2019年10月17日，美国防部发布了公开版的《有关国防部利用增材制造技术进行零部件维护保障的审查》报告。该报告旨在对美国防部增材制造技术的应用成效进行评审，以核查利用增材制造技术进行武器装备维护保障工作的执行情况，并对后续推广增材制造技术应用提出建议。 由这份文件我们可以看出，将增材制造用于装备维护已经被美军格外重视，同样的，中国的军事武器也存在大量的维护修复需求。这个话题实际上很少在国内圈子里讨论，但其实已经存在很久。本期，3D打印技术参考将介绍国内应用的实际案例，并看看铂力特总经理如何评论。 3D打印移动方舱(仅示意，非实际) ▌美国的发展情况 美国已成功将增材制造技术应用于装备战场的应急保障。在2001年，美军阿拉巴马陆军军械库就已建成LENS军械修复系统并在实际使用中取得了良好的效果。在阿富汗战场上，美军率先采用该技术对黑鹰直升机发动机叶片进行了现场快速维修，修复后的发动机叶片性能比原叶片还有所提高。相应的美国陆军坦克及机动车辆司令部也进行了类似的工作，他们研发了移动零件加工中心，可采用激光增材制造和各种数控加工装备，现场直接加工出满足维修需要的零件。 集装箱性质的移动远征实验室，中国也采用这种形式 此后，美军在这个基础上引入了新型制造技术和维修工艺，建造了移动远征实验室。2012年，美军快速装备部队率先交付了首个移动远征实验室，2013年1月，美军在阿富汗战区又实地部署了第2个移动远征实验室。 ▌3D打印化解中国武器装备维修险情 目前，我国也已开发了相应的武器装备野战环境下的快速维修单元，并且许多科研院所如沈阳自动化研究所快速成形实验室、装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室等也都开展了相关研究，包括采用金属粉末激光成形技术进行部分战机的发动机涡轮导向器和舰船螺旋桨叶片的修复与再制造、移动式增材制造维修战车的设计等。中国兵器工业集团在2015年设立了“中国兵器工业增材制造技术研究中心”，研究增材制造技术在武器装备典型金属零件的维修、维护上的应用，并对金属构件增材制造研究和应用统筹规划。 采用激光熔覆进行零件修复 在2015年8月的“补给行动”军需物资油料保障演练中，西部战区某应急兵站油料保障分队一辆6管加油车联轴器损坏，因该部件为非易损部件，应急兵站无库存，油料保障分队立即启用装备修理工程车，利用3D打印机现场打印制作联轴器。军区联勤部领导介绍，在高原高寒山地作战，携运行的装备零部件有限，装备受损需换件时，常面临“带来的用不上，用得上的没带，后方筹措又太慢”等窘况。他们经论证试验，在油料装备修理工程车上加装3D打印机，并建立齿轮、棘轮、卷盘、轴等各类零配件的三维模型。此次演练，他们首次将这一成果运用于保障实践，在高原演兵场建起“配件制造车间”，创造了首次运用3D打印技术维修后勤装备的先例。 美国海军陆战队使用FDM技术制造零件 2015年元旦过后，海军某驱逐舰支队一艘战舰在进港停泊时，绞缆绳传动齿轮锯齿突然断裂，无法快速抛锚。紧急关头，机电维修人员快速卸下受损齿轮，并利用船尾移动方舱的增材制造装备对齿轮完成了快速抢修，实现了战舰的安全靠港。战舰机电部门值更员介绍，“移动方舱犹如一个微型加工车间，能够快速修复、制造出常用甚至非标零件。” 3D打印快速修复发动机活塞裂纹对比 在更之前，中国海军112舰赴亚丁湾执行护航任务时，战舰柴油机上一根重25千克的轴承断裂，导致主机无法启动，战舰在风浪中面临翻船危险。维修人员利用舰船上的3D打印方舱加工出一个与原件相似的轴承，经过7个小时调试，发动机重新启动，化解了战舰险情。 中国海军112舰 ▌3D打印走进我三军装备保障体系 目前，我们能查询到的公开案例也仅限于此，我们相信经过近五年的发展，我国在此方面已经取得了更大的进展。据中国工程院院士徐滨士透露，舰上采用的3D打印系统已经通过总部机关的评审，走进了三军装备保障体系。如此一来，除非重大故障，战舰维修方面需要的零部件不用再从遥远的岸上调来。由于舰艇可以在海上“生产”零部件并进行维修，大大节约了时间，使战备能力得到巨大的提升。 传统制造和3D打印的MH-60R机载低频声纳罩 能够在舰上用3D打印机制造出急需更换的零件对确保海军形成持续的作战能力具有重要的意义。而且，3D打印技术不仅能够应用于舰船零部件的打印，还具备在航母上打印舰载机零部件的能力。在过去，航母出航需要带充足的零部件，而在以后，这些舰艇带上3D打印机就方便多了。 传统方法和3D打印制造的F-35B起落架舱门缓冲块 目前，美海军舰艇上装备的3D打印仿舱装备有计算机、数控车床、熔铸设备、成型机、3D打印机、计算机辅助切削机、激光切割机、等离子切割机等配套相关制造工具。另外还配备有铝合金粉末、不锈钢粉末、塑料等再制造必须的材料。实际上不仅仅是海军，在陆军、空军、维和等演练甚至实战中，增材制造用于现场抢修并不乏应用。 美海军陆战队移动方舱内景 ▌铂力特高层谈武器装备维修 增材制造为武器装备关键件的损伤维修提供了个性化、高效率的实现手段，能够大幅降低成本，适用于战场装备的应急维修保障。铂力特总经理薛蕾博士在一次论坛期间提到，3D打印用于武器装备的应急维修有一项原则，那就是它并不要求零件具有完全的寿命，只要能保证步战车或坦克等能够坚持回到大修点即可。 这其实为移动方舱所携带的材料种类和制造效率的提高放宽了范围，例如在实战中可能难以做到带齐所有材料，一些材料能够互相暂时顶替使用，这使得3D打印能够灵活的满足战时的应急需求。未来，增材制造技术用于武器装备及关键零部件修复方面将更加成熟，并将成为武器装备修复和维修的首选方法。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.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 2.两吨材料，数年时间，百万美元，3D打印如何为787客机完成认证工作 3.全球最大一体式3D打印火箭燃烧室，获美空军150万美金资助 4.增减材混合制造技术大幅提高武器装备生产速度

民用航空3D打印材料包括非金属和金属，在整个飞机上面分散在动力系统、电控系统和内饰等各个部位，涉及到几乎所有我们熟知的工艺。然而3D打印技术在民航领域的应用具有很高的门槛儿，其中一个很重要的阻碍因素就是复杂的适航认证流程。零件采用3D打印技术生产出来只是其中一个步骤，还需要严格按照民航法规的要求走完整个适航认证流程才能装机应用。 本期，3D打印技术参考列举可用于民航的3D打印材料、工艺以及案例，文后还将给出该领域专业人员对3D打印飞机结构件适航认证的启示。 非金属材料 空客自2013年开始与stratasys合作，其在A350XWB上大量使用聚合物材料制造部件，实现了单机超过500件的装机，这些部件覆盖了多个机载系统，含导管、线箍、封罩等多种结构。今年四月，卡塔尔航空公司为A350XWB更换了采用FDM技术和ULTEM 9085树脂制造的客舱门帘头，其尺寸为1140*720*240mm，是目前最大的3D打印客机部件。 3D打印的空客A350XWB客舱门帘头部件 波音自2002年起开始SLS技术的应用研究，其采用基于烧结的PA12和PEKK材料来批量制造功能件，由供应商Hexcel生产的PEKK增材制造件已获波音批准。2018年，EOS发布首个适用于激光烧结的高性能碳纤维增强PEKK，该材料即波音与其合作开发，材料中的碳纤维含量使组件具备出色的各向同性强度，并有助于实现轻量化的关键优势。 SLS技术制造波音PEEK推力反相器级联装置 英国马歇尔航空航天和国防集团采用FDM技术和ULTEM 9085树脂，在经过大幅改装的飞机上安装了多个3D打印的管道系统和用于飞机内饰的安全握把和支架等。9085树脂是经过适航认证的3D打印材料，结构坚韧不易破坏，并且具有很强的耐热性和耐化学性。除该材料外，马歇尔公司还采用3D打印的PA12代替传统的铝合金来制造地面试车设备的导管适配器，从而显著降低了成本，同时部件整体结构重量减少了63%。但实际上，PA12的直接装机应用并未看到。 FDM技术制造的PA12管道系统适配器 除传统的PEI和PA外，PEEK和PA的增强材料也在民机系统中显示出应用潜力。碳纤维增强PA12材料具有超过60Mpa的强度，PEEK的强度可达93Mpa，具有优异的综合力学性能。 金属材料 金属3D打印零件近几年在民用航空领域的应用呈现飞速发展态势，以波音、空客为代表的飞机制造商以及以GE航空为代表的发动机制造商，引领了该领域的创新应用。目前，金属3D打印的零件广泛分布在发动机及辅助动力装置、管路系统以及电气控制等部分。 GE9X发动机是波音777X客机的动力引擎，包含304个增材制造的零件，是新一代商用发动机家族中的巅峰之作。这也是GE首次将多种材料和打印工艺投入到单一航空发动机的生产中。其中，燃油喷嘴采用镍钴合金制成，涡轮叶片采用TiAl合金打印，热交换器则采用的是铝合金，这些部件的3D打印工艺包括SLM和EBM技术。 GE9X发动机上的3D打印零件（点击查看） 利勃海尔集团采用SLM技术为空客A380制造了钛合金的集成液压管路，并为A350 XWB批量生产3D打印的钛合金起落架支架。国内大飞机C919首飞架次也包含28个3D打印的钛合金零件，分别应用在前机身和中后机身的登机门、服务门以及前后货舱门上。挪威公司Norsk Titanium AS则专注于钛合金快速等离子沉积技术，它为波音787设计了4个零部件，并测试了大约两吨材料来获得787零件认证。 世界第一个FAA认证的3D打印结构钛组件(点击查看) 2018年，德国vectorflow公司为空客开发了镍基合金打印的流量测量探头，其最大的特点是在直径仅0.9mm的探头上分布有5个小孔，用于测量和预测飞机和涡轮机械中气流速度和迎角，这种一体制造的探头还提高了预测的准确性。 3D打印的镍基合金高精度探头 今年6月，赛峰3D打印的leap发动机润滑装置获得适航认证，其采用SLM技术和铝合金材料制造，保留了原结构相同的界面和功能。该润滑装置被安装在leap-1a系列发动机上，并为空客a320neo提供动力。 3D打印的leap发动机润滑装置 民航领域专家看3D打印结构件适航认证 从国内外的报道来看，民用飞机上已有应用案例的3D打印材料主要有钛合金、铝合金、UL-TEM9085树脂等，说明这几种材料经过长期的研发试验已经积累了大量的原始数据，材料和制件性能稳定，具备较成熟的应用条件。但3D打印的结构件要真正在民机上实现应用，就必须通过适航认证，对此，上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所丁红瑜工程师给出了非常可观的建议。 要进行结构件的适航认证应尽量在已广泛使用的几种材料中选择，这可以缩短研制周期，降低制件成本。当然，随着后续更多材料被开发出来，选材的范围就能逐步扩大。得益于技术进步，后续将会有更多的选择机会。 从结构件的服役条件出发，对于3D打印结构件的考核指标，除了聚焦其尺寸精度、表面粗糙度、静力拉伸强度等性能以外，其显微组织特征、缺陷形态及分布情况、开孔连接特性、疲劳裂纹扩展性能、耐冲击性能、在服役环境中的组织性能变化特征等因素都应纳入考虑的范畴，以保证构件在服役的全寿命周期内都能稳定地发挥功能。 从适航认证的流程上来说，由于3D打印所具有的材料－结构一体化成型特征，申请方应当摒弃过去“零件制造完成后再提交相关证据给局方检查”的传统观念，主动邀请适航审查当局从源头上加入进来，双方共同探讨，推进结构件研制、生产、认证的整个流程，通过反复讨论协商并不断补充研发试验，使适航审查当局对整个生产流程了如指掌，同时对产品的性能建立起足够的自信。这样一方面有助于从一开始就明确研发的要求，少走弯路，避免做无用功；另一方面能彻底打消适航审查当局对该技术的诸多疑虑，加快结构件的适航验证进度，早日实现3D打印结构件在民用飞机上的应用。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来 2.GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 3.看东方航空如何将增材制造运用到民航维修改装领域 4.两吨材料，数年时间，百万美元，3D打印如何为787客机完成认证工作

就国内来说，目前最大的3D打印展览应属每年2月份的上海TCT展，不仅国内的主要从业者会参与其中，更是能够吸引国际化大品牌。从国际范围来看，法兰克福Formnext则可以囊括欧美绝大多数的3D打印从业者，同时逐渐吸引亚洲展商的参加，尤其今年更是有超过80家的国内企业参与。展览规模的变化最能体现一个行业的发展情况。本期，我们来看2019年度3D打印市场的发展特点。 ▌从场馆数量和参展人数看市场变化 2018年上海TCT展只有一个场馆，参展商约200家，独立参观人数约9000人；2019年场馆增加至两个，参展商285家，独立参观人数10320。 今年Formnext参展商超过850家，参与人数达34500名，使用4个展厅；去年的数据分别是632家企业，27000名参与人员，两个展厅。 2019年TCT亚洲3D打印展官方数据 展馆数量的增多也代表着展商数量以及整体市场规模的增长，参与到这个行业的人数也呈现大规模的增长趋势。虽然这并不能代表3D打印正处于爆发的阶段，但现在确实是最适宜进入市场的阶段。所谓大浪淘沙，市场已经荡涤了投机者，留下来的是真正做事情的人。全球3D打印总市值正以21%的年均增速快速增长，中国则以40%的年化增长率领先其他国家。 全球3D打印逐年市值（来源：Wohlers Reports 2019） 然而，我们却也不得不承认3D打印的整体市场规模仍然极其微小。举个例子来讲，2019年上海TCT几乎同期展会的家用电器展览会使用了10个展馆，仅海尔、美的这样的企业就单独包下了一整个馆，2020年该展览将使用13个场馆。家电行业已经存在几十年，虽不可同日而语，却能说明问题。 但增材制造的未来却仍然值得期待，经历了市场的浮躁和沉寂，参与者重新充满活力，市场正在朝着积极的方向发展，健康式的发展方式使市场规模以两年左右的时间增长一倍，这种趋势在很长的时间内将会保持下去。 ▌增材制造行业正在沿着两条不同的道路发展 增材制造行业正在沿着两条不同的道路发展。一种是逐步销售越来越多的设备，用户充分使用打印机生产越来越多的零件。另一种是吸引更多的资本，投资者相信这些资本最终将产生指数级的回报。这两种方式都有潜力和局限性。 第一种方式主要由传统的市场领导者采用。像EOS、Stratasys、3D Systems、SLM Solutions和GE Additive这样的公司实际上正在销售越来越多的设备。即使在2013年炒作泡沫过后的最艰难时期，它们仍然以每年10-20％的速度增长，并且仍然是销量最高的企业。这些公司通常更具“类比性”并沿用传统的业务方式，不可能实现指数式增长。 SLM Solutions新系统量产的Divergent汽车零件 一些如EOS和GE这样的公司，甚至已经建立了新的管理层来迅速适应新的数字制造行业，但是这种过渡需要时间。EOS显然已经加快了其硬件开发的步伐，而GE首先彻底更新了Concept Laser和Arcam的生产设备，以使其能够完全满足数字制造的需求。另一家已经开始超越传统公司的企业是ExOne，它正在凭借20年的业内经验应对粘结剂喷射领域日益激烈的竞争。但有时候也不得不面对现实，经验也许并足以与那些资金雄厚、数字化程度更高的新参与者产生竞争。 ExOne最新设备批量生产的3D打印金属零件 由HP、Desktop Metal和Carbon为代表的新一代市场领导者（至少在投资方面，也包括Formlabs）正在获得广泛认可和期待。这些公司主要起源于美国，通过吸引投资而获得发展，并致力于将增材制造作为可扩展的生产解决方案进行产业化。这些公司的将销售数百上千台打印机作为目标，不论其价格是否昂贵，这是在未来几年中增材制造行业保持当前速度增长所需要的。除上述公司之外，诸如波兰Sinterit、以色列Xjet，中国清锋时代、黑格科技以及其他几家初创公司，在设备销售和新应用方面也取得了显著进步。 Desktop Metal生产的功能性部件 实际上现阶段工业3D打印机的销售量远非达到成千上万，大多数情况下企业每年只能销售几十台。以老牌的3D打印厂商EOS为例，截止2017年底，全球范围内EOS系统的安装量增至约3000套，而这是在过去的三十年内完成的数量（头20年卖出1000套，1400套都是在过去的五到六年间销售出去的）。而大多数传统增材制造企业在全球最多安装了1000-2000台打印机，一些后来者很可能会在明年达到这些数字。在这一点上，变得更加数字化和扩大规模将是必要的，并非所有企业都能在竞争中生存下来，尽管这对于具体公司来说可能很痛苦，但这对整个增材制造行业的来说将是大势所趋，整个行业将继续高速增长。实际上，任何一家拥有独到技术的增材制造公司都不太可能倒闭，随着行业最终走向整合，弱小公司的专有技术最终可能被收购。像施乐、巴斯夫和理光这样的大型公司都在等待合适的时机，以将更多的增材制造技术纳入自己的阵营。 ▌新产品和新技术不断涌现，公司发展形势发生改变 增材制造整个行业较几年前表现出欣欣向荣的景象，新产品和新技术不断涌现，这也是今年上海TCT和Formnext参展商数量大幅增加的原因。新的收购和合并还需要等待时机，现在还不是时候。 陶瓷和复合材料正接近真正的自动化生产，在细分市场中竞争非常激烈，一些新的参与者作为初创企业和子公司正在进入市场。先进聚合物3D打印工艺已经趋于成熟，无论国外的Roboze、3ntr，还是国内上海远铸和一迈智能，数十家公司在向传统高性能聚合物增材制造的领导者Stratasys发起挑战。PEEK未来也可能会成为SLS的普遍适用材料，但目前看来还要等待很长时间。 3D打印的高性能聚合物PEI（点击查看） 在金属方面，近两年相关企业正在努力突破技术的固有限制，例如适用铜、钨等更加广泛的难成形材料，开发高强合金材料，以及突破打印的极限条件等。这在某种程度上也是工业成熟的标志，它意味着在应用端有了更高的需求。 到目前，相关的收购和合并没有发生。实际上大型跨国公司也都清楚，一旦将一些初创公司纳入内部体系，将会阻碍这些公司的创新动力。但如果将大公司的实力与小公司的创造力相结合将会有更好的效果，例如EOS生态系统（参与投资Dye Mansion，Lithoz和其他几家高度创新的公司），西门子增材制造网络，欧瑞康持续推动的多边合作以及如宝马、福特、GE等应用端投资Carbon、Desktop Metal等初创企业等。另一方面，一些传统行业的大型公司也通过建立并支持内部类似初创企业的环境，进行二次创新，如台湾Kymco旗下的XYZ prinitng（彩色3D打印），以及日本Sinto旗下的3D Ceram（陶瓷打印）。 ▌传统行业逐步将增材制造纳入原有体系 当前，传统特定垂直行业的增材制造公司日益成为行业内不可或缺的组成部分，这些公司植根应用，并深入发展，其中牙科最具代表性，机床行业则是未来趋势。直至今天，增材制造技术在机床展上的份额还很小，但是，增材制造行业的快速增长和机床产业的缓慢发展表明，更多公司将增材制造视为关键领域。DMG Mori开发的增减材混合制造设备已经在航空航天领域获得应用，Trumpf的内部换缸外部清粉理念也已被增材制造业内的传统公司所效仿。 DMGMori增减材混合制造（点击查看） 继机床行业之后，航空航天业也可能会更深入的融入增材制造行业，航空航天工程的服务提供商已经证明其增材制造解决方案如何解决汽车、石油和天然气等其他领域的问题，未来的航空航天增材制造解决方案只会越来越多，越来越成熟。 3D打印的火箭纯铜燃烧室（点击查看） 医学和生物打印也正在快速发展，尤其在2019年，采用3D打印深入医疗应用逐渐深化，标准逐渐明晰。生物打印也取得了极大的发展，像会生长的3D打印骨骼、会跳动的心脏以及会呼吸的肺等等，此前的想象正在变为现实。到目前为止，我们尚未看到有生物医疗领域的企业参加展览，未来一些医疗设备公司也许会更直接的参与进来。 3D打印的可呼吸肺泡组织（点击查看） 建筑3D打印无论是由于某些噱头还是安全风险的考虑似乎一直以来难以被更广泛的认可，但国内方面今年的发展却是可圈可点。由中建股份技术中心和中建二局华南公司联合完成的一栋7.2米高的双层办公楼主体结构打印，标志着原位3D打印技术在建筑领域取得突破性进展。 ▌3D打印业务实现增长的良性循环 3D打印设备商实现业务的增长，比较良性的循环应当是终端用户能够使用3D打印进行实际生产，并在零件数量上不断增长，过去国内那种依赖产业园建设的模式将逐渐会被淘汰。2017年，采用惠普MJF技术3D打印的功能部件达150万个，2018年实现设备销量的大幅增长，仅中国的装机量就已达50台。今年四月，惠普发布公告称，其采用MJF技术打印的零部件总量已超过1000 万个，其中50%是功能原型，另外50%是最终产品。 另一项不可忽视的市场存在是目前越来越被重视的增材制造专用自动化后处理硬件和服务提供商。像德国某公司开发的自动化金属粉末清粉站、塑料粉末拆箱站，国内某公司开发的专业去应力退火炉等等，这些专业自动化后处理硬件的接入将减少终端用户在使用3D打印进行生产时面临的困难与低效。 SLM自动清粉站 此外，没有自动化的后处理，就没有自动化的3D打印，像EOS“NextGenAM”的新一代增材制造试验性生产线项目，西门子端对端PLM解决方案，它们都在软件、工作流程和数据管理方面成为3D打印智能制造的重要组成部分。当前规模量级的零件制造需要人的参与，未来上百万的零件制造将完全实现自动化。 END 在当前展会经济的背景下，展会规模及参与人数最能体现一个市场的繁荣情况。在明年2-3月期间，从上海到广州，有多达三次3D打印相关的展会，分别涉及综合性的行业主题和该技术在某一领域深入应用。这从侧面证明了国内增材制造技术体现出的活力，以及与传统技术结合的潜力。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.2019年度工业级3D打印机新品及介绍 2.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 3.3D打印产业链：正在由导入期迈入成长期，行业整体毛利率较高 4.当前工业企业对于增材制造的五大误解 5.业外视角：成本高企之下，3D打印静待行业规模化曙光

零部件直接制造是近年来增材制造技术应用发展最快的领域，尤其是金属增材制造技术的发展，与传统制造相比在提高生产效率，降低成本等方面有显著优势，有助于实现武器装备的快速制造及部署。近年来，美军在采用增材制造技术进行枪械、轻型无人机等武器装备的直接制造方面取得了多项突破。 ▌快速制造出榴弹发射器 美国陆军于2017年成功打印出榴弹发射器，其中发射管和受弹器采用选择性激光熔融铝粉制造，触发器、撞针等其它零部件采用4340合金钢粉打印。除此之外，他们甚至还打印了40毫米口径的训练弹。出于安全考虑，研究人员对组装部件进行了测试性发射，并获得了成功。 3D打印的榴弹发射器及部件 该研究项目的任务是弄清是否可以用增材制造工艺来制造武器和弹药，3D打印的武器是否可以有效射击，而不是为了检验3D打印是否省钱或节省资源。未来，3D打印有望在短短几个小时或几天内实现对战士武器的改进和修理。 ▌直接制造用于侦查的蜂群微型无人机 自2015年开始，美国国防部战略能力办公室开始领导实施一项名为“微型无人机”的实验。实验中，战斗机会发射出一种3D打印的微型无人机，它们拥有情境意识和能力，脱离发射箱后能够根据实际战场情形发现队友并组成“蜂群”队形。 3D打印的微型无人机 微型无人机“蜂群”战术在电影中的展示威力无敌 微型无人机的机翼宽度仅约1英寸(约合2.54厘米)，除了可由F-16和FA/18战机发射外，也可由地面投掷或像弹弓一样发射升空。“蜂群＂队形，可用于侦查，也可对敌方实施一定程度的干扰。有咨询机构猜测，美国超级无人机技术综合了“3D打印+无人机+无线传感网络+人工智能”等技术。 ▌开发新型耐腐蚀两栖无人系统 美国约翰霍普金斯大学为海军开发出一种名为“耐腐蚀空中隐蔽无人航海系统”的两栖无人机，机身采用增材制造技术制造，具有构件数量少、机身重量小、接缝数量少和耐腐蚀性强等优点，可防止发动机进水，并可长时间浸没水中，具有良好的隐蔽性。 点击查看该无人机所使用的3D打印技术 END 目前，该应用方向主要开展了建立材料、工艺和性能数据库，提升设备传感能力，制定相关规范和标准，提高増材制造产品质量等关键技术研究。未来，随着增材制造技术的不断进步，有望实现各种复杂结构、复合材料的快速按需制造，并将成为武器装备制造的一个重要手段，例如枪械、微小型无人机、卫星、头盔、战斗部以及一些小型海上装备将采用增材制造进行直接制造。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 将电子器件打印至武器装备中，实现结构功能一体化 实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 高温合金增材制造成熟用于武器装备核心部件高质量制造 突破发动机复杂系统设计局限，改进武器装备性能

在本次法国Formnext 3D打印展会之前，包括EOS、3D Systems、华曙高科、盈普、易加三维等企业在内的所有从事激光烧结技术（SLS）的公司，均采用二氧化碳激光器作为能量来源。2018年9月，EOS推出了称之为LaserProFusion的二极管激光阵列烧结技术，今年11月，SLS技术再次被革新—EOS第一次将CO激光器用于工业级粉末床3D打印。 本期，3D打印技术参考将对CO激光的特点进行介绍，并对EOS采用其进行烧结取得打印效果进行分析。 ▌CO激光—波长更短，光斑更小，处理效率更高，加工范围更大 CO激光器的输出波长为5（5-6）μm，不同于10.6（9-11）μm的CO2激光器。由于某些材料在5μm和9-10μm处具有不同的吸收系数，因此存在与波长有关的光-材料交互作用问题。对于PE、陶瓷、玻璃来说，它们对CO激光具有更高的吸收率，使其在这些材料的加工领域有独特的优势。同时，CO激光也适用于加工一些电介质材料和PCB板的氧化铜。然而，硫化物光纤对5μm波长的吸收率却很低，这为CO激光的光纤传输提供了可能性。 聚合物对不同波段激光的吸收率 5μm的光束可以聚焦到更小的光斑尺寸。对于10.6 µm CO2激光器，理论上受衍射限制的光斑尺寸约为55 µm，而在工业应用中实际实现的最小光斑尺寸为80-90 µm。在相似的聚焦条件下，5 µm CO激光器可以达到大约25 µm的理论光斑尺寸，实际光斑尺寸在30-40 µm的范围内，更小的光斑尺寸可以制造更加精细的结构。此外，CO激光的功率密度可以达到CO2激光的四倍。更高的功率密度再加上某些材料在5µm处更强的吸收能力，使得这些材料可以用CO激光低得多的功率进行处理。 相同功率下两种激光器切割聚乙烯的速度。20瓦CO激光器的切割速度大约与150瓦CO2激光器相同 更大的加工范围。根据衍射理论，对于相同的光斑尺寸，CO激光的聚焦深度比CO2激光更长，更长的聚焦深度可以带来更大的处理窗口。 ▌CO激光为何未曾适用于SLS技术？EOS多年前开始探索可行性 虽然CO激光器数十年前就已推出，但其制造技术长久以来无法和CO2激光器相匹敌，商业化的CO激光器更是非常鲜见。从2011年开始，相干公司（Coherent）CO2激光器部门的工程师开始探索工业CO激光器在室温下高效工作的可行性。2015年，相干在技术上取得突破，使新一级别高功率CO激光器具有跟之前推出的板条激励CO2激光器类似的寿命、可靠性和维护特性，开启了一些潜在的应用可能性。 相干公司现在可提供几乎所有与CO2激光器一致的CO版本 在过去的几年里，EOS和相干公司一直在合作研究利用CO激光进行聚合物烧结的可能性。使用CO激光代替CO2激光的动机有两方面。首先，在孔径和焦距相同的情况下，CO激光的聚焦光斑尺寸约为CO2激光的1/2，因此可以提高器件的分辨率。第二，CO激光具有更高的功率密度，这使得可以用更快的扫描速度提高生产效率。到目前为止，EOS一直在利用C-55-5 CO激光器探索这些潜在的制造优势，初步测试的结果非常优异。 ▌采用CO激光进行烧结具有更高的细节表现 在今年2月举办的高功率激光材料加工会议上，相干公司展示了EOS采用CO激光器3D打印的零件效果。从复杂零件的打印效果来看，CO激光的聚焦光斑可以实现非常高的细节展现，表面光滑度也得到改善。而对两种激光打印的服装结构进行放大观察，也可以发现CO激光可制造更加细小的结构，从而有可能制造出更舒适、更高级的服装。 a. EOS采用CO激光打印的复杂零件；b. 两种激光打印的零件表面光滑度比较 采用两种激光分别打印服装结构（网格尺寸不同） EOS将采用CO激光的烧结技术称之为FINE DETAIL RESOLUTION，即FDR 3D打印技术。EOS聚合物事业部高级副总裁Tim Rüttermann博士解释说：“这项新技术将结合两个方面的优势——立体光刻（SLA）的精细分辨率与选择性激光烧结（SLS）的耐用性和质量。”已公开的数据显示，该技术可以打印最小壁厚为0.22 mm的精致而坚固的聚合物零件，它将为批量生产开启更多新的应用，对于高分子加工行业也将迎来更广泛的应用空间。 FDR技术3D打印的零件 目前，FDR工艺配备了一台 50 瓦的CO激光器，由于波长、光斑和吸收率的差异，所有的工艺参数需要重新调试。该工艺已通过PA 1101的测试和认证，打印过程中的层厚度为40或60μm，零件具有很高的抗冲击性和断裂延伸率。EOS也正在为FDR技术开拓新应用，例如过滤器单元、流体通道、插头以及电子产品组件等。 使用FDR技术3D打印的插头（左）和阀门（右） 3D打印创新形式的改变 从去年的LaserProFusion 技术到今年的FDR技术，我们不得不说EOS在持续引领行业创新。LaserProFusion技术旨在最大限度提高生产率，同时注重产品的质量，可以在许多应用中替代注塑工艺；FDR技术则提高了产品的细节展现力和应用等级，打开了SLS技术的高档次应用场景。 从近两年的创新形式来看，设备商除了把打印机做大，还正在变换传统意义上的成型方式。这不仅仅包括正在风靡的喷墨成型和材料喷射技术，也包括我们今天提到的更换主能量来源，SLS可以从CO2激光器更换至CO激光器，SLM也在尝试将传统的光纤激光更换为绿激光以适应纯铜材料的打印。创新形式丰富多变，国内也许跟紧步伐。 本期上传资料： 1.CO激光器和CO2激光器的性能对比，进行3D打印等加工对比分析等详细PDF文本。 2.高聚物、陶瓷、玻璃与激光加工PDF文本 3.formnext展会EOS 47分钟新产品介绍视频（含字幕） 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.EOS与惠普的批量化制造技术之争：LaserProFusion与MJF 2.TruPrint 1000：目前已知的唯一配备绿激光的SLM设备 3.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 4.多光束下的激光打印系统

2019年3D打印最新产品几百上千，甚至更多，我们无法一一介绍，对绝大多数的品牌我们更是不熟知。本文仅能涉及国际范围内行业人员熟知且较为认可的工业级企业，展示其2019年的最新产品，这些产品的工艺类型包括FDM、SLA、SLM、材料喷射技术以及喷墨成型技术等，所能成型的材料不仅包括高性能的丝材、树脂和金属粉末，还包括陶瓷和连续纤维。文末，我们也会对本届formnext展会的新品进行介绍。Carbon推出大容量L1 3D打印机，35万美元/年，租期三年2月，Carbon宣布推出新的L1 3D打印机，该设备基于Carbon专有的CLIP数字光合成技术，成型尺寸是M1的10倍，M2（189mm x 118mm x 326mm）的5倍，能够同时生产更多部件，用于大批量生产。目前已被adidas、Ridell和Dentsply Sirona等运动品牌和牙科客户采用。11月Formnext展会，Carbon公布该打印机以每年35万美元的价格出租，订购期限为三年。Formlabs新推Form3、3B、3L，Form2停产4月，Formlabs推出了两款新型3D打印机：Form 3和Form 3L，这两款新设备采用了一种称之为低强度立体光刻技术的新工艺，使用定制设计的激光和反射镜系统以及易剥离树脂槽，能够成型高精度各向同性部件。Formlabs不满足于低端桌面机的现状，通过技术改进和材料方案升级进入专业应用领域，包括教育类用户、产品设计研发需求甚至是小批量制造，去挑战几十万甚至上百万级打印机的功能需求。目前，Form 3售价为39999元，3L的售价暂未公布。此前的Form2停产，市场售价由38999元降至33999元。本月，Formlabs推出Form3B，以提高牙科领域的使用率。惠普发布量产化工业3D打印机5200系列，丰富产品组合5月，惠普发布新型工业级3D打印机HP Jet Fusion 5200系列，该设备是符合大规模制造的量产化工业级3D打印机，在为客户带来更出色经济性的同时，也将进一步提升打印性能和部件质量。与新机同时发布的还有由巴斯夫研发的用于汽车和消费品新材料TPU，惠普新解决方案扩展了其业界领先的3D打印产品组合。LITHOZ推出新型连续批量陶瓷3D打印机CERAFAB SYSTEM S656月，全球顶尖的陶瓷3D打印机生产商奥地利Lithoz公司，推出了促进高性能陶瓷和可吸收生物陶瓷工业化生产的新型解决方案—CeraFab System S65。其采用联级系统，可集成4个生产单元，能够大幅提高生产速度，同时具备更高的精度和可靠性。Lithoz的陶瓷产品表面粗糙度可达0.4-0.6 μm，致密度高达99.4%以上，产品物理化学性能与传统工艺产品相当。目前，Lithoz可打印氧化铝、氧化锆、磷酸三钙、氮化硅、硅基材料、金属陶瓷等20余种材料。Ultimaker新推S3、S5 Pro Bundle，为办公室生产带来工业动力9月， Ultimaker推出了其S-line产品系列中的最新款Ultimaker S3和S5 Pro Bundle，这两款产品的推出，使该公司能够继续在创新性、可靠性和经济性方面引领桌面3D打印市场，同时为办公室带来工业生产动力。S3可以使用任意一种2.85毫米耗材进行打印，如PLA、ABS、Nylon、第三方材料和研磨性材料。S5 Pro Bundle 则集成了空滤系统和储料仓，它们之间可以相互无缝集成，实现全天候无人值守，并显著改善3D打印工作流程、提高工作效率，同时缩短管理和监控打印机的时间。S3的国内售价目前为5万人民币，S5则为10.8万人民币。Stratasys推出第一款工业级SLA打印机，更新Polyjet技术至J850，10月，Stratasys推出全新的彩色3D打印解决方案Stratasys J850，与上一代J750相比，新打印机能够以两倍的速度和“显著降低的成本”进行3D打印。它具有J系列的全彩色3D打印功能，是Stratasys“专为设计人员设计的”3D打印机，可应用于玩具、消费品、消费电子产品和汽车产品开发等。在此前的四月，这家以工业级FDM和Polyjet技术著称的公司，推出了其首款工业级SLA打印机V650 Flex，其成型尺寸达50.8 x 50.8 x 58.4cm，该公司正式进入工业级SLA领域。Desktop Metal推出新型连续纤维3D打印机11月，金属3D打印独角兽企业Desktop Metal令人意外的推出了连续纤维3D打印机，其采用自动纤维入位技术进行复合材料打印，以此制造高精度、高强度和高刚度零件。此外，Desktop Metal只为这款机型提供租赁服务，价格以打印机版本不同分为3495美元和5495美元两款。新打印机的上市，代表着Desktop Metal从金属3D打印领域开始进入复合材料3D打印市场。ExOne推出迄今为止最大的金属粘结剂喷射3D打印机11月，粘结剂喷射3D打印技术的领导者ExOne推出了其最新的金属3D打印机X1 160PRO。与Desktop Metal公司的Production系列最大的成型尺寸750 x 330 x 250 mm，惠普公司430 x 320 x 200mm相比，X1 160PRO凭借800 x 500 x 400 mm的成型尺寸使其成为迄今为止最大的金属粘结剂喷射3D打印机，从而为实现高产量生产带来更强劲动力。Formnext展会新机发布Desktop Metal推出金属粘结剂喷射成型系统Shop System，售价15万美元。GE推出具有更高生产率的新型Spectra L EBM打印机以及新的Concept Laser M2 Series5。Spectra L EBM打印机成型尺寸为Ø350x430mm，具有自动粉末回收站以及用于打印分析和机器运行状况的新软件套件。Concept Laser M2 Series 5是M2系统的最新一代，其集成的功能可提高零件质量和一致性，提高生产率，并增强了可用性和可维护性。华曙高科发布采用圆缸型设计的金属增材制造系统FS301M，据称，该打印机可实现在惰性气体保护下完成粉末添加，其能达到的材料数据具有增材制造航空行业顶级水平。3D Systems 2019年无新机发布。闪铸科技推出全新FDM工业级3D打印机BlackSmith406，针对企业原型设计和工装制作，成型尺寸为406*355*406mm，可打印多种工程塑料，能够为流水线生产提供高柔性和低成本的工装应用解决方案。国内企业多较为低调，即便有新机研发或上市也多未公布，因此难以统计2019年度的最新产品。在本届Formnext展会期间，国内铂力特、联泰、上海复志、上海远铸、广东汉邦、先临三维等企业均有参加，而且多有新技术展示。欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：全球最大一体式3D打印火箭燃烧室，获美空军150万美金资助哈佛：多材料多喷嘴，高频无缝切换3D打印系统实现功能器件制造GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化需受益于人工智能ExOne新型粘结剂喷射系统，可打印金属、陶瓷和复合材料评论：ExOne800x500x400mm金属粘结剂喷射系统，可打印金属、陶瓷和复合材料---广告--- 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：2019年度工业级3D打印机新品及介绍

在采用金属3D打印的过程中，往往会面临打印速度和产品质量的矛盾（如增加层厚加快速度，零件的性能降低），对于航空航天、医疗和其他复杂应用的零件，质量的要求会非常高，因提高速度而导致的产品质量下降，往往得不偿失。 SLM 4激光系统 当前，能够显著增加打印速度又能保证产品质量的有效手段是增加激光器的数量，国内外几乎所有能够实现工业生产的金属打印机制造商均在朝着双激光和四激光的方向迈进。然而多激光同步打印带来的质量问题远比单激光要多，要复杂。3D打印技术参考过去也曾对多激光系统可能面临的情况提出了几点问题，本期，我们参照国外SLM的后起之秀velo3D的研究继续深入分析。 ▌激光对齐状态的影响因素 通常情况下，单激光可以单独打印很多用途广泛的小零件，如燃油喷嘴、人体植入体等等，但如果打印占据构建底板较大区域的大尺寸零件时则需要多台激光器协同工作。此时便出现了因激光器数量增加产生的扫描场域对准问题（或称拼接的准确性问题）、激光分配问题以及多光束的互不影响问题等等，这对航空航天部件和其他大型部件影响显著。对于第一个问题，任何轻微的激光失准都会造成严重后果。从工程角度来说，每套扫描系统必须在整个构建板小于50微米的范围内精准的与另一套系统对齐。 理想状态下的激光对齐状态 固定式的机械对准带来较大误差 在大多数系统中，精确对准两个激光点需要外部工具。对准的过程通常包括在基板上打点并并测量结果，过程很繁琐，而且校准的过程必须在构建平面上执行，因扫描振镜和测量平面之间的任何距离变化都会引起相应的对齐偏移。而且，通常情况下，很多厂商会采用机械方式进行固定，这种情况往往过度依赖工程师的经验实现对齐和校准，而且随着设备的使用，频繁的振动很快会使对齐失效。 设备热量变化将影响激光对齐的稳定性 系统的热量变化是多激光打印时的另一个重要变量。在不锈钢制成的构建室中，假设振镜距离构建平面500毫米，在构建过程中，由于腔室的温度会升高，即使温度变化只有15度，也会导致从振镜到构建平面的距离变化超过100微米，这种温度变化会使校准失效。 因此，如果在单个零件上使用两台激光器构建较高尺寸的零件，则可能会出现问题。两台激光器的对准状态往往会出现一定程度的漂移，并且这种漂移会随着时间的推移而累积。这种情况会导致，在第一层甚至前100层的有效校准，会在第8000层以后失效。因此，多台激光在打印单个零件时保持良好的对齐状态尤为重要，否则用户花费几天打印的零件很可能出现报废的情况。 第一层具有较好的对齐效果，但若干层之后发生飘逸 ▌自动化的实时校准方案 Velo3D的解决方案是原位激光校准。通过比较两个激光器的光学特性，系统自动进行对齐，确保两台激光器在彼此指向的位置上保持一致。在工作过程中，系统将每隔几层自动检查激光对准情况，从而在出现问题之前消除任何漂移。Velo3D会通过多种方式测试该系统的有效性。 原位监控自动校准开启前后的激光对准状态对比 接下来的示例中显示了自动重新校准所产生的差异，实验过程中将一个长方体块分成三段进行打印，其中最低端和最上端的两端采用同一台激光器，中间的一段采用另一台激光器打印。如果不进行激光实时校准，中间部分出现了非常明显的偏移；而当研究人员使用原位监控自动校准功能时，试样的上下三段则无法区分。制造商在应用多激光进行金属3D打印时，应当努力达到该标准，这对于航空航天行业尤其重要。 原位监控自动校准实验 ▌激光不干涉，合理分配，才能突出多激光系统的制造优势 多激光系统的主要优点是生产速度更快。但是，如果一台激光器的利用率为100％，另一台只有50％，这种优势就会减弱。因此，激光调度对于实现多激光系统的生产优势至关重要。工程师必须明确激光路径，研究烟尘如何影响激光分配，以及在大型零件时，激光如何在轮廓和内部填充位置如何配合。 多光束条件下的烟尘管理对于光束分配非常重要（另期再议） 在烟尘管理、风场和激光调度方面存在一系列的问题。让一台激光器的激光束穿过另一台激光器打印产生的烟尘，光束的能量会被削弱，进而导致机械性能降低。通常情况下，SLM的打印空间都非常有限，必须仔细规划每台激光器的打印区域、路径才能解决这一问题。 为了确保两台激光器互不干扰，velo3D采用的是“条带”区域规划，即每台激光器的作用区域均位于平行条带中，所有条带开关始终保持同步。这在打印过程中可以充分利用两台激光器。 ▌大尺寸零件的拼接打印 一个非常关键的工程问题是，当两台激光器各自打印实体零件的一半时，如何对其工作区域进行细分。如果打印一个圆柱体，一种选择是让一台激光器打印轮廓，内部填充分为几个部分相互分配给两台激光器。这种方式打印的零件在表面上看起来不错，外层没有接缝，但是这种方法会导致“亚轮廓”孔隙，并且任何结构问题都容易被漂亮的外表面而掩盖。 雷尼绍的实时打印截面与velo3D的拼接方案相一致 VELO3D的方法是每台激光器分别打印零件轮廓和内部填充的各一半结构，中间连接的部位采用锯齿状，以提高结构完整性。此外，连接部位每一层都会移动，进一步提高部件的强度。由于轮廓分别由各自区域的激光构建，并且界面在每一层上移动，如果激光未对齐，则零件的表面光洁度会受到影响。即便这会导致零件表面质量不完美，但任何重叠问题都会在零件表面显现出来。系统的自动校准可以确保零件在连接部位处于公差范围内，这确保了零件的高质量打印。 锯齿拼接示意图 在多激光作用区域拼接位置，国内某设备商的拼接方式也是采用了锯齿拼接，但在如何融合方面仍有区别。从雷尼绍的方案可以看出，其采用的是无重叠拼接；国内方面则是锯齿、重叠拼接。两种方案的打印质量目前我们还无从所知。 零件拼接区域进行锯齿状拼接带的重复扫描 拓展阅读 VELO3D最突出的特点还包括零件无需生长在基板上即可实现打印，此举对于实现SLM的批量制造大有裨益；大角度的无支撑工艺无论是对于制造更加复杂的零件还是对于提高制造效率都是显而易见的。最近，该公司在新机上集成了基于多传感器的实时监测以及机器算法的质量控制系统，以实现零件质量的可追溯性。 ‍VELO3D无需与基板连接、无支撑批量打印的开瓶器和XB-1飞机模型 笔者认为，VELO3D公司正在将金属3D打印各方面最先进技术集于一身，以此实现了SLM技术的突破性进步。该公司也因此在今年被广泛关注，尤其受到了美航空航天领域的高度重视。今年7月，VELO3D宣布向航空航天客户销售四台订单。突破现有的技术格局，可能会成为SLM未来发展的方向之一，设备制造商不会仅仅将多激光集成在一起，更应考虑设备长久使用条件下的稳定性问题。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：velo3D无支撑金属3D打印的实现方式分析EOS大水平面无支撑工艺探索GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化须受益于人工智能55倍速？金属「多层并行打印技术」的原理与存在的问题  

在全球民营航空航天公司中，美国一直走在前列，对新技术的大胆使用使其持续保持强有力的创新性。新技术已经成为航空航天初创公司快速脱颖而出的重要途径，于2017年成立的小型火箭公司Launcher即是如此。该公司致力于创建高效的火箭解决方案，并将3D打印置于其外太空事业中的关键位置，借助该技术开发的先进产品，使该公司获得了大笔融资和美空军奖励。Launcher3D打印的E2火箭推力室3D打印全球最大一体式燃烧室，获美空军150万美元奖金E-2火箭发动机是Launcher目前正在开发的用于小型卫星运载火箭的性能最高的发动机，它能够产生10吨推力，可将重达773公斤的卫星有效载荷送至低地球轨道，具有最高的有效载荷与火箭质量之比。Launcher E-2火箭发动机燃烧室是E-2发动机的关键部件。其高85厘米、直径40厘米，与喷嘴一起被设计为整体部件，具有更高的冷却性能，同时减少了零件数量和对装配的需求，最终通过EOS M4K（M400改进版）进行打印。该部件据称是以单个部件打印的世界上最大的液体火箭发动机燃烧室。Launcher E-2火箭发动机铜合金燃烧室E-2火箭发动机的首次大规模测试计划于2020年第二季度进行。Launcher Rocket-1火箭采用五个E-2发动机提供动力，发射第一阶段使用四个，第二阶段使用一个。为帮助加快E-2发动机的开发和测试，Launcher在2019年11月5日举办的美国空军太空与导弹系统中心（SMC）“Air Force Space Pitch Day”期间获得了150万美元的奖励，这是一项用于航空航天创新的资助计划。照片为此前获得75万美金时拍摄拓展阅读3D打印技术的应用可以减少发动机零件的数量，缩短开发时间，并且更加易于制造复杂功能集成的部件，Launcher 开发的3D打印铜合金发动机部件就集成了复杂冷却通道，这一设计将使发动机冷却效率得到提升。Launcher 测试3D打印的E1火箭推力室火箭发动机燃烧室的制造材料非常关键。用来打印燃烧室的铜合金材料均来源于经过验证的传统铜合金。2014年，NASA对其GRCop-84（Cu-8% Cr-4% Nb）实施SLM用粉改造，采用该牌号粉末制造的燃烧室可以产生高达2000磅的推力。2019年，NASA研究人员宣布成功完成GRCop-42（Cu-4 % Cr-2% Nb）粉末的改造和工艺开发，该材料旨在替代GRCop-84，它可以在保证同等高强度的前提下，大幅提高导热系数，而且它比当前燃烧室内衬用合金NARloy-Z（Cu-3％Ag-0.5％Zr）的导热率还要高。燃烧室内衬铜合金导热率比较（点击图片查看详情）发动机燃烧室复杂的冷却通道同样是制造的难点。传统的制造过程动辄数月甚至更长时间，并且容易导致不同部件的质量水平不同。采用3D打印制造带有复杂冷却流道的燃烧室，同时满足了对复杂设计、低成本和快速交付的要求。然而，基于SLM制造的发动机腔壁和内部冷却流通道表面通常较为粗糙，会造成热传递增加并降低冷却介质的流动效率，目前主要通过改进打印工艺或者在打印完成进行后处理来改善。3D打印的燃烧室双层夹壁结构通过3D打印技术制造整体式的火箭发动机是从事小型航天器发射的航天公司的技术聚焦点之一。实际上不只是国外，相信国内也在从事相关工作的研发，在一系列的展会期间，我们也曾多次看到一体打印的燃烧室部件。航空航天部门无法拒绝它兼具效率和经济性的制造特点，而一系列的测试也将其安全性不断向前推进。往期上传：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录详细过程欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：NASA新材料铜合金3D打印工艺开发备忘录3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量重点解析：铜材料的直接打印问题---广告--- 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：全球最大一体式3D打印火箭燃烧室，获美空军150万美金资助

经过30多年的发展，3D打印已有较完整的产业链。上游产业包括制造3D打印设备所需的零部件、打印过程中所使用的各类原材料、设计和逆向工程所需要的软硬件；中游产业主要是3D打印设备及服务；下游产业涉及航空航天、汽车、医疗、教育等应用领域。 3D打印产业链（来自公开资料） 无论在全球范围还是国内市场，3D打印的行业规模都呈现快速增长；其次，大多企业仍处于微利状态，逐渐有企业开始盈利；最后，高额的研发投入也符合该行业成长期的特征。 3D打印进程（来自公开资料） ▌全球和国内市场规模均高速增长 2013年全球3D打印行业总产值为30.3亿美元，2018年达到了96.8亿美元，5年间的复合增速达26.1%。预计到2020年、2022年、2024年，全球3D打印行业总产值将分别有望达到158亿美元、239亿美元、356亿美元。 2013-2024年全球3D打印行业产值及预测（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会） 2013年国内3D打印产业规模仅3.2亿美元，2018年规模达23.6亿美元，5年的复合增速达49.1%。预计2023年，我国3D打印行业总收入将超过100亿美元。 2013-2023年我国3D打印产业规模及预测（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会） 我国的3D打印产业规模占全球的比例持续提升，2012年该比例仅为7.08%，到2018年提升到了24.38%，中国作为全球最大的制造业基地和消费大国，未来仍有巨大潜力。 中国3D打印产业规模占全球的比例(%)（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会）▌大多企业仍处于微利状态，逐渐有企业开始盈利 从2018年的财务数据来看，已经有一些海外3D打印企业的收入达到了较大规模，其中STRATASYS和3D SYSTEM的营业收入分别达到了6.63亿美元和6.88亿美元。2018年，海外的大多数3D打印企业仍处于微利或亏损状态。 2018年部分海外3D打印公司的营业收入（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会） 2018年部分海外3D打印公司的净利润（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会）国内的3D打印公司中，收入体量最大的是先临三维，达到4.01亿元，其次是铂力特，达到2.91亿元。铂力特是国内盈利体量最大的公司，2018年其净利润达到5718万元。国内营业收入体量最大的先临三维，2018年归母净利润仅941万元。 2018年部分国内3D打印公司的营业收入（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会） 2018年部分国内3D打印公司的净利润（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会）▌行业整体毛利率较高，高研发投入影响净利率 3D打印公司的净利率都比较低，但毛利率都处于比较高的水平，2018年，海外的SRATASYS、3D SYSTEM、SLM solution的毛利率分别为49.0%、47.2%、46.9%，国内的先临三维、铂力特的毛利率分别为52.2%、43.7%。在国内上市的3D打印企业中，峰华卓立的毛利率最低，但 2018 年也超过了 30%。 2018年部分海外3D打印公司毛利率（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会） 2018年部分国内3D打印公司毛利率（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会）导致毛利率和净利率出现不一致的原因很多，其中研发投入较大是比较重要的一项。2018年SRATASYS、3D SYSTEM、先临三维、铂力特等公司的研发费用占营业收入的比例分别为14.92%、13.86%、23.96%、8.79%。 2018年部分海外3D打印公司研发投入占比（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会） 2018年部分国内3D打印公司研发投入占比（数据来源：中国机械工程协会增材制造分会） 随着技术的发展和市场逐渐成熟，国内已经出现了铂力特这样的盈利能力较强的公司，相信未来会有更多公司越过盈利的拐点，接下来的一个阶段将会是行业性利润率提高的阶段。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：2018年国内3D打印行业融资现状，资本市场仍处于初级阶段2018国外企业对3D打印的使用状态及对国内的启示2018年3D打印有哪些突破性应用和代表性事件

11月13日，哈佛大学工程与应用科学学院Jennifer A. Lewis教授团队在国际顶级期刊《Nature》上面在线发表名为“Voxelated soft matter via multimaterial multinozzle 3D printing”的研究文章，涉及一种新型的多材料全彩3D打印系统，为3D打印功能材料制造提供了一种新的途径。本期，3D打印技术参考对其进行介绍。 ▌多材料、多喷嘴，无缝高频切换3D打印系统 当前彩色3D打印技术，以惠普多射流熔融技术和stratasys的polyjet技术最为先进，两者严格意义上皆属喷射成型，且多宣称体素打印。目前存在的技术难题是液滴形成的物理限制要求使用低粘度的油墨来保证打印成功。 体素3D打印（来自原文，已上传QQ群） 该团队设计的多材料多喷嘴3D打印系统（MM3D），通过使用高速压力阀控制并行排列的多达128个喷嘴，能够在极短时间内实现八种不同材料无缝高频切换，实现对材料组成、几何形状和结构性质的体素级别控制。该种方法大大拓宽了可以设计和制造复杂图案的体素化材料的范围。 每个喷嘴每秒切换材料的速度高达50次 该技术快速切换墨水的关键是打印头内的一系列Y形连接，多个墨水通道在一个输出喷嘴处汇合在一起。喷嘴的形状、打印压力和墨水粘度均经过精确计算和调整。当将压力施加到接合处时，向下流经的墨水不会混合，更不会进入另一通道和向后流动，这可以保持打印质量。 Y形连接喷嘴的工作过程 荷兰阿姆斯特丹软件机器人组的Johannes TB Overvelde针对该项技术在《Nature》在线发表名为“How to print multi-material devices in one go”的评论文章。他认为该项技术推动了增材制造可达到的速度和材料的界限，使我们比以往任何时候都更能够控制组成、几何形状和结构性质等，甚至于用肉眼无法看到的微小结构。这一突破不仅仅是实践应用的进步，更具备改变设计、制造功能器件的潜力。 研究团队打印的实物 ▌3D打印复杂制造与功能制造的宏微观属性 增材制造从宏观上讲可以制造复杂结构，但在微观尺度上，该技术也可以控制结构的组成、几何形状和特性。此前，由于打印机在各种材料之间切换的速度太慢，由多种材料制成的物体可以打印的最小尺寸受到限制。 为了解决一系列的技术难题，研发团队开发出一种微流体喷嘴，可以在喷嘴尖端将多达八种粘性流体作为单独的细丝聚集在一起。通过依次对单个流体加压，它们以高达50 Hz的速率在材料之间切换，并产生大约250微米的尺寸。切换速率足够高，以致于可以打印“体素化”的结构，在3D网格每个点上皆具有不同的材料属性。这项工作成果扩大了小特征尺寸下可以打印的材料范围，从而打开了需要精确控制局部材料属性的3D打印应用市场。 材料快速切换（颜色） 研究人员为了证明体素定期布局可实现功能的有效性，进行了相关实验。首先采用一种坚硬的环氧材料打印刚性薄片，并在中间选取柔软度约为前者1000倍的另一种环氧材料作为中间连接边缘进行结构制造。打印完成后通过外界施加作用力，可以将打印的结构从扁平状可逆地转变成折叠的紧凑状态。此结构的折叠寿命达到1000次以上，这表明在打印过程中刚性和柔性材料可实现高质量的过渡。 刚性区域之间为柔性折叠边缘，体现多材料制造特点 另一项验证是采用两种不同硬度的硅橡胶制成的软机器人。机器人的腿由一些小室组成，这些小室在放气和充气时会沿预定的方向变形。连续的充气和放气可使该结构实行步行运动。通过实验发现，打印成功的软体机器人可承受自身八倍负载。 16脚软硬质弹性体功能机器人 对于这两项研究，使用多个平行喷嘴可显著减少打印时间。目前，该系统的打印头只能打印周期性（即重复的）零件，研究人员的目标是将其发展成可以在不同时间挤出不同墨水的喷嘴，较小的喷嘴可以实现更高的分辨率。将来可以采用阵列式喷嘴在各种尺寸和分辨率下进行快速单步3D打印。 END 哈佛大学的多材料、多喷嘴技术可能会对“结构化”材料的开发产生重大影响。这些材料表现出因工程化的周期性亚结构而特有的性质，这些特性的材料并非由化学方法合成，而是通过重新配置材料和内部结构来调整机械、光学或声学特性。 在微观水平上，通过打印不同物质体素组合来控制对象组成的能力成为一个新的领域，该领域可以将更多创新的功能编程到相同的架构材料中，从而获得更加丰富的功能结构。 注：本项研究的具体内容已上传QQ群。 联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：1.将电子器件打印至武器装备中，实现结构功能一体化2. HP与Stratasys : 全彩3D打印 , 谁更具优势