今年10月，美国休斯研究实验室（HRL）开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料因使用锆基纳米颗粒作为成核剂，避免了7075和6061铝合金在采用激光进行打印时出现的易开裂问题，并可实现细晶粒微观结构，强度超过600 Mpa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。 自上月起，HRL已开始探索7A77的工业应用。NASA马歇尔太空飞行中心已经开始将这种材料应用于大规模航空航天零部件的生产。近日HRL 又与3D打印设计和工程软件公司nTopology以及航空航天制造服务提供商Morf3D合作，开发了一项能够突出7A77传热和流动性能优势的应用，这也是3D打印技术参考本期介绍的重点。 ▌采用生成式设计制造高强度材料 利用7A77铝合金的固有热导率，HRL及其合作伙伴为航空航天用户开发了一项经过专门设计的机油冷却器。在这种设计中，合金的高强度满足了关键的爆破压力要求，同时能以与常规AlSiMg合金相比更薄的壁厚实现更好的换热效果。7A77铝合金的高屈服强度使热交换器设计人员将交换器的壁厚减少了50％，有效地提高了传热性能。 由nTopology设计、Morf3D打印的7A77铝合金，回旋结构热交换器 nTopology是一家为高级制造提供下一代工程设计的软件公司，它利用计算建模平台定义了一个结构，目的是使其质量最小而表面积最大。借助强大的计算功能，nTopology能够生成比传统管壳结构表面积大146％的内抽芯结构（专业术语），通过将HRL的高强度铝合金与生成设计相结合，nTopology设计的冷却结构能够将传热率提高300％。 ▌满足材料和应用需求 nTopology最终的设计结果呈现的是一种拓扑回旋换热器，可最大程度提高零件强度，并使质量最小化，性能优于其他3D打印的铝合金。该案例也揭示了高强铝合金的一大应用特点，即材料强度更高，可减少零件制造的材料用量，因此重量更轻，性能也更高。 最终的拓扑回旋换热器内部结构 美国航空航天制造服务提供商Morf3D提供了热交换器的制造。其采用EOS SLM系统进行打印，为了展现内部特征，该公司将零件切开进行了分别打印，从中可以看出内部回旋流道的复杂性。 拓展阅读 近年来，铝合金金属3D打印在生产中的应用迅速增加，但仍有许多应用领域以低强度的AlSiMg系为主，无法满足目前对铝合金增材制造零件高强度的要求。此前，3D打印技术参考曾对国内外商用高强铝合金的现状进行过介绍。 空客公司针对航空用铝合金零件增材制造需求，开发的世界上第一种增材制造专用高强铝合金粉末材料Scalmalloy，室温拉伸强度520MPa，已经应用于A320飞机机舱结构零件的增材制造。今年，英国铸造公司Aeromet International推出的A20X铝合金粉末经热处理后拉伸强度为511 MPa，屈服强度440 MPa，伸长率为13%，基于该材料开发的航空散热结构件已成功替代传统采用钛合金制作的中温构件，并帮助法国某型号发动机实现瘦身。 当前高强铝合金的性能对比，（笔者逐一查询，具体成分数据上传至QQ群） 今年2月，国内航天科工旗下长沙新材料产业研究院通过添加稀土元素及化学成分调整、后处理工艺摸索等手段，成功研制出了一种高强铝合金粉末材料，其室温拉伸强度535MPa，屈服强度510MPa，延伸率为12%，在过去的几个月正在被国内某高端应用部门验证。8月，苏州倍丰吴鑫华研究团队宣布其3D打印的铝合金材料Al250C达到最高水平，其拉伸强度超过590Mpa，屈服强度580MPa，延伸率11%，制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小时的稳定试验，因此获得包括通用、波音、雷神、赛峰等多家航空巨头的重视。 3D打印的铝合金卫星支架 HRL高强铝合金的加入不仅仅丰富了材料种类，更代表了一种强大的应用趋势。从本文的案例中我们其实能够读出另一点意味，即国外针对新材料也在努力的寻找应用，不过他们会针对材料特点和应用要求进行产品的重新设计和制造，实现效能的进一步提升，这一点值得借鉴。 本期上传内容：HRL高强7A77铝合金详细研究资料往期上传内容：EOS AlSi10Mg、Scalmalloy、A20X详细数据文本以及上述材料的成分情况，吴鑫华研究团队关于高强铝合金的研究情况欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：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激光粉末床熔融技术的安全性：危害和行动建议粉末可回收性因素对金属增材制造的影响国内外采用3D打印直接制造飞机起落架的技术和材料

当前，金属3D打印对人的依赖性极大，一键打印的畅想仍停留在概念阶段。在不考虑零件设计的前提下，仅打印零件的摆放、支撑添加，打印过程中遇到问题的解决，均离不开专业人员的干预。而这些专业人员还须具备丰富的材料学经验，这无疑对技术普及应用带来了极大不便。 在近期于波士顿举行的人工智能峰会上，GE全球研究中心增材制造项目负责人Brent Brunell谈到，在工业金属3D打印的背景下，对AI的需求正在呈现日益增长的趋势，这一过程通常又与仿真相关。GE研究人员将人工智能与仿真结合，推进计算结果的准确性和有效性。Brent Brunell提到，这是金属增材制造实现广泛工业化的重要保障。 金属3D打印若扩展到工业水平，迫切需要更强大、由AI驱动的计算功能，然而这一实践在实际的操作过程中却遇到了困难。 ▌单个AI驱动的3D打印模拟仿真所需的计算能力是巨大的 以3D打印制造的航空发动机燃料喷嘴为例，其尺寸仅有核桃般大小，但其工艺仿真过程就可以生成36TB的数据。这是Twitter一天生成的数据总量的三倍，而且这些数据非常关键。Brent Brunell解释，金属3D打印与人工智能的结合，需要更快和更强的计算能力。 GE燃油喷嘴实际3D打印的部分（点击查看） GE的研究人员正在努力将AI集成到工业3D打印机和过程中，在下面的视频中，Brunell不仅演示了SLM工艺的实时打印过程，还演示了在减速1000倍的情况下金属粉末与激光的作用过程，从中我们可以观察到从粉末到熔体流动，到金属硬化，再到孔隙和凹陷的出现过程。 在减速1000倍的情况下金属粉末与激光的作用过程 GE研究人员在AI算法中集成了要衡量的所有因素，以确保每次都能获得正确的结果。目前，GE已经可以借助人工智能确定零件打印的正确参数，未来，GE希望提高计算速度和计算能力，实时处理打印过程中出现的问题。Brunell谈到，从数据上看，GE当前的计算速度为2KHz，而人工智能若在增材制造中产生更大作用，计算速度须提到到20KHz。这需要建立完整的生态系统，包括成熟的软硬件厂商的合作，以及多方位的交叉联合。 那么人工智能在增材制造尤其是金属3D打印中，能够产生哪些作用呢？ 延伸阅读 ▌AI驱动，助力金属打印控形和控性，深入理解粉末熔凝过程 国内外的研究人员倾向于在金属打印中谈及控形和控性，它要求明晰激光与金属交互作用下的冶金、凝固、往复受热的全过程非平衡相变及组织演化行为，也要求对沉积过程中非均匀、多尺度、快速热-组织-应力耦合机制及变形、开裂机理进行研究。当前，很多研究人员正在使用包括声学、光谱学和温度监测等方法来了解激光熔融过程中每一层发生了什么。但是，这些有限的监测方法并不具备自动分析的能力，只能提供供操作员解读的数据。 叶轮上部分成功打印，下半部分打印失败，该研究旨在采用机器学习和人工智能分析零件打印失败的原因，并寻找潜在的提高打印质量的因素（研究内容已上传）人工智能与这些检测手段的结合正在使问题的解决变得智能化。机器视觉可以提取打印过程中检测到的特征情况进行自动分组，并在不同层次的分析中进行比较，直到完成图像创建所需要的所有信息。人工智能可以通过计算机内置的数百个预标记的训练图像识别不同的特征，可以整体性的识别和评估打印零件的质量情况，并能够给出零件微观结构、强度、抗疲劳度、韧性等数据信息。 ▌工艺适时调整，智能控制，或可成为可能 在过去的文章中，3D打印技术参考也曾详细介绍过EOS工程师开发大水平面无支撑工艺的过程，也曾对VELO3D公司的SLM无支撑工艺进行探讨，实际上这些技术背后都显现出了工艺调控下对人工智能的需求。 EOS相应模块的监控数据（点击查看） 所谓工艺智能控制，是指系统可以根据监控数据自动计算当前需要多少能量从而匹配工艺参数，它需要积累海量的数据用以学习和训练。 VELO 3D实现SLM无支撑制造（点击查看） 当前商业化的金属3D打印普遍存在工艺的唯一不变性，即在打印某一种材料时，零件的任何位置、任何一层，均采用同样的参数。无论打印过程中零件本身的状态是否过热，甚至是否出现缺陷，打印机总是输入恒定的能量，做出一致的操作。在人工智能的干预下，未来的机器将可以在检测到异常时实时调整工艺参数，自动修复缺陷，也可根据性能要求，在同一零件同一层的不同部位输入不同的能量，以获得不同的性能。 国内某知名大学开展的SLM与人工智能研究 很显然，如此智能化的打印机目前并未出现，但实际上相关的研究却早就开始了。在过去的几个月中，国内某知名大学已经联合金属打印机制造商开始了人工智能与激光粉末床熔融工艺的合作，国外卡耐基-梅隆大学、劳伦斯•利弗莫尔国家实验室等机构也取得了很大的进展。 复合材料和金属打印机制造商Markforged也在软件平台中集成了AI功能现如今，人工智能技术或机器学习正在进入制造业。模式识别软件和AI将成为现代工厂的关键。AI还将对其他领域产生重大影响，例如质量控制，缩短设计时间，执行预测性维护等等。在GE加入这一重大研究的情况下，相信未来的进步将会加快，智能打印机也未尝不可能实现。人工智能对金属3D打印的深刻影响，只是时间问题。 本期上传内容： 1. 激光增材制造基于图像的缺陷和熔池动力学研究 2. 使用机器视觉在激光粉末床熔融工艺中开展缺陷检测和分类的方法 往期上传内容： 1. materialise支撑、应力50分钟探讨视频 2. Velo3D智能化工艺控制问题50分钟视频文件 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： EOS对SLM大水平面无支撑工艺探索 VELO3D金属打印无支撑工艺的实现方式及意义 使用光学层析成像代替无损检测保证增材制造质量 金属打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法

3D打印技术于20世纪80年代首次面世时，很少有人能够预想到3D打印具有在全球范围掀起商业变革的潜力。这一技术快速发展至今，包括航空航天、汽车、医疗、模具甚至化妆品在内的诸多行业都因零部件生产进度更快、成本更低而受益良多。但是，这些优点并未被大多数人所熟知，始终蒙着一层神秘的面纱。 预计到2025年，该行业在亚太地区的商业价值将突破55亿美元。在亚太地区许多大型公司都组建了成熟的研发队伍，然而对增材制造技术的吸纳却仍处于起步阶段。 这很可能是由于企业对增材制造行业存在误解。在过去的文章中，我们曾对3D打印指出了十大理解误区，本期，继续进行深入分析。 ▌误解1：增材制造适合所有企业 十年前，当3D打印刚刚流行起来时，该技术所提供的无限可能性毫无意外地让许多人感到震撼。3D打印机将成为家居用品，登上新闻头条，并且无所不能。 Gartner公司将此称为“技术成熟度曲线”(Hype Cycle) 的起点。当发生技术突破时，最初的期望就会飙升。不幸的是，随着时间的流逝，随之而来的是大众对技术期待同样迅速的幻灭，尤其是当现实与前期过高的期望不符时。危险之处在于人们对3D打印机的过分夸大描绘信以为真，误以为只需按一下按钮就可以打印出我们在家中需要的一切物品。 3D打印技术成熟度曲线 现实情况是，3D打印技术如今在专业工业应用中得到了蓬勃发展。该技术已经实现了制造工艺的变革，可生产轻量化、定制化的单个零部件。但是，企业仍需对是否应实施该技术加以评定。首先，应就如何使用进行深入调查，应该控制大家对该技术的期望值。需要考虑到诸多要素，例如成本、设计、交付周期和3D打印技术对制造工艺的影响等。对于采用传统工艺制造的部件和3D打印部件，应该解决组装方面的兼容性问题。 ▌误解2：增材制造仅适用于原型制作 快速原型制作是3D打印技术最早的应用之一，如今仍广泛使用。这一应用在研发领域中尤为实用，研发过程中可以对与成品具有相同材料属性的原型执行测试。该技术作为一种无工具化工艺，可使更改变得尤为方便快捷，并能够以最低的额外成本完成。 采用3D打印制作原型比CNC具有优势，但它并非只能用来做原型 但3D打印技术只能用于快速原型制作则是一个常见误解。实际上，早些年间，由于计算机和激光器的性能有限，阻碍了该技术发挥其应有的价值。 如今，颠覆以往设计和制造方式的愿望正在不断激发出更多的解决方案。3D打印技术在制造过程中提供了出色的灵活性，以更少的材料实现了高度定制化的结构，有效避免了产品体积庞大的问题。 3D打印的气管夹板用于治疗幼儿气管支气管软化症 ▌误解3：增材制造十分昂贵 考量制造成本的方法有两种。一种是着眼于短期的单位成本，另一种是着眼于大局并关注长期成本。 尽管3D打印在过去十年中取得了许多进步，但就某些行业而言，相比于传统制造方法，该技术的确在零部件单位成本上仍有一定差距。尽管如此，随着生产率的提高，单位成本必然会降低。 3D打印对成本的降低是综合性的（点击阅读） 但是，还有更重要的方面不能忽视，例如寻求对制造业的颠覆性变革。传统方法通常依赖于制模，就价格和时间而言，其成本可能很高。对于较小的生产数量而言该情况尤其突出，这使得“单件生产”几乎成为无法满足的需求。3D打印技术通过消除对模具的需求扭转了这一局面，从而为小批量制造定制化产品创了广泛的可能性。曾被认为成本过高的解决方案现在值得再次研究。 此前，3D打印技术参考曾介绍过Premium AEROTEC、EOS 与戴姆勒共同合作的项目NextGenAM，他们使用增材制造技术生产用于汽车和航空航天行业的铝制部件，成功降低了制造成本。制造流程大大缩短，生产线也可以方便地复制以扩大车间产能。 EOS新一代增材制造技术试点成功 ▌误解4：增材制造没有设计限制 -“可以无限复杂” 事实是，3D打印所能实现的设计“并非可以无限复杂”，它所制造的零部件仍会遇到设计限制。使用3D打印技术的设计师需要接受培训以充分了解技术的可行性和局限性，并学习如何成功设计、优化、构建和应用3D打印技术。 有5条3D打印设计规则需要遵循，包括需要注意壁厚和间隙尺寸。采用3D打印工艺制造的零部件在设计时应尽可能降低长宽比和表面分辨率，以确保生产周期稳定。因此，设计时应尽量避免非必要的复杂化，并且应始终牢记5 条设计规则。 3D打印的零件设计仍需要遵循规则（点击阅读） 总之，与目前传统制造技术所面临的限制相比，3D打印仍可对设计提供极高的自由度，可以实现诸多过去无法制造的应用。这形成了设计驱动型思维方式，即先将解决问题作为第一要务，然后再考虑基本的制造限制。 ▌误解5：增材制造仅适用于无需组装的小型部件 人们对3D打印存在的这一普遍误解是上述各项误解所共同造成的结果。如果人们认为该技术既昂贵又仅适用于原型制造，那么他们误以为3D打印仅适用于小型部件就不难理解了。 当然，事实是现在已经有用于大型零部件的3D打印设备，高质量的塑料件成型尺寸近一米，金属3D打印的成型尺寸最大也可以超过500mm。 全球最大多材料混合增材制造系统 关于是否需要组装这一问题，应该探讨的问题是“组装是否有必要，而非能不能组装”。3D打印可以制造不需要组装的零部件，这样做的目的通常是为了使零部件更轻便或降低组装成本。 结论 未来，3D打印并不会取代所有传统制造技术，它的作用是拓展了制造的可能性，让制造商能够创造出曾经无法实现的产品。 由于这是一项新技术，因此刚刚涉足增材制造领域的公司应与值得信赖的增材制造合作伙伴携手，为踏上全新征程做足准备。 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：关于3D打印的十大理解误区(一)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 企业如何更好的将增材制造纳入现有业务，要考虑哪些因素，国外情况如何 与Materialise探讨中国3D打印应用现状与前进之路

近几年来，以金属3D打印为代表的几乎所有增材制造工艺都在快速的被工业企业主动认知和接纳，这不仅仅在于技术的先进性，更在于它能给企业带来实实在在的增长。从工艺创新到打印材料的日益增多，职业安全的重要性似乎并未得到广泛重视，至少在国内是如此，对于激光粉末床技术尤甚。在国内爆发了几次重大事故之后，关于该技术前后流程的整体安全性需要被从业者格外留意。 激光粉末床熔融技术尚未有安全生产标准，图为GE增材实验室操作人员的防护措施 ▌金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害 作为常用的材料—金属粉末，由于其粒径分布通常在15-53μm，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。 国内的保护措施和此类似，即口罩、手套和工服，但几乎没有配备防护眼镜 有时皮肤和粉尘之间并没有隔离 在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。 粉尘污染的问题总是难以解决 典型的SLM工艺链具有特定于材料的危害：高度易燃、致癌、产生水污染甚至起火。这些危害的具体风险必须根据所使用的设备和材料以及过程基础设施进行单独评估。根据各工艺链环节以及清洁工作过程中的危害，2018年出版的《金属增材制造（SLM）安全操作手册》则给出了过程安全的多项建议（文件已上传QQ群）。 关于金属打印的这些风险并非危言耸听，国内已有多起事故，包括但不限于火灾和爆炸，而且多与操作不当有关。 ▌全面评估制造过程中的风险 基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学近年来开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。 金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。 SLM solutions实现的全封闭粉末处理方案 通过安装具有单独、稳定空气交换速率的通风系统，以及通过在等电位连接下执行所有工艺步骤，可以将粉尘爆炸的风险降至最低。作为防火和防爆的一部分，生产车间或实验室须配备自动温度传感器；气体传感器则可以以检测逸出的保护性气体和其他工艺气体。如果仍有其他风险，则必须穿戴适当的个人防护设备。 ▌职业安全必须与技术创新保持同步 《金属增材制造安全操作手册》描述了SLM工艺过程的危害并提供了处理建议，这些建议必须适应现有的基础设施、生产技术和结构框架条件。Bayreuth大学与Fraunhofer IPA合作，正努力将该指南应用于其他技术和挑战，并将其确定为行业标准。通过按照精益生产5S管理方法设计工作场所和流程，将进一步提高生产的安全度、清洁度和有序度。对于更换循环过滤装置这样的不常进行的操作，也需要有标准的工作次序。此外，应定期检查保护措施，确保及时更新和可正常工作，职业安全标准须始终与增材制造的技术创新保持同步。 这背后的管道式结构是怎么作用呢？ 由于危害的多样性和缺乏对人体暴露在此种制造环境中的长期研究，目前的安全生产条例和保护法规并不能确定是否适用于SLM技术。VDI增材制造技术委员会正在对设备运行安全性进行详细研究，以确定安全生产标准。除此之外，设备商也应当多角度健全机制，从设备安全性改造，到各环节标准操作守则，逐步普及到用户。最后，希望从事相关技术的企业能够足够重视职业安全。 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： SLM密闭清粉及内部换缸理念的重要性 粉末可回收性因素对金属增材制造的影响 金属打印实现无支撑化的关键要素 NASA新材料3D打印工艺开发备忘录

作为粘结剂喷射3D打印技术的领导者，ExOne拥有砂型和金属两种成型系统。其最大的砂型打印机成型尺寸达1800 x 1000 x 700 mm，广泛应用于铸造领域。近期，该公司推出了最新的金属3D打印机X1 160PRO，其凭借800 x 500 x 400 mm的成型尺寸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。本期，3D打印技术参考对该系统进行分析，并对该工艺当前的市场概况进行评论。 ▌基于市场需求的迄今最大成型尺寸的金属打印机 从打印尺寸和批量化制造的角度分析，激光粉末床熔融工艺当前尚无法与粘结剂喷射技术同日而语。而仅从当前现有的金属粘结剂喷射成型技术来讲，Desktop Metal公司的Production系列最大的成型尺寸为750 x 330 x 250 mm，惠普公司为430 x 320 x 200mm，其他品牌如GE的H2等同类型设备的成型尺寸均较小，从而使ExOne继续领衔最大成型尺寸打印机制造商。 ExOne打印的大尺寸金属汽车部件 X1 160PRO总制造量为160升，可以生产大型零件，包括用于汽车、航空航天和国防工业的精密铸造零件。高达10000cm3/小时（取决于材料）的打印速度，为大批量生产带来了可能。多年来，ExOne推出的一系列金属粘结剂喷射系统已经广泛用于航空航天、汽车和国防领域的客户，从而得到了广泛的市场反馈，新推出的大尺寸打印机，也应当是基于市场需求。 ▌关键技术：均一稳定的铺送粉及材料压实工艺，集成工业4.0先进技术 ExOne大尺寸打印机背后的主要推动力之一是其新型的铺送粉系统，它可以分配、铺送和压实粉末，确保粉末均匀分布，这是制备性能一致和可重复高质量零件的关键要素。 据ExOne首席执行官介绍，采用粘结剂喷射技术成型的零件很大程度上与系统铺送粉的质量有关，粉层必须具备一定的压实度，才能减小烧结过程的收缩。而新系统则具有极高的稳定性，使用户可以获得较高的性能可预测性。 ExOne上一代金属打印机M-Flex打印过程 X1 160PRO不仅是一台大型、快速的打印机，同时它也最大程度实现了智能化。该打印机集成了许多工业4.0技术，具有4.0云连接和流程链接功能，这两者均基于西门子MindSphere（基于云的开放式操作系统）开发。智能化使客户能够同时管理多台机器生产，实现质量、进度和无缝的数字制造线程。 ▌开放式的材料系统，可打印金属、陶瓷和复合材料 新型X1 160PRO 3D打印机集成了开放式的材料系统，可以与各种金属和陶瓷粉末一起使用。目前，有六种金属粉末已通过认证，包括316L、304L、17-4PH不锈钢等，另可以打印一些陶瓷和复合材料，ExOne还在不断努力开拓更多的材料种类。实际上，就目前的情况来说，其他品牌的同类型技术，所能打印的金属材料种类远不及此。 ExOne打印的金属零件 此外，用户也可以自行开发适用的材料以及工艺，但需要确保粘结剂能够匹配，确保能够实现稳定生产。ExOne也正在和粉末制造商以及用户一起合作，共同开发成型工艺，如镍基高温合金以及轻质铝合金材料的打印工艺。 拓展阅读 ExOne于1998年即推出了首个商用金属粘结剂喷射系统RTS-300，但由于几年前对粘结剂喷射技术以及金属打印批量化制造提及不多，以及该公司在国内的推广不足，Exone的产品鲜为业内熟知。 近年来，粘结剂喷射技术由于在批量化制造过程中的诸多优势而被广泛重视，被认为是推动工业增材制造的关键技术之一。当前，比较有名的同技术类型设备商还包括GE、Desktop Metal以及惠普，Stratasys也正在加紧相似技术的研发。国内也有公司从事该技术的研发，但从目前的情形看，尚未形成规模。 据IDTechEx预测，到2025年全球将会有37000台粘结剂3D打印设备，这意味着粘结剂3D打印技术将迎来爆发式增长，也表明3D打印技术将开启批量化制造的时代。 注：本期上传内容为ExOne公司三项关于打印机设计的专利，包含打印机整体设计、铺送粉机构设计以及均匀化铺粉的技术等。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： 金属3D打印批量化制造品牌总览 HP Metal Jet和SLM谁更快，更具性价比 金属打印批量化竞争：SLM无支撑系统PK HP与DM 金属粘结剂喷射技术：批量生产须考虑整个工艺链

3D打印技术在个性化骨科医疗植入物领域的应用已经比较普遍，采用3D打印制作的的颅骨、下颌骨、肩胛骨、胸骨、脊柱笼、髋臼杯、膝关节、截骨融合器等均已在临床手术中获得了应用，部分产品已经实现了稳定的批量化生产。 由于3D打印骨科医疗植入物直接与患者的生命健康和安全息息相关，因此在做手术植入人体之前必须完成大量的研发试验，包括原材料的选取和测试、结构形式的确定、动物试验的验证、临床手术的实施等。经过多年实践，3D打印骨科医疗植入物在应用过程中积累了很多宝贵的经验。 由于巨大的市场需求，目前已有多家专业的3D打印医疗植入物器械供应商。从种类上来说，截至2017年底，FDA已批准了超过100个3D打印医疗产品，涉及近20个类别。 FDA在推动美国成为3D打印医疗领域领域应用方面发挥了巨大作用 现阶段全球生产的具有多孔结构表面的髋臼杯接近25%是采用3D打印技术制造的。意大利AdlerOrtho和Lima.Lto公司通过3D打印技术生产的带有小梁结构的髋臼杯己于2007年通过CE认证，美国Exactech公司生产的同类产品也在2010年上市。据不完全统计，截至2015年，就已经有超过30000名患者植入了3D打印的髋臼杯。 点击查看髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程 在国内相关领域开展工作较多的研究团体有：上海交通大学第九人民医院的戴尅戎院士、王成焘教授、王燎主治医师团队，复旦大学中山医院、上海十院蔡郑东教授团队，北京大学第三医院张克、刘忠军、蔡宏团队，北京清华长庚医院董家鸿团队，第四军医大学郭征、高国栋团队，西北有色金属研究院罗丽娟、余森、于振涛团队以及中科院沈阳金属研究所等。 3D打印在康复领域应用 上海交通大学第九人民医院在国内率先开展了3D打印医疗植入物的应用研究。早在1987年，他们就将CAD、CAM技术引入个性化假体领域，完成100多例人工关节置换，人工半骨盆置换，累计为96家医院提供了6000多植入物。王燎主治医师还与上海政法学院的汤啸天编审合作，提出了3D打印与医疗相结合的3项建议，即：(1)建立临床应用试点；(2)促进食品药品监督局(行政主管机关)、医院(研制方)与患者(使用方)签署三方备忘录，共担研究不确定性风险，共享科技创新收益；(3)开发特殊意外保险，为规避研发风险，共担收益提供了较好的参考建议。 3D打印医疗导板应用 复旦大学中山医院曾将3D打印技术应用于经导管主动脉瓣置换手术，为77岁高龄的主动脉瓣重度狭窄合并关闭不全患者实施手术规划及导航。此外上海十院蔡郑东教授团队已成功为近200多名病人成功进行半骨盆置换手术。 3D打印手术规划应用 北京大学第三医院张克等与北京爱康宜诚医疗器材股份有限公司合作生产的椎间融合器、人工椎体两个产品即将完成临床观察。此外，2014年8月他们打印并移植了首个3D枢椎；2015年9月首个3D打印人工髋关节假体也获批进入“量产”时代。北京清华长庚医院董家鸿利用3D打印模型实时引导重要管道分离和病灶切除，成功完成10例胆道癌症精准根治性切除。 3D打印口腔矫正、修复应用 除上海、北京外，第四军医大学在3D打印植入物方面也进行了积极的探索。2014年5月，西安铂力特与第四军医大学西京医院合作，为患者打印钛合金肩胛骨植入物、骼骨植入物、锁骨植入物；2018年，西京医院首次采用3D打印多孔生物陶瓷实现可降解人造骨修复高难度长段骨缺损，同时完成全球首例4D打印乳房重建手术。 4D打印乳房重建植入物 自2016年以来，第四军医大学唐都医院先后与西工大、西交大、铂力特、西北有色、上海九院等合作，完成钛合金胸骨置换21例，钛合金肋骨置换10例，治疗胡桃夹的血管外支架置百余例，另外实验仪器、手术器械以及手术导板、医学模型等打印共计500多例。 3D打印医疗植入应用 西北有色金属研究院罗丽娟等分别通过激光和电子束选区熔化技术制备出多种不同微孔结构和力学性能的多孔钛合金，并已成功制备出口腔修复用钛合金个性化牙冠植入体，对植入物的骨整合性能、生物安全性和体内长期稳定性开展了研究。中科院金属所与山东威高骨科材料有限公司合作，制备出具有骨小梁结构的多孔钛合金颈椎融合器和腰椎融合器，治愈颈椎和腰椎疾病已获取国家食品药品监督管理局医疗器械质量监督检验中心检验合格报告，相关的临床实验正在开展中。 END 本文所述的医疗应用团体无法覆盖国内所有，但从众多成果可以看出，3D打印在医疗植入领域发挥的作用越来越被医院和病患所能接受。通过定制化来满足病患个体的需求，快速制造来及时挽救生命，复杂制造实现了更好的治愈效果，这些都是3D打印为医疗带来的变革。当前，虽然通过国家认证的3D打印植入物数量仍然有限，但相关的标准和格则正在得到快速建立，3D打印将会给社会带来更多福音。 欢迎转发 延伸阅读： TOP：10种最具创新性的3D打印医疗植入体 医疗奇迹：3D打印如何改善我们的生活 3D打印在口腔种植领域的应用效果如何？ 动画揭示：髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

在欧盟H2020项目的资助下，西班牙制造和技术公司Aitiip联合15家单位，历时三年开发了当前世界上最大、最精确的多材料混合增材制造系统Kraken，该项目日期在当地发布，吸引了来自英国、德国和美国等国家的120多位专家听证。Kraken可以沉积制造金属和树脂，成形尺寸最大可达20*8*6m，经过中试验证，Kraken已经达到市场化条件。 Kraken堪称世界全球最大多材料混合增材制造系统 ▌多材料、一体化、高效、混合制造 目前的FDM、LENS和WAAM（电弧丝材增材制造）技术都存在成形精度低的特点， PBF（粉末床熔融）技术虽然精度高，却只能成形小尺寸零件，并且成形效率低。Kraken增材制造系统，除了成形材料宽泛，成形尺寸大的优势，还具有沉积效率高的特点，在世界上首次实现多材料一体化高效成形，它将以高生产质量和高制造效率来革新大型零件的制造方式。 Kraken的基本组件：（1）金属增材制造设备（2）聚合物增材制造设备（3）数控加工头（4）系统控制器（5）高级控制器 Kraken采用电弧增材制造（WAAM）工艺成型铝合金，并采用双材料挤出系统成型树脂。电弧喷涂金属化工艺还可以在现有聚合物部件的基础上进行金属增材制造。系统的减材制造工艺允许切割、打磨和抛光。 在聚合物部件基础上进行金属增材制造辅以精密加工 结合金属和聚合物增材制造的样品（具体过程请查看下文视频） ▌适时调整、在线反馈、高精度制造 在100 m 2的大型工作空间中，确保准确性是Kraken精确制造的一大挑战，研究人员因此将激光跟踪技术集成到了系统的闭环控制中，通过使用多类型的摄像机和人工视觉装置，系统能以每秒1,000次的速度记录工作头的位置，并自动校准系统、实现帧对齐、实时修正和监测质量。 配备激光自动追踪系统 在制造过程中，计量系统可以将已经沉积的半成品零件逆向转化成3D模型，与CAD设计进行对比反馈，实现零件的精确制造。Kraken的产品经理介绍，整套系统可以在需要时完全自动化运行，制造精度达到0.1mm。 表面特征、质量检测 ▌通过实际应用，达到市场化条件 通过3D打印制造高质量的大型金属和树脂零件的可能性引起了许多行业的兴趣。到目前为止，Kraken增材制造系统已经取得不错的示范化应用，它为赞助公司—建筑企业公司Acciona生产的3*1.2m的公路隧道混合衬板已经得到采用；在汽车领域，Kraken还为著名设计公司Pininfarina（法拉利、兰博基尼的设计公司）成功制造了尺寸为 2.2*1*0.6m、重量达250Kg的汽车模型，以用于设计验证。 Kraken制造汽车模型过程 这些都是已经测试过的实际应用，然而所能发挥的作用也并不仅仅是案例中提到的这些，因为它为模具部门和大型零件的加工提供了低成本、高质量和快速高效的替代方案。 Aitiip公司的研究人员表示，该设备已在真实的制造环境中进行了测试，并通过了实际验证。设备已经具备了交付和投入市场的水平。 注：更多内容，请进入工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 欢迎转发 延伸阅读： 大尺寸金属制造--激光熔化沉积技术 大尺寸金属制造（二）--激光熔覆制造技术 冷喷涂：动力学金属化过程 多激光无缝拼接的大尺寸粉末床激光熔化自动化设备是怎么工作的？ 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

在过去的几年中，医疗行业经历了3D打印应用的热潮，国外机构因此展示了世界范围内上最具创新性的3D打印植入物。从金属到非金属，从颅骨到髋关节，这些个性化的植入体满足了每个患者的特定需求。与使用传统方法相比，3D打印解决方案在设计、制造时间和相关成本方面都更为合适。本期，3D打印技术参考对这些创新应用逐一介绍。 ▌首款采用PEEK的3D打印锁骨植入物 2018年7月，昆明医科大学第一附属医院胸外科施云飞主任团队使用一迈高温3D打印机，实施了一例3D打印锁骨置换手术。由于该患者必须接受化疗，无法进行金属植入，医疗团队最终决定使用FDM 3D打印技术，并使用目前可用的最具抵抗力的塑料材料PEEK来制造植入物。手术后，医生发现患者的身体相比金属植入物能够更快的痊愈。该案例是世界上首次运用3D打印PEEK假体替换锁骨。 ▌3D打印一体式胸骨和肋骨植入体 2018年，英国一位患有胸部肿瘤的病人在接受手术时不得不被切除部分胸骨和三根肋骨。如果不植入假体，患者将无法生存。医院通过对患者胸部进行CT扫描设计了植入假体，并由雷尼绍承担制作任务。具有网格结构的钛合金不仅减轻了假体重量而且有利于创伤的快速愈合，良好的生物相容性也避免了严重的排异反应。该案例是首个在英国制造并植入患者体内的胸腔假体。 ▌为发育期儿童3D打印的下颌植入物 2018年4月，山东大学第二医院口腔颌面外科副主任来庆国为一名10岁儿童进行了3D打印钛合金“下颌骨”植入手术，经复查确认没有并发症，手术宣告成功。这是国际上首例低龄儿童下颌骨缺损3D修复重建手术。 该患者下颌骨植入体 据悉，该名儿童患有罕见的下颌骨肿瘤，伴随着肿瘤切除，下颌骨出现了大面积缺损。由于患者年龄小，无法使用自体骨移植，且患者处于快速生长期，植入体的设计特殊且复杂。医疗团队因此进行了详细的数据采集、测量及电脑设计，期间充分考虑儿童未来骨骼发育情况，最终完成钛合金“下颌骨”假体的3D打印。 ▌3D打印人工中耳听小骨，使失聪者恢复听力 2019年5月，被视为全南非最顶尖的耳鼻喉科医师齐夫拉罗和他的团队成功运用3D打印技术，为病人量身打造了结构完全一致的人工中耳听小骨，包括锤骨、砧骨、镫骨，并进行了移植手术。这项医疗创新成为全世界第一个为失聪者带来恢复听力希望的案例，3D打印医疗运用再创新纪录。 听小骨是人体中最小的骨头之一，图片显示的是真正的听骨而不是植入物 ▌3D打印重建上颌骨，拯救毁容 澳大利亚病人Anelia Myburgh由于罹患颌骨癌，最终被切除80%的上颌，仅留下两颗牙齿、部分嘴唇和鼻子的下半部分，患者虽得以治愈但因此毁容。2018年4月，Myburgh接受了世界首例3D打印上颌骨重建手术。医生通过定制的3D打印颌骨重建技术，采用钛合金框架承载移植骨，从而得以植入牙齿；并从患者手臂上取下一些皮肤用来制作嘴唇。患者最终恢复容貌，整个手术，仅花费3000澳币。 ▌钛合金多孔胸骨植入物 2019年5月，澳大利亚一位癌症患者在接受手术时不得不面临胸骨和部分周围组织的切除。这些操作近乎截肢，外科医生必须采用渐进的方式来取代患者的胸骨区域。悉尼皇家北岸医院的主治医生在了解到3D打印之后主动寻求采用新技术，最终采用电子束来制造了这枚钛合金胸骨植入物，并成功实施手术。它的主要特点在于形状特别复杂，需要完全的定制化。 ▌首款采用柔性聚酰胺的3D打印肋骨植入物 2018年，保加利亚一位病人同样因肿瘤面临一根肋骨的移除，须植入的肋骨需要与原始肋骨具有完全相同的尺寸。经专家会诊，医生决定采用3D打印技术来制作具有相同形状、曲线、宽度和厚度的肋骨植入物。 医疗团队首先对病患的原始肋骨进行了3D扫描和设计，并使用半刚性聚酰胺材料打印。之后，专业人员用环氧乙烷、伽玛辐射和高压灭菌器对其进行了消毒处理，并且在其表面钻上小孔以促进结缔组织快速增殖。最终的植入手术非常成功，患者恢复状况良好。该例是保加利亚完成的首例3D打印肋骨植入物手术。 ▌PEKK聚合物3D打印承重假体首次获FDA批准 2015年7月，美国Oxford Performance Materials（OPM）公司宣布，其3D打印的SpineFab VBR系统植入物获得FDA市场准入许可。这是有史以来第一个获得FDA批准植入的聚合物3D打印承重假体。此前脊柱植入物多采用钛合金，具有应力屏蔽效应，而PEKK具有类似骨骼的机械性能，并能够支持骨骼的生长。 ▌3D打印重塑大面积颅骨缺失 2017年，英国20岁患者Tiffany Cullern因脑部肿瘤接受手术，术后由于其他原因导致脑部肿大，并对颅骨产生了巨大压力。为了释放压力，医生切除了患者的一大块颅骨（12.7 cm），并最终寻求使用3D打印重建。实际上，患者等待植入物重建的过程长达三个月，这可能也与当时和当地的发展水平有关，在此期间，幸运的是患者创口并没有因此恶化。据悉，Tiffany植入的颅骨修复体由钛合金、高分子材料以及钙化物构成。 ▌第一个3D打印的植入物10年之后仍保持良好 与所有现代医疗保健创新一样，3D打印植入物的寿命目前并不可知。包括医生、材料科学家等在内的研究人员无法确定新型植入物是否会随着时间而发生变化。第一个3D打印的植入体要追溯到2007年，意大利外科医生Guido Grappiolo博士将3D打印的钛合金髋关节植入患者体内，在进行了10年的观察之后，这枚植入体仍然显示出良好的状态。 虽然传统的髋关节植入体必须每10-15年更换一次，但3D打印的植入物似乎具有更好的性能，佩戴者的并发症也更少，这就为患者免除了再一次接受手术的痛苦。 END 在笔者有限的认知看来，3D打印植入物涉及的材料从金属到非金属，种类很多，一些此前极少提到的钽、镁合金近些年也在得到临床实践；从性能方面看，3D打印能够制造出加快伤口愈合的结构，促进与人体本身的融合；从手术方面看，3D打印可以在术前就设计和制造完全适应患者本身的植入体，这大大节省了手术时间，从而提高了患者的治愈几率，并能够减少病人的痛苦。 本期上传内容： 《Materialise调研报告：中国制造业眼中的3D打印》 欢迎转发 延伸阅读： 医疗：PEEK相较金属植入物的优势与不足 医疗奇迹：3D打印如何改善我们的生活 动画揭示：髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程 3D打印医疗植入体的安全性、国内审批流程及存在的问题 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

在《3D打印实现制造轻量化：从材料到结构》的上篇中，我们介绍了轻量化的金属材料、碳纤维及工程塑料，并对这些材料的3D打印工艺和应用进行了介绍。本期我们推出下篇，即3D打印优化结构设计，实现制造轻量化的特点与意义。 ▌优化结构设计，降低材料使用要求 在经典的轻量化设计中，“通过替代材料减轻重量”一直是指导原则，因此，轻量化设计的附加值来自创新材料。然而，较轻的材料通常在采购、设计和使用方面都需要高昂的成本。现代轻量化设计会考虑整个系统，在概念阶段就已经专注于减轻重量。 赛车部件轻量化解决方案 采用优化设计的方法实现制造轻量化，不仅可以降低对材料的使用要求，还能减少昂贵材料的使用量，缩短加工时间。接下来，我们会介绍3D打印工艺条件下的结构优化方法以及在航空航天、汽车、医疗等领域的应用特点。 ▌轻量化结构设计方法 ●点阵结构大规模替代实体材料，减轻重量同时赋予结构功能性 在满足性能要求的前提下，采用点阵（网格）结构大幅减少了实体材料的用量，成为结构轻量化的重要手段。在传统上，金属网格结构的制造方式主要有机加工打孔和造孔剂成型，前者受到机加工条件的限制只能制造简单结构，而造孔剂造孔成型过程也并不完全可控。如今，增材制造技术极大释放了设计人员的自由度，网格结构设计的复杂程度也得以扩展，设计人员不必再过多考虑能不能实现的问题，而是哪种结构性能更好的问题。 点阵结构具有不同的胞元形状 网格结构的正向设计通过一系列的单元结构生成网格阵列，在实现轻量化的同时，填充结构的布局和设计又可产生隔振、吸声、吸能、传质等功能。组成网格阵列的单元结构也可产生不同的力学性能，关于最佳结构性能特征的设计特点以及提高网格结构可加工性和质量的设计规则也正在成为研究的趋势（研究详情请进QQ群下载）。 Materialise为Atos开发的轻量化卫星钛合金镶件（点击查看）网格结构的另一种设计方法是基于影像的反求法，主要应用于医疗领域。其原理是通过对自然骨的网格结构进行扫描，得到骨小梁结构的三维数据模型后，直接对三维模型数据进行修改设计，是基于逆向工程技术的一种延伸。这种方式设计的网格结构保留了生物网格结构的特征，但由于三角网格的数据非常庞大，对计算机的处理性能有较高要求。 基于人类松质骨CT影像数据，使用SLM技术直接制备具有类似人类松质骨结构的多孔Ti植入物，详情查看查看QQ群上传资料 ●拓扑优化为增材制造提供创新设计，增材制造为拓扑优化提供制造手段 拓扑优化是结构优化的另一重要手段，用于计算给定问题下最优的材料空间分布状态。一般而言，针对指定的目标，在给定的载荷、约束和边界条件下，通过拓扑优化算法可以在给定的设计区域内找到最佳结构配置。经拓扑优化后的零部件理论上可满足载荷需求，实现特定算法下的材料最优分布，可以获得在特定体积分数下的最优承力结构，从而实现结构的轻量化。 然而，拓扑优化的几何构型复杂，采用传统制造工艺制备非常困难，设计人员往往要基于制造技术及经验对优化结果进行二次设计，来满足可制造性，降低制造成本。这种做法往往会损坏结构的最优性，得到的结构性能甚至达不到已有构型。另一方面，受制于传统设计理念及制造工艺，结构往往仅进行宏观拓扑设计，并未充分利用结构在多尺度上的变化或者空间梯度变化所带来的广阔设计空间，使得产品性能提升非常有限。增材制造技术的出现，使得几何形式高度复杂结构的制备成为可能。著名设计专家程耿东院士提到，拓扑优化为增材制造提供了创新设计，增材制造为拓扑优化提供了制造手段。 ●创成式设计，突破设计极限，实现结构不断进化 创成式设计（Generative Design）是一个人机交互、自我创新的过程。通过算法，设计人员可以迭代数百甚至数千种不同的设计，而无需手工创建单个物理模型。通过输入不同的参数来创建多种设计结果，可以设置所需要的不同的应力水平、温度或湿度、零件可能在其工作环境中受到影响的其他因素，生成潜在的可行性设计方案，经过综合对比，筛选出设计方案供设计者进行最后决策。 通过创成式设计生成的轻量化丰田气缸盖 创成式设计可以帮助设计师优化零件强度重量比，可以模仿自然结构发展的方式，创造出最强大的结构，同时最大限度地减少材料的使用。而增材制造技术可以将复杂的设计变为现实，两者的发展正在改变着设计制造的模式。 ▌材料和结构协同制造，满足更高要求 在商用飞机、军机、火箭、卫星、汽车等领域，减重一直是永恒的话题。轻量化的材料+创新型的设计+3D打印，新模式为减重进一步释放了空间。材料和结构协同制造，使满足更高要求成为可能。 西北工业大学的研究团队调研了应用于飞机和航空航天结构设计的拓扑优化技术的最新进展。通过重新分布材料布局和相应的承载路径，拓扑优化已被认为是在航空和航天工程应用中最有效的设计工具之一。同时，航空航天结构工程快速发展中突出的大量技术难题也推动了拓扑优化理论的进步（研究内容已上传）。 传统的观测卫星天线支架由几个独立的部分通过柳钉结合，重量大、发射成本高。通过拓补优化和3D打印，天线支架减轻了40%的重量，比最低要求强度提高了30%，降低了系统成本和燃料消耗，并顺利完成静动态测试和可靠性测试，成为航天认证产品。在汽车领域，传统的车身结构及设计方法可能不再适用，取而代之的是创成式的优化设计方法，它既能减少零件质量，又能延长零件使用寿命。创成式的优化设计方法还能使车身零件数大幅减少，未来也会成为轻量化制造的有效手段。 宝马i8 Roadster软顶支架迭代过程及通用汽车采用创成式设计将8个零件集成为1个 点阵结构基于其强大的功能性，其应用覆盖高端领域和普通消费品。在点阵结构中，单胞排列可以是相同的，也可以是不同的；可以是均匀的排列，也可以是不均匀的排列；甚至可以是不同的单胞、不同的排列方式进行排列，结构可以是千变万化，对应的性能也是千差万别。 钛合金混合晶格结构 点阵结构医疗植入物 在医疗器械中，点阵结构不仅可以实现植入体减重，还可以促进人体组织的长入，加速愈合过程。在军工应用领域，点阵结构还可实现隔振、吸声、吸能、传质等功能；在消费品领域，点阵结构也广泛应用于运动鞋、头盔等产品的制造。 不同品牌不同点阵结构的3D打印运动鞋（点击查看） END 3D打印技术与制造的复杂性基本无关，结构优化能为增材制造提供创新设计，而增材制造则为结构优化提供制造手段，两者的结合实际上互相成就了对方，成为各领域结构减重、推出创新产品的新模式。 而优化的结构设计结合高性能的材料，再利用3D打印技术，采用最佳的工艺流程，就有可能实现产品的最终优化目标。 本期上传内容： 1.SLM网格结构类型力学性能及最佳结构设计特点 2.SLM直接制备近人类松质骨结构的多孔Ti植入物研究 3.西工大：航空航天结构设计中的拓扑优化 欢迎转发 延伸阅读： 3D打印实现制造轻量化：从材料到结构3D打印实现制造轻量化：从材料到结构 考虑极限特征约束的增材制造设计方法 3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

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。 ▌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。 ▌Fabrisonic公司开发出能在现有超声波增材制造设备中协同定位增减材单元的专利技术 2017年，美国Fabrisonic公司获得一项新的专利（源文件已上传QQ群），它涉及一种能在其已有超声波增材制造（UAM）设备中协同定位增材、减材单元的技术。该公司以超声波增材制造技术而著称，宣称此项专利进一步提高了其金属混合3D打印设备的能力。 点击查看3D打印“铣床”工作过程 新技术将超声波增材制造焊接头转变为一台标准数控铣床刀库中的一个工具，通过协同定位数控铣床中的焊接和铣削功能进行零件加工制造，成形速度可达245.8cm3/h，同时可提高加工精度，增大零件制造尺寸。 ▌GE公司大力推动增减材混合制造工艺发展 GE是与增材制造（AM）的进步最密切相关的主要“玩家”，最经典的当属LEAP喷气发动机的燃油喷嘴案例。2015年GE收购阿尔斯通电力公司后，还获得了通过Hamuel的混合增材制造设备来修复涡轮叶片的技术。 通过混合增材制造，GE提高涡轮叶片修复效率 该技术也是采用激光沉积焊接系统来实现增材制造，结合五轴加工、检验、抛光和激光打标于一体。特别是在修复磨损叶片和叶盘方面有着优秀的加工能力。GE采用该工艺不仅用于部件修复，还提升了部件性能。 END 目前，该应用方向开展的关键技术研究主要包括：零部件再设计、增减材混合制造系统开发等。随着航空航天等领域对高性能复杂零件需求曰益突出，如何兼顾零件复杂成形和高精度加工将受到广泛关注。未来，增减材混合制造系统将不断涌现，极大提高了成形效率和质量，将有力推动增材制造技术在批量化生产中的应用，将武器装备研制生产的周期缩短一半以上。 欢迎转发 延伸阅读： 武器：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 将电子器件打印至武器装备中，实现结构功能一体化 大尺寸金属制造（二）--激光熔覆制造技术 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738