问题。为此，要确保达到设计意图，怎样的检测技术是最好的——白光、CMM、X光、FPI，还是CT？ 零件质量始于粉末——如何考察供应商供货规格，以及如何处理粉末。重要的是创建并坚持适当的金属粉末处理和储存流程，同时进行连续过程验证，以确保拥有一套稳定工艺。 从事传统制造业的人可能不熟悉其中所涉及的方方面面。粉末可以重复使用和回收，但需要仔细存档，并且必须遵守适当的环境、健康和安全程序。 增材制造零件质量控制和评价需要确定标准 3.…

增材制造是多领域技术深度融合的产业，我国正处于技术集中突破期、产业高速发展期，亟需各类优质资源大规模投入。而当前，多领域人才短缺已成为制约我国增材制造产业健康快速发展瓶颈之一。本文由工信部装备工业发展中心李方正博士重点解读增材制造人才现状，分析我国增材制造人才发展面临的短板弱项，对于推动我国增材制造产业健康可持续发展具有重要意义。 01 我国增材制造从业人员现状分析 经统计分析，截至2018年底， 我国增材制造产业从业人员规模约为2万人，并呈逐年上升趋势。 1. 从人才类型来看，科研型人才占比最高 由于增材制造技术和行业的特殊性，中国增材制造产业联盟将增材制造从业人员分为技能型人才、科研型人才和管理型人才三类。其中，技能型人才是指具有某一学科专业基础，又能将这一学科的专业基础与增材制造技术充分融合的人才；科研型人才是指主要从事增材制造专用材料研发、工艺技术优化、设备开发等相关领域研究的人才；管理型人才作为增材制造技术与市场能力的汇总者， 是增材制造行业的管理型复合人才，需要对增材制造产业链有着全面的了解。经统计，如图1所示，当前企业从业人员存量构成中，科研型人才占比最高，达到43%；其次是技能型人才，占比39%；管理型人才占比最低，仅为18%。这也说明，增材制造产业正处于发展初期，需要大量智力和技术资源投入。 图1 增材制造企业从业人员人才分类（数据来源：中国增材制造产业联盟） 2. 从年龄结构看，中青年人才占主导地位 增材制造产业从业人员年龄主要集中在35岁以下，占总人数的72.9%，人员结构相对年轻化，随着人才培养规模的不断扩大，后备力量逐步增加，有利于中小型企业的持续发展。 图2企业从业人员年龄结构（数据来源：中国增材制造产业联盟） 3. 从学历结构来看，高学历人才占比较高 如图3所示，本科及以上学历从业人员比例占到50.7%，其中硕士占比35.1%，博士及以上占比3.2%，行业整体学历水平相对较高。 图3企业从业人员学历结构饼状图（数据来源：中国增材制造产业联盟） 4. 从供给结构看，高校仍为人才供给主力军 当前企业人才供给来源中，高校培养的科研型人才、管理型人才占主导地位。增材制造是信息技术、新材料技术与制造技术多学科融合发展的产物，目前普通高等学校本科专业中还未专门设置增材制造专业，仅开设增材制造领域的公共课程或基于传统专业开设的“3D打印精英班”。一批高校起步相对较早，培养的大批人才流向了增材制造科研、材料制备、装备制造等领域。在职业教育领域，偏向于应用型人才培养，目前职业教育人才培养刚刚起步，正处于探索专业体系建设、健全人才培养模式阶段。 5. 从需求结构看，高技能应用型人才需求更为迫切 中国增材制造产业联盟摸底统计数据显示，如图4所示，在2016-2018年的3年间，我国企业人才需求规模逐年增长，年均增速超过20%，统计结果显示，相关企业对增材制造业务推广、软件工程师、材料/工艺研发工程师、应用工程师等岗位需求较高，分别为18%、16%、13%、10%。我国增材制造企业超过500家，未来3年的人才需求规模预计在5万人以上。通过对人才需求岗位情况统计也可以发现，行业已经对增材制造的智能化趋势作出了反应，目前正在寻求更多的软件开发专业人员，尤其是具备云解决方案等复合专业知识的人才。 图4 企业岗位需求情况（数据来源：中国增材制造产业联盟） 6. 从薪酬水平看，整体处于中游水平 如图5所示，从全行业平均薪资水平来看，国内增材制造行业的整体薪酬处于制造业中游水平。但由于近年来产业的快速发展，增材制造人才培养与产业增速不匹配问题突出，造成各企业间人才争夺现象严重，人才流动速度加快，造成了人才大量流失。 图5 2016-2018年企业从业人员数量统计（数据来源：中国增材制造产业联盟）如下表所示，国内增材制造从业人员薪酬水平普遍较低，主要原因有：一是当前产业发展规模依然较小，众多民营企业经营困难，从业人员的薪水无法在短时间内得到明显提升；二是整个行业还未建立起明确的薪资标准，企业给出的薪资无据可依，薪资差异化明显。 我国增材制造行业应届毕业生薪酬情况 02 我国增材制造人才短板分析 1. 人才数量不足 人才短缺正成为制约我国增材制造产业发展的主要短板之一，中国增材制造产业联盟预测：未来数年，增材制造领域研发、工程、设计、应用等方面科研型和技能型人才数量短缺将达到800万规模。造成人才数量短缺的原因主要有：一是我国增材制造人才培养体系尚未完善，各层次人才培养跟不上新技术的快速发展；二是增材制造产业发展尚处于起步阶段，产业规模较小，企业研发能力薄弱，不足以支撑长期的人才培养；三是受行业环境、企业管理、薪酬制度及个人职业发展规划等因素的影响，民营企业人才流失问题普遍存在。 2. 培养能力较差 高校方面，学科建设不完善，多学科协同创新及交叉学科科研课题匮乏，限制了增材制造复合型人才的培养，同时，我国在增材制造原创性技术研发方面存在一定差距，学生创新能力培养水平有待提升；职业院校方面，课程培养方案尚处于探索阶段，师资力量薄弱，培养模式单一，缺乏切合工程实际的人才培养体系和机制，此外我国职业教育受重视程度不够，暂不具备培养高级技能人才的能力；而企业作为人才培养的重要渠道，也还未发挥出相应的作用，行业内大部分企业对人才培训缺乏认识，培训体系不完整，人力资源竞争力不足。 3. 管理人才匮乏 当前，我国增材制造管理人才主要依靠国内现有科研团队或企业自身培养，通过实际的增材制造产业链运作和商业模式创新应用等来持续提升自身的管理经验和技能，逐步成长为符合增材制造行业特点的复合型管理人才。但是，现有增材制造管理人才培养模式和渠道过于单一，大多数企业管理人员还是基于传统思维方式去推动增材制造技术应用及服务，未建立起基于增材思维的管理模式和方法去推动企业增材制造技术应用及服务，同时也会造成我国增材制造管理人才发展出现一个断层，不利于我国增材制造产业链的高质量发展。 4. 缺少权威认证 我国增材制造人才认证工作尚处于起步阶段，人才认证方案不规范，培养考核标准不统一，相关认证市场认可度不高，未能形成增材制造行业标准化的技能水平测试和能力证明体系。人才认证工作的缺失使得增材制造人才的培养缺乏指导，培养方向、标准、目标不明晰，人才的遴选、甄别、招聘、晋级缺乏客观指导标准和参考。破解“缺乏认证导致的人才短板”难题，亟需行业组织联合企业、高校，面向社会组织开展增材制造领域不同层次紧缺技能人才的考核与认证，注重学员实际应用能力的评测，打造具有权威性、领先性、实践性的增材制造认证证书，加快推动产业人才的培养与储备进程。 03 结束语 在以上分析的基础上，李方正博士还叙述了国外增材制造人才的发展经验，同时从完善高校人才培养体系建设、加强职业技能人才队伍建设、优化增材制造人才发展环境三个方面给出了我国增材制造人才发展的对策建议，对于推动我国增材制造产业健康可持续发展具有重要意义。 注：分析文章全文已上传qq群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.职业平台报告：3D打印人才技能的要求有哪些？ 2.薪资调查2019：随着市场的发展，3D打印行业的工资水平下降了？ 3.未来3D打印会有高收入吗 4.从数据看全球领先的3D打印公司的研发概况 --广告--

Optomec是美国知名的增材制造系统供应商，凭借Aerosol Jet技术，已成为电子3D打印领域的主要参与者之一。该公司还凭借基于DED的LENS 3D打印系统在金属增材制造领域占有重要地位，该技术可生产致密的金属零件并能用于金属零件维修。 在最近的一次客户调查中该公司表示，使用其金属增材制造技术进行翻新和维修的涡轮叶片数量已经超过1000万个。所有领先的燃气轮机原始设备制造商都为航空航天部门的飞机发动机和能源部门的发电装备安装了Optomec 3D打印系统，其客户数量达100多个，其中不乏GE、西门子、霍尼韦尔、三星、洛克希德等公司。 燃气轮机大型叶片 Optomec的激光熔覆技术被业内广泛采用，已获得15个国家/地区的航空维护运营批准。其基于定向能量沉积（DED）的增材制造工艺，可用于压缩机和涡轮叶片、整体叶盘、叶片和各种发动机部件的直接生产和维修。在这些领域，增材制造技术使设计效率得以提高，但也提高了成本，可用来修理那些从零开始制造但成本很高的零件。 客户经常使用Optomec的系统来修理涡轮叶片的尖端，密封件和磨损表面、压缩机叶片、保护罩和其他高价值组件。该公司基于DED的系统具有许多优势，包括适当的视觉和自适应控制软件，卓越的受控惰性气氛，总包维修过程配方以及可释放高生产率的自动化解决方案。 Optomec激光沉积制造过程 今年五月，Optomec宣布，其公司LENS定向能量沉积系统在增材制造和铝合金修复方面取得突破。该公司表示，这项创新技术可用于沉积任何种类的铝合金材料，包括其专门为提高增材制造加工性能而开发的铝合金。 此外，该公司表示，其机械的投资回报率超过180％。去年11月，该公司已经安装了500台工业3D打印机，超过200台是LENS工艺，其中GE公司就拥有20多台。 航空航天供应商正在寻求SLM工艺以外的高精度3D打印技术 一直以来，激光粉末床熔融技术在航空航天领域获得了相比其他增材制造技术更多的应用，但随着需求的增加，一些航空航天供应商还在寻求大型零件的增材制造技术。 近日，华中科技大学铸锻铣一体化金属3D打印技术被列入“中国限制出口技术目录”。相比于锻件传统制造方法流程长、工序复杂，需要多台大型设备、制造成本高，污染排放量大的特点，微铸锻铣复合增材制造流程短，只需通过一台设备就可以完成金属丝材到锻件的制造，同时可满足大型复杂高端零件的制造。目前，该技术已经应用于飞机挂架、舰船螺旋桨、汽车翼子板模具、燃机过渡段、高铁辙叉等项目的研发制造，重点服务于航空航天、核电工业、船舶海工、高速铁路等支柱产业。 锻铣一体化金属3D打印技术原理 微铸锻铣复合制造技术由于突破了增材技术无法制造锻件的瓶颈，一经问世便获得了GE、空客、商飞、西飞、成飞等大型企业的高度关注，并展开了相关合作。 无独有偶，国外增材制造技术供应商Prodways也推出了基于电弧的快速增材锻造（RAF）系统，在大型零件直接制造方面具有优势。Prodways RAF快速增材锻造技术成功的原因之一是其闭环监控系统，制造过程需要很少的人工监督，而且可以自动调整生产参数，从而确保最佳的质量和可重复性。对采用RAF工艺打印的不同零件进行的冶金测试表明，与典型的金属3D打印工艺相比，RAF工艺具有极好的均质性和无气孔性。 在RAF系统上制造的3D打印钛合金结构与机加效果 Prodways指出，使用该系统可以在几个小时内制造出大型3D打印零件。航空业公司也指出，这项技术可以用于制造飞机上将近50％的钛合金零件，并节省多达50％的零件成本。2019年，欧洲导弹开发商和制造商MBDA已经选择Prodways快速增材锻造（RAF）系统来3D打印大型钛航空零件，MBDA希望将此类组件的成本和交货时间降低25％。 挪威公司Norsk Titanium AS则采用等离子沉积技术实现大尺寸零件的增材制造，并致力于满足航空航天领域的严格要求。2015年，他们获得了欧洲TRL8认证，这是一种评估关键技术元素成熟度的方法，得到了美国国防部、美国宇航局、欧洲宇航局和许多其他航天机构的承认。（对于TRL的评估主要检查项目的概念、技术要求、经过验证的技术能力，并根据分值将其评为1到9个等级，其中9级代表技术最成熟。TRL8预示着产品不存在问题，可以投入验证。） Norsk等离子体沉积过程 Norsk开发的直接金属沉积技术，采用金属粉末或金属丝通过等离子体沉积成形，尺寸和材料完整性由控制系统管理。与所有增材制造技术一样，该过程从要打印的零件设计图开始，通过控制系统被编程产生该部件的沉积坐标，然而它可以每小时几公斤的工业速度生产零件，并用于大型结构的直接制造。 目前，Norsk已经为波音787设计了4个零部件，并获得787零件认证，而且已经用于这些部件的批量生产。采用Norsk的工艺，可以为每架波音787节省200到300万美元的成本。 END 对于SLM技术来说，虽然产品质量和尺寸控制极佳，但制造尺寸有限而且速度非常缓慢，远不能满足航空航天等领域对于大型零件的制造需求。无论是Optomec激光能量沉积、Norsk等离子沉积，还是Prodways快速增材锻造以及我国铸锻铣一体化金属3D打印技术，都为大尺寸复杂金属零件的直接制造提供了可能，也为更广泛的金属3D打印应用开辟了道路。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.两吨材料，数年时间，百万美元，3D打印如何为787客机完成认证工作 2.民航领域可用3D打印材料、工艺和案例，及民航专家的适航认证启示 3.您的下一航班将使用3D打印的引擎部件 4.航天二院科技大讲堂—卢秉恒院士“航天增材制造”