为了提高金属粉末床增材制造技术的工业可接受度，很多厂家目前推出了在线监测模块来检查制造过程中的异常情况，如刮刀碰撞、粉末铺设不均、飞溅以及孔隙等等。然而，这些实时监控的尝试还没有实现足够的自动化，在分析生产过程中收集的数据方面，还集中于将完成的零件与3D模型进行比较。这种方法确实很简单，但却非常耗时，而且只能识别打印对象中的“一般缺陷”。 来自美国橡树岭国家实验室的研究人员近期开发了一款基于神经网络的程序，它可以对从设计、材料选择、打印到测试的整个过程的每个步骤收集和分析数据，实时评估零件质量。 研究人员使用基于神经网络的程序监视和分析3D打印的组件 该算法的主要优点还在于，它能够以传感器的原始分辨率反馈粉末床的逐层成像数据，并且能够分析和共享多台3D打印机上的数据，实现一个系统能够从另一个系统遇到的打印错误中学习的效果。 研究人员分别在SLM、3DP和EBM三种工艺、不同品牌的九台打印机上进行了实验，证明该算法在定位精度、准确性、计算时间和通用性方面，远远优于以前的算法。 所涉及的打印机和工艺类型包括： 激光粉末床熔融技术：使用一束或多束聚焦激光束选择性地熔化金属粉末。所用设备包括EOS M290、ConceptLaser M2、Renishaw AM250、AddUp FormUp 350、ConceptLaser X-Line 2000R以及SLM Solutions的SLM 280。 电子束粉末床熔融技术：使用电磁控制的电子束选择性地熔化粉末床，相比前者需要在更高温度下工作，所用设备为Arcam Q10。 粘结剂喷射成型技术：通过将粘结剂沉积在粉末床上逐层成型 “生坯”，然后进行脱脂和烧结，所使用的设备为ExOne M-Flex。 值得注意的是，这些打印机所自带的监控设备各有不同，但算法均具有通用性。 在过去十年中，很多设备商和研究机构已经针对粉末床增材制造过程的逐层异常检测进行了大量研究。许多努力集中在开发改良传感方式上，如使用闪光灯来更好地拍摄粉末床、采用条纹投影技术来恢复深度信息以及采用高分辨率扫描仪等等。但是，开发成像系统只是挑战的一部分。对于用户来说，无论采用何种数据源，都应该可以自动检测异常，才能满足应用端对质量和过程控制的需求。 体系结构的图形表示 此前关于异常检测和分类的方法有明显的局限性，如粗大的异常定位分辨率、极少的异常类别以及缺乏对其他粉末床工艺的通用性。ORNL的深度学习算法基于神经网络动态识别，（知识补充：在计算机视觉领域，目前神经网络的应用主要有图像识别，目标定位与检测，语义分割。图像识别就是告诉你图像是什么，目标定位与检测告诉你图像中目标在哪里，语义分割则是从像素级别回答上面两个问题）能够满足几个关键要求： 1. 模型预测和异常分类必须足够快地反馈，以提供实时信息，即使使用的是高分辨率相机。 2. 语义分割必须始终在成像传感器的原始分辨率下逐像素实现（语义分割更详细的可以解释是从像素的角度分割出图片中的不同对象）。 3. 由于任何一台单独机器的训练数据都可能受到限制，因此从一台3D打印机器获取的数据知识必须能够在完全不同的粉末床机器和成像系统之间跨技术快速转移。 4. 该算法必须自然地支持来自多个成像系统或其他空间相关的感应模态的数据融合。 实际打印零件和深度学习算法检测到的异常对比 是否采用共享学习下的铺粉效果和灰尘识别对比 测试的结果令人满意，实现了以下几个目标： 1. 在台式计算机上，分层分割时间为0.5s-2.4s，结果反馈的速度足够快，可以实时分析所有已探查机器类型的现场数据。 2. 在每个成像系统的原始分辨率下，可以按像素提供异常分类，定位精度往前迈进了一大步。 3. 该算法已成功在九种不同粉末床3D打印机上进行了演示，这些机器涵盖了三种不同的技术。此外，探索的成像系统包括可见光、中红外和近红外相机，有效分辨率范围为20μm至290μm。重要的是，所开发的深度学习算法允许在不同的粉末床机器之间无缝传输学习的知识，从而减少了与每个单独机器相关的数据收集和手动数据标记负担。 此外，研究人员发现新型的深度学习算法在异常类别的鉴别方面相比以前的算法实现了更低的误报率，七个类别中的四个类别的误报率下降了25%以上。此外，逐层分类的时间减少了12倍，而改进的定位能力和融合后图像的加入可以识别更多类型的缺陷。 ORNL已使用其算法来优化3D打印反应堆的生产 不过，该算法对于不同工艺之间的转移学习的预测准确性还有待提高。该团队评估了GE Additive ConceptLaser M2和ExOne Innovent系统之间共享的数据后，算法在缺陷识别遗失率方面的表现，发现共享过数据的系统的缺陷遗失率是未共享数据系统的16％。这表明训练确实起到了作用，但这种效果还不足够好。使用Arcam Q10增材制造系统打印的零件的真实孔隙率为78.4％，但是如果对图像进行分析，孔隙率则会上升至89.5％。 该算法的性能在很大程度上取决于其输入数据，如果捕获的图像不能清楚的展现打印部分的异常，则该软件不太可能被标记出来。 但无论如何，ORNL基于神经网络动态识别的算法在增材制造过程实时监控方面确实取得了非常大的进步。随着监控系统的发展，研究人员能够将图像数据与来自其他来源的数据(如打印机的日志文件、激光系统和操作员注释)组合在一起，可以更好的识别零件缺陷，并跟踪和评估所有零件的统计信息。 注：研究原文非常详实，内容已上传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.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 2.西空智造推出国产金属3D打印在线监控系统 3.GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化需须受益于人工智能 4.金属3D打印质量的有力保障——过程监控技术  

作为金属3D打印的重要材料之一，铝合金由于密度轻、弹性好、比刚度和比强度高等一系列优良特性，一直被认为是“朝阳材料”。它在军工、航空航天、汽车制造等领域已被广泛应用且具有很好的发展前景，与3D打印的结合更是使其迸发出新的活力。然而相比钛合金、铁基、镍基合金，铝合金的3D打印研究和应用在近十年来才获得较快的发展，其主要原因还在于材料本身的局限性。传统为锻造工艺设计的6系和7系高强铝合金均无法用于3D打印，主流3D打印用铝合金的拉伸强度一般也不会超过500MPa，屈服强度不超过300Mpa，难以达到锻造高强铝合金的水平。 目前，性能最好的高强铝合金之一Scalmalloy®，其拉伸强度（UTS 520 MPa）、屈服强度（480 MPa）和延展性（延伸率13%）均表现出色，且具有耐腐蚀、微观结构稳定的特点，是空客公司专为增材制造而开发的材料，具有严格的专利保护，且不对国内出售。 突破空客专利限制的新型高强铝合金瞄准该技术空白及其巨大的应用前景，中车工业研究院通过大量成分设计和实验验证，设计研发了一种新型3D打印专用高强铝合金粉末材料，并开发了相关3D打印工艺和热处理技术。该高强铝合金粉末材料经批量生产以及多轮SLM技术验证，拉伸强度稳定超过560MPa，屈服强度超过500MPa，延伸率超10%，显著优于空客公司Scalmalloy®铝合金粉末的打印性能以及其他7系锻造高强铝合金。同时，由于不同于空客公司Scalmalloy®的强化机制，该打印材料在215℃高温条件下的强度超过260MPa，延伸率超过10%，几乎比空客Scalmalloy®的高温性能整整提高了一倍。 图1. 打印件常温力学性能 图2. 打印件215℃下的高温性能 此外，该材料还具备优良的耐腐蚀性能，可满足国内轨道交通装备和航空航天等高端制造零部件3D打印的需求，具有广泛的应用前景和市场价值。 图3. Scalmalloy®打印件的常温和高温力学性能（空客APWORKS官方网站） 最关键的是，新开发的高强铝合金及相关打印技术均突破了空客公司Scalmalloy®高强铝合金的专利限制，具有自主知识产权。粉末中Mg、Si等主要元素比例范围均在空客专利范围之外，并添加了适量的其他微量元素。同时，基于成本因素考虑，Sc、Zr含量也进行了优化。目前，该材料及其打印工艺已申请专利4项，已获授权2项。 针对3D打印过程中存在的热应力变形以及高强度的使用要求，研究人员对材料进行了冷热裂纹抑制设计和多重强化机制设计。其中强化机制包括了固溶强化、晶界强化、纳米相强化以及高密度堆垛层错强化，材料在打印过程中不会出现微裂纹，打印件具有非常细密的等轴晶组织。同时，由于良好的强塑性匹配，打印大尺寸零件也不会发生应力开裂，能够很好的应用于较大型铝合金零部件的SLM成型。 图4. 该高强铝合金粉末打印件的微观组织结构 图5. 该高强铝合金粉末打印的粗大实体 在粉末状态方面，通过与外部粉末加工单位合作，该材料批量生产后球形度达到0.88，空心粉率控制在3%以内，氧含量控制在300ppm以下；同时铝合金的流动性难题也有突破，粉体的霍尔流速提升至100s以内，非常适合于激光粉末床打印，具有优秀的工艺适应性。 图6. 高强铝合金粉末形貌和截面图 图7. 高强铝合金粉末流动性测试 新型高强铝合金粉末材料及相关打印工艺技术由中车工业研究院主导研发，目前已稳定生产并已应用于中车轨道交通轻量化零部件的试制，取得了极佳的减重和性能强化效果。包括拓扑优化结构的抗蛇形减震器座、抗侧滚扭杆座、轴箱体以及加强散热设计的散热器板等，均取得了极佳的减重和性能强化效果。其中抗蛇形减震器座相比传统加工件减重72%。 图8. 采用新型高强铝合金粉末材料打印的轻量化轨道交通装备零部件样件 材料——增材制造产业链的关键一环材料在使3D打印成为真正的生产技术中起着关键作用。根据捷普的一项调查，41%的受访用户认为，引入更好的材料将对鼓励大规模采用3D打印进行生产产生最大影响。而对铝合金而言，长时间以来业内成熟商业化的材料多为力学强度不高的Al-Si系合金，极大限制了来自航空航天以及汽车领域用户对高强度的使用要求。实际上，铝合金有着极大的使用潜力。根据SmarTech的介绍，铝合金占金属3D打印中所有金属粉末的消耗量（按体积计算）将从2014年的5.1%逐渐提高到2026年的11.7%左右。铝合金正在追赶上钛、镍和钢等材料，成为支持增材制造下一代发展的重要机遇。 图9. 中车工业研究院3D打印用高强铝合金粉末产品 在此背景下，增材制造产业链的上游企业正在积极响应这种需求，一系列高强铝合金频繁上市。包括中车工业研究院等单位设计研发的新型高强铝合金正在成为打破国际垄断、迅速国产化的关键，相关产品将极大影响我国3D打印技术在关键领域的应用深度和广度。 目前，由中车工业研究院设计开发的新型高强铝合金已批量生产，并获得包括中国航发在内的部分航空航天企业的试用，相关应用也正在推广。如对该材料或打印样件有需求，可联系中车研究院祝弘滨博士，电话13811868917（微信同号）。 关于中车工业研究院 中车工业研究院有限公司，简称中车研究院，是中国中车集团面向科技创新的直属特设机构。是中国中车前瞻性、基础性、共性技术及行业核心技术的研发牵头单位，以及技术成果的转移与转化组织单位；是“探索一代、预研一代”关键技术研究的主责单位，为中国中车实现“双打造一培育”提供强力支撑。 中车研究院是中车金属增材制造技术的主导研发单位和研究规划的制定单位，增材制造技术团队由4名博士和多名硕士组成，目前面向中车技术需求已开展多项技术研究。 往期上传：Scalmalloy®国际专利；国内新型铝合金相关研究内容。 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.国内3D打印高强铝合金研究新进展及Scalmalloy®应用取得重要突破 2.制约铝合金3D打印应用的六大因素及国内外高强铝合金的商用进展 3.铝合金激光能量沉积技术为何难以实现应用，目前的突破有哪些 4.最新研究：硅可以防止3D打印7075铝合金的微裂纹

关键词：高度可重复，价格比PA12便宜，性能相近。 聚丙烯简称PP，是一种性能优良的半结晶聚合物，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，是世界上生产量第二大的商品塑料，在机械、汽车、电子电器、医疗器械、建筑、化工容器等众多领域具有广泛应用。 PP的优异性能决定了它会是理想的选择性激光烧结材料，尤其是其低廉的价格，使其在SLS领域极具市场价值。然而现实却是尼龙材料一直占据了聚合物工业3D打印的主导地位，我们在主流SLS设备及服务生产商的材料清单中根本找不到PP的身影。 01 聚丙烯激光烧结工艺存在的问题 在选择性激光烧结技术中，针对半结晶聚合物粉末，烧结窗口是一个极其重要的参数，烧结窗口宽窄即为熔体到固体的结晶相变过程的长短，决定了材料本身对预热温度的敏感性。烧结窗口越宽，对预热温度敏感性越低，意味着发生翘曲和收缩变形的概率就越小；反之，烧结窗口越窄，发生翘曲和收缩变形概率就越大。 烧结窗口窄是半结晶聚合物一大特性，进一步而言，烧结翘曲和形变收缩容易造成烧结具有复杂结构的不同制件或者同一制件的不同结构部位时容易产生应力不均，导致烧结制件性能下降。PP就是这样一种烧结窗口极窄的半结晶聚合物，有研究介绍PA12新粉的烧结窗口可以达到24℃[1]，而PP原料粉不到15℃[2]。 PP和PA12的DSC曲线显示出两种粉末的烧结窗口差异 这意味着PP分子链从熔融状态进入结晶状态的时间很短，大部分分子链来不及实现从无序到有序排列，当温度降低到固化温度时，取向排列被强制终止，造成烧结件的翘曲和体枳收缩较大，从而造成打印失败。 具有较宽的烧结窗口是表征高分子聚合物粉末在SLS性能方面最重要的参数之一，对烧结成型具有极为重要的指导意义，因此对PP粉末进行改性，拓宽烧结窗口也成为各方努力的方向。 02 EOS基于激光烧结的改性PP粉末 2017月，德国3D打印材料生产商Advanc3d Materials推出了AdSint PP flex，一种用于激光烧结的聚丙烯3D打印粉末。据介绍，该材料有“卓越的可塑性、高伸长率（29％）、低吸湿性和耐用性”。其回收率可达80-100％，与尼龙相比具有重要的成本优势。重要的是，该材料在多款SLS设备上打印成功。该公司在2018年被巴斯夫收购，后者推出了用于激光烧结的Ultrasint® PP nat 01。 巴斯夫PP粉末打印的产品 2018年，eos推出了PP 1101，官网可以查询到其抗拉强度为27MPa，在与PA12的对比中可以看到，聚丙烯的打印件具有更好的耐腐蚀性。 2020年1月，万华化学推出WANFAB® PP700N改性聚丙烯粉末。据称，该材料具有球形度高、粒径适中和粒径分布窄的特点，可有效解决翘曲变形问题，打印精度高；制品断裂伸长率可达20%，韧性较好。此外，特殊的助剂组合使得PP粉末具有出色的热稳定性，可多次回收使用，大大降低打印成本。 不同厂家出品的PP粉末打印性能 此外，在笔者查询资料的过程中发现，国内有单位利用高温诱导结晶法，成功将PP粉的烧结窗口拓宽至50.3摄氏度，同时优化了颗粒大小、形貌和熔体粘度，使之更加适用于SLS领域。 可以肯定的是，PP粉末确实引起了世界领先的化工公司以及3D打印制造商的兴趣，该材料的高重复使用性能在一定程度上能够缓解对尼龙材料的过度依赖。然而需要注意的是，截至目前仍然难以查询到PP粉末激光烧结的应用案例，即便是EOS在国内也没有过销售，在国外虽有用于汽车行业，但案例却不能公开。目前市售的改性激光烧结用PP的真实打印稳定性还需要更多时间去证明。 03 基于工业FDM的颗粒料聚丙烯 实际上不仅是采用激光烧结在打印聚丙烯时存在问题，采用FDM工艺也并不是那么容易。由于PP的收缩率较高，在打印过程中需要对原有打印设备做特殊改造，如底板温度、环境温度、喷嘴温度、底板材质等都需要根据PP特性做相应调整。因此，基于FDM技术的PP材料工业化应用并不简单。 近日，大幅面、高速3D打印机制造商Titan Robotics与巴西石油公司Braskem共同宣布推出了适用于工业3D打印的新型聚丙烯树脂。两家公司通过对新材料进行改性、调整结晶性，使其在打印过程中具有更强的层间结合力和较低的变形量，克服了传统PP在3D打印过程中遇到的挑战。 颗粒料PP打印过程 值得注意的是，Braskem曾与EOS子公司Advanced Laser Materials合作，并在此基础上推出了其首款PP材料。Braskem与Titan Robotics的合作则在2019年开始，目的即为解决聚丙烯在进行大型零件3D打印过程中遇到的挑战。Titan Robotics的Atlas-H系列打印机可以每分钟30,000mm的速度进行打印，这为PP材料在汽车、存储、化学和天然气领域的广泛工业3D打印应用提供了可能。 04 惠普基于MJF技术的PP粉末 今年6月，惠普联合巴斯夫推出了基于多射流熔融技术的新型高可重复使用的聚丙烯3D打印粉末。这种通用性强、且耐化学腐蚀的材料已通过惠普3D打印系统的认证，可在性能和成本之间实现平衡。 采用惠普MJF技术打印的PP材料车门除霜器通风口 惠普将聚丙烯PP材料视为其MJF 3D打印技术发展的新里程碑，因为PP的成本要比目前最常用的材料PA12低很多，最高可节省30%的花费，并且性能优异。为解决普遍存在的打印翘曲变形问题，惠普花费了大量精力来研究MJF技术与PP材料的适配性，通过与巴斯夫的合作，推出的新型PP粉末具有与注塑成型零件相同的性能，且可重复利用。 采用惠普MJF技术打印的PP材料风道 目前，聚丙烯已成为惠普公司产品组合中价格最低的材料。惠普通过跨界合作成功打印了汽车部件以及专业家电和工业机械零件，未来可能会涉足医疗、外包装等行业的应用。 05 结语 总结来说，业界看中PP的原因主要有三点：相比PA更低的成本、高重复利用性以及相近的工程特性。传统聚合物粉末材料的再开发与新型聚合物粉末材料的研发都依赖于粉末材料的制备工艺，这也是当前SLS成型领域的研究重点。PP作为传统通用型高分子聚合物，在SLS领域具有极高的应用潜力。 本期参考（已上传）： 激光选区烧结尼龙 12 的热氧老化机理及其微观结构、性能的研究 注：本文内容应审慎参考，谢绝转载至微信以外平台。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.EOS与惠普的批量化制造技术之争：LaserProFusion与MJF 2.惠普多射流熔融技术与激光烧结技术谁优谁劣，该如何选择 3.惠普：粘结剂喷射技术用于 TPU 3D打印与SLS对比 4.HP与Stratasys : 全彩3D打印 , 谁更具优势

本文以DfAM的设计思维分析SpaceX 龙飞船3D打印推力室的结构特点，以设计师的思考方式，系统梳理整个设计过程，并通过实际仿真切片和打印，验证其合理性，为想学习DfAM设计思维的同仁提供参考。 DfAM（Design for additive manufacturing)是一种设计方法，常见的定义是：基于增材制造技术的特点，通过形状、尺寸、层级结构和材料组成的系统综合设计最大限度提高产品性能的方法。 3D打印制造的龙飞船发动机 2020年8月，SpaceX龙飞船成功携带宇航员返回地球，商业载人航天时代正式开启。我们已经知道，帮助龙飞船实现逃逸功能的动力系统——飞船侧壁的8台超级天龙座发动机系统（Super Draco逃逸发动机），其推力室采用镍基超合金通过激光粉末床熔融技术制造而成，借助该技术的复杂制造和集成制造优势，将之前几十个不同零部件缩减为三个，保证了高压液态氧和高震动情况下的正常运行。与传统铸造件相比，3D 打印推力室具有优异的强度、延展性和抗断裂性，并极大缩短了整个发动机的设计和制造周期。 功能要求对结构设计的影响条件A：推力室本身属于压力容器，需要内部管道能够承受符合工况要求的管道压力分布。对于设计而言，就是需要保证足够的设计壁厚以承受工况压力，结合使用的材料参数，我们可以得出管道的最小壁厚尺寸要求。 条件B：该推力室运用于火箭当中，工作状态中外部环境复杂，核心包括振动影响和高温影响两个方面。对于设计而言，需要选用高温合金材料作为制造的材料，同时结构上，在满足管道压力分布条件下，还需要满足振动抗震性要求，设计上保证高刚度，在极限工况下也能保证推力室的正常工作，结合使用材料参数，我们可以得到符合火箭的极限工况的管道的最小壁厚尺寸要求。 条件C：推力室属于整个火箭动力系统的一部分，与其他部分连接的多个固定结构设计要达到整体对于该零件的强度要求，结合使用材料参数，我们可以得到相关的形位尺寸要求以及安装尺寸要求等。 在理解了功能要求对结构设计的影响以后，我们就可以得到整个零件的基本结构尺寸。包含：关键推力室尺寸、管道位置与长度、 壁厚尺寸，与其他部分的固定安装尺寸、总体大小等。 可以看出，这些设计信息只与设计的材料参数和功能实现要求的力学结构计算有关，与制造无关。在理想条件下，只要按照这些指标做三维设计，就可以保证结构的功能性实现。 增材制造工艺做结构的补充设计或调整该零件使用的制造方式是粉末床选区激光融化（LPBF）3D打印技术。虽然有粉末的支撑，但也需要考虑，分层与支撑生成两个关键工艺点。 工艺A：增材制造是一层一层制造，要保证压力管道受力的一致性，那么在主要受压结构上，需要考虑层的分布问题。对于设计而言就是——成型的方向。火箭的整个动力系统基本处于垂直放置的状态，垂直上受压，所以该零件制造时，放置方向也应该是垂直放置，而不是横向放置。 工艺B：自支撑结构+减重设计的融合 根据零件的放置方向和初步的设计计算得出的形状，能够得知在哪些地方会生成支撑，进而设计固定性结构。 对于管道，有两个方法可来避免支撑的产生：一是对于将本身水平放置的管道在不影响总体功能的前提下，调整到45度倾斜的方式，实现自支撑打印。二是改变管道本身截面形态，将圆形管道改成自支撑性截面，即使水平放置，也不会有支撑产生。 管道结构自支撑设计 对于固定结构，连接的法兰盘部分一般壁厚较厚，质量大，以传统设计方式，台阶面还会产生支撑结构，此时需要针对性的做改进，方法如下，但不限于这几种： 1. 大量的倒角圆角运用能够减少支撑的生成，同时保证强度，减少支撑。 2. 变壁厚均匀强度截面设计以满足强度的同时达到减重的设计。这一部分可以单独建模。利用拓扑优化软件，根据受力计算仿真获得优异的等强度截面，并运用到本体的设计中，不用整体所有结构都做拓扑优化。 固定结构自支撑设计 以上两步完成以后，对整体的设计细节要求做一遍检查，没有问题的情况下就可以进行制造了。由于这里是属于压力容器相关的设计，对于微晶网格结构的设计运用，以后在其他设计中再做讨论。 推力室中的自支撑结构设计综合以上的方法，我们来看看在SpaceX 3D打印推力室的设计哪些地方运用了自支撑设计的理念方法： 发动机推力室外部自支撑结构设计运用 在这个设计中，第3个是一个很有亮点的设计方式——3级等壁厚三角支撑肋板设计。该设计在倒角的基础上，通过3级等壁厚等腰三角肋板叠加的方式，在倒角的基础上，进一步减轻了重量，同时避免了支撑的产生。一个结构周期包含3个菱形和4个等腰三角形，是一个非常创新性的结构设计，可以减少大面积支撑下的自支撑结构重量，保证强度。某种意义上，这也算是一种网格设计方法。 3级等壁厚等腰三角支撑肋板设计 推力室中的自支撑结构设计验证以下是基于以上的全部分析，对根据已知的一些条件做了近似设计来验证该结构的设计可靠性。 发动机推力室近似验证设计 将模型转化，放入切片处理软件，可以看到切片的结果，只在末端固定处有少量支撑，考虑到实际设计时，内部复杂管道等，可能还是需要添加支撑，此时可以对产生支撑的局部做微小的设计调整，就可以避免支撑的产生。 加支撑与不加支撑对比 增加加强筋并无支撑打印实物打印验证 最后在增加了肋筋设计元素以后，以实物打印对比结果来看，已经实现了设计的功能要求，设计工作结束。 注：本文内容由林传春原创，3D打印技术参考稍作修改。联系方式：1209320732@qq.com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.SpaceX正在招聘增材制造工程师，职责和要求有哪些？ 2.SpaceX龙飞船成功携带宇航员返回地球（附视频） 3.航天二院科技大讲堂—卢秉恒院士“航天增材制造” 4.LITHOZ 3D打印航空发动机陶瓷叶片型芯

在日趋成熟的3D打印行业中，材料开发和认证正在不断取得进步，市场规模持续稳定增长。AMFG发布的《2020年增材制造前景报告》指出，预计今年增材制造材料市场规模将突破20亿美元大关，聚合物和金属领域都将实现强劲增长；工业增材制造设备和材料综合数据信息提供平台Senvol Database 在2020年提供的材料信息数量达到了2245种，相比去年的1700种增长了约30％。 在应用方面，聚合物仍然是领先的3D打印材料，占整个市场的82%。全球知名的3D打印服务商Sculpteo的年度3D打印状况报告也有类似的信息披露，超过80%的受访公司使用聚合物3D打印材料。 Wohlers 2020采纳Senvol Database的数据指出，截至2020年预计有1095种不同类型的聚合物材料可用于3D打印，其中45%为光敏树脂，基于挤出工艺的材料数量占比38%。 2017-2020年3D打印材料种类数量变化 金属3D打印材料市场发展也非常迅猛，据估计2019年金属粉末的消费量已达到5.2亿美元，其中最大的用户群体是3D打印服务商。基于金属粉末床熔融技术的材料种类最为多样化，目前有不少于800种的粉末种类和牌号。其中，钢、镍和钛基合金是最常用的金属3D打印材料，铝合金的使用量也在不断增长。 传统制造领域对金属3D打印的需求在持续增长，40%的公司希望将标准合金用于其3D打印应用，31%的用户则选择使用高性能合金。对于高性能聚合物和标准塑料的使用要求则略低，这两组数字分别是35%和17%。 材料成本和种类仍然是3D打印应用进一步发展的主要限制因素。安永的调查数据显示，所有被调研企业中有90%认为高昂的材料成本阻碍了采用3D打印或进一步扩大使用范围。尽管近年材料价格已经有所下降，但3D打印材料的价格仍然是传统材料价格的数倍。 采用3D打印的主要限制因素（来源：安永） 塑造3D打印材料市场的3大趋势 1. 开放的材料开发模式 索尔维全球产品与应用经理指出，“即便是竞争对手，我们也期望彼此能够在整个价值链上进行更多合作，如果能够融入EOS和Stratasys这样的非开源系统，无疑会增加3D打印材料的多样性。” 虽然这些合作取得了一些进展，但3D打印材料的开发仍比人们预期的要慢。其主要原因是当前非常多的3D打印材料受到专利保护，3D打印机制造商往往会为自己的设备开发专用材料，这限制了客户使用第三方材料的机会；另一方面，这种操作不利于材料的多样性开发。 专利保护通常会造成材料价格高昂和新材料创新速度的减慢。克服这些限制的一个解决方案是开放其材料体系，这种模式能够鼓励主要的材料生产商与3D打印机制造商合作开发新材料。 被供应商绑定的意愿调查（来源：Essentium） 这种方式有两个主要好处，它不仅有助于扩大最终用户的材料选择，还将加快材料的开发进程。事实上，99%的制造业高管认为，开放的生态系统对于大规模推进3D打印非常重要（Trends in 3D Printing at Scale，Essentium，2020）。 目前看来，3D打印设备商也正逐渐接受开放材料的模式，惠普、Ultimaker、Origin、Essentium和Prodways等便是业内典型的例子。在未来几年内，预计会有越来越多的公司采用这一战略，从而推动3D打印材料市场更具活力。 2. 全球材料公司正在进入市场 在见证了3D打印行业的快速增长之后，许多大型化学公司和金属粉末生产商已经进入3D打印市场，材料公司在增材制造价值链中的地位越来越高。2020年3D打印材料市场将继续深度整合，一些大公司将在战略上收购一些3D打印企业，特别是服务提供商（案例：巴斯夫收购Advanc3DMaterials和Sculpteo，前者为3D打印材料公司，后者则为知名的3D打印服务商），而另一些公司则将重组部门以进推动增材制造业务的发展。 较为知名的3D打印材料提供商（来源：AMFG） 赢创、3M、igus和山特维克等传统材料制造公司正在推出越来越多的3D打印材料，这为OEM创造了机会，后者将帮助他们实现新材料的稳定生产。随着新材料的不断开发和对新材料生产设备的投资，许多合作伙伴关系不断涌现，这些合作将为材料生产公司开拓新的市场并扩大其材料的覆盖范围。 3. 对高性能聚合物的需求不断增长 虽然PLA、ABS等普通材料仍然占据聚合物市场的主要地位，但终端用户对能够承受恶劣环境和耐高温、高强度的功能性材料的需求越来越多。实际上，35％的公司对3D打印高性能聚合物有迫切的需求。 为了响应这一趋势，许多先进材料的化学公司如威格斯、索尔维和赢创等开发了多种高性能热塑性塑料，如PEI、PEEK和PEKK以及复合材料等。 2017-2020年高聚物3D打印材料种类数量变化 高性能热塑性塑料的开发对于工业3D打印技术的发展至关重要。它们将加快该技术在医疗和航空航天等关键行业中从打印原型到实现高级应用的过渡。 END Wohlers Report 2020指出，全球增材制造材料市场规模在2019年已达19亿美元，而未来五年这一市场有望突破45亿美元。在这一巨大市场增长的驱使下，材料供应商尤其是巨型化学公司和金属材料生产商，越来越多地参与该行业，除了开发新材料外，它们还为3D打印技术的产业化做出了巨大贡献。而促进技术更加广泛的使用和进步，则需要多方位的通力合作，为材料的多样性做出努力。 本期上传：1.安永2019全球3D打印报告2.ESSENTIUM增材制造规模化生产利益相关者调查欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（聚合物篇） 2.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（陶瓷金属篇） 3.材料、速度及后处理给增材制造生产带来的挑战 4.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

2019年，美机械工程师协会电子制冷委员会（ASME K-16）和电气与电子工程师协会（IEEE）组织了一项大学生散热器设计挑战赛，获得通用电气的支持和赞助。排名前六的团队最终采用GE Concept Laser M2打印机来验证设计，由铝合金制造的散热器在受控条件下进行测试，以查看实际性能是否与仿真相当。 这一设计挑战赛使工科学生团队在考虑理论热源和实际尺寸的情况下设计可3D打印的散热器，旨在提高高性能电子设备的散热能力。比赛的评判标准为实际的散热效果、总制造成本以及生产所需要的原材料质量。 此前，3D打印技术参考曾对排名前列的设计进行过详细介绍。最终，来自普渡大学的设计性能好于预期，成本也低于最初预期，甚至最大限度地减少了材料的使用量，获得最终冠军。 普渡大学散热器结构 普渡大学团队的设计灵感来自于鲨鱼皮，它具有非常独特的表面纹理，其表面数以百万计的细小穗状突起（称为细齿）在减少阻力方面都发挥了作用，因此鲨鱼的游泳阻力很小。鉴于流体动力学定律适用于液体和气体，普渡大学的工程师在其散热器翅片上增加了类似细齿的形状，可以达到减少压力差（压降）和促进空气混合的效果。 工程师们还在散热器的正面和背面增加了涡流发生器。这些“旋流器”在设计主体中有意产生湍流，从而使空气之间的热传递最大化。最后，为了排出散热器中的热空气，设计人员在两个涡流发生器之间安装了“呼吸器”，它类似于人类肺中的气囊，能够从周围环境吸收冷空气，并通过穿孔的斜面将热空气排出。 普渡大学设计的散热器工作原理 在整体形状和材料分布方面，设计团队通过拓扑优化确定了散热器的设计尺寸和最佳的材料分布。散热器的一侧为平缓倾斜的“L”形，另一侧为凸出的“d”形，这使得气流回流并再循环，从而在散热器上停留更多时间。 该团队冷却技术研究中心的博士生Serdar Ozguc表示：“当今电子组件面临巨大的散热挑战，计算机和电话的尺寸越来越小，但消耗的电能越来越多。这些CPU产生的热量会影响性能，安全有效地散发才能保证产品的正常运行。拓扑优化的结果往往非常复杂而令人震惊，传统方法难以制造，而采用增材制造则可以轻松实现。” 一些先进的3D打印散热器结构 事实上，金属3D打印技术确实为散热器的设计优化和制造带来了更高自由度，3D打印用于散热器或热交换器的制造满足了产品趋向紧凑型、高效性、模块化、多材料的发展趋势，特别适合于异形、结构一体化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分复杂形状、点阵结构的加工，3D打印具有传统制造技术不具备的优势。 目前，从汽车、航空航天、能源到电子行业等都在尝试使用3D打印技术来提高热交换效率，而可用于散热器制造的3D打印材料主要有不锈钢、铝和铜。不过，该领域的关注焦点更多是先进结构的设计，这将是提高散热效率和体现3D打印技术优势的重点。 注：更多设计作品可查看延伸阅读。 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.由GE赞助的增材制造设计挑战赛有哪些先进结构 2.GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 3.GE喷嘴真相：3D打印制造的仅是喷嘴头，但效益空前巨大 4.HRL使用高强7A77铝合金探索先进设计和创新应用

上周，3D打印龙头企业3D Systems和Stratasys纷纷发布2020年第二季度和上半年财务业绩。由于受到新冠疫情的持续影响，两家企业营收出现大规模下滑，均计划裁员并减少研发投入。 3D Systems Q2收入同期下降28.7％，计划裁员20% 3D Systems第二季度净收入为1.121亿美元，比2019年第二季度报告的1.573亿美元减少了28％。在2020年上半年，该公司的总收入为2.468亿美元，与2019年上半年的3.093亿美元相比下降了20％。 3D Systems收入来源于两方面：产品和服务。其中，产品包括3D打印机、软件和材料，二季度产生了6140万美元的收入；服务包括公司的医疗保健解决方案以及一般按需制造项目，二季度共收入5050万美元。整个2020年上半年，3D Systems的产品部分营收1.403亿美元，相比去年上半年的1.861亿美元，减少了24％；服务部分也从2019年上半年的1.231亿美元减少至1.064亿美元，下降了13.5％。 3D Systems二季度及上半年应收 在此情况下，3D Systems已经开始减少其运营费用，以应对病毒持续流行引起的需求下降。该公司的总运营成本从2019年第二季度的9240万美元下降到2020年第二季度的6900万美元，其中研发费用下降18.3%至1700万美元。下一步，3D Systems将进行重组，以专注于其医疗保健和垂直行业，与公司新战略不符的业务部门可能会被剥离。该公司希望将其运营成本降低1亿美元，作为重组计划的一部分，3D Systems将裁员20％，希望明年实现盈利。 3D Systems通过重组以期在未来18个月内节省1亿美元 季报发布之后，3D Systems股价下跌11％，从7.06美元跌至6.12美元的低点。该公司临时宣布了一项股票发行计划，价值约1.5亿美元。同时，3D Systems打算将销售所得款项用于偿还其长期债务。 Stratasys Q2营收减少28%，但同时完成了几笔大合同 Stratasys在今年6月宣布，为减少疫情的影响，将在全球范围内裁员10%以“精简”业务，即便必须支付约600万美元的遣散费，但此举以及其他降低成本的政策预计将为公司每年节省约3000万美元的运营费用。 Stratasys二季度收入为1.176亿美元，相比去年同期1.632亿美元营收减少28%。2020年上半年，该公司整体收入为2.505亿美元，与2019年上半年的3.185亿美元相比下降了21%。 Stratasys二季度及上半年应收 Stratasys的收入也来源于产品和服务。产品部门包括3D打印机和材料，占其收入的大部分，二季度收入7380万美元，相比去年同期1.103亿美元下降了33％；整个上半年产品部门总收入为1.57亿美元，相比去年同期2.15亿美元下降了26％。Stratasys的服务部门是指按需制造和咨询产品，二季度收入4,370万美元，相比去年同期的5280万美元下降了17％；整个上半年，Stratasys服务收入从2019年上半年的3.184亿美元下降至2.505亿美元。 虽如此，Stratasys对业务和行业的发展方向仍然保持乐观，二季度该公司完成了几笔大合同。意大利包装机械制造商Marchesini Group SpA安装了10台Stratasys FDM 3D打印机以及两台PolyJet多材料3D打印机；航空航天公司BAE Systems也将Stratasys纳入了其“未来工厂”计划的一部分，从而增加了F900打印机的产品组合。此外，通用汽车在本月新增17台Stratasys FDM打印机。 通用汽车投追加17台STRATASYS 3D打印机 END 由于美国疫情持续流行，客户对新设备和生产制造的需求大为降低，收入的减少无法避免，降低成本不得不成为3D打印企业业务发展的重点。但不得不说，瘦死的骆驼比马大，两家公司的营收仍然是目前国内公司所无法企及的。除3D Systems和Stratasys外，HP的营收也受到极大影响。 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 2.零件质量、标准、设计及数据处理能力如何影响3D打印落地应用 3.主流汽车制造商正在如何使用增材制造技术 4.点播：Materialise如何运用增材思维优化设计

SpaceX龙飞船逃生系统的发动机采用3D打印制造，凭这一点就可以看出其对该技术的应用有多激进。前日，SpaceX发布了一项关于增材制造工程师的招聘需求，表明该公司正在扩大增材制造业务，来帮助生产出更有效、更低成本的部件。接下来我们来看看SpaceX招聘增材制造工程师有哪些职责和要求。 职位信息 能够为运载火箭金属增材制造应用开发贡献力量，通过开发和改进构建过程参数，升级和改进3D打印系统以最大限度的提高性能，能够充分利用增材制造技术的优势进行运载火箭零部件设计，最大限度提高客户满意度，缩短交付时间并降低整个制造过程的成本。主要责任包括： 1.实施新的制造技术并快速开发迭代，提高生产效率，实现先进的应用设计，降低成本并提高质量。 2.优化增材制造设备和软件，减少操作负担提高打印能力，实现高标准的一致性和可靠性。根据需要对设备进行结构优化并推动项目进行，必要时和原始设备制造商合作。 3.开发工艺参数，提高零件的整体机械性能、表面质量和几何精度。致力于提高现有材料的生产效率，开发新材料的工艺参数。与材料工程部合作，通过金相评估和机械测试确定新参数。 4.与设计师和相关工程师合作，利用SpaceX增材制造的优势，在适用的情况下推动零件减重和零件整合。发现并证实新的设计概念和特定几何结构的制造参数，以改善部件和系统性能，克服制造极限。 5.为各增材制造设备制定优化的粉末床熔融技术的构建文件，制定激光扫描路径，实现最佳的零件质量和一致性。 6.与操作人员合作，高效率实现生产，负责零件鉴定，和负责工程师和操作人员共同跟进，不断改进。 7.进行生产权衡研究和产能分析，努力以最佳方式表征总制造成本和约束条件，使用数据驱动技术最大化的利用增材制造技术。 8.在整个增材制造团队内部有效记录和分享与开发活动有关的信息，推动改进并促进培训。 9.与开发团队合作，在打印过程中实施监控，并与材料和工艺部门进行协调，对新工艺进行认证，以期在可行的情况下消除后续检测（如校准、尺寸、外观和无损检测等） 基本资格 机械工程或其他工程学科的学士学位 3年以上金属增材制造专业经验 有激光粉末床熔融设备的操作经验 优先考虑 1.机械工程或其他工程学科的硕士学位2. 有“增材制造设计”经验3. 具有开发和表征激光参数和扫描路径的经验4. 有在多个增材制造平台上创建构建文件的经验5. 能够使用工程基础进行权衡研究6. 有实施激光粉末床熔融技术监控工具的经验7. 了解高斯激光光学和高速激光扫描系统相关知识8. 有建立和运行多因素实验设计（DOE）的经验9. 精通可压缩和不可压缩流动、热力学、热化学、力学、材料和电路的基本原理10. 优秀的沟通技巧和简洁的表达能力11. 对推动商业航天业和载人航天事业的热情12. 能够在协作团队环境中良好工作13. 自我激励能力强，能够在高压环境中确定优先级并执行任务其他要求：愿意加班。这项招聘需求表明SpaceX与增材制造技术相关的工作流程已经非常成熟，它涉及的内容非常广泛，从零件设计、工艺开发、性能检测，到多部门协作、设备改造、提高零件可靠性和一致性，再到综合成本控制和不遗余力的提高生产效率。所有这些都针对实际最终用途零件生产，SpaceX正在积极开发增材制造技术的潜力，而能够进入该公司工作，想必会是众多增材制造工程师的梦想。 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.SpaceX龙飞船成功携带宇航员返回地球（附视频），商业载人航天时代正式开启 2.美航天增材制造企业Relativity Space推动金属粉末回收利用 3.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 4.美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特？

3D打印落地应用，是一个综合性的大问题，我们没有办法在一篇文章中探讨太多。在此前的文章中，我们已经探讨了材料、打印速度以及后处理给增材制造带来的挑战，本期，我们将从零件质量、标准、设计及数据处理能力三个方面继续探讨3D打印大规模落地应用面临的问题，以及解决当前问题取得的进展。 过程监控技术可以解决部件质量追溯问题Velo3D技术合作副总裁表示，3D打印零件的性能一致性是该技术面临的一个重要问题。 传统的数控加工、注塑或铸造已经非常成熟，3D打印为零件制造提供了一种新方法，但这项技术存在传统制造所没有的新缺陷，零件质量会因制造批次不同而存在差异。对于金属3D打印来说，零件内部的粉末夹杂、微裂纹和未熔合缺陷，使制造的不稳定性尤其突出。 零件质量变化的关键来源之一是材料问题。对于一些至关重要的应用，如飞机部件或医疗设备等，对零件的性能和精度有很高的要求，材料也必须100%不受污染。然而因存储或处理不当或原料质量问题而产生的杂质会影响零件的最终性能，还有可能导致打印失败。确保材料质量需要标准化的测试方法和工具，目前业内还没有统一和普遍认可的标准。为了克服这些问题，3D打印的从业者以及一些高校实验室，正在努力开发相关标准。 过程监控技术可以解决部件质量追溯问题（点击阅读） 影响零件质量变化的另一个挑战在于3D打印设备缺乏先进的过程控制能力。为了尽量减少零件质量的不稳定，3D打印机需要从开环控制转换为闭环控制，从而在打印过程中发现问题并自动调整系统以解决问题。闭环控制可以通过在3D打印机中嵌入传感器和摄像头来实现，而且用户可以实时监控制造过程。闭环以及实时反馈系统可保持对制造过程的控制，可制造出具有一致几何形状、表面光洁度和材料性能的零件。 不过，通过闭环系统实现对质量的控制，仍然是一项相对较新且有难度的技术，绝大多数的厂商目前仍只能实现监控而无法实现自适应反馈。截至2019年，这种智能型的3D打印机也只有很少的厂商可以真正实现。 标准，已得到重视，正在完善如果业内拥有明确且被普遍理解和接受的标准，那么对所有的行业从业者都大有好处。有了标准，企业就可以把相同的产品进行横向对比，做出更加科学的决策。 在制造业中，标准至关重要，它们概述了交付优质产品必须满足的数据要求。原材料、打印机，设备操作员和工程师，供应商以及制造过程本身都需要标准以及根据这些标准进行资格认证，这些是制造出复合质量要求零件的保证。 SAE规划了最早的增材制造标准 尽管3D打印已经发展了30多年，但制造业直到最近几年才开始将其视为一种生产方法，3D打印行业才刚刚开始制定与生产相关的和整个行业的标准。欧瑞康增材制造首席工程师Matthew Donovan介绍，3D打印可以一种新的方式制造零件，这确实伟大，但如果无法证明零件的质量，那么则会引起质疑。标准能够使行业玩家跨领域生产和销售零件，并最终得以应用。 截至目前，缺乏3D打印标准仍然是阻碍该技术被广泛采用的主要瓶颈之一。但是，在这方面已经有了很多发展，一些标准开发组织如ISO和ASTM，已经建立了致力于增材制造的标准开发委员会。截至2018年，这两个组织已经批准了28个标准，未来几年还将发布更多。 ASTM / ISO增材制造标准框架（点击阅读） 行业合作关系也极大地促进了标准的制定。欧瑞康和波音之间的合作促进了增材制造在航空航天和国防领域使用，并实现了钛合金粉末3D打印材料和工艺的标准化。2019年，ASTM与奥本大学、NASA、EWI以及英国制造技术中心（MTC）合作建立了卓越增材制造中心（AM CoE），致力于搭建研发和标准化之间的桥梁，填补关键行业的标准空白。2019年9月，ASTM宣布了第二轮融资旨在支持AM CoE的标准化项目，解决快速增长的增材制造行业技术标准化的需求。尽管标准制定是一个耗时的过程，但最终会帮助制造商更快、更轻松地开发和使用3D打印工艺。 设计和数据处理，化繁为简能够提高效率设计和数据处理能力也是行业发展面临的问题，一直以来，业内企业多将重点放在开发出效率更高的设备，对于智能化的软件解决方案则重视不足。 3D打印并不像媒体宣传的那样按一下按钮就可以制造物体，工业3D打印更需要大量的设计以及数据准备工作。由于长期以来，计算机辅助设计和计算机辅助工程软件在很大程度上不能满足3D打印的要求，使得设计过程变得复杂。例如，传统的CAD软件在设计梯度材料、晶格结构或可控孔隙率结构方面存在困难。此外，3D打印设计流程涉及多个步骤，而且需要使用更多其他软件，这通常使设计陷入困境。 3D打印涉及到的软件 Autodesk制造生产行业战略和业务发展总监介绍，3D打印的零件设计和数据处理过程通常需要在多个软件间流转，用户需要使用CAD工具完成设计并将零件转换为STL格式，然后将其导入数据处理软件中，经处理后才导入设备。实际上在这个过程中可能要评估打印的安全性、结构和质量优化空间，支撑添加以及模拟分析，这些步骤需要前后交叉、反复进行，且会使用到不同的软件及多种文件格式，整个工作流程可以说非常繁复而且相互脱节。 设计和数据处理过程可以说耗时且容易出错，往往需要一个团队去分别完成各项工作。业界也正在试图以多种方式减少模型的准备工作，一些设计软件公司如Autodesk 、PTC和DassaultSystèmes正在将特定的3D打印功能融合到传统的CAD程序中。PTC宣布推出的Creo 3D计算机辅助设计平台，引入了实时仿真新功能，扩展增强现实和增材制造设计功能，以及众多关键生产增强功能，可使工程师们在一个环境内，充分利用创新设计和制造能力。 3Dxpert从设计到制造提供完整流程解决方案 一些3D打印机制造商也开发了自己的软件解决方案来简化模型准备工作。Stratasys以及3D Systems分别开发了为减少多次数据传输和转换的GrabCAD和3Dxpert软件。 目前虽然在增材制造设计和数据处理方面取得了一些进步，但仍有发展空间。为设计人员提供在CAD环境中修改3D模型的能力，并在不需要繁琐的数据转换的情况下快速迭代这些模型，这将成为降低增材制造使用门槛和提高效率的关键。 END 本期，我们从3D打印零件的质量、标准以及设计和数据处理方面分析了目前3D打印技术大规模落地应用存在的问题，以及本行业为此所做的努力和取得的进展。总的来说，进展有目共睹，但要实现更好的应用，技术的发展还需要更加智能化、相关的标准更加明确化、3D打印相关操作更加简洁化。 注：本文内容来自3D打印技术参考，谢绝转载至微信以外平台。 欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.材料、速度及后处理给增材制造生产带来的挑战 2.【增材制造】将标准一网打尽

在此前的文章中，我们曾经介绍过当前汽车增材制造市场的现状以及3D打印对未来汽车制造的内外驱动力。从中可知，3D打印技术不仅已经成为汽车行业的必备技术，其应用程度也在从原型制造过渡为最终部件生产，一些领先的汽车品牌则希望利用它树立在本行业的主导地位。本期，3D打印技术参考关注的重点，在于增材制造技术在主流汽车制造商中的应用。 01戴姆勒集团拥有奔驰、Smart和迈巴赫等品牌的德国汽车制造商—戴姆勒集团已经将增材制造技术用于多种零件的生产。自2017年以来，戴姆勒与EOS（及其他合作伙伴）合作开展NextGenAM项目，旨在建立新一代利用金属PBF技术进行大规模零件生产的标准流程。NextGenAM平台已经应用到部分卡车零部件的生产，而其在汽车和电动汽车零部件生产方面的潜在应用前景已经在评估之中。 戴姆勒在商用车领域已将增材制造技术完全集成到产品开发和批量生产中，通过集团范围内的研究和重点项目的攻关，实现了在极短时间内将3D打印技术应用到戴姆勒卡车和客车的开发工作中。此外，戴姆勒正专注在通过增材制造技术进行批量零件生产，重点是实现备件产出以及零件库存的数字化。 通过3D打印技术制备的梅赛德斯-奔驰198模型系列（双门跑车和敞篷跑车）工具套件中的火花塞固定器 梅赛德斯（Mercedes）在赛车运动中也大量采用增材制造技术，近十年来，在其非常成功的F1赛车中的多个部分中使用金属3D打印的零件。戴姆勒客车3D打印零件的生产主要是使用聚合物SLS技术，而梅赛德斯奔驰Classic 3D则为梅赛德斯-奔驰300 SL等类型的车辆提供3D打印零件。 02宝马集团宝马集团从2016年开始对增材制造技术的使用开始加速，并在慕尼黑运营着一家增材制造企业，其投资1500万欧元新建设的增材制造产业园已于今年6月正式运营。宝马集团在增材制造方面的合作伙伴还包括3D Systems在意大利的先进增材制造中心，它也使用由外部供应商生产的SLS和SLA零件。此外，宝马集团还投资了多家增材制造企业，包括Carbon、Desktop Metal以及Xometry等。 BMW i8敞篷跑车上使用的金属3D打印零件 宝马是第一个使用3D打印技术生产数千种金属零件的汽车制造商， BMW i8敞篷跑车的软顶固定装置就是通过使用铝合金SLM技术进行批量生产的。截止到2018年，宝马集团在过去10年中3D打印的零件已超过一百万个。需要注意的是，其中有约20万件是在2018年制造完成的，相比2017年增长了42％以上。宝马的MINI品牌已使用聚合物粉末床技术生产定制化的零件，所创立的MINI Yours Customized项目，允许客户进行自主设计某些汽车零部件。该计划的增材制造合作伙伴包括HP、Carbon和EOS。与此同时，奢侈品牌劳斯莱斯（Rolls-Royce）在幻影和黎明两款车上也使用3D打印技术生产零件。 03大众集团大众汽车集团是增材制造技术应用最广泛的知名汽车品牌之一，力图推动该技术在汽车生产中的大批量制造。大众汽车在Wolfsburg建有先进3D打印中心，依托该中心来测试和了解最新的增材制造技术，同时进行一些模具和最终零件的生产。其大批量的生产通常是通过与外部增材制造服务商合作进行的。2018年底，中心引进了Additive Industries MetalFab 1系统以进行模具和备件的3D打印。 值得一提的是，大众的高端品牌也逐渐使用增材制造技术。奥迪多年来已在使用SLM Solutions 的设备生产备件和系列零件；保时捷在2017年投资Markforged并使用其技术为保时捷959等经典系列生产备件；布加迪（Bugatti）与SLM Solutions合作进行零件批量生产，并与APWORKS一起为布加迪Chiron设计零件。 在奥迪金属3D打印中心，工程师通过SLM工艺制造钢或铝质零件 大众集团旗下的意大利豪华汽车制造商兰博基尼长期通过Stratasys FDM和PolyJet技术进行原型设计和模具制造。2019年，兰博基尼与Carbon展开合作，聚焦于数字光合成技术。 最初，Carbon的技术被用于生产终端组件，如Urus SUV带纹理的加油口盖和风管夹；此后则用于生产用户可定制、个性化的SiánFKP37跑车（兰博基尼第一款混合动力超级跑车）的通风孔，实现了从设计到生产的快速过度，将零件交货时间缩短了12周。 兰博基尼Sian的内饰融合了皮革特征和3D打印组件 04菲亚特集团FCA（菲亚特克莱斯勒汽车）集团由意大利菲亚特集团（包括法拉利、阿尔法·罗密欧、蓝旗亚和依维柯）和美国克莱斯勒集团（包括道奇和吉普）合并而成。菲亚特是意大利第一家采用3D打印进行原型制作的公司，依托Turin工厂开展增材制造计划。 吉普车和菲亚特汽车均使用HP MJF技术进行批量生产。吉普车公司平均每周使用该技术完成4-5批次的打印工作，而菲亚特依靠外部服务提供商（如3D Systems on Demand）来进行短期SLA和SLS零件的生产。奢侈品牌法拉利在一级方程式赛车中使用了增材制造技术，而阿尔法·罗密欧已在使用增材制造技术开发、生产Alfa Giulia的格栅。 菲亚特Centoventi概念车利用3D打印技术实现大规模定制生产，并提供114个Mopar设计的配件 2019年12月，FCA集团与包括雪铁龙、标致和DS等汽车品牌在内的PSA集团合并，通过与3D打印初创公司Divergent 3D合作主攻金属3D打印技术的应用，由后者开发的Blade超级跑车拥有几乎完全3D打印的底盘。Divergent公司已采用SLM Solutions的金属3D打印技术进行零件生产，同时计划于2020年开始为OEM客户批量生产安全关键构件，并向客户推出先进的增材制造设备。 05福特汽车美国汽车制造商福特比其他任何一家公司在增材制造工业化应用方面的研究都要多，其在底特律的Redford建有先进的增材制造中心，运行着来自Stratasys、HP、Carbon、EOS、Desktop Metal和SLM Solutions等公司的数十台工业级3D打印机。 Redford工厂利用Carbon的数字化光合成技术来生产最终用途零件，包括用于福特Focus加热、通风和冷却（HVAC）的杠杆臂维修部件，福特F-150 Raptor的辅助插头，福特野马GT500的电动驻车制动支架等等。福特密歇根州组装工厂利用五种不同的3D打印工具来构建Ranger皮卡，从而缩短其市场投放时间。福特公司在全球总共运营近100台3D打印机，引进全球30多家工厂的3D打印技术。在领投了6,500万美元的投资后，针对Desktop Metal的Studio系统和Production系统，福特公司成为后者先进金属3D打印技术的第一批引用者。此外，福特也与Stratasys和Siemens有密切合作，通过多轴挤压系统批量生产超大型零件和复合材料零件。 福特先进制造中心的增材制造技术员Scott Clark正在清洁铸造模具 06通用汽车通用汽车公司很早便开始引进增材制造技术，十多年来一直使用工业SLA和FDM技术生产零件和模具。如今，通用汽车在增材制造方面的研究主要在其位于密歇根州的Warren科技中心展开，每年可生产超过30000个零件。 2018年，通用汽车与Autodesk合作生产了一种钢制的3D打印座椅支架，该结构比标准支架轻40％，但是强度却高出20％。基于此，通用汽车预测，有多达100个零部件可通过高性价比的增材制造技术来生产。 通用汽车与Autodesk合作开发的座椅支架，比原始零件轻40％，强度高20％ 通用汽车目前正在与GKN合作，将HP Metal Jet技术用于零件批量生产，并在金属PBF工艺的工业化方面开展广泛的工作，包括与GE Additive以及意大利增材制造服务商Beam-IT的单独合作。通用汽车还通过增材制造技术为顾客提供定制化部件。通过与米其林在Uptis（无须充气的新型轮胎），双方希望基于3D打印技术生产出可完全回收的汽车轮胎。 END 增材制造技术符合汽车工业的需求，推动了汽车设计的进步。如今，3D打印技术已经发展到可以用金属和塑料材料生产最终用途部件的地步，进行批量制造已成为现实。随着3D打印技术的进步，以及汽车用户经验的积累，今后该考虑的将会是如何更好、更快速、更深入的集成和融入到汽车生产体系中。为了达到这一目的，增材制造企业，也在不断努力。 注：汽车行业增材制造白皮书已上传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： 1.3D打印对汽车制造的内外驱动力及当今汽车增材制造市场 2.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化 3.德国推动汽车产业金属3D打印工业化集成 增强制造业强国地位 4.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