点阵结构一般是指由金属杆、板等微元件按一定的规则重复排列构成的空间桁架，具有体密度小、比表面积大、比力学性能高等特点。将其作为芯材的夹芯结构在爆炸冲击载荷作用下因结构动态失稳产生巨大的塑性变形并转化为热能，可吸收掉大部分的冲击能量，因而具有优良的缓冲吸能和抗爆炸冲击性能作用，其在坦克防护装甲和舰船结构水下抗爆方面均有应用。 电影中的点阵结构的防冲击场景 如今，点阵金属夹芯结构应用于轻质装甲以增加其抗爆性能的研究也开始增多。点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击问题是一个非均质材料结构在动载作用下响应的复杂动力学问题，关于点阵金属材料的力学特性研究正处于基础研究阶段，主要集中在点阵金属夹芯梁、板等结构的抗爆炸冲击和弹道冲击方面。 材料的微观结构对其吸收冲击的能力发挥着巨大作用。近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的研究人员发现了一种特别好用的结构，这种具有紧密空间的分形结构比固体立方体的冲击波消散能力强出五倍。这可能为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 3D打印的晶格结构的ct图像及三维重建 一些减轻冲击的材料利用孔隙率和分层结构来减小冲击强度，但传统的制造手段使这些材料往往缺乏结构控制，并且很大程度上需要通过反复试验开发。也有研究试图通过吸收能量的冲击驱动反应来减小冲击波的大小，但仍然需要具有尺寸稳定性和可定制机械性能的结构材料。 3D打印在材料结构控制方面的优势不必多说，来自LANL研究人员通过分形界面主导结构中孔隙的三维排列演示了冲击波的耗散。具有低至100µm自由表面间距的孔隙或自由表面的受控布置有望在适当的时间尺度上产生建设性的稀疏波前相互作用，从而减少通过结构的冲击波幅度。 不同的分层结构及防冲击测试结果 采用光固化工艺打印的点阵结构被以约每小时670英里的速度发射撞击器，结果发现结构化的立方体比相同材料的固体立方体对冲击的消散作用高出五倍。 然而目前尚不清楚分形结构是否是最好的减震设计。研究人员正在测试其他基于空隙或界面的模式，以寻找理想的结构来消散冲击。3D打印的点阵结构距离真正的装甲防护可能还有些距离，但其在体育用品上已经获得了应用，尤其是3D打印的减震头盔。 分割线 国外有研究人员分别测试了由惠普MJF工艺打印的PA11和激光烧结工艺打印的TPU材料的多种类型的点阵结构对撞击的缓冲作用。该项目获得了欧盟H2020框架计划的资助，其内容包括研究几种生成晶格结构的技术，并对这些结构进行测试，最终将其应用于在攀岩、骑行、滑冰等运动中的个人防护头盔。 研究团队设计和打印的几种点阵结构 动态冲击测试是采用5kg的圆形金属物体从1m的高度掉落到测试对象上，测试设备可以测量样品吸收的总冲击力。 不同结构的3D打印点阵防撞击测试 从测试的过程可以发现，不同结构的点阵对冲击的防护作用差别很大，研究人员需要从中选出最佳的结构。截至目前，HP、Carbon等公司均推出了基于3D打印工艺的点阵结构运动头盔。 最佳点阵结构 中国设计师开发的点阵结构运动头盔 不过，虽然点阵结构极具魅力和吸引力，但目前仍然有一些障碍使其很难用在实际生产中，尤其对于金属点阵结构。一个关键的挑战是要证明设计的性能可靠性，特别是在抗疲劳方面。由于点阵结构的表面和尖锐的交叉点很多，这带来了应力集中，在实际批量零件生产中如何解决这一问题存在一定的挑战。 另一个相关的问题是如何验证制造质量。点阵结构的复杂性使得难以通过传统方式检查，CT扫描确实提供了一种解决方案，但这种方法非常昂贵，开发简单有效的质量检测手段也是影响其应用的一大限制。 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.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 2.北理工院士团队：3D打印几何缺陷对点阵结构力学行为的影响 3.3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 4.采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计

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--

弗劳恩霍夫IKTS（陶瓷技术与系统研究所）主要从事先进陶瓷的研究，范围涵盖从基础研究到整个陶瓷领域的应用。作为科研和技术服务机构，IKTS致力于开发现代高性能陶瓷材料、定制工业生产工艺，创建原型组件和系统。9月1日，该机构宣布其科研团队开发了一种多材料喷射系统，可同时打印金属、陶瓷等多种材料，以此创建具有组合属性或功能的产品。 多材料喷射系统，可同时打印金属、陶瓷等多种材料 该系统基于其早期开发的热塑性粘合剂喷射工艺，能够对包含多种材料的零件进行增材制造，被称之为多材料喷射或MMJ，该过程可以将不同材料及其各种不同的特性（如导热、导电、绝缘）组合到一个产品中。目前，研究人员一次可以处理多达四种材料，生产具有专门定义属性的高度集成的多功能组件，这为各种应用打开了大门。 首先，要将需要打印的陶瓷或金属粉末均匀分布在热塑性粘合剂中，然后将浆料装入微计量系统（MDS），并在大约100摄氏度的温度下熔化，形成可以以极小液滴形式喷射的物质。IKTS的研究人员还开发了相应的软件程序，确保在制造过程中液滴的精确定位。微计量系统在计算机控制下以高精度运行，液滴逐一精确沉积，打印速度可以达到每秒1000滴以及60毫米。 微计量系统（MDS） 所喷射的液滴尺寸在300-1000μm之间，可形成高度为100-200μm之间的沉积层，当前可以制造的零件最大尺寸为20×20×18厘米。该工艺的关键因素在于金属或陶瓷浆料的定制配方，正确确定剂量是确保3D打印的最终产品在随后的熔炉烧结过程中形成所需性能和功能的关键。 每秒以高达1000滴的速度进行高精度材料沉积 IKTS新的多材料喷射成型系统可用于制造高度复杂的零件，如卫星推进发动机中的陶瓷点火系统。卫星发动机燃烧室温度极高，陶瓷的耐热能力使其成为理想的材料选择，MMJ工艺可用于生产直接集成在发动机内的点火系统。该点火系统将导电和绝缘区域结合在一个非常坚固的部件中。在这种情况下，MMJ工艺需要三个定量给料系统：一个用于在炉内热处理过程中分解的支撑材料，另一个用于导电组件，第三个用于电绝缘组件。 凭借其高精度和灵活性，MMJ系统不仅适用于制造多功能组件，还适用于更多的应用，来满足零件对于不同零件对于强度、导热率和导电率等性能的需求。同时，该系统还可以用来制造硬质合金零件的毛坯件，由于配料系统具有极高的精度，毛坯的轮廓已经非常接近最终产品的轮廓。因此，与常规方法相比，它们只需要很少的后续研磨，这对于用户来说具有极大的吸引力。 金瓷结合：Xjet研发多材料一体打印 同样基于材料喷射技术，Xjet是业内最具代表性的陶瓷、金属材料3D打印厂商。通过将材料的纳米颗粒分散在油墨中，选择性地沉积液滴实现材料成型，经过必要的烧结处理后形成最终零件。采用该技术成型的零件具有其他3D打印工艺难以实现的特征尺寸、表面光洁度和制造精度。 3D打印技术参考曾在去年介绍该公司也在开发将两种材料一体成型的方法。当时，这种一体成型的结构强度非常弱，需要经过完整的后处理。在Xjet纳米颗粒喷射成型工艺中，对生坯打印件进行加热可以去除粘结剂并实现材料最终成型，然而金瓷结合的零件就是在该步骤中存在挑战。 金属-陶瓷一体结构 金属和陶瓷具有不同的烧结温度，如何开发能够成功烧结两种材料的熔炉烧结工艺？一种材料的较高温度要求是否会损坏另一种材料？这是Xjet正在解决的问题，对于Fraunhofer IKTS来说，也是如此。 烧结完成的金属-陶瓷一体结构 如今大多数金属和陶瓷3D打印采用粉末烧结或其他工艺，都难以实现有效的多材料一体成型，而材料喷射技术则正可以弥补这一不足。遗憾的是，截至目前，我们还没能看到Xjet更具体的进展。 基于粉末床SLM技术的多金属混合3D打印 SLM技术如何实现多种材料一体成型？成型后粉末不会混合而污染吗？比利时初创公司Aerosint采用一种新的粉末沉积技术来取代传统的SLS/SLM铺粉方式，实现了两种不同粉末的同时打印。 与大多数材料沉积技术不同，该技术并没有使用复杂的驱动喷嘴，而是通过旋转的转鼓，在构建区域内选择性地沉积粉末材料，达到在需要的位置构建物体的目的。与传统SLM或SLS技术的主要区别也是在于铺送粉技术的不同，其他过程基本类似。 Aerosint多材料粉末沉积设备和技术原理 2020年3月，Aerosint公布了采用多金属粉末材料沉积技术打印的双金属零件—由316L不锈钢和CuCrZr（铜铬锆）混合嵌套、内含1.7mm通道的圆盘组件。该组件直径为55mm，高6.9mm，设置层厚为40微米，打印时间5小时40分钟。 基于粉末床熔融技术的多材料金属打印清粉过程 Aerosint多金属材料打印的零件 多金属的打印同样为功能部件的直接制造提供了可能。未来，将传感器等电子部件直接集成进入装备的预定位置正在成为科研人员努力的目标。 END 从技术的发展情况来看，基于材料喷射/沉积的工艺是目前实现多材料混合3D打印的主要形式，无论是多种树脂成型的polyjet技术、陶瓷/金属复合成型3D打印，还是基于金属粉末的lens或其他材料沉积技术。 而多材料混合3D打印不仅仅是将多种材料简单的复合起来。更为重要的是，与单一材料3D打印相比，它可以一次制造拥有多种功能或物理属性的产品，而不需要再把各种部件组装起来，这将掀起一场前所未有的革命。 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.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业 2.基于粉末床激光熔融技术实现多金属混合3D打印 3.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 4.全球最大多材料混合增材制造系统发布，可打印金属和树脂

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”

铂力特近日发布2020年半年度报告，截止2020年6月30日，上半年公司实现营业收入6444万元，同比下滑39.72%；营业利润-1618.90万元，较上年同期下降 179.50%；实现归属于上市公司股东的净利润-928万元，较上年同期-233万元亏损增大。 铂力特历年营业总收入 收入下滑主要系受2020年上半年新冠肺炎疫情影响，虽积极采取措施应对，但客户延期复工，业务开展及订单受到一定程度影响所致。 报告指出，铂力特公司坚持以客户为中心，市场为导向，以研发创新为公司发展的驱动力。公司在研发上持续保持高投入，不断进行技术积累并保持持续的科研创新能力，2020 年上半年公司研发投入占营业收入比例达到39.38%（比例扩大系总收入降低影响）。公司紧跟制造业智能化、无人化的发展趋势，对增材制造设备、增材制造工艺、增材制造材料等进行研究开发，为公司加快健全产业链配套能力打下坚实基础。 铂力特研发人员情况 报告期内，铂力特获得ISO 14001:2015环境管理体系和ISO 45001:2018职业安全健康管理体系认证。同时承担了科技助力经济2020重点专项《高稳定性粉末床激光选区熔化增材制造工艺与装备项目》，针对航空航天发动机耐1100℃以上高温合金复杂构件增材制造需求，研发提高粉末床温度、降低热应力的技术措施和成形过程实时监控技术，突破1100℃以上高温合金激光选区熔化工艺；提升激光选区熔化设备的运动稳定性，实现耐1100℃以上高温合金复杂构件增材制造，推动增材制造技术在航天领域中的应用。 在研项目包括800mm大尺寸SLM设备研制、大型金属结构电弧增材制造设备研制、等离子（PAW）增材制造技术、堆内构件整体式反射层结构样件试制、多光设备激光重叠区域扫描路径优化等10余项。 风险因素 由于近年来增材制造新技术不断取得突破，报告书同时指出，公司在增材制造领域具有深厚的技术积累，并紧跟国际先进技术的发展趋势，但若公司未能持续保持技术先进性和不断开发新的更高品质的产品，可能面临公司竞争力下降，后继发展乏力的风险。 在经营方面，虽然航空航天领域是铂力特的主要客户来源，但由于增材制造技术在该领域的整体制造体系中占比还较为有限，若该领域增材制造应用成长速度不及预期，或由于公司产品质量、行业竞争等因素流失主要客户，将对公司的经营发展产生不利影响。同时，增材制造装备关键核心器件由于严重依赖进口，若发生出口贸易禁用、管制等因素，也将对公司的生产经营产生不利影响。 此外，由于目前我国尚未建立起涵盖设计、材料、工艺设备、产品性能、认证检测等在内的完整的增材制造标准体系，行业标准的缺失，一定程度上制约了增材制造技术成果的累积、固化和推广应用，未能架起技术和产业衔接的桥梁，减缓了产业发展进程。因此，如果增材制造应用领域市场的成长速度和所需发展周期不及预期，将对公司未来业务的发展和盈利能力的增长速度带来一定的影响。 注：本文内容源于铂力特2020年半年度报告，原文已上传。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.从数据看全球领先的3D打印公司的研发概况 2.上半年欧美3D打印企业营收普遍下降，唯SLM Solutions逆势增长 3.3D Systems、Stratasys营收下降近30％，开始大幅裁员 4.3D打印趋势报告2020：行业亮点与市场趋势

近几年，桌面金属3D打印技术的发展有些奇怪，凶猛的时候如惊涛骇浪，被圈内圈外的人广泛关注；但大多数时候，却又如一颗小石子扔进了湖水，只是溅起一点水花。时至今日，基于该技术的创业公司仍非常少，预想中的爆发似乎并未到来。 基于桌面的金属3D打印技术，最为知名的公司当属Desktop Metal，其推出的DM STUDIO系统第一批产品就卖给了谷歌，后续还应用到教育、消费品、汽车、能源以及重工业等行业。然而对于这些公司采用桌面金属3D打印技术开发了哪些应用，与SLM技术对比有哪些优势和不足，一直以来鲜有报道，本期3D打印技术参考对这些问题进行揭示。 Desktop MetalSTUDIO金属桌面3D打印系统 像大多数3D打印技术一样，桌面金属3D打印技术既可以用来做原型验证，也可以用来制造最终用途部件，这在实际生产中均有涉及。石油和天然气燃烧领域的产品专家John Zink Hamworthy Combustion近些年来将多种金属3D打印技术引入生产线，在产品正式生产前，所有设计都必须制作原型并进行测试，该阶段又必须用到金属打印。即便该公司拥有多种类型的金属打印机，但金属桌面打印机的运行成本比SLM打印机更低。自2019年安装Studio系统以来，该公司已经开发了很多增值应用。虽然这些原型中的大多数将继续通过铸造或机械加工来生产，但也不乏一些具有特殊结构的零件只能通过金属打印来制造。 Desktop MetalSTUDIO打印完等待脱脂和烧结的零件 该公司新近开发的燃油雾化器就是这样一款只能通过金属打印来制造的产品。最初的燃油雾化器是一个很小但相当简单的钢制部件，燃料和蒸汽在内部腔室混合，并通过圆形钻孔通道排出。这样的部件可以用调节比来描述燃烧效率，调节比越高表示燃烧效率更高。在最初的设计中，当船舶在港口或缓慢行驶时，机加工的雾化器在低负荷时的调节比为15:1。现有的燃油雾化器性能低于johnzink公司的预期，这促使他们通过改进设计来提高效率，而实现这些设计改进和效率提高意味着从机械加工转向另一种制造技术：金属3D打印。 为了提高雾化器的燃油效率，johnzink的团队首先提出了三种不同的设计方案，这些方案使用Desktop Metal的桌面金属打印机制作原型，并在现场进行测试，最成功的原型将被进一步优化改进。研究小组最终将雾化器与其底座合并，以消除接头处泄漏的危险，并借助计算流体动力学（CFD）模拟进行设计，以精细化通道。最终重新设计的雾化器采用了空气箔状的翅片，减少了零件材料使用量，而如果没有3D打印，这种几何形状将无法制造。 雾化器原有设计（左）与新设计（右） 燃料雾化器最终通过SLM技术生产，但结合金属FDM技术，John Zink更快地完成了最终设计，同时节省了开发时间和成本。使用SLM技术生产燃料雾化器需要8天，成本为1200美元；相比之下，金属FDM技术可以在5天内完成生产，成本仅为300美元。但是由于SLM技术可以一次性生产更大批量，因此使用该技术用于最终生产。 桌面金属打印与SLM技术对比分析 当然，基于3D打印技术的新设计主要目的在于提高燃油效率。实际上，采用3D打印制造的燃油雾化器的调节比为25：1，与原始机加工零件相比，燃油效率提高了67％；新设计还将每小时油耗从120公斤降低到38公斤。该公司估计，新的燃油雾化器每年可为每艘油轮节省90000美元至160000美元的燃料成本。 John Zink还发现了许多其他有价值的金属FDM技术的应用，如1967年就在生产的加力燃烧室组件和为美国海军3D打印的安全切断装置。金属FDM技术使公司能够以低成本有效地生产这些替换零件，同时避免了铸造或其他加工费用导致的生产延误。 美海军安全切断装置和手柄 除了为客户创造更加优质的产品，John Zink还作为科赫工业集团（Koch Industries）增材制造技术的领导者，来帮助向整个组织内部宣传和解释这项技术。更多像燃油雾化器这样的产品论证了3D打印技术的优势和创造更加优质产品的可能性，让其他组织部门思考该如何使用它。 分割线 除了能源行业的用户外，以福特为代表的汽车公司也在使用DM的studio系统进行原型设计，而且DM的打印机已经成为福特公司未来工厂的一部分。 福特公司也采用金属FDM技术进行原型制造 除进行原型制造外，桌面金属3D打印技术也被用来制造最终用途部件，如定制工具、夹具等。阿尔法精密集团（APG）以及联华电子公司（umc）也都采用该技术来生产冲压夹具、螺纹检验夹具以及装配工具等。由17-4不锈钢打印的零件拥有精确的细节和光滑的表面质量，不仅能够在极短时间内完成生产，还大大节省了成本，并减少了生产车间的停工时间。 APG采用桌面金属戴眼镜生产的装配线螺丝刀工具 除在汽车、能源以及其他工业领域的应用外，DM公司的桌面金属打印技术在教育和消费品领域也有覆盖。缅因大学借其办公室友好型的特点和价格优势推动3D打印技术的普及；奢侈品时尚品牌Jade Group则用其进行功能原型和各种工具的制造。 总之，以Desktop Metal为代表的桌面金属打印技术已经拓展至多个行业，无论是功能原型也好，最终用途部件也罢，相对于传统的激光增材制造和机加工，桌面金属打印确实具有更友好的工作环境以及低廉的设备成本。随着材料越来越丰富，相信国内同类技术的公司也可以开发更多的应用。 本期上传：金属桌面3D打印技术应用电子书。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.现场看懂Desktop Metal桌面机材料供给原理及工作过程 2.Desktop Metal金属桌面打印机---DM STUDIO解析 3.Desktop Metal 打印材料及产品总结 4.金属打印批量化竞争：SLM无支撑智能系统PK HP与Desktop Metal

材料学是对口腔修复学影响最大的学科之一，口腔应用材料学的发展，对口腔修复质量的提高具有不可取代的作用。 义齿制作用的金属材料可以分为贵金属、半贵金属和非贵金属三大类，其中非贵金属性价比较高，而且随着牙科材料的不断研发和改进，很多非贵金属的生物安全性和可靠性都在提升，其中钴铬合金、纯钛和钛合金是目前最常见的牙科非金属种类，也是牙科最常用的3D打印金属种类。那这三种金属在性能上有何区别？ 01 不同牙科金属力学性能对比 牙科金属材料的力学性能至关重要，因为制作出的义齿修复体需要在强度、硬度、塑性和回弹性方面满足相应的要求，才能安全可靠的应用在口腔修复领域。 为了更准确对比三种金属材料的性能，减少成型工艺对最终成型材料力学性能的影响。本研究选用目前市场上三种金属材料，统一采用激光选区熔化成型工艺，最后再对比成型后的性能。 力学测试件的成型照片 不同牙科金属材料成型后的力学性能对比 从以上对比表格可以看出，纯钛及钛合金的密度仅为钴铬合金的一半，属于轻量化的牙科金属；低密度的牙科修复体能够减少口内异物感；此外，钛及钛合金的导热性仅为钴铬合金的六分之一，因此, 牙科钛修复体具有保护牙髓、避免冷热刺激的作用。此外，TC4钛合金弹性模量与人体硬组织最接近，屈服强度又高，可发生的弹性变形要远超钴铬合金，在临床上就变现出良好的回弹性。 纯钛及钛合金都是常见的轻量化牙科金属材料，纯钛虽然具有较高的延伸率，可塑性较强，但是纯钛的强度和硬度较低，口内长期使用容易变形，固位力下降明显。而TC4钛合金相比纯钛，具有较高强度和硬度的同时，兼具弹性和塑性，更匹配口腔临床使用的要求，耐久性更好。 02 不同牙科金属耐腐蚀性能对比 金属材料长期处于口腔环境中，难以避免会有金属离子析出。因此牙科金属材料需要具有一定的耐腐蚀性，尽可能减少金属离子析出，减少安全健康隐患。 本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的耐腐蚀性。 其中重庆医科大学的文献《口腔用生物金属材料的耐蚀性能》根据不同材料的金属离子析出范围，将金属材料分成了三类，如表2所示，纯钛、TC4钛合金和钴铬合金都属于较少溶出量种类，7天溶出离子总量都低于9μg/cm2。 不同金属材料浸泡溶出离子总量 本文研究人员对3D打印的钛合金进行了耐腐蚀性实测，测试结果表明：在37℃、7天释放到指定溶液中的总金属离子为5.6μg/cm2，具有较好的耐腐蚀性，达到了贵金属的耐腐蚀性水平。3D打印技术参考在查阅资料时发现，中山大学孙逸仙纪念医院口腔科的研究指出3D打印的钴铬合金比铸造的钴铬合金耐蚀性更优；另有研究发现3D打印的纯钛比钛合金具有更好的耐腐蚀性。 03 不同牙科金属生物相容性对比 与生物相容性相关的因素主要包括材料对人体应无毒性、无刺激性、无致癌性和致畸变等作用。在体内正常代谢作用下，应保持稳定状态，无生物退变性，其代谢或降解产物对人体无害，且易被代谢。 本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的生物相容性。 其中文献《口腔金属材料安全性、相容性以及功能性的评价》研究显示钛金属及其合金材料耐磨损性能强、细胞相容性好、耐腐蚀性能强，是首选的应用材料，其次是贵金属合金材料和钴铬合金材料。 文献《钴铬合金与钛合金修复材料的细胞相容性研究》表明钴铬合金对HGF细胞具有一定的细胞毒性，而钛合金细胞相容性良好。 有关3D打印纯钛的生物相容性以及钛合金耐腐蚀性和生物相容性的研究 从上表的文献结果汇总也可以发现，钛合金材料在经过3D打印成型后具有较好的生物安全性。 04 结语 医用材料对于生物性能的要求极高，生物相容性是医用材料应用于人体后与机体之间发生相互作用，医用材料与人体机体对相互作用的反应能力能够保持相对稳定而不会相互排斥。 传统工艺制作的纯钛、钛合金以及钴铬合金已经是应用非常成熟的生物医学材料，在复杂及个性化医疗器械加工与制造过程中，也逐渐开始运用金属3D打印技术。两种工艺所制造的试件都具有良好的生物安全性，且在某些条件下，3D打印试件的性能更优于传统铸轧。3D打印技术不会改变材料的生物安全性，利用该技术的优势，纯钛、钛合金以及钴铬合金将在牙科及骨科等个性化医疗领域将会有更好的应用前景。如果非要说那种材料更好，只能说，没有最好，只有更好。 注：本文主要内容来自优材科技，3D打印技术参考整理补充，请审慎参考。本期上传：1.钛及钛合金3D打印医用产品的生物安全性2.3D打印纯钛与钛合金的腐蚀性能研究欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印在口腔种植领域的应用效果如何？ 2.隐形牙套3D打印过程及相关工艺 3.3D打印医疗植入物的应用现状及国内研究团体 4.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业

惠普公司自2016年正式商业化其增材制造技术以来，已推出了多款聚合物3D打印系统以及基于粘结剂喷射的金属3D打印技术。惠普对于占领未来12万亿美元制造业领域的下一个高地，开启了全速前进模式。 01 剑指3D打印 在惠普、Desktop Metal、Carbon进入3D打印领域以前，传统3D打印行业面临成本高、技术成熟度低和人才短缺问题。许多工业3D打印机在速度和效率方面仍然落后于传统设备，而且将该技术真正投入生产还面临巨大投资，这些都是影响3D打印普及应用的重要影响因素。后期，以惠普为代表的新势力推出了一系列革新3D打印技术的新工艺，从打印速度、成本以及零件质量方面共同推动3D打印进入了一个全新的生产模式。 惠普多射流熔融技术（MJF）基于塑料粉末通过墨水和加热实现熔融成型，借助该技术，惠普推出了聚合物粉末床3D打印的新标准。作为明星产品，多射流熔融技术极大挤占了传统SLS技术的市场，并号称具有更一致的机械性能、更快的处理速度和更高的精度。 在比较MJF和SLS零件的成本时，在线制造市场Xometry发现，使用MJF技术生产的零件成本比SLS技术低30％。由于惠普MJF打印机能够同时打印多个零件，因此随着零件体积的增加，这种差异也会增加。 02 迈向聚合物3D打印工业化 惠普从一开始就致力于功能原型设计和批量生产，MJF技术在多方面都具有革命性的意义。该公司于2016年底推出的首个HP Jet Fusion 4200 3D打印系统已成为粉末床技术类别中最好的小批量生产机器之一。4200系统由打印机、冷却站和两个构建单元（打印缸）组成，旨在最大程度简化打印和后处理步骤。 打印缸可置换目前已成为SLS及MJF技术的标准配置，当打印完成之后，可以直接将其送至后处理站进行冷却和清洁，同时打印机更换新粉缸继续打印，从而提高工作效率。 HP Multi Jet Fusion 4200 由于专注于生产和质量，该系统在市场上受到好评。3D Hubs《2018年第2季度数字制造趋势报告》根据打印机的质量评级，将惠普4200打印机排名第2，而该机在当年生产的零件数量方面排名第一。 在应用方面，4200系统从功能原型到工具，再到短期使用的最终用途零件生产，可用于多种用途。 惠普通过与齿科品牌SmileDirectClub合作，为后者安装了49套MJF系统，每天可生产50000多个牙模。2018年，惠普在中国建立3D打印批量化定制中心，当年中国境内的MJF打印机就已经达到50台。此外，惠普还在美国、西班牙和新加坡等地均建有先进制造中心。   进入全彩色3D打印领域 在没有彩色3D打印的情况下，工艺人员往往需要花几个小时甚至更长时间对SLA或其他工艺打印的样品进行上色，制造商自然很想拥有能够负担的起的彩色3D打印机。然而事实却是，全彩色3D打印在业内极其昂贵。   惠普全彩3D打印 在4200打印机发布后，惠普在2018年推出了全彩色3D打印机系列Jet Fusion 300 /500。该产品补充了其现有工业3D打印机的产品系列，并为中小型产品开发商提供了低成本选择。 与此同时，惠普基于全新工艺的全彩3D打印机，又与Stratasys和3D Systems的现有产品展开了直接竞争。 推动3D打印实现批量制造 据报道，2018年基于MJF技术生产的零件已经达到1000万个，而惠普希望将3D打印的批量生产提升到更高水平。 在过去几年中，采用3D打印进行批量生产已成为行业发展的重要趋势之一。而且随着应用数量的增加，开发能够适应产量不断增长的新解决方案已经势在必行。 在同类型技术领域，当前的激光烧结方案与惠普MJF技术相比还是有些差距，后者通常具有更高的吞吐量。2019年对于惠普来说又是重要的一年，其推出了以生产为重点的新5200系列MJF 3D打印机。 面向生产应用的HP Jet Fusion 5200系列 500/300系列3D打印机以功能原型为目标，4200系列则以小批量生产为目标，5200系列则为其实现制造业的雄心再往前迈进了一步—以堪比注塑成型的精度和可重复性进行批量生产。 5200系列最显著的进步是生产率提高了40％，并为高温材料的3D打印开辟了可能性。目前，已有多家公司购入该系列打印机用于生产，其行业涉及风力发电、体育运动等领域。新系统大大扩展了惠普的增材制造业务能力，使其客户能够在生产中真正实现数字制造。 03 创新3D打印材料 惠普的3D打印技术已逐步从原型设计和小批量生产转向批量增材制造。尽管硬件在这一进步中起着重要作用，但如果不进行新材料开发，要充分利用MJF技术也将会是极其困难的。 MJF技术于2016年首次推出时仅能打印PA12，目前，惠普逐渐将其材料组合扩展到包括更多种类的热塑性塑料，如PA11、玻璃微珠复合PA12以及柔性TPU材料。此外，惠普还为其最新的5200系列专门开发了聚丙烯（PP）材料。 采用MJF技术打印的聚丙烯零件 聚丙烯是一种多功能、耐用且耐化学腐蚀的热塑性塑料，由惠普与巴斯夫合作开发。采用MJF技术3D打印的聚丙烯可媲美注塑成型的效果，基于这些特性，该材料特别适合用于汽车、工业、消费品和医疗领域。 实现材料高度可重复使用 在聚合物粉末床工艺中，每一层粉末都会经受高温照射，这会造成材料化学结构的变化，同时也使得烧结特性难以预测。然而在一次成型过程中，并不是所有粉末都会变成零件，总有一些粉末会被重复多次使用，可化学结构的变化也导致材料注定无法100％完全可用。这对于使用该工艺的用户来说不仅造成了材料浪费，还会带来成本负担，更何况现阶段材料仍然非常昂贵。 克服此问题的唯一方法是将新旧粉末混合使用。在SLS工艺中，只能回收大约30-50％的粉末（也有厂商重复使用70%），而使用MJF技术最多可重复使用80％的粉末。惠普称这种高水平的粉末可重复使用性是通过材料创新实现的。惠普PA12材料在长时间高温暴露过程中可减轻分子结构变化，被称为中低反应性材料，其重复使用率达到80％而不会降低质量。 惠普还计划进一步扩大材料种类，提供更广泛的热塑性塑料系列，包括具有阻燃特性的热塑性塑料、弹性体、聚酰胺、商品塑料和高性能材料等。而惠普Multi Jet Fusion开放平台将是这一进展的关键，该平台邀请化学公司在材料开发方面进行合作，以加速材料创新。 04 新领域：金属3D打印 惠普进入聚合物3D打印领域的时间虽然不长，但已经搅动了整个市场。而通过推出用于批量化制造的Metal jet金属3D打印技术，则进一步改变了业内的竞争格局，更推动了产业发展。 Metal Jet 3D打印技术于2018年推出，通过有选择的在粉末床上喷射粘结剂并最终实现零件成型。惠普引入该技术的独特优势在于其创新的打印头和粘结剂技术。 惠普Metal Jet 金属3D打印系统 虽然粘结剂喷射技术本身就很快，但惠普仍然对打印头进行了改进使其更快。Metal Jet系统配备6个打印头，每个打印头有5280个喷嘴。惠普称，如此多的喷嘴可以为打印机带来更高的生产率和可靠性。 此外，惠普利用其在墨水技术方面的专业知识，开发了一种创新的粘结剂，可以使烧结过程更快、成本更低。在金属注射成型过程中，通常需要烧掉10％以上重量的粘结剂，而新技术的比例不到1％，一个数量级的降低使烧结过程更简单、速度更快、成本更低。 Metal Jet技术原理 通过将这些先进技术相结合，惠普希望将金属3D打印实现与传统技术相当的经济性和生产效率。同时，粘结剂喷射成型技术可能不仅有助于实现金属3D打印的批量化生产，还可能实现环境保护、经济性等可持续发展的价值主张。 大众汽车使用Metal Jet技术3D打印定制的变速杆…

TC4合金具有质轻、比强度高等优点，通过激光选区熔化（SLM）技术制备的TC4金属零部件被广泛应用于航空航天、生物医疗等领域。在TC4合金SLM成形过程中，受到包括激光能量的吸收和传输、材料的快速熔化和凝固、微观组织演化、熔池的流动、材料的蒸发等因素的影响，导致成形热力学和动力学十分复杂，因而在构件内部会形成孔洞、裂纹、杂质等缺陷，这些缺陷严重降低了成形件综合力学性能，限制了激光打印TC4合金的广泛应用。因此，研究TC4合金SLM成形过程中缺陷的形成机制和掌握抑制缺陷产生方法的是提升SLM制备TC4合金零部件性能的关键问题。 近日，上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室在最新研究中，基于X射线CT成像技术，在3D打印TC4合金孔洞缺陷三维表征和形成机理方面取得重要进展，相关成果以“Study of pore defect and mechanical properties in selective laser melted Ti6Al4V alloy based on X-ray computed to mography”为题发表在Materials Science and Engineering: A 期刊上，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139981（已上传QQ群）。 研究概要 激光增材制造技术本质上是金属材料的快速熔化和凝固过程，因此在其成形过程中也会产生和金属铸造过程相似的各类冶金缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等等。在高功率激光束长期循环往复“逐点扫描熔化-逐线扫描搭接-逐层凝固堆积”的LAM过程中，激光束与金属粉末材料的作用时间极短，金属粉末在逐层堆积过程中，不断经历急冷急热的交替过程，其熔化和凝固都处于极端非平衡条件下。主要工艺参数、外部气氛环境、熔池熔体流动状态以及扫描填充轨迹的不连续和不稳定等都可能在零件内部区域产生各种特殊的内部冶金缺陷（如层间及道间局部未熔合、孔隙、卷入和析出性气孔、氧化物夹杂、裂纹等）。这些缺陷的形成在很大程度上会影响最终成形零件的内部质量、力学性能和制件的服役使用安全等。金属粉末材料在SLM过程中成形件内部缺陷的产生始终是制约该工艺发展的重要瓶颈问题之一。 拉伸试样断裂前后的XCT数据重建 该论文采用X射线计算机断层扫描（X-RayComputed Tomography，XCT）无损检测技术对3D打印TC4合金进行全流程“诊疗”，包括TC4原材料粉末、3D打印成形零件以及拉伸试样中孔洞缺陷的精准三维表征。研究了TC4合金的SLM成形过程中孔洞缺陷的三维几何形貌特征，包括孔洞缺陷的三维形貌、空间分布、尺寸大小、比表面积、表面曲率、空间取向等几何拓扑结构，揭示了孔洞缺陷形成机理，建立了孔洞三维形貌特征与形成机理之间的关系。同时探索了不同工艺参数下TC4合金试样内部缺陷的产生规律和形成工艺之间的关系，建立了孔隙尺寸与工艺参数之间的关系模型，并对内部气孔缺陷的产生进行了预测。分析了工艺参数对致密度和力学性能的影响规律，研究了TC4合金SLM成形件缺陷特征、显微组织结构等对力学性能的影响。 注：本文内容来自材料科学与工程，原文已上传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.低成本、高度可重复 | PP（聚丙烯）正被纳入工业3D打印材料体系 2.基于AI的粉末床增材制造逐层异常检测和分类 3.2020年3D打印材料种类超2000种，市场规模将突破20亿美元 4.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化