THE TOP新型材料的飞速发展让整个3D打印行业的崛起有了良好的先决条件以及坚实的基础支撑 很多人可能对3D打印比较陌生，印象中传统的打印是通过纸张和墨水打印出平面的图像。而所谓的3D打印，全称为“三维立体打印技术”，是一种快速成型技术：以数字模型文件为基础，将粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造各种形状结构的器件。3D打印是制造业领域的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。3D打印在当今时代蓬勃发展，离不开几代科研人员的艰苦攻关和不懈坚持。但即使在今天，3D打印仍然不断面临着全新的机遇和挑战，而我们中国智造的船帆，正在这跨时代技术所卷起的风浪的最前沿砥砺前行、不懈探索！急速发展的3D产业满足个性化需求，成为传统产业的有益补充个性化定制是3D打印的优势之一。中国工程院院士、上海交通大学医学院骨关节研究所主任戴尅戎教授谈到:“3D打印解决了医学界的百年难题即个性化需求的问题。”早在1980年，戴院士接到一个需要做距骨切除肿瘤手术的病人，当时国际上根本没有替换距骨的假体，戴院士带领团队为他定制了人工距骨假体。1982年，在攻克人工距骨难题后，戴院士又带领团队专门给患者陆续定做了膝关节、髋关节，甚至还定做了半个骨盆。从此便一发不可收拾，开启了医疗领域的3D打印定制时代。艰苦探索筑梦前行攻克技术难题，打破行业垄断华曙高科是一家专门致力于3D打印的工业级供应商，在进军3D材料行业初期，国外的相关材料产业垄断，导致国内的3D打印市场没有自己的材料，如何填补材料空白，成了掌握行业主动权的关键。华曙高科董事长，许小曙博士表示：“我们订立了一个原则，我们不做封闭系统。我们的设备可以用我们的材料也可以用别人的材料。这样的话，我们有一个充分竞争的材料市场。”在经历了材料行业垄断后，许小曙博士作为当代的材料人担当起了促进中国3D打印市场良性竞争的责任，体现着中国材料人的责任与风骨。3D打印成就中国智造C919钛合金零部件国产C919大飞机历经10年，终于实现从蓝图到在蓝天下翱翔首飞的伟大跨越。在中国航空工业的历史上，C919将成为一个重要里程碑。C919在设计制造的过程中，使用了最前沿的3D打印技术。飞而康快速制造科技有限责任公司作为C919钛合金零部件供应商，在接到研发任务后，参研人员经过四个月的不懈努力先后攻克了应力开裂和成型变形等问题，实现了C919钛合金零部件的成功研发 。飞而康快速制造科技有限责任公司前副总经理秦芳在C919钛合金零部件按期交付，并且C919成功点火的时候，激动的表示：“真是欢呼雀跃了，整个团队都很高兴。”3D打印技术使人类曾经天马星空的想象变为现实，技术的发展不断刷新我们曾经认为的不可能。与影视作品中冰冷的科技不同，我们的技术推动着社会朝向更温暖、更高效、更有担当的方向迈进。欢迎转发长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：中国制造—《大国之材·3D打印》纪录片

前几日朋友圈被一篇题为《离职能直接影响中国登月的人才，只配待在国企底层？》的文章刷屏，文章剑指研究所、国企的人才机制和办事低效，但随即文章被和谐，相关单位出面澄清：国家的登月绝不可能因为一个人的离开而停滞不前。事实确实如此，但不得不承认，文章还是戳中了一些体制下的痛点，业务正确是否有让位于政治正确？资源是否有充分合理利用？畅谈的创新是否真的敢于实践？此文之所以引起轰动肯定有更深层次的原因。中国航天这一浩大的工程绝不会因为一两个人的去留受到影响，太空探索，困难重重，中国也早已形成完善的人才建设体系，但此次我们要谈的跟这些没有关系。航天工程依靠的还得是科技，新技术、新工艺、新材料的应用，诸如3D打印这样的新技术已经在航空航天领域展露头角，我们要谈的是新技术的应用情况，是3D打印在太空探索中的应用情况。接下来，跟随笔者一览国际上3D打印在太空探索中的应用。Made In Space—第一个将3D打印机送至国际空间站的公司 MIS是新太空空间最为著名的3D打印公司之一，曾两次将3D打印机送至国际空间站，他们在ISS（国际空间站）接受地面客户的订单，并已经为客户打印了太空广告、一个众包雕塑以及教育项目，比如企业太空计划等。MIS获得了一笔拨款专用于开发一种混合金属3D打印机，研发成功后送至ISS。将3D打印机放于太空，然后根据需要直接将材料打印成所需的零部件或飞行器等，便不需要将所需物品从地球带至太空，这将会极大削减发射成本，给太空探索和商业化等带来革命性的变化。在太空打印的金属铸造扳手MIS目前的目标是在太空中制造小型部件，但最终目标是能够建造大型结构，如卫星、国际空间站的一个模块等。为了达到这一目标，MIS正在研发Archinaut，这是一款3D打印组装系统，可以制作装配用的桁架，然后用机器人手臂和机器视觉将桁架连在一起，制造出更大的物体。Tethers Unlimited—可回收塑料的3D打印机TUI的3D打印机Refabricator，不仅可以3D打印物品，还可以回收利用航空级塑料ULTEM。不同于地球上的塑料回收，该3D打印机将回收的塑料磨成细小碎片后将材料熔化，再制造成小便池漏斗、耳窥器或其他通常需要在使用后丢弃的物品（宇航员要在几年的太空旅行中使用成百上千个这样的物品，用完扔掉之后，需要从地球重新运输到太空）。这样既可以节省材料，又可以减轻预制物品所占的货物负荷。迷你冰箱大小的改装器能够回收和利用3D打印太空级ULTEM塑料GKN航空—运载Ariane 6号火箭卫星上的3D打印金属零件英国航空公司GKN使用激光焊接和激光金属沉积技术，打印了50多公斤的金属喷嘴。该喷嘴直径2.5m，除了使用增材制造技术加强喷嘴结构和连接部件外，还增加了关键的结构特征，使喷嘴上的部件数量从1000个减少到了100个，零件数量减少90%，成本减少40%，生产时间减少30%。这个喷嘴将被集成到由空中客车开发的运载Ariane 6号火箭卫星上，计划在2020年发射。Stratasys—开启猎户座探索Stratasys已在航空航天领域深耕许久，除了为空客A350提供了大量的3D打印塑料部件之外，还将继续向太空提供大量的3D打印零部件。猎户座飞船利用Stratasys Antero 800NA建造一个复杂连接的3d打印对接舱门Stratasys将与洛克希德•马丁公司和凤凰公司在猎户座太空舱的建造上进行合作，使用Antero材料的静电耗散版为航天器打印100多个零件 。Antero 800NA是聚醚酮酮(PEKK)的一种形式，具有太空旅行所必需的机械、热和化学特性。在可能被打印的部件中，有一个关键组件，它由6个互锁3d打印部件组成，位于猎户座对接舱口外。Oxford Performance Materials—PEKK的先驱者OPM是PEKK材料打印的先驱，已经为波音公司领导的航天器项目打印了部分PEKK部件，还为即将搭载7名乘客前往国际空间站近地轨道的CST-100“星班轮”宇宙飞船打印了600多个PEKK零件。由OPM为波音CST-100星班轮打印的OXFAB复合结构部件Relativity Space—世界上最大的金属3D打印机大多数的3D打印公司打印一些火箭构成部分的小部件，再者就是火箭发动机等，Relativity Space也利用3D打印技术制造了火箭发动机的部分部件，如用于火箭上段的一个全尺寸燃烧室喷嘴点火装置和一个全尺寸燃料箱，直径7英尺，高度14英尺，但是他们更想要打印整个火箭。要做到这一点，除了跳出盒子思维之外，还要重新发明盒子本身，这就是为什么Relativity Space开发了一种新的金属3D打印技术，并制造了世界上最大的金属3D打印机的原因。Relativity Space已经完成了其3d打印的Aeon火箭的第100次高温测试星际之门拥有三个工业机器人手臂，是世界上最大的金属3D打印机这台世界上最大的金属3D打印机被称为“星际之门（stargate）”，是混合定向能量沉积系统。依赖于三个工业机械臂，使用初创公司编写的协作机器人路径规划软件协同工作。两个机械臂具有高功率激光器，可在同一零件上工作。而第三个机械臂可以执行必要的加工与打磨，完成最终工作。目前中国在太空探索中是否有利用到3D打印技术并没有太多的资料披露，因此在本文中笔者无法展示，但我国对于没有验证过的新技术慎之又慎。一位系统内的传统工艺工程师讲3D打印，“谁敢用啊，传统的工艺都已经几十年了，确定是没有问题的。你3D打印能确保不出问题吗，出了问题谁能负的了责任？”问题回到文章开始，中国的探月工程不会因为一两个人的离开就停滞不前，所依赖的终究还是新技术。3D打印已经被中国航天重视，但迟迟没有大的动作也只能说明在当前的工艺条件下使用还不成熟，还面临很多问题要克服，这也从侧面说明了我们国家3D打印本身在国际上还存在差距，如何实现突破，是值得我们所有人思考的。欢迎转发长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：从张小平“影响”中国登月，谈3D打印在太空探索中的应用

增材制造技术应用在空客飞机上的案例已经太多，如A350的闩锁轴、前翼梁上的电缆支架、A320的间隔板以及仿生隔断等等，林林总总，空客已经使用了上千个增材制造的零件。与此同时，空客也与EOS、雷尼绍、Stratasys、Reprap等公司展开合作，技术类型涵盖SLM、FDM、SLS等，共同推进3D打印技术的航空应用。传统制造技术在当今工业条件下已经相当成熟，继续进步异常困难，而增材制造却为航空减重、降低成本、实现效益增长提供了新的契机。与此同时，增材制造的思维有别于减材制造，这也为解放设计、优化产品结构提供了新的可能性。因此，增材制造对于制造业的改变以及对于产品的改造也是空前的。外部挑战与增材思维的碰撞在全球生态意识逐步提高、燃料价格上升和缺乏替代能源的背景下，航空航天业需要寻找新技术以保持竞争力。基于粉末床的工业3D打印有可能带来根本性变化并促进创新组件的开发和使用。当传统行业决定使用增材制造时，便面临着哪些零部件可以使用增材的方法来制造以及如何使用的问题。空客零部件供应商利勃海尔早在多年前就推出了增材制造计划，与空客以及开姆尼茨理工大学的研究团队一起，发起了一个由联邦经济事务和能源部（BMWi）资助的项目，目标是用一体成型的增材制造高压液压阀块替代传统的组合部件。在飞机上，部件之间协同工作以确保安全飞行。扰流板致动器将扰流板移动到期望的位置以减小飞机升力，起到调节飞行速度和高度的作用。这些主要的飞行控制组件在生产过程中要求最高的质量和精度标准。通常，致动器阀块由锻造材料经机械加工、修整、钻孔并最终组装而成，整个过程既耗时又复杂，几乎没有优化空间。然而，冗杂的工艺步骤和繁多的零件组成为金属3D打印展现作用提供了可能。与此同时，仅仅依靠增材制造替代原部件是不够的，新部件必须更轻，有更高的使用效率并满足环保需求，才能凸显增材制造作为未来有无限前途的技术的可行性。解决方案研究团队使用EOS工业3D打印技术来为航空业优化设计和生产流程。通过分析传统部件，研究团队确定了液压结构并移除了辅助部分。根据主要部件的安装空间和接口要求进行重新定位，优化管路连接，这为新部件的设计奠定了基础。“3D打印使复杂性突然变得不再成为问题，零件一层层的堆叠而成使我们能够构建复杂的几何形状，功能元件使用弯曲管道直接相互连接，减少了零件数量，节省了生产时间”，利勃海尔首席工程师介绍到。选择的材料为适用于航空的钛合金，质量轻、机械稳定性好而且有非常好的耐腐蚀性，因此新部件重量减轻，更具成本效益。后处理步骤包括消除应力的热处理，以及对液压通道的特殊处理。对于组件及其制造材料的可靠性和安全性，利勃海尔则完全信赖EOS，零件可靠是实现批量生产的先决条件。对比结果3D打印的液压阀块与传统阀块具有相同的性能，但重量减轻了35％，零件数量减少，有10个功能元件集成到新的阀块中，从而消除了具有大量横向孔的复杂管道系统。这与增材制造所宣传的制造相同的产品，但质量更轻、零件更少相契合。与传统的铣削工艺相比，工业3D打印不那么复杂而且极其有效，同时使废料保持在最低限度。同时，采用EOS M290制造液压阀块需要大约一天时间，而使用四激光的M 400-4则可以将建造时间减少75％以上。这些轻量级的3D打印阀块和未来的3D打印部件也将有助于降低油耗并减少二氧化碳和氮氧化物排放。 由于航空业对飞机部件的要求非常高，EOS与利勃海尔合作通过使用监控套件来进行无缝和实时的组件检测。在未来，这将加速工业3D打印过程中材料缺陷的识别，并有助于减少对计算机断层扫描等下游质量保证流程的需求，建立绝对可靠的生产工艺。得益于EOS增材制造技术，利勃海尔已成功将3D打印的高压液压阀安装在A380飞机上完成了试飞。启示传统制造日益显示出对创新的局限性，也越来越难以满足对日益苛刻的环保要求，而增材制造发展到今天，意味着潜在的成本节约、可持续发展目标以及新的客户利益。这些优势可以带来足够的市场差异化，对于传统制造商，3D打印是实现转型升级、在竞争正脱颖而出的必要技术手段。中间研发团队的重要性通过对诸多大型企业使用增材制造的经验来看，对于增材制造的使用并非盲目，专门的研究团队成为应用推进的主要助力。在空客A380液压阀门的案例中，利勃海尔与空客以及开姆尼茨理工大学组成联合研发团队共同推进项目进行；在奥迪汽车对增材制造的使用经验中，笔者也发现奥迪也具备专业的团队进行增材制造零件的可行性分析；在医疗方面，上期的医疗案例中亚特兰大儿童保健公司也是与佐治亚理工学院的生物工程师组成研发团队，共同开发医疗产品；在国内，东方航空增材制造实验室以及如西安交通大学这样的研究机构无不在增材制造的应用推进方面做出了重要贡献，这些事实说明，传统制造领域与增材制造领域的学科交叉对于应用的推广和使用异常重要。中间团队既需要懂得传统的产品是怎样做的，也需要了解增材制造的优势，因此才能知道哪些产品可以使用增材制造，同时也需要利用增材制造的思维去进行传统产品的优化设计。这些经验也使得这些公司能够迅速的使用并能用好增材制造。增材制造已经走过了盲目发展的野蛮阶段，现在走的是应用路线，越来越多的传统制造从业者正积极主动的拥抱增材制造，这是今年来这个行业发展的重要变化。欢迎转发长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology延伸阅读：奥迪实现高效3D打印产出的应用经验3D打印：打造世界效率最高重型燃气轮机9HA看东方航空如何将增材制造运用到民航维修改装领域 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：由EOS帮助空客A380优化高压液压阀块质量和结构得到的启示

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在往期文章中，笔者提到奥迪在2002年已经购买了第一台Stratasys FDM 打印机，3D打印的引入不仅用来制作原型，还开始制作汽车备件，从而大大减少了压铸等传统工艺的使用，奥迪公司无疑在此方面取得了巨大成功。本篇文章分析奥迪实现高效3D打印产出的应用经验。奥迪3D金属打印中心工业级设备购入3D打印机、输入CAD数据、开始打印过程、完成优化组件制作，当用户真正开始这一流程时就会发现，生产出合格的零件并不是那么简单，而奥迪在2014年就将打印的金属部件直接安装在了汽车上。其所属的整个大众集团在全球拥有120多家工厂，可开展金属和塑料3D打印，奥迪Ingolstadt金属打印中心拥有3台金属机—EOS M400、290以及SLM Solution 280 HL。基于粉末床的SLM技术对于汽车制造来说无疑是最先进和成熟的，而诸如多激光束、独特的气体过滤技术以及成熟的工艺输出确保了零部件的高效率和高质量制作。经过多年摸索，3D打印已经在其公司内部产生出了奥迪标准。专业的3D打印技术团队Ingolstadt金属打印中心隶属模具制造部，具有独立生产车间。为实现高效产出，奥迪改装了SLM送粉系统，配备材料仓库、后处理室以及热处理车间，并拥有多名工程师和技术人员分别处理不同的任务。为了使打印部件达到要求的高质量，应用工程师必须非常了解设备。热成型工具工程师在真正开始打印之前就需要很多经验。除了要符合增材制造的设计结构外，还需要考虑零件结构强度、可能发生的变形、支撑结构设置以及零件的摆放位置等。虽然设备商都会对此进行培训并提供技术支持，然而金属打印过程复杂多变，仅仅依赖设置好的得工艺方案远远不能解决所有问题，高质量零件的打印需要依赖应用工程师的专业知识以及对可能出现问题的反应能力，这也是为什么奥迪需要受过专门训练的员工，金属打印团队在此方面积累了大量经验。用于钣金零件的切割刀片经过多年积累，Ingolstadt金属打印中心设备齐全，成功开发多种工艺技术，在设备使用、材料、工艺以及零件设计方面积累大量经验，零部件成品率极大提高，损坏已经很少发生。其负责人声称这归功于多年的积累和以及工程师丰富的经验。广泛的经验交流经验技术的交流对于技术的进步直接而高效，Ingolstadt金属打印中心负责人的很大一部分任务是就在大众集团内部进行交流，如与使用其他打印设备的同事一起制定设备和软件开发规范，探讨安全生产条例，零件高精度制作、支撑快速去除的方法等等。当前虽仍没有完善的解决方案，但该中心会将行业的高要求传递给软件和设备开发商。通过这种方法，集团以外的用户也可以在这一模式中受益。零件打印过程的监控似乎被奥迪格外看重，工程师每次轮班均需拍照记录，对智能监控的需求极为迫切。奥迪期望打印机可以自动评估打印过程，提供反馈并可以进行周期性的工艺调整，而且可以在必要时自动取消打印。但奥迪并未说明对此需求的原因，笔者猜测这可能与零件性能以及打印过程的稳定性有关。主动寻求技术改进和突破即使智能监控未能发展到令人满意的地步，但实际上依靠成熟的工艺，设备也可以自动运转，即便周末也无需人为干预。零件打印完成后可在打印中心完成切削、车削和热处理。热处理过程看起来似乎不起眼，但增材制造的零件性能却极大依赖该过程。为材料开发热处理工艺需要相当长的时间，而且激光熔化成型的零件有别于传统的铸造零件，具有不同的微观组织结构，因此需要新的热处理工艺。其实这也为传统的制造商创造了新的业务领域，然而由于增材制造尚未引起传统产业链环节的充分认识，他们对3D打印的零部件尚缺乏必要的知识和经验，而Ingolstadt金属打印中心两年时间打印了4000个零件，这是很大的业务量。在EOS M400侧方位操作奥迪为SLM Solutions280 HL改装了一台粉末给料机奥迪在增材制造工艺链中投入了大量人力，除了设备自动化和热处理进一步发展外，还包括进行了加快送粉速度、改进设备清洁效率的方法，这些结合在一起的小细节在实际生产中节省了大量时间。高效产出Ingolstadt金属打印中心的一个成功案例是转向箱原型的打印，该请求来自前期开发中心。他们将交货时间从七周减少到一周，并将该部件的生产成本降低了10倍，这足以证明3D打印工艺的优势。而且近年来在材料和工艺开发方面取得的进步，使一些3D打印的部件也可用作备件。奥迪也已经在使用这种工艺制造展览模型、预生产车辆和赛车零件。lunar quattro铝合金车轮备件生产是金属打印中心的一个重要项目，他们使用的材料主要是AlSi10Mg。3D打印的W12发动机水冷系统连接件已成功通过奥迪的质量检测，可以接受订购。该团队与奥迪传统售后部门密切合作，在该部件获得成功使用后，他们确定了适合3D打印的其他部件。3D打印用于备件生产，不仅可以减少库存，更关键的是可以减少制造备件生产所需的各种工具，极大降低成本。3D打印经拓扑优化的蜂窝结构金属打印中心三分之一的订单涉及设备生产，如冷却模具插件以及用于工厂和夹具结构的仿生优化组件。3D打印在此方面的优势包括模具冷却效率的大幅提升以及仿生组件重量的减轻，例如用于固定装置的零件以前重12kg，经过仿生设计和3D打印制作，重量减轻三分之一。通过这种方式，生产的设备可以更轻、工作效率更高，甚至生产质量也得到提高。延伸阅读增材制造如何重塑汽车产业案例：3D打印如何帮助汽车减重 省油案例探究：3D打印提升汽车性能 加速设计迭代奥迪2002年即购买了第一台Stratasys FDM 3D打印机更多资料获取长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology点赞！ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：奥迪实现高效3D打印产出的应用经验

高强度复合材料3D打印和金属3D打印都是当前较为先进的制造方法，从单独使用的角度来讲，两者从模具、夹具到小批量最终用途零部件，都可以提供突破性的解决方案。然而本文要讨论的是将两者结合起来，利用复合材料和金属3D打印改进制造流程，来解决更多挑战。复合材料打印机可以将碳纤维、玻璃纤维等增强纤维嵌入常规线材中，打印部件强度是ABS的23倍，而金属打印机可以打印不锈钢、铝合金、钛合金等多种材料。通过了解他们的优势，可以最大限度的提高3D打印的实用性。金属和高强度复合材料具有不同的材料特性，它们本身有着不同的应用。复杂金属零件带来了对3D打印的需求零件在制造之前必须先完成设计，但金属3D打印释放了设计极限，可以制造以前难以完成的几何形状。打印的零件可以采用传统的金属制造工艺（如攻丝、抛光或机加）进行后加工。然而随着零件设计自由度的增加，零件越复杂，标准的夹具就越难以满足使用要求。高性能复合材料为定制工装夹具带来可能复合材料打印机可以制造高强度保形工件夹具，这些工具和夹具成本低、高效、耐用，对于小批量的金属零件，由金属和复合材料构成的组合夹具将简化工件夹具设计过程，同时确保完美配合。应用1. 攻丝夹具使用打印的复合材料夹具来对齐和支撑需要后处理（如攻丝）的金属打印件，定位孔垂直以便于攻丝，坚固的复合材料夹具可轻松承受来自虎钳的夹紧力以固定零件。有效固定特殊形状零件其实只要有金属零件模型，便可以设计专属于该零件的复合材料夹具，这个过程简单实用，可有效解决复杂零件的夹持问题，无论是攻丝、QA检查还是其他后加工都能轻松解决。2. CNC铣床软钳口在这个例子中，工人使用定制打印的工件夹具来固定金属打印的轴承座，来保证后加工精度。复合材料软钳口与金属零件的复杂轮廓相匹配，强度高、耐化学腐蚀，使其在机加工车间经久耐用。3D打印异形零件的夹具比零件本身要容易设计的多，只需要将零件模型导入设计软件，进行布尔运算等简单操作，便可以得到夹具的设计模型，大大简化了夹具设计流程。再通过3D打印制造，比传统的编程加工要快速方便的多。3. 为复合材料工装打印金属插件工装工具通常由多种材料制造，以最大限度提高性能和实用性。采用传统加工方式制造工装通常非常复杂和昂贵，而3D打印复合高性能材料与金属打印相结合让流程变得简单且成本大大降低，工程师可以充分利用两种材料的优势来制造特殊工具。定制扳手复合材料的手柄内部填充连续玻纤，增加了其强度和耐用性，保持轻便的同时又复合人体工程学特点，可以分散使用过程中的扭转载荷；安装在复合材料手柄中的金属打印插件提高了零件接触区域的硬度和耐磨性，两者的组合大大提高了工具的实用性。定制打印 多材料工具的益处●可以打印与各种金属嵌件相连接的复合材料手柄或安装件，将工具整合进入一个更紧凑的单元中。●可更换磨损部件并延长工具使用寿命，当外部手柄磨损时可以轻松打印替换件而非替换整个工具。●当金属插件分离开来时可根据其用途快速迭代外部设计。使用合适的材料来满足工具要求金属和复合材料都具有高强度，在工业应用中扮演着不同的角色，但将两者复合使用，两者的其他性能便可以互相补充，生产出坚固耐用、耐磨或坚韧无损的多种高强度工具。此外，金属和复合材料的协同使用还可以支持生产，简化制造流程。欢迎转发延伸阅读：3D打印技术参考，一周年案例：3D打印如何用于工装夹具生产被状告的Markforged打印机是如何工作的从制造特点和产品周期分析3D打印相对于传统制造的意义在使用3D打印的情况下如何进一步降低成本长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：利用高性能复合材料和金属3D打印解决更多制造挑战

尽管3D打印技术市场份额在持续增长，但当前技术上仍存在很多无法超越的局限性。在美国，3D打印枪支可能正在走向合法化3D打印已经被用于大规模生产。波音公司已在16种不同的商用和军用飞机上使用了200多种、2万多个3D打印的飞机零部件；空客每个月正在对超过30吨的零件进行3D打印；GE计划在３年内累计打印2万个LEAP喷气发动机所需的燃料喷嘴。Stratasys则推出了专为持续生产而设计的创新性多单元增材制造平台，这可以推动3D打印实现更大批量生产。Stratasys Continuous Build 3D Demonstrator为连续生产零件而设计，平台由一个模块化单元和多个 3D 打印子单元组成，并由基于云的中央架构驱动3D打印在汽车、航空航天、医疗甚至电子和游戏领域引起了风暴，但我们已经认可3D打印并不会对传统制造带来威胁，更不会取代传统制造业这一现实，它是现代制造手段的必要补充，起到的是锦上添花的作用。3D打印只是一种制造手段汽车无疑是由多种金属材料制造而成，在制造过程中通常会用到铣削和折弯设备，似乎这样的生产步骤才符合传统，在不断循规蹈矩的生产中，制造商可能要面临销量不断增长而生产速度滞后的问题，此时按时完成订单比减轻重量和降低成本要来的优先。假设通过热固工艺进行塑料成型需要5分钟，而每年需要制造20万个零件，此时就不能单一的使用热固工艺，因为每年只有10万个5分钟。具备热塑性的材料适合于大批量生产，能够在不到1分钟内完成成型，为提高效率，要考虑制造工艺也要考虑材料。3D打印快速制造3D打印可以打印复杂零件，并且在过去的几年中可打印的材料得到了极大扩展。然而，当需求达到数十万个零件时，更快的打印工艺往往能取得最终成功。近几年来在3D打印圈儿里面备受关注的技术便是Carbon的CLIP技术以及惠普MJF技术，前者将打印速度在同类型产品中提升了25-100倍，性能优异，众所周知的便是阿迪达斯用它来制作运动鞋鞋底；而惠普MJF技术则将同类型工艺打印速度提升10倍，打印的产品具有优异的性能和精度。惠普MJF工艺打印的具有内置铰链的功能夹子技术的突破无疑是伟大的，而且通过分析也发现更快的打印速度确实可以降低成本，但是如果要求3D打印像注射成型那样在1分钟内制造产品，3D打印则根本做不到。3D打印还是去干它应该干的事情：● 制造成本高昂：如果零件本身是较为复杂的几何形状或高昂的固定成本导致价格居高不下，又或者产品的批量较小，3D打印会是更具成本效益的方法。● 生产周期冗长：如果由于零件本身的生产时间造成高昂的停机成本，3D打印不失为一种不错的解决方案。● 库存成本高昂：3D打印可以按需生产，降低库存成本。● 供应商单一：如果零件可以通过3D打印来制造，则无需与任何供应商周旋。● 远距离交付：当地域限制给零件交付带来困扰时，同地域内的3D打印则完全可以解决这一问题。● 进/出口成本高昂：现场3D打印生产同样也能消除原本高昂的进/出口成本。● 功能改进：3D打印能够通过重新设计零件来提升性能，由此将收获更多的利润及市场份额。亚马逊3D打印在线服务同时，麦肯锡也明确指出，3D打印会在五个方面产生颠覆性影响：● 加快产品开发；● 产生新的制造战略和工艺流程；● 利润来源转移；● 新功能；● 竞争方式转变。3D打印无疑为那些通过缩短产品上市周期而获得竞争优势的企业，争取了更多在更新换代过程中的“时间”，这些优势同样也在渗透并影响终端用户的产品。通常，小批量、高价值、高复杂度的零件可能具备一定的优势，而对于耗费高劳动力成本的零件，3D打印可以减少或消除装配时间，并使构建过程自动化，从而减少整体成本。这些新功能可以用来改进零件的性能从而提升其价值。在Formlabs的一个案例中，3D打印降低了40%的零件总体成本。全球最大的直升机制造商贝尔直升机 （Bell Helicopter）借助3D 打印技术改进了零件 内部整体的气流影响，并且能将零件的编号直接打印 上去。这在滚塑成形工艺里是无法实现3D打印另一重要应用便是在不增加成本的前提下实现产品的个性化定制，这当然也受到第三方需求的驱动。这一功能的实现无疑能够为公司带来收入的新增长点，同时也能减缓市场波动、季节性因素等造成的负面影响。在很多情况下，添加必要的安全警示，零件编号，在零件上附以标签说明的方式给出加工指令都能提供更多的工作便利。个性化定制的眼镜框3D打印所能提供的新功能也为设计提供了全新思路。由于传统铸锭加工或铸造技术的限制，零件形状比较单一，而3D打印则能在塑形方面一展所长。工程师需要以创造性的思维解锁3D打印技术的这些优势，譬如多个部件可以集成为一个，内部结构可以是复杂的几何形状等。传统工艺生产液压模块效率低下，雷尼绍对路虎赛车上的液压零件进行了优化，采用3D打印制造实现了减重60%、整体性能提升20%的效果3D打印的优势都将在带来新盈利点的同时降低成本，缩短上市时间，承担模具和制造工具的双重角色，甚至可以直接生产功能件。麦肯锡还指出，3D打印技术的渗透可以满足高度专门化的市场需求、零部件定制、快速交付或者一些深入的应用。今后，不少企业的竞争优势也将从先前以低成本、大批量的模式转向更注重价值链领域的方向发展。在这种情况下，3D打印技术将为需要在数秒内生产一个零件的需求提供支持，并将在应用领域遍地开花，但需要明确的是，从现在开始就应当重视3D打印的作用，也不可妄谈替代传统制造。欢迎转发延伸阅读：看波音如何在集成机械设计中应用增材制造空客为未来航班生成仿生设计3D打印复杂钛合金镶件：挑战传统加工手段地位长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology点赞！ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：从制造特点和产品周期分析3D打印相对于传统制造的意义

3D打印可以通过加速生产、减少模具投入、优化工作流程以及减少材料浪费来降低成本，然而3D打印对成本降低的帮助不仅体现在这些场面上的问题，还在于一些精确的细节处理上。当前，3D打印已经远远超越快速制作原型的范畴，其产品可以用作工具，也可以功能件使用，该技术即将或已经在当下的制造领域占据一席之地。● 由美国洛克希德•马丁和NASA共同建造的朱诺飞船搭载有十几个3D打印的波导支架，目前已在Jupiter轨道上完成任务。●雷神公司将3D打印用于制造火箭发动机、导弹控制部件，制作时间由几天缩短为几个小时。●波音公司在2016年采用3D打印制造了777飞机的夹具，是迄今为止最大的3D打印产品，创造了世界纪录，将制造时间缩短了数周。●中国的应用也肯定很多，铂力特夜以继日的开工便是实例，只是太过神秘。3D打印用于制造的零件功能更多、重量和成本更低、制造周期更短。然而要保证3D打印产品的功能性，有些细节需要注意。1. 设计优化3D打印零件的设计在遵循特定的增材制造原则之外，还应当遵循许多与注塑成型相同的规则，例如在相邻表面之间使用渐变过渡，消除横截面和零件体积的巨大差异；避免在成品工件上产生残余应力的尖角；薄壁不可以太高；零件表面尽量平整，模型精度太低，容易出现“阶梯”表面。空客公司仿生设计摩托车主体结构2. 突破传统制造思维3D打印的优势之一便是可以创建复杂形状，如蜂窝以及复杂矩阵，这些结构采用传统制造手段往往无法加工。然而使用3D打印，只要结构可以更轻、更坚固，就无需考虑太多加工的限制。在传统制造中，在固体块状材料上钻孔会增加零件加工成本并产生浪费，采用3D打印则意味着可以使用更少的材料并能减少加工时间。而且采用3D打印来加工的零件并非全都需要是圆形，椭圆形、六角形或其他自由形式的孔形状也将适合部件设计，而且这些形状更易于打印。LEAP喷气发动机包含多种创新3D打印组件3. 考虑设计周期中的后续步骤3D打印虽然提供了极大的设计灵活性，但如果不是像GE那样批量打印最终零部件，最终还是要转到铸造或机械加工，这也就意味着在进行零件设计时应当考虑采用传统手段能否制造。这就是为什么在设计早期要执行可制造性（DFM）分析的重要原因，要确保零件在整个生命周期内实现经济高效的生产。4. 减少后处理操作使用SLS生产的塑料零件在构建过程中不需要支撑，后处理通常仅限于喷砂、喷漆、铰孔、攻丝以及一些关键特征的加工。而SLM金属打印技术则往往需要大量支撑结构来防止零件变形。这一点和SLA类似，但是光固化技术的支撑可以轻松去除，采用砂纸就可以磨平零件表面，金属打印的支撑结构去除困难，需要繁琐的后续加工，这无疑会增加制造成本。因此在零件设计端就应该考虑如何减少打印时的支撑。3D打印的游艇空调格栅，制造过程无需其他工具5. 使用恰当的加工余量3D打印零件在设计时加工余量是较为被容易忽视的一环，设计师往往不了解打印技术，尤其是当使用金属打印技术时，在支撑处没有增加加工余量，导致后处理过量，零件无法使用；也有可能是工程师在客户的零件上独立进行余量设计时增加过多，后处理过程中不得不进行二次加工来去除过量的尺寸，这同时也增加了成本。零件的设计应当最大限度的减少后期加工步骤，从而降低成本、缩短交付时间。后处理6. 从制造全局出发3D打印在前期可能会花费比较大，但不能仅仅看到眼前这点花费，因为3D打印在减少零件数量、保持结构完整性、减少重量以及降低综合成本方面潜力巨大，同时复杂性的结构制造优势也非传统加工手段可比拟。此外，3D打印制造不需要任何固定装置、模具以及其他类型的工具，从而消除了可能与单个零件无直接关联的成本。仅仅专注于零件价格，而不是产品的功能和整个制造全局，可能仍然会局限于过去的设计和产品中，无法突破，从而丧失降低整体制造成本的机会。欢迎转发延伸阅读：看波音如何在集成机械设计中应用增材制造空客为未来航班生成仿生设计3D打印复杂钛合金镶件：挑战传统加工手段地位采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology点赞！ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：在使用3D打印的情况下如何进一步降低成本

工程师只有充分了解更多关于金属3D打印技术的知识，才能更好的利用它。当涉及金属零件小批量制造时，金属3D打印技术会被视为首选，这项技术的成功应用极大推动了3D打印市场的发展并带来了制造方式的深刻变革。很长一段时间内，金属3D打印技术被认为无所不能，然而作为技术本身，却有着不可忽视的局限性。3D打印区别于以往的减材制造，生产制造领域的专业人员若想成功运用这项技术充分发挥其潜力，就必须了解其制造过程，采用增材思维模式规避设计缺陷。3D打印铝合金复杂一体式散热片•金属打印方法当前，金属3D打印主要工艺包括SLM、EBM、3DP、LENS、LMD等类型，每种工艺各有特点并拥有各自的市场应用基础。金属3D打印比塑料打印要复杂的多，针对其复杂性，金属打印需要使用设备商认可的材料、工艺，但即便如此，仍然存在诸多失败风险。LENS、LMD都是采用喷粉形式输送金属粉末，激光在沉积点将粉末熔化成型，该过程也可使用金属丝完成，通常用来打印大型、低保真零件，也可用来进行零件修复。3DP用于金属打印是近几年才兴起的新型工艺，首先采用粘接方式实现零件成型，最后通过高温烧结实现冶金熔化。该工艺突破了SLM的效率缺陷与尺寸限制，成本更低，被大型制造商看好。SLM和EBM归为粉末床熔化技术，采用激光或电子束熔化粉末，相对于其他金属打印技术，粉末床熔化技术的制作效率较慢，但可以高精度打印复杂结构部件，零件强度高、耐用，随之而来是需要对零件进行更为仔细的设计。以上每一种金属打印技术都可以达到很好的效果，能够满足其应用领域，然而由于当前用户普遍缺乏设计制造知识，金属打印也常常被误解为无所不能。SLM打印的钛合金复杂结构部件，由网格代替实体•金属3D打印并非无所不能金属3D打印因可以制造传统工艺无法实现的设计而闻名，然而金属3D打印却也并非无所不能，并非所有的设计都适合用于金属打印。金属3D打印的服务商经常会被问及XX零件是不是可以打印，然而实际情况却是很多的设计无法“按照原样”进行打印，客户需要对设计进行修改，以规避金属打印的制造弊端。当一些客户把原来希望用SLS或者SLA打印的部件改用SLM制作时，会发现SLM做不了，这是因为金属打印相对来说更为复杂，需要考虑更多的设计问题。另一个常见的误解是金属打印优于传统减法制造方式，如CNC，实际上如果减法制造可以完成加工应该首先选择。CNC加工往往可以制造大尺寸零件，效率高，而且针对CNC优化的零件可能无法直接进行金属3D打印。金属打印如SLM、EBM打印尺寸较小，往往需要添加支撑和繁琐的后处理，这些都会改变原始的设计。金属部件打印时间越长，失败的风险就越高。零件在反复的加热和冷却过程中产生大量的应力，构建零件所需的时间越长，零件在打印过程中由于体积大而变形的可能性就越大，并且内应力会一直增加而无法在打印过程中释放。当应力达到一定程度时，零件会发生翘曲变形甚至脱离基板，此时打印失败。这种时候，CNC加工比金属打印要更快更经济。3D打印多孔髋关节置换部件可促进骨骼生长进入植入物•3D打印的优势和劣势与任何其他技术一样，金属3D打印也有优缺点，重要的是如何开发并利用好该工艺。金属打印的优势是可以创建高强度、轻量化的复杂部件，零件几乎完全致密，可制造传统手段无法加工的内部精密结构，而且产生的材料浪费极少。金属打印的另一优势与其可靠性有关。虽然构建金属零件需要找到最佳的参数、摆放角度以及相应的设计，但一旦确定下来，金属打印的一致性非常好，每次都会产生相同的部件。如此一来，对于给定的零件，金属打印零件性能的可预测性以及效率便不能被忽视。速度和成本无法引导人们追逐这项技术，这也是金属3D打印当前的劣势，较慢的打印速度以及高昂的成本严重限制了金属3D打印的推广应用。基于此，航空航天以及汽车行业成为该技术的早期用户，高强度、轻质量的结构极好的满足了这些行业的需求。有大量证据表明，高端应用正在推动金属3D打印的需求。相比于塑料3D打印，金属打印需要花费的时间更长，它通常还需要多次打印来验证和修复设计的合理性，以便实现后期的批量生产。即便如此，这项技术仍然带来了巨大突破。在零件进行打印之前，设计师应该考虑零件的首选材料，尽管设备商声称有很多材料可以用于3D打印，但实际上可用的材料很有限。材料工艺的开发会花费大量时间并需要反复验证，而且材料与设备工艺是一对一匹配，更换了设备或者更换了材料，工艺无法通用，这也是该工艺棘手的方面。目前常用的金属材料包括不锈钢、铝合金、钛合金、钴铬合金等，选择最合适的材料对于零件能否满足使用要求至关重要。金属3D打印另一需要考虑的问题是表面质量，由于逐层制造，有的位置还需要添加支撑，金属打印的零件往往表面质量较差，需要采用CNC二次加工或采用手工打磨和抛光。而且这些加工也仅能限于加工工具可以触及的区域，如果零件太薄或者太复杂，甚至无法进行表面处理。尽管金属3D打印并不像塑料打印那么容易，但由于工艺要求较高，优势也很明显，完善设计过程是值得的。•金属打印的趋势金属打印的零件往往需要二次加工才能使用，这使得金属3D打印将与传统的CNC加工配合使用，同时增减材一体设备也将占据一定地位，在一台设备中组合完成所有操作是有益的。CNC可以完成精细结构特征的加工，例如在打印的零部件上面加工螺纹、完善表面质量，将金属打印和CNC加工相结合将是3D打印服务商的一种模式。虽然增减材一体设备会成为市场增长点，但传统的金属打印机也会持续增长，业界希望3D打印技术走向主流。金属打印的发展和应用将取决于工程师和设计师对3D打印的广泛知识，设备商有责任分享这些经验。随着技术的发展，金属打印速度会不断得到提升，成本会逐渐降低，材料也会更加丰富。总体而言，只要敢于尝试，金属3D打印会为未来制造业的发展做出贡献。欢迎转发延伸阅读：看波音如何在集成机械设计中应用增材制造空客为未来航班生成仿生设计3D打印复杂钛合金镶件：挑战传统加工手段地位金属打印成本结构分析（上）长按添加订阅Share the World's 3D Printing Technology 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属3D打印真相：优势、劣势及趋势

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