今年，汉邦科技推出了一项称为激光增材微切割混合制造的新技术（Laser Additive & Cutting Manufacturing，简称LACM），其将选择性激光熔融和超快（如皮秒、飞秒）激光切割技术结合，在每一层打印完成后采用超快激光对零件轮廓进行精细化加工，从而直接制造出高表面质量的零件。这是继3D打印和传统机械减材混合制造之后又一种新的技术整合。 LACM技术工艺过程，包含选择性激光熔融和超快激光切割两步 本期我们介绍的重点就在于SLM与超快激光切割技术的结合所能达到的工艺效果和潜在的应用情况。 基于SLM的增减材混合制造的应用背景与形式 即便SLM在所有金属打印中已经是具有较高精度和表面质量的工艺，但对于很多应用来说，SLM打印出的零件表面较为粗糙，很多时候需要进行二次加工才能得到高精度表面。对于具有复杂内部流道的零件，如随形冷却水路、冲压发动机和火箭发动机再生冷却流道，难以实现对内部表面的有效再处理。笔者在一次交流会上听到航天系统的有关人员介绍，现在SLM所制造的带有内部流道的结构，只能是凑合用。 推力室复杂流道结构 这实际上对SLM制造的精度和表面质量提出了更高的要求，而基于SLM的增减材混合制造设备目前已知的品牌并不多，国内更是鲜见。将数控加工与增材制造进行有机集成，可实现打印与精加工和表面处理同步完成，它直接带来了3D打印精确度和表面质量的提高。 SLM+数控加工混合制造过程 然而目前看来，数控加工与增材制造的结合仅是增减材混合制造的一种形式。将超快激光切割技术与SLM相结合，则成为一种新的探索。超快激光切割材料时，每一个脉冲与材料相互作用的持续时间很短，避免了热扩散，属冷加工过程，基本上消除了类似于长脉冲加工过程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤，具有极高的的加工精度。 LACM技术特点 • 屏蔽掉圆角，塌角等问题； • 可实现高薄壁的结构，可达80微米壁厚； •零件可以直接使用，或简单加工后使用； •成型精度达微米级，大幅降低粗糙度。 连续激光与超快激光的热影响区，其中SLM过程实际上对应连续激光 与数控加工相比，超快激光微切割，避免了频繁的换刀过程以及切削造成的粉末污染和铺粉质量问题，更不存在刀具磨损，能够显著提高加工效率；同时，超快激光的冷加工和柔性加工特点，避免了机械加工过程中的应力产生；此外，激光切割无切削力，加工无变形，可加工不能承受刀具切削力的精细结构和受刀具大小限制的结构，在一些应用领域能达到更高的制造要求。 技术优势• 激光增材、激光减材； • 可加工深内锥孔零件； •激光减材不影响粉末污染及铺粉质量； •可加工刀具大小受限的零件； •可加工光洁面薄壁件，光洁面内腔件； •可加工不能承受刀具切削力的精细结构； •减材效率高，无需对刀，无需刀具冷却； •可加工超高径深比孔，孔深几乎不受限； •可选配上表面、台阶面机械铣平功能，高效快速一步到位生产各种精密终端零件。 实现高精度、高质量金属3D打印 激光增材微切割金属3D打印混合制造技术理论上可以达到更高的精度，并能制造非常薄的金属部件。据汉邦科技介绍，采用100*100*100mm的打印设备，LACM工艺可以将零件一次成型的精度控制在0.02mm以内，最低成型壁厚达到0.08mm，典型的粗糙度也可控制在3μm，零件无需后处理或者经简单加工即可直接使用。这些数据笔者也与相关负责人经过了反复确认。 采用LACM工艺直接打印的未经处理的零部件 采用LACM工艺直接打印的高表面质量零部件 良好的表面质量势必能够满足更多的应用需求，据汉邦科技介绍，LACM技术未来可以有效应用于精密模具、医疗齿科植体、精密内腔终端零件以及微结构零件等制造领域。 采用LACM工艺直接打印的高表面质量零部件 将增材制造与超快激光切割相结合的混合制造方式，在国际范围内并不多见，比较有名的是2017年美国PolarOnyx公司将飞秒激光既用于增材也用于减材，其专有的技术为航空航天、国防、生物医学、传感器和通信等许多快速增长的行业提供了各种机会。 此外，汉邦科技总经理提到，该公司激光增材微切割技术从2013年开始研发，到初步应用于产品，经历了6年时间，这也得益于公司早期在精密激光切割领域的耕耘。笔者认为，对于技术本身来讲，两种技术的结合非常新颖，但如何让超快激光发挥更显著的作用，达到更好的表面质量，可能还需要更多的探索。我们期待汉邦科技能够在此项技术上继续深耕，开发出更多创新应用。 欢迎转发 延伸阅读： 从气流和零件摆放角度探讨SLM打印表面质量 金属选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 金属3D打印：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录 金属打印成本结构分析（上） 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TCT深圳展的第一天，全球桌面级3D打印的领导者Ultimaker推出了两款新产品，即S-line系列的最新款S3以及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。本期，我们就来了解Ultimaker这两款最新型的打印机。Ultimaker S3：经济实惠的专业级打印机，实现办公室内生产新款 Ultimaker S3 可无缝融入Ultimaker的开放生态系统中。进料装置驱动轮采用硬化钢制作，与CC打印芯结合，用户几乎可以使用任意一种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。工程师可实现设计、测试并可以生产最终使用零件。更宽的喷嘴覆盖范围确保不会浪费空间，同时也带来了更高的成型尺寸。Ultimaker S3Ultimaker S3 包含触控界面和预定义打印设置，可在任何工作流程实现更精确的3D打印。加热打印平台、高级自动调平、更硬的打印平台和精准的步进驱动器，保证该打印机实现最高的打印质量。双料耗材流量传感器可检测打印机耗材轴架，并自动暂停打印作业，从而让用户可以立即补充材料，确保打印机能够平稳运行。Ultimaker打印的原型该款打印机的售价为5万人民币，相对于目前市面上很多FDM设备价格要贵，但质量确实可以保证。它适合于企业通过经济实惠的方式快速开发零件和各种应用。Ultimaker S5 Pro Bundle：最佳的材料和空气质量管理方案Ultimaker S5 Pro Bundle 包括S5、Air Manager（空滤系统）和Material Station（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。Ultimaker S5 Pro BundleAir ManagerAir Manager为打印机提供了封闭的由内到外的气流，从而可在打印机内部获得更好的控制环境，且能够过滤打印时产生的高达95%的超细颗粒，从而有助于用户采用更广泛的材料进行安全打印，并实现更安全的工作环境。空滤系统Material StationMaterial Station也就是储料仓，旨在保证材料安全存储，并实现更高的工作效率和材料稳定性。它带有6个耗材托架，配备耐磨的送料结构，可输出玻纤和碳纤维复合材料。其配备干燥系统可以控制储料仓的湿度，使材料更不易变性。储料系统S5凭借高度可靠的打印效果、更大的成形空间和直观触控界面，依旧是打印较大型功能模型、制造工具和最终使用零件的专业解决方案。其国内售价为10.8万人民币。关于 Ultimaker自2011年以来，Ultimaker构建了开放且易于使用的3D打印机、软件和材料解决方案，使专业设计人员和工程师能够每天专注于创新工作。如今，Ultimaker已成为桌面级3D打印领域的市场领导者。欢迎转发延伸阅读：大众汽车：在生产线上使用3D打印机进行车辆生产利用高性能复合材料和金属3D打印解决更多制造挑战奥迪实现高效3D打印产出的应用经验奥迪实现高效3D打印产出的应用经验福特汽车：借助3D打印技术重塑汽车生产线长按复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：Ultimaker 新推S3、S5 Pro Bundle，为办公室生产带来工业动力

今年五月，惠普发布新型工业级3D打印机HP Jet Fusion 5200系列，同时推出了由巴斯夫开发认证的新型热塑性聚氨酯—Ultrasint TM TPU01。新型TPU的推出为惠普现有的材料体系PA12、PA11、玻璃微珠填充PA12提供了补充，不仅拓宽了材料使用范围，更增加了应用方向。 ▌新型TPU的性能特点与应用 巴斯夫新型TPU专为惠普多射流熔融3D打印工艺而设计，是制造柔性和弹性部件的理想选择。该公司旗下的3D打印子公司B3DPS是惠普MJF系统的认证材料合作伙伴，通过优化粉末打印参数，增强了系统处理能力并加快了打印机的处理速度。 此前，TPU的3D打印成型方式包括熔融挤出和激光烧结，而惠普多射流熔融技术的成型材料主要为尼龙，该工艺能否打印TPU，打印的性能如何需要得到验证。作为惠普Jet Fusion 5200 3D打印机及Ultrasint TPU 材料的早期测试单位，Materialise一直致力于开发该材料的创新解决方案，并对其性能数据进行了测试。（Materialise测试的MJF工艺制造的TPU性能数据PDF文档已上传QQ群。） 据称，MJF用TPU粉末是一种具有柔韧性能的全功能材料，特别适用于生产耐磨和弹性部件，其灵活性与其形状恢复及减震特性相结合，适用于原型设计和制造应用，如夹具、密封件、鞋类和其他可穿戴设备。 3D打印的TPU减震鞋垫 此外，TPU为3D打印部件提供了复杂的细节和光滑的表面质量，同时还提供了出色的零件精度和强大的性能。 3D打印的TPU Kupol头盔 3D打印的TPU Kupol头盔内部 据巴斯夫称，Ultrasint TPU 01特别适用于生产晶格结构，具有“无限设计可能性”的潜力。它可以很好的用于汽车原型，如座椅部件，晶格结构改善了传统泡沫的舒适性和柔韧性。针对TPU晶格结构，惠普推出了带有集成蓝牙扬声器的弹性头枕、减震鞋垫、头盔等应用。 内置TPU晶格结构的部件 TPU晶格结构汽车头枕，内置蓝牙音箱 新型的TPU材料还可以用于挠性部件，如空气管道、复杂管道、柔性轮、骨科模型，以及其他功能和设计原型等。TPU本身为白色粉末，由于定影剂的作用显示为灰色，其表面质量非常光滑。 ▌EOS推出基于激光烧结工艺的巴斯夫TPU 1301 上月24日，EOS也推出了一款全新的柔性高分子材料TPU 1301，该材料同样是由巴斯夫3D打印解决方案公司B3DPS提供。EOS高分子系统与材料业务高级副总裁表示，TPU 1301具有极佳的回弹性、良好的耐水解性以及高紫外线稳定性，可广泛用于对弹性及易加工属性有要求的应用领域，该材料的推出是3D打印迈向批量生产的一大步。为了达到不同应用所需的弹性和相应的阻尼水平，这些属性可以通过结构设计和所使用的构建工艺参数来进行调整。 EOS 打印的TPU 1301拖鞋 目前尚无法查询到基于激光烧结工艺的该TPU材料的性能数据，但笔者查阅了国内某知名SLS工艺制造商的材料数据，其TPU材料的拉伸强度达到18-20Mpa，这一数据远高于materialise测量的基于惠普MJF工艺的新型TPU的强度（8-8.5Mpa）。两种工艺打印的TPU材料的详细性能数据已上传QQ群。 惠普MJF工艺打印的TPU鞋底 此外，笔者了解到，某3D打印鞋底制造商在查看了惠普MJF工艺制造的中底之后，给出的评价也并不乐观，与其基于SLS工艺的性能有差距。不过，我们更愿意相信，materialise提供的这些数据以及上述制造商看到的产品，都是基于惠普最初的工艺，也许新产品，会有很大改进。 本次上传内容共7个文件，包括： 1.巴斯夫3D打印材料性能数据，包含PA6、PP、PA11、TPU等。 2.巴斯夫3D打印解决方案 3.惠普3D打印材料系列、性能数据及应用 4.惠普MJF与SLS打印TPU材料性能数据表 欢迎转发 延伸阅读： 从先进制造的角度谈3D打印鞋垫的成本问题 3D打印特种材料汇编 先进材料正在塑造聚合物增材制造的未来 EOS与惠普的批量化制造技术之争：LaserProFusion与MJF 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

全球领先的3D打印和增材制造技术展会品牌TCT的最新一站——TCT深圳展将于下周（10月15日-17日）在深圳会展中心召开。此次展会吸引了包括3D systems、HP、SLM solutions等85家厂商参展，更有超过30场的专题报告与分享活动，让我们一起先睹为快。此次参展的展商名单如下（按照展商首字母排序，录入截止时间为9月20日） 与展会同期举办TCT深圳论坛在15日和16日的展馆主会场中举办，超过200名专家和学者将参加这次的论坛，会议详细日程如下:（本次会议线上报名已经关闭，您可以向展商索票或前往现场购买参会门票）TCT INTRODUCING是厂商在全球TCT展会上发布最新产品重要舞台，向所有观众免费开放，是您了解新产品的最佳机会。详细日程如下如何参观前往深圳会展中心（福田展馆）3号馆参观展会，如您已经提前预约，可直接凭名片和确认函换取您的胸卡，如您未提前预约参观，请直接前往展馆现场登记参观展览会。扫描下方小程序码了解更多并规划您的行程预祝您有个愉快有序的商务旅行！欢迎转发长按复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印技术大秀—TCT深圳展展商名单及活动日程公布

高温合金通常的工作温度超过600℃，在高温下的强度、延展性、抗蠕变性能以及抗腐蚀能力都很强。对于高温合金零部件，增材制造技术不仅能够缩短生产时间、降低生产成本，还能优先考虑功能设计，非常适用于制备航空发动机及燃气轮机喷嘴、叶片、燃烧室等热端部件，以及航天飞行器、火箭发动机等复杂零部件。近年来，高温合金增材制造技术发展迅速，已在航空航天领域实现了多项应用。 ▌航空发动机采用镍基合金增材制造零部件 赛峰集团是航空发动机市场中涡扇发动机和战斗机发动机的主要制造商之一。该集团eAPU60微型涡轮发动机采用了增材制造的镍基合金喷嘴，并作为AW189型直升机的辅助动力装置的核心部件之一。 eAPU60涡轮喷嘴采用选区激光熔化3D打印工艺制造，采用镍基合金X代替传统上使用的铬镍铁合金铸件。传统的涡轮喷嘴由八个组件组成，通过3D打印允许将其切割成仅仅四个部件，使得喷嘴比原来轻了35％。采用3D打印技术制造涡轮喷嘴也缩短了开发时间，3D打印组件可以在几天内就完成制造。 XWB-97拥有有史以来首个最大的3D打印民用航空发动机组件 罗罗公司通过与英国制造技术中心（MTC）合作，在XWB-97发动机中采用3D打印制造了镍基合金前轴承座结构件，该部件直径1.5米、厚0.5米，大小类似于拖拉机轮胎。该组件并非整体，其包含的48个气动形状的叶片组件也是采用増材制造技术制成。 ▌巡航导弹等高超声速武器使用高温合金增材制造燃烧室   超燃冲压发动机是高超声速武器的源动力之一，其整个结构在工作过程中整体会处于非常高的温度状态，当飞行速度为6倍声速时，燃烧室温度达2700 K左右，进口处的温度甚至也达到1500K。 高超声速武器发动机再生冷却结构（点击查看） 如此高的温度普遍使用主动冷却系统，即再生冷却结构，其水力直径约2 mm，比火箭发动机的冷却通道尺寸更小。2016年，美国ATK公司采用激光粉末床熔融技术，实现了燃烧室的一次性整体成型，不仅大幅降低了设计与制备难度，而且有效提高了燃烧室的整体性能，而高温合金就是制造燃烧室的主要材料。 ▌增材制造镍基合金用于火箭发动机部件 2017年，美国洛克达因公司与美国空军合作开发了价值约1.15亿美元的AR1火箭发动机，旨在取代俄制RD-180发动机。 AR1火箭发动机采用3D打印制造了一种高强度、耐烧蚀性好的镍基超金属合金材料(Mondaloy200™)，用于制造转子和流体之间传递能量的发动机部件，此前俄制RD-180发动机部件需要金属涂层，而这种新材料则无需涂层。 ▌空客部署高温合金大型工业级金属增材制造系统 2016年，西亚基公司向空客交付的电子束增材制造(EBAM)110系统，能够在打印过程中实时监测和控制，可用于许多金属和难熔合金，如铁、钽、铌、钨、镍和不锈钢等。 EBAM 110系统建造尺寸为1778×1194×1600 mm 从诸多报道也可以看出，当前电子束3D打印正普遍用于高温合金的成型，除了上述案例，最为知名的当属GE在近两年大批采购和使用ACRAM EBM打印机，其生产的钛铝合金叶片已经应用于GE9X发动机，相比传统使用的镍基合金轻50％左右，具有更加优异的强度重量比。 GE9X发动机低压涡轮TiAl合金叶片（点击查看） END 高温合金增材制造作为目前的研究热点与前沿方向，主要围绕钛合金、镍基高温合金、钴铬高温合金等材料开展大量技术与应用研究。该应用方向主要开展的关键技术研究包括：开发模型、性能预测、高温合金增材制造标准化等。未来，高温合金增材制造将成熟用于航空发动机、军用发动机、燃气轮机等装备，主要在燃气式、涡轮叶片、涡轮盘等核心部件的制造中使用，有望大幅降低武器装备的生产成本，缩短生产周期。 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 国内空天动力部门对3D打印高温合金的有哪些要求 突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

近年来，随着设备制造商推动传统金属粉末生产商提供专为航空航天、国防和生物医学领域应用而设计的特种粉末，使得高端材料增材制造的成本持续增加。基于此，粉末的可回收性和循环使用就变得更加重要。在本篇文章中，3D打印技术参考将具体阐述在金属增材制造过程中，粉末回收与循环使用存在的一些挑战。 ▌了解粉末降解行为的差异性 在一个或多个打印周期后，不同类型的粉末会出表现出不同的性能变化。Inconel 718在循环使用过程中具有较好的化学稳定性，但在评估可重复使用性时会受到形态和流动性的物理特性限制。这些材料在较高温度下熔化时，熔体周围的材料变形并烧结在一起，这会使粉末颗粒变大并且不可用。而钛合金粉末则更容易吸收氧，粉末较高的氧含量会导致打印失败，因此，必须时刻关注粉末的氧化情况，其使用次数也会受到很大限制。 了解不同类型粉末的降解行为对于制定至今尚没有的粉末再循环性标准是重要的。 金属粉末多次循环使用后的降解情况 在一项高温材料可回收性研究中，研究人员通过对多次SLM打印循环的粉末进行分析，以了解对粉末和零件性能的影响。在多次打印过程中，附着在较大粉末颗粒上的卫星粉开始分离，形成较小的单个颗粒。同时，粉末颗粒开始熔合在一起形成团聚体，其中的颗粒破碎成不完整的细颗粒。所有这些都影响了粉体的流动性和堆积密度，使粉体粒度分布变宽并且粉末的氧含量增加。然而，在使用相同批次的粉末连续13次循环之后，粉末仍符合成分规范，满足可重复使用的要求（研究详情已上传）。 ▌两种方法提高粉末的可重复使用性 提高金属粉末的可重复使用性，需要确定合格的技术来修复不合格的粉末并使其可重复使用。目前一种比较流行的方法，是在每次构建之前将新粉与旧粉进行混合。它可以降低粉体中的氧含量，还可以调控粉末粒度分布、松装密度等物理性质。但是，目前尚没有确定的混合标准，用户多凭借经验来确定最佳比例，这些尝试通常根据使用的材料和制造的零件类型而有所不同。 另一种合理的修复技术是使用感应等离子体工艺，它能够将形状不规则、流动性较差的粉末通过送粉器送入感应等离子体中，利用高温使其迅速加热并熔化，形成液滴，在表面张力作用下团聚成球形，在下落过程中发生重新凝固，从而获得球形粉末颗粒。该方法可以改善粉末流动性和堆积密度等特性。 感应等离子体工艺处理前后对比 通过重熔和固化粉末颗粒来降低孔隙率，提高粉末密度，通过提高等离子熔炼温度和修改保护气体可以选择性的去除杂质提高粉末纯度。研究机构EWI已经使用这种方法进行了一些早期研究，但必须进行进一步的测试才能评估粉末修复的可行性。 ▌制定行业准则以提高可追溯性 在粉末修复技术方面仍有很多工作要做。例如，虽然新旧粉末混合可以降低粉体中总的氧含量，但粉体中仍旧包含具有高氧含量的颗粒，如果这些颗粒最终进入零件，则可能发生灾难性零件故障。一些研究表明，在Ti-6Al-4V粉末中，较高的氧含量会导致零件的拉伸强度降低。 在高端应用方面，制造商倾向于使用新粉末进行关键部件的的3D打印，从而保证制造部件性能的一致性并将风险降至最低，这种做法产生了大量的“不合格”粉末，代价高昂。随着增材制造生产和粉末消耗的增加，粉末可追溯性将持续受到关注，这将导致与增材制造过程相关的成本增加。 END 为了使3D打印材料在技术发展中可负担得起，最重要的是开发标准的方法，不仅可以对粉末进行翻新处理，还能对粉末进行鉴定并重新投入生产。目前国外EWI正在通过其增材制造协会以及ASTM AM卓越中心来制定指南，国内也有高校和研究结构进行相关研究，详细的研究资料已上传QQ群，另请关注延伸阅读内容。 欢迎转发 延伸阅读： 国内空天动力部门对3D打印材料发展的有哪些要求 粉末一致性对3D打印的意义 粉末粒度分布和微量元素差异造成的金属3D打印质量问题 金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

结构优化设计已成为结构创新设计的重要工具，可分为尺寸优化、形状优化以及拓扑优化。结构优化的结果有时会比较复杂，采用传统制造工艺制备困难，甚至无法制备。增材制造技术的加工方式极大地解放了设计自由度，弥补了传统制造手段的不足。将结构优化与增材制造融合，发展面向增材制造的创新设计技术具有广阔的前景。 3D打印的汽车结构复杂部件 然而，增材制造并非“自由”制造，设备的成型能力受到多因素的影响。以SLM为例，分层约束对曲面的精度有很大影响，激光深穿透约束会影响悬垂面结构的成型，而光斑约束限制了成型零件的分辨率。发现和描述增材制造约束，并融入结构优化过程，形成考虑可制造性的优质构型设计方法，成为实现增材制造与结构优化融合的关键。本期，我们借助华南理工大学等团队的研究成果，展示增材制造的结构特征约束类型并讨论其极限尺寸设计。（另，金属3D打印设计指南已上传QQ群） ▌薄壁特征 薄壁特征存在最小尺寸限制，由于激光光斑误差不可能成型出小于光斑尺寸的薄壁零件，过小的薄壁即使能够顺利成型，在实际机械零件上也不能应用。研究显示，薄壁的最小壁厚应大于0.3mm，而且尺寸越小，误差越大。 薄壁特征 ▌尖角特征   尖角特征存在最小尺寸限制，主要受激光光斑约束，在尖角处，由于光斑干涉会导致尖角形状、尺寸较大误差，一般而言，过小的角度不适合SLM加工。 角特征 研究显示，外尖角竖直摆放尺寸偏大，形状精度偏低，应当尽量避免；而小于8°的尖角不宜用SLM成型。内尖角的水平摆放精度较高；竖直摆放尺寸偏大，形状精度偏低，应当尽量避免；而且角度小于8°的尖角不宜用SLM成型。 ▌圆孔方孔特征 竖直孔的尺寸和形状精度一般较高，最小特征尺寸主要受激光光斑约束；水平孔受激光光斑和激光深穿透的影响存在最小和最大尺寸限制，而且形状和精度往往存在问题。 孔特征 研究显示，水平圆孔直径应大于0.4mm，但水平圆孔往往伴随顶部挂渣，影响圆度；竖直圆孔的最小直径应大于0.3mm。水平方孔的跨度应在0.5-1.5mm之间，竖直方孔的边长应大于0.3mm。关于圆孔的使用多见于随形冷却流道。 连接桥结构 ▌圆柱/方柱特征 柱特征受分层和激光光斑的影响存在最小尺寸和纵横比的限制，摆放角度和方式对成型影响较大。 柱特征 柱形的尺寸越小，尺寸误差越大，无论圆柱还是方柱，设计尺寸小于0.5mm时不宜采用SLM成型。其特征尺寸能为点阵结构的设计提供参考。 ▌球体特征 球体特征受激光光斑、激光深穿透和分层约束存在最小和最大尺寸的限制。由于无论何种成型策略，球体都受到激光深穿透效应的影响，球体的精度也会有一定程度的影响。 球特征 球径小于2mm时球体下半部分与基板粘结一起，形状精度低；球径大于8mm，下部分需要添加大量支撑，精度较差。 ▌高纵横比特征 高纵横比特征存在最大尺寸限制，过大的纵横比使得零件的强度难以满足实际需要，而且也受到设备成型范围的限制。实际上对于极限尺寸下的薄壁、圆柱、方柱等的影响最为显著，最小特征的成型高度会受到成型过程中应力等因素的限制。关于这方面的分析已上传至QQ群。 ▌悬垂约束 表面与水平方向所夹的角度低于临界值的悬垂结构需要支撑材料，这个临界值通常为45°。由増材制造原理和所用原材料可知在加工悬垂部分时，其下层是粉末等材料，无法为其提供足够的支撑力和热传递路径，结构容易产生塌陷或翘曲。添加支撑结构虽然能够解决这些问题，但却意味着额外的材料损失、成形时长和后处理工作的增加，还可能影响零件的内应力分布。 悬伸角度打印质量 实际上，打印材料的不同，自支撑角度的大小也会有区别。钛合金可具有40至45度的自支撑角，而钢、钴铬合金和铝合金可能介于50至55度之间。 ▌封闭空腔约束 如果零件中存在封闭的空腔,那么打印结束后，空腔中原本用于支撑的材料无法清理出来。对于金属粉末成形等来说,打印结束后，空腔中的粉末也无法清理出来，因此采用增材制造应尽量避免带有封闭空腔的结构。 SLM Solutions在打印的封闭空腔结构上留有小孔 ▌间隙特征 间隙特征面向的是直接打印的免组装结构，受激光光斑、激光深穿透和分层约束，间隙特征存在最小尺寸限制，并且间隙特征形状对其可成型性的影响非常大。间隙特征的大小决定了免组装结构是否具有运动属性，例如我们在《灵雀H》中介绍的整体活动结构在设计和制造过程中就遇到了间隙特征的设计问题。这是一个特殊的话题，本文难以展开讨论。同样将相关资料上传至QQ群。 灵雀H整体打印的活动结构 影响分析 SLM制造的最小结构会受到光斑尺寸、打印工艺、材料以及光学系统等方面的影响。 光斑约束主要体现在熔道宽度上，从几何关系上看，熔道宽度决定了SLM能够成型的最小尺寸。 对于工艺，就需要看它的先进性有多大程度，有时候在设计中遵循了极限约束，但通过工艺的调整其实又可以实现比极限特征更小的尺寸。例如对于0.1mm的薄壁，如果扫描间距为0.08mm，有些设备会扫描两道，薄壁厚度自然会增大；有的设备则会设置最小填充的识别值，面对厚度为0.1mm的情况，光斑可能只扫描轮廓。对于圆孔结构、方孔特征可能出现的挂渣，先进的工艺可能已经实现了完全无支撑的顺利成型，例如我们之前提到的SLM无支撑工艺。 材料的影响也非常显著，每种材料的成型特点不尽相同，有的可能很容易成型，细节表现力就会很好，特征尺寸就可以小一些。而有些材料的粘性可能比较大，细节表现力可能就要差一些。 总之，对于极限结构有一个参考值无论对于设计人员还是工艺人员，都大有参考意义。 金属3D打印设计指南已上传QQ群：867355738 欢迎转发 延伸阅读： 采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计 采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量 3D打印自由设计与集成制造 中国航发：基于增材制造的微型涡喷发动机轻量化设计及试验 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

传统的电子元器件通常是坚硬的，而柔性电子器件以其独特的柔性和延展性，在武器装备中具有广泛的应用前景。采用增材制造技术，将超薄的导电油墨等材料直接打印到柔性基底材料上，可实现武器装备的结构功能一体化。近年来，外军积极利用增材制造技术改进装备设计，实现结构功能一体化。 ▌将电子器件直接打印到武器装备上，提高装备性能 美国陆军尝试采用增材制造技术将电子器件打印至头盔、战服、无人机和火炮等装备上。研究人员使用喷墨打印机和电流传导油墨来打印电子器件。 3D打印的柔性电路板 3D打印的无人机电路板 这一工艺使工程师可将传感器直接打印至武器或一件衣服中。例如，将由银纳米粒子构成的无线电天线打印至一个灵活的聚酰亚胺衬底上，然后嵌入士兵的头盔中，取代目前附着在头带上的天线。或者，电子器件可打印至火炮旁侧，从而释放更多空间。 ▌开发新型3D打印可穿戴天线，可用于战场通信和监控等 印度军方开发出一种轻量、灵活和防水的3D打印天线，可以植入士兵们的军服中，该设计（由环氧树脂基板和薄铜膜组成）比传统的天线模型要更加灵活。 通过智能材料和结构实现功能性 3D打印天线长约3厘米，宽约4厘米，设定的工作频率在3.37 GHertz左右，可以嵌入纺织品，从而实现WiMAX（全球微波接入互操作性）应用。除了军事应用，这种天线也可用于远程医疗和环境监测。 ▌利用3D打印实现发动机叶片的监测功能 喷气式飞机的维护费时费钱，但将传感器打印到航空航天部件上的一种新的3D打印方法有助于优化这一过程。英国利用气溶胶喷射技术，能够将应变及光学蠕变传感器直接打印到喷气发动机压气机叶片表面上。 在涡轮叶片结构上直写传感器和电路 利用传感器的激光检测系统和光学测量功能，研究者们能确定10纳米内的元件蠕变。这使得人们可以实时监测叶片工况，有助于提高燃油效率和发动机工作温度，降低航空航天器维护成本。 END 目前，该应用方向主要开展了结构功能一体化设计、增材制造新材料开发、多材料3D打印等关键技术研究。未来，雷达、天线、探测器等电子器件将更多采用增材制造技术生产，而柔性电子器件的增材制造是未来发展的热点。此外，还将实现可穿戴式传感器、嵌入式电子器件的高效、低成本制造，大幅提升装备性能。 欢迎转发 延伸阅读： 阅兵式：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 外军：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

仿生设计往往具有复杂的几何结构，例如说蜂窝结构、复杂点阵结构、纤维角度和方向多变结构、弧面（波浪）型结构、混合材料及梯度结构等，通过传统制造方法难以实现。增材制造技术能够实现设计中的各种＂微结构”，在实现仿生设计、梯度设计等方面具有独特的优势。近年来，美欧利用增材制造技术实现仿生结构设计、梯度结构制造等方面取得了多项成果。 ▌开发仿生“传感羽毛”改善飞机性能 游隼是世界上飞的最快的鸟，能以非常陡峭的角度进行高速俯冲捕食，其生理机能表现出的机械性能，可改善飞机的空气动力学，提升飞机的安全性和燃油效率。 借助游隼羽毛特点，开发先进结构 英国BAE系统公司于2017年利用增材制造技术开发出“传感羽毛”，能够在飞机出现失速危险时提前预警，还可改变靠近飞机表面的气流，有效减少机翼遇到的阻力，提升飞机速度，未来有望用于战斗机等武器装备中。此项研究将为航空航天业带来真正意义的创新与效益。 ▌开发用于人体防护的仿海螺壳材料 2017年，麻省理工学院的研究人员采用3D打印技术成功制造出仿海螺壳的工程材料，并且进行了有效测试。海螺壳的内部结构非常独特，包含三个不同层次，导致微裂纹难以扩散，因此使其具有超强的耐用性和抗断裂性，它的韧性甚至能够达到珍珠层的10倍。 普通结构与仿海螺壳结构的力学实验对比 这种结构适合用于制备抗冲击防护头盔或人体装甲 采用3D打印技术仿制的海螺壳工程材料，防裂纹扩展性能是最强基材的1.85倍，是传统纤维复合材料的1.7倍，非常适合用于制备抗冲击防护头盔或人体装甲。研究人员表示，这种材料具有类似Z字形的矩阵，裂缝传播困难，采用传统方法很难仿制这种材料。 ▌利用增材制造实现可变形软体机器人 在光、热、溶剂、电场和磁场等刺激下，能够发生三维形状转变的软材料已经应用于各种领域，例如柔性电子器件、新型柔韧机器人和生物医学。 点击查看详情 美国陆军基于含有铁磁微粒的弹性体复合材料，并对结构、磁畴和磁场的信息进行编程，实现机器人的复杂形状变化，从而完成爬行、翻滚、跳跃或抓取等“动作＂，满足美陆军在机器人与自治系统研究需求。 ▌实现多金属混合火箭发动机点火装置 传统的火箭发动机点火装置会采用钎焊工艺来制造，既耗时又昂贵。其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。高昂的制造成本以及漫长的等待时间让航天发射对增材制造的关注越发迫切。 多金属混合火箭发动机点火装置，点击查看详情 采用3D打印制造带有复杂冷却流道的发动机点火装置，可同时满足对复杂设计、低成本和快速交付的要求。2017年9月，NASA成功测试了首台由铬镍铁合金和铜合金3D打印制成的火箭发动机点火器，突破了多金属增材制造部件的技术瓶颈。 END 目前，该应用方向主要开展了智能仿生结构设计、3D功能梯度材料开发、梯度结构增材制造、多种材料集成等关键技术研究。未来，将有大量采用仿生结构、梯度结构设计的新型武器装备问世，例如仿生飞行器、仿生潜艇、仿生软体机器人等。随着新材料开发以及多材料集成技术的发展，增材制造技术将在催生新概念武器装备中发挥越来越重要的作用。 欢迎转发 延伸阅读： 外军：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 3D打印磁性活化材料—赋予材料生命力 3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 阅兵式：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

近年来，增材制造技术呈现出持续快速发展态势，军事强国围绕增材制造技术进行研究攻关，加速推进其在各类武器装备研制与维修保障中的应用。随着制造工艺、适用材料、设备加工能力、技术标准等不断优化和完善，增材制造工艺将获得更加广泛的应用，并扩展到更多的武器装备及其关键零部件设计及研制生产中。 综合分析近年来增材制造技术的研究进展，以及外军増材制造应用的典型事例，可以预见，未来将在八个方面将取得显著突破，成为武器装备增材制造技术应用的主要方向。本期我们介绍第一方面：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能。 随着航空航天领域的发展，发动机等复杂系统的性能要求越来越高，产品研发难度也将显著增大，采用传统设计制造模式难以满足需求。增材制造技术在复杂系统设计及制造方面的优势将使其在发动机等装备研发生产中获得广泛的应用。近年来，外军已将增材制造技术用于火箭发动机、航空喷气发动机等复杂系统的制造，不仅简化了设计流程，并且实现了传统制造手段无法满足的设计要求，大幅缩短了生产周期，降低了生产成本，同时提升了武器装备性能。接下来我们介绍几个典型案例。 ▌实现世界首台电动液体火箭发动机快速低成本研制 2016年，美国火箭实验室公司开发出世界首台采用电动泵输送推进剂的液体发动机——＂卢瑟福”，其75％以上的部件采用增材制造，可3天完成生产。由于减少了燃气涡轮泵系统中大量复杂的管路、阀门，及燃气发生器等装置，可大幅降低复杂度和制造成本，提高可靠性，便于快速批量生产。截至7月份，该公司已打印了100台卢瑟福火箭发动机。 Rocket Lab首席执行官彼得•贝克与3D打印（EBM）制造的火箭引擎▌实现火箭发动机喷嘴创新设计 火箭发动机喷嘴的外部结构看起来简单，但其内部结构非常复杂。2018年，NASA马歇尔太空飞行中心采用激光直接沉积金属丝材（LWDC）的方法，实现喷嘴冷却液通道的精确封闭，同时在适当的位置形成支撑结构，实现了火箭发动机喷嘴的创新设计，将喷嘴的制造周期从几个月缩短至几个星期。 NASA采用LWDC制造的多材料复合再生冷却推力室关于该工艺及产品的具体研究资料已上传QQ群▌GE公司将增材制造技术作为发动机设计制造的重要手段 2017年，GE公司采用面向增材制造的设计和制造方式完成了T901-GE-900涡轮轴发动机样件的生产，该发动机中使用了大量的增材制造零部件，其中一个零部件是由原来需要51个子部件组装而成的，使T901发动机的重量降低了20%，经过测试，其性能也获得了提升。 阿帕奇和黑鹰直升机使用T901动力 END 目前，该应用方向主要开展了复杂结构件设计、面向增材制造的设计、蜂窝结构设计优化、增材制造可靠性提升等关键技术研究。未来，火箭发动机、航空发动机等复杂系统将大量采用增材制造设计和生产，并且更多的复杂系统将逐渐采用面向增材制造的设计，突破传统设计局限，实现性能提升和创新式发展。更多内容，请关注延伸阅读。 关于NASA采用LWDC制造的多材料复合再生冷却推力室的具体研究资料已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例 3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738