在大多数人关注金属、塑料和陶瓷3D打印时，玻璃的打印似乎被认为不可实现，这种无机材料既无法与激光作用也无法被轻易熔化，打印似乎无从说起。然而实验室的科研人员却不这样认为，自2009年开始，玻璃的3D打印开始受到关注，从以色列Micron3DP到德国Fraunhofer和KIT，再到美国LLNL和MIT，世界各地涌现出不同的玻璃打印工艺。本期，我们就来介绍两种较为知名的工艺技术。KIT 3D打印的玻璃片MIT基于挤出的熔融玻璃3D打印工艺麻省理工学院（MIT）采用的是玻璃熔融挤出3D打印工艺，其采用数字集成的三区热控系统与四轴运动控制系统相结合，创造了工业规模的生产能力，提高了生产率和可靠性，同时确保了产品的准确性和可重复性，这些都是以前无法实现的。MIT打印的玻璃制品成型系统由三个具有热控制的腔室组成，第一个腔室将玻璃加热到1090℃的温度下熔化并保持其流动性，第二个腔室在800℃的温度下储存熔融玻璃，第三个腔室保持在480℃用于成型和冷却。在打印过程中，玻璃熔体进入氧化铝喷嘴，根据设备版本的不同，有喷嘴运动和底部工作台运动两种，玻璃熔体沉积后随即冷却和硬化。熔融玻璃挤出成型过程，底部平台运动熔融玻璃挤出成型过程，喷嘴运动4轴运动控制系统可实现对流量和空间精度的控制，确保杂质和结构问题不会对结晶过程造成破坏。该方法对打印的影响很小，熔融玻璃如同流动的蜂蜜一样通过喷嘴缓慢地实现成形，每小时可以打印5公斤。用于制造2017米兰设计周3米高玻璃展示柱MIT打印的玻璃的工艺整体过程很稳定，玻璃透明度高，具有很好的可靠性和可重复性。不过制造的结构仍旧比较简单并不复杂，而且难以避免这种工艺所特有的层叠纹。其主要应用在于建筑外墙和几何定制和可变厚度照明装置，MIT也用起用于控制太阳能透射率的研究。KIT基于光固化的玻璃3D打印工艺卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）开发的玻璃3D打印工艺无须将玻璃加热至熔化，也不是采用激光加工或蚀刻来制造玻璃的结构特征，而是将玻璃纳米颗粒与液体聚合物混合，形成像海绵蛋糕一样的混合物，通过加热或曝光将其硬化成固体。混合玻璃油墨打印完成的固体玻璃颗粒体积比为40-60 %，随后要转入烧结炉中脱脂。在500-600℃的温度下，聚合物可以受控的方式逸出。为了封闭材料中产生的间隙，脱脂完成的部件还需在1300℃下烧结，在此过程中，剩余的玻璃颗粒致密化成无孔玻璃。玻璃的光固化3D打印过程这种工艺的优势在于，打印完的“生胚”玻璃可以进行雕刻、钻孔、研磨或压花，最终成型的玻璃组分在化学和物理性质上与商业石英玻璃没有区别，可以用于生产高纯度玻璃材料，适用于迄今为止只有聚合物适用的任何应用。光固化成型的玻璃制品该技术可用于制造高度集成的微流体化学反应器或紧凑型光学器件，但同时也受到了医疗、汽车和珠宝行业的关注。END未来，3D打印的优势与玻璃的众多独特材料特性（如透明度，强度和化学稳定性）相结合，我们可能会看到更多功能玻璃3D打印的新产品。现代社会中从互联网、智能手机到军事、医疗，如果没有玻璃，这一切都将无法实现。欢迎转发延伸阅读：陶瓷3D打印技术汇总金瓷结合：Xjet将实现多材料一体打印博物馆文创之3D打印的可行性例析当矿泉水瓶遇上3D打印变身时尚单品 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：玻璃的熔融挤出与光固化3D打印工艺

542*542*141 mm，目前能够制造这个尺寸金属零件的SLM打印机为数不多，Concept Laser 的X line 2000R构建尺寸为800*400*500 mm，SLM solutions的SLM 800为500*280*850，EOS最大构建尺寸的M400-4也只有400*400*400mm。而生产这款巨大钛合金零件的厂商却来自南非Aeroswift，其增材制造系统的构建能力达到了2*0.6*0.6m。在我们的印象中，往往不知名的公司会生产夸张的机型以博得关注，然而Aeroswift却获得了与Altair、空客以及波音公司的合作。开发世界上最大的金属3D打印机Aeroswift成立于2011年，由南非政府支持，其目标是开发和销售世界上最大的金属3D打印机和部件。这款基于SLM的打印机专为飞机制造而研发，拥有多项专利新技术，除了在尺寸上世界领先外，其加工速度也要比市面现有的SLM打印机快10倍。Aeroswift开发的世界最大金属3D打印机该公司拥有一支由多学科工程师和技术人员组成的团队，他们在3D打印机开发和3D打印部件生产领域拥有丰富的经验。专家团队涉及增材制造、机器制造、软件开发、激光物理、冶金以及航空航天应用等多个领域。其最初的研发重点专注在钛合金，但未来的产品将涵盖到主流的多种合金材料。优化的航空航天3D打印，生产大型金属无人机框架为展示系统的制造稳定性及其对超大型航空航天部件的构建量，Aeroswift日前与Altair合作，开发了一款大型的无人机框架，并采用钛合金SLM工艺进行制造。无人机框架的设计尺寸为542*542*141mm，为了在满足所有组件功能要求的同时提高可制造性，设计工程师使用Altair Inspire TM仿真软件及其拓扑优化功能对组件进行了结构优化。无人机框架结构在第一步中，项目团队规定了无人机飞机和框架的要求。设计过程包括无人机飞行要求规范，电子元件和动力传动系统选择，采用拓扑优化技术的机械设计，美学改进和可制造性改进。为了真正展示Aeroswift系统的功能，设计师必须满足大量严格的制造要求。无人机框架添加支撑除了必须适应SLM系统的构建体积和无人机所需的电机对称放置和高刚度、防冲击失效设计规范，还需要达到15分钟飞行时间内2：5：1的推力重量比。设计团队首先使用具有尽可能少的细节的原始结构创建基本概念设计，然后进行Altair Inspire有限元分析。随后的优化和性能检查确保生成的拓扑结构有助于组件之间所有必需的连接。无人机框架打印过程工程师通过增加分支来分阶段进行拓扑优化，降低查找主要负载路径的计算复杂性，该过程可以确定最佳的壁厚边界。随后，设计团队可以重新创建生成的几何体，进行第二阶段的拓扑优化。打印完成的大型钛合金无人机框架采用SLM技术打印如此巨大尺寸的钛合金部件足以证明Aeroswift系统的稳定制造能力，这是因为部件本身的尺寸很大而且结构复杂，更重要的在于钛合金本身易变性、易开裂。最终的测试结果也显示出拓扑优化和3D打印的成功性。拓扑优化+钛合金3D打印的大尺寸无人机框架细节获空客、波音青睐Aeroswift于2016年推出了第一个展示部件，2017年开始为飞机巨头空客和波音生产原型零件，而不久前该公司对外表示，其通过3D打印制造的一些飞机部件将于今年试飞。Aeroswift打印机装载粉末Aeroswift采用自主研发的3D打印机制造了飞机油门杆、杠杆手柄和燃料箱吊架支架等部件，空客从南非采购的A400M军用运输机零部件也是由Aeroswift提供。Aeroswift为空客A400M军用运输机提供零件看起来，这家南非公司的技术实力得到了充分的体现，而行业咨询公司Wohlers Associates总裁也对它大加赞赏。END新的制造工艺越来越多地被汽车、航空和军事工业作为制造复杂零件的更经济的方式，它可以大量节省燃料和生产成本。南非在世界钛储量中排名第四，这似乎能为Aeroswift开创世界上最大的钛金属3D打印中心带来竞争优势。欢迎转发延伸阅读：3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例俄科学家采用新技术为飞机“瘦身”约一吨珠海航展：看3D打印如何助力中国军备空客为未来航班生成仿生设计 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印+拓扑优化制造542*542*141mm的钛合金无人机框架

6.9-12日，北京国际口腔展于国家会议中心举办，笔者徜徉其中最大的感触是，口腔扫描和3D打印已经走上太多品牌的展台，这说明了数字化正在获得口腔产业的普遍认可。与此同时，国内第一次针对口腔产业的全覆盖调研—《全球视野下的中国口腔产业趋势报告》也正式发布，报告直指3D打印时代下的数字化和美学追求正在引领中国口腔产业发展。高速发展的全球口腔产业下的中国现状随着中国GDP的增长和消费升级，口腔跨越医疗和美学多领域的特性，中国口腔市场迅速发展。市场规模约1000-1100亿人民币（约159亿美元），在全球市场中占6%左右。美国以1200亿美元的口腔市场规模占据核心地位。中国口腔医疗机构约10万所，这其中包括口腔诊所（连锁和个体）8万所，综合医院口腔科约1万所，口腔专科医院约1千所，而对于就医的选择，50%的人还是第一选择去综合医院口腔科。全球口腔医疗机构在欧美以规模较小的诊所为主。从牙医数量和市场需求来看，2018中国注册牙医数量约为20万左右，而从业牙医为注册的1.5倍，仍不能满足快速发展的市场需求。欧盟执业牙医约34万名左右。两大趋势引领口腔产业发展数字技术改变了患者和牙科医疗机构甚至牙科厂商之间的互动方式，不断提升着患者的医疗体验，也将在未来为牙科市场的参与者创造全新的机会甚至新型商业模式。对于中国而言，数字化很可能成为中国弯道超车的良机，中国牢牢把握全球口腔数字化趋势，建立数字化牙科医疗体系。2019口腔投资热点1.全数字化闭环成为中国口腔产业发展趋势如今，三维影像、口内扫描仪颠覆了临床制取印模、翻制石膏模型的传统操作流程，可由临床医生直接获取数字牙模。高端诊所都参与到数字化之中，数字化带来新的消费者体验，让顾客享受更舒适便捷的体验。口腔三维扫描椅旁数字化节约了大量时间和成本，连续的数字化过程减少误差，从而提高准确度。目前数字技术的应用主要集中在数字成像、CAD/CAM制作和3D打印等方面，而目标是实现一体化数字解决方案（产品链）：口内扫描+ CAD/CAM + 3D打印（种植导板）+直接生产零件来自重点实验室/生产中心。实现数据文件格式统一，确保牙科实验室和牙医之间交流顺畅，研发与临床合作更加密切。批量3D打印的牙模（来自黑格）此外，医疗装备数字化远远不能满足临床需求，节点设备没有高效连在一起，系统功能需要重新优化、设计，真正实现全数字化闭环。2.美学前置带动整个牙科产业链需求发展随着国民收入的增加和居民消费水平的提高，现代人对于美的追求和消费观念的转变，人们的需求不再仅停留在牙齿健康，健康的基础上需要整洁美观。现代数字技术有望在计划阶段给患者留下深刻印象，并呈现出牙体修复的良好治疗效果。由3D打印牙模，通过热压成型加工出的透明牙套美学前置的趋势带动牙科消费显性需求飞速增长，全套整体的设计以美学出发，美学的深入将会带来更多新的治疗需求，也将实现消费者对于美的追求。需求推动增长，患者从美学角度出发，口腔市场的增长又会实现大幅提升。而这一切，离不开数字化，也离不开3D打印。椅旁数字化和隐形正畸、种植的全面驱动种植体、隐形正畸两个细分领域超常规发展带领整个行业以两倍GDP高速发展。1.种植体、隐形正畸规模、增速Top目前，种植体在中国市场规模第一约70亿左右，隐形正畸规模第二为60亿左右。种植体目前领域内的品牌基本以外资为主，但国内品牌也在迅速成长，预计未来将出现几个比较有影响力的品牌。种植体多以纯钛为主，3D打印还较少从下沉度来看，种植体无论在公立还是民营增长都很快，二三线城市接受度很高，口腔种植手术渗透率的提升使得种植体市场高速成长，正在形成从“传统种植”到“部分数字化种植”再到“全数字化种植闭环”的发展。3D打印的种植体导板受美学前置的趋势影响，隐形正畸市场火爆。中国市场Top品牌集中度相对较高，第一梯队品牌隐适美 、时代天使占据了80%以上的市场份额；从区域来看，北上广深集中度最高。公立医院因涉及到科室分布和政策控制，隐形正畸在公立医院增长不高，相对而言，私立、民营增长较快。2.椅旁数字化带来的闭环产业链椅旁数字化的中国市场规模在10亿左右。第一梯队品牌以3shape、登士柏西诺德为主，主要集中在北上广深。椅旁数字化，先临三维名列其中椅旁数字化带来的从口扫+CAD、CAM+数字化导板+3D打印+新材料的闭环产业发展，此外设计端决定了后续治疗方案，完善一体化数字解决方案，完善自己整套设计，决定了后续的治疗方案，以及治疗所用的材料。金属打印的牙冠，多以钴铬合金为主洞察中国企业的优势，多集中在常规口腔设备、口腔材料等传统领域。而国际企业把握住时代发展趋势，占据了椅旁数字化、隐形正畸、种植体等未来优势领域，市场集中度高。这就给了中国口腔产业深思：从底层开始建立自身有技术壁垒的强势口腔品牌，打破产业集聚效能差的状态，突破发展阻碍，从根本上壮大。END在北京国际口腔展现场，直接采用金属打印制造植入体和牙冠仍然未被大多数的厂商所接受。据笔者现场了解，口腔金属打印目前主要受限于有限的材料和设备成本，目前较为成熟的口腔用金属材料仅有钛合金和钴铬合金，而用量较大的纯钛打印则存在一定风险；在设备投入方面，也仅有较大的厂商能够负担的起设备的购入成本。但无论如何，口腔业内的3D打印，正在成为趋势。欢迎转发延伸阅读：3D打印将彻底颠覆口腔正畸治疗方式3D打印在口腔种植领域的应用效果如何？年盈利13亿美元的隐形牙套制造商——隐适美的商业模式 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印时代下的数字化和美学追求引领中国口腔产业发展

当Chuck Hall在1983年发明3D打印技术时，他不可能想到这项技术会给医疗保健行业带来多大的变革。从新工艺到新材料，3D打印不断拓展医学领域的应用，它给医疗方式带来改变的同时，也大大改善了人们的健康水平，其影响力每年都在持续增长。本期我们就来探讨3D打印如何改变医疗保健行业。医学3D打印的主要类别3D打印为医疗行业提供了巨大的机会，技术的全球扩张使这一效应继续扩大化。医学3D打印的类别主要包括：类器官、器官和组织制造定制植入物，解剖模型和假肢开发医疗器械制造药物研究、开发及制造手术器械制造医学3D打印的应用范围从工程个性化项目到压缩供应链，能够降低医疗保健行业的成本，缩短交付周期。降低生产成本3D打印允许医生以CT、MRI、X射线和超声影像打印患者的器官模型。通过在生物打印的器官模型上进行术前规划，外科医生可以提前预演复杂的手术，提高手术成功率，手术时间也能缩短30％。3D打印模型用于术前规划3D打印也是生产手术器械的经济有效的方式。手术工具可以在几个小时内完成设计，甚至可以根据外科医生的具体需求进行修改，而且成本低于制造外科器械的其他传统方法，制造精度也更高。外科医生也可以制造在身体内微小空间中使用的更小的手术器械。3D打印的手术器械这也意味着在贫困、偏远以及灾害发生地带，医生可以使用3D打印生产他们所需的医疗用品，改善居民的医疗保健条件。器官和组织制造生物医学公司Organovo正在对肠道和肝脏组织进行生物打印，这可以在体外研究器官并开发针对某些疾病的新药。他们已经获得了关于1型酪氨酸血症的临床信息。从肝脏到心脏，人体器官的3D打印已经取得非凡的成果皮肤移植是非常痛苦的，往往难以达到最佳的美学效果。而如水疗这样的传统解决方案达到的效果也很有限。马德里卡洛斯三世大学的研究人员开发了烧伤患者皮肤的3D打印技术，这无疑会给烧伤和其他主要皮肤伤口的治疗提供新的方式。国内伽蓝集团开发3D打印人工皮肤2016年，科学家将由细胞和明胶制成的3D打印卵巢植入了小鼠体内，这项研究旨在为饱受不孕症困扰的女性寻找解决方案。3D打印也用于卵巢治疗韩国浦项大学的生物医学工程师在2017年使用活体组织进行了生物血管的3D打印研究。其取得的成果对于研究人员未来克隆全尺寸复杂器官至关重要。虽然科学家们估计3D打印可移植的心脏等复杂器官至少还需要十年时间，而肝脏和肾脏则可以在六年内实现打印。中国科学家实现血管打印定制植入物，解剖模型和假肢3D打印可以降低假肢和植入物的制造成本，而且这些假肢通常为患者单独定制，相比批量生产的假肢更加舒适。目前CT、三维扫描、设计和3D打印一体化的解决方案正在改变越来越多残疾人士的生活。在3D打印的植入体案例中，从钛面部植入物重建人脸到钛合金的下颌骨、胸骨，3D打印不仅仅具有定制化的特点，更重要的还在于它能够即时性、快速性制造，这对于挽救病患是极为重要的因素。在医疗定制和个性化解决方案方面，矫正鞋垫和助听器也越来越多采用3D打印制造，医疗保健行业的产品正在变得更加丰富。癌症治疗和研究癌症细胞和患病细胞也被打印出来以便进行更有效地研究。科学家可以研究肿瘤和异常生长是如何发展和演进的。医学3D打印在分析癌细胞、发展癌症治疗方式以及进行更有效的药物检测方面起着至关重要的作用。药理学和3D打印许多人每天要服用多粒药，而医学3D打印将使每个人的药物治疗个性化。3D打印胶囊可以在不同时间内释放其中储存的多种药物。3D打印控释药物研究人员正在开发一种含有三种药物的复方制剂，初步结果显示很有前景，药理学家希望它可以减少药物不良反应和药物需求数量，进而减少人们进服的痛苦。END从医疗用品到器官，生物打印对几乎每个医疗部门都有益。包括骨骼植入和器官打印等技术在内的医学3D打印技术每天都在不断发展，许多人都在为其进步做出贡献。医疗保健行业是一个巨大的市场，而3D打印在未来将会发挥越来越重要的作用。欢迎转发延伸阅读：医疗奇迹：3D打印如何改善我们的生活3D打印如何辅助医生手术，如何宽慰患者医疗案例：3D打印气管支架用于复杂手术3D生物打印的革命：会跳动的心脏，会呼吸的肺和会生长的骨动画揭示：髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：医学3D打印的主要类别及其改变该行业的方式

文创作品已经成为各大博物馆的一张重要名片，从故宫口红到敦煌壁画拼图，馆藏的各种文物从过去的“高冷”开始慢慢变得“亲民”，文创作品拉近了文物和普通民众之间的距离。近些年来，3D打印和三维扫描逐渐应用到了文物保护和文化传播领域，并发挥了重要作用，而文创作品的直接3D打印却鲜有听闻。本期，我们来对几个很有意思的文创作品能否采用3D打印制造进行可行性分析，希望能为这项技术在文创作品领域的应用提供思路。陕西历史博物馆文创作品—唐妞太阳神鸟金饰——吊坠、耳钉、徽章馆藏：金沙遗址博物馆商周太阳神鸟金饰整体为圆形薄片，外径12.5厘米，内径5.29厘米，厚度0.02厘米，重20克。图案分内外两层，内层等距分布十二条旋转的齿状光芒；外层由四只神鸟逆时针绕太阳飞翔，是古蜀先民深邃的哲学宗教思想、丰富的想象力、非凡的艺术创造力和精湛工艺水平的完美结合。2005年8月16日，“太阳神鸟”金饰图案被公布为中国文化遗产标志。商周太阳神鸟金饰金沙遗址博物馆以此为基础开发了书签、吊坠、耳钉、徽章等产品，样式精美。“太阳神鸟”耳钉当然他们所采用的还是传统的制造手段。从3D打印的角度来说，可以采用直接金属打印或者3D打印蜡模+翻铸的工艺轻松实现，这两种工艺是目前3D打印金属饰品的两种重要手段。此外，文创作品的产量一般不会太大，3D打印还可以满足小批量制造的需求。3D打印+翻铸+电镀吊坠商周大金面具——双儿面具杯馆藏：金沙遗址博物馆大金面具长20.5cm，宽10.4 cm，高10.7 cm，厚0.08 cm，整体呈立体脸谱，系在模具上捶揲成形，眼睛、鼻子、嘴巴、耳朵则采用剪切而成。具有重大的历史、艺术和科学价值，是研究商周时期成都地区古蜀文明、金器加工工艺、青铜文明以及四川盆地与外地文化交流的重要实物资料。商周大金面具双儿面具杯金沙文创以金面具为创作灵感，经过略萌化后形成晶莹的双耳玻璃杯，面具双耳变成方便执握的杯柄，耳上纹饰源于金沙铜虎，杯底烫金“太阳神鸟”纹。金色与玻璃晶莹交相辉映，熠熠生辉。从设计的角度来说，最为关键的是将多元素融于一体，由金沙文创和西华大学一名教授联合设计而成。面具杯采用全手工吹制，需要等待15-20日的制作周期，而采用3D打印，则不需要等待这么久。用它来喝啤酒应该很爽可惜的是，目前常用的SLA 3D打印只能完成它的形，却难以实现它的色泽，透明没问题，但全色彩透明的展现似乎只有Stratasys的Polyjet工艺，这样的话价格就会很昂贵。但将其移植到3D打印领域，确实是不错的创意选择。目前的玻璃打印工艺能否实现这样高清的细节尚不可知。Polyjet工艺和SLA工艺打印的透明树脂材料皇后之玺—玉玺交通卡馆藏：陕西历史博物馆这枚玉印印钮浮雕一只螭虎，印面刻有“皇后之玺”四字，它是迄今仅见的汉代一枚皇后官印。玺长2.8cm、高2cm，重33g。螭虎造型之生动，玺文字体之规整大气，雕琢技法之娴熟，都是罕见的。西汉皇后之玺5月，长安通公司与陕西历史博物馆联合推出了玉玺形状的印章交通卡，它是以西汉皇后之玺为原型缩小比例打造，采用多种特殊工艺，突出文物质感，小巧玲珑，携带方便。从3D打印的角度来说，印章底部的字样及周围的纹饰可以实现个性化定制，可以是“大秦帝国”，也可以是“花千骨”，总之随你心意。同时，这样个性化的设计所造成的制造成本并不会增加太多。在材料方面可以使用树脂、陶瓷、青铜，结合所用到的技术可以完美体现设计细节。这枚小纪念品有强大的实用功能，使用它可在北京、上海、天津、西安等225个城市乘坐公共交通工具。网友表示，以后出门坐地铁就可以说“摆驾地铁”了，刷卡进站时还能默念：“奉天承运，闸机打开”。极致盛放设计，铂力特打印的青铜汉钮▪龟唐仕女俑—唐妞唐代是中国古代社会的辉煌时代，特别是唐代开放和包容的精神在妇女身上体现的淋漓尽致。在唐代，女子和男子在很多方面享受一样的自由、平等地位。从唐代壁画和陶俑身上可以看到，唐代的妇女的服饰也是非常开放的，这种时代精神恰好契合了当今女性想要表达的观念。唐代女俑“唐妞”，是陕西历史博物馆以唐仕女俑为原型，保留其妆容特点，在原先可爱造型的基础上，按照年轻人喜爱的审美方式，用动漫、可爱、Q版的手法，将唐妞设计了出来。她高髻峨眉，面如满月，体态丰满，身穿宽袖长裙，憨态可掬，喜感十足，是唐代人见人爱的“小胖妞”。“唐妞”也是陕西第一个登上春晚的动漫IP形象，在很多文创产品博览会上都获得过大奖。从3D打印的角度来讲，其重点在于其表面质感以及丰富的色彩展现，这也就意味着它需要通过彩色打印实现。在现有的工艺中，无非是石膏彩色喷墨技术以及树脂喷射技术可以实现，而前者在表现陶俑特色方面则更具质感。3D打印的多彩玩偶END文创作品最好能在生活中有所实用才能起到纪念品的作用，而3D打印则可以大规模的介入博物馆文创产品的开发中，利用它小批量、快速制造的特点，快速将产品推向市场，并借助它独一无二的个性化制造特点迎合大众需求。从另一个角度来说，3D打印不能仅仅作为一种制造手段，更应结合设计、艺术、文化来增加产品附加值和内在底蕴，将单纯的技术玩出新的高度。欢迎转发延伸阅读：文化与创意：国内顶尖的3D打印设计公司产品赏析看工业巨头GE Additive如何使用3D打印玩转时尚当矿泉水瓶遇上3D打印变身时尚单品FDM也可以打印时尚婚纱？ 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：博物馆文创之3D打印的可行性例析

本图由Ampower出品，3D打印技术参考编译，所示为全球范围内已知的金属3D打印工艺及相关企业。其中工艺技术共18种，企业93家，中国境内铂力特、华曙高科、北京隆源、易加三维、广州雷佳、塞隆金属、德迪智能等均在榜列。这项总结的最大特点在于，传统的注射成型、焊接等技术可以通过一定形式的改造，成为新型的增材制造工艺。在过去的5年中，金属增材制造技术在工业领域获得了巨大成功。截至目前，至少有11种主要的金属增材制造技术正在竞争工业领域的应用，而每种技术在零件设计、机械性能和成本方面都有其独特的优点和局限性。3D打印技术参考在往期的文章中，曾对多种工艺的原理、材料、性能、成本等做过详细分析，感兴趣的读者可在历史记录中查询。最后祝大家端午安康，假期愉快！欢迎转发延伸阅读：金属增材制造技术系统梳理基于烧结和熔化工艺的金属3D打印成本结构对比金属打印成本结构分析（上）基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：全球金属3D打印工艺技术与企业蓝图

从金属3D打印现有的生产问题看，大部分工艺速度都很慢，最终产品表面仍需要磨削、铣削等精加工。由于这一显著问题，研究趋势上主要分为两派，一派以“混合制造”为主导发展方向，既将3D打印整合进传统加工中心，如以DMG MORI为代表的3D打印铣床；另一派主张继续从工艺角度出发，改进3D打印质量，如以EOS、SLM Solutions为代表的SLM工艺。从整体上讲，两派并不矛盾，只是发展重点不同。制造方式的不同也带来了不同的适用领域，混合制造工艺在大尺寸、多材质、梯度制造方面非SLM工艺能比。本期，我们以DMG MORI 3D打印铣床为例进行介绍。5轴喷粉堆焊和5轴联动铣削加工打印机 DMG增减材混合制造机床LASERTEC 3D hybrid是DMG MORI推出3D打印混合制造打印机，这台“机床”中融合了5轴喷粉堆焊和5轴联动铣削加工技术，可交替进行堆焊、铣削以及车削加工。这种复合加工能力可生产非常复杂的几何形状，被加工的部位无需后续处理。粉体带有混合气流保护成型加工过程可视化，粉体成型与铣削结合喷粉式激光堆焊解决方案以高成形速度著称，适用于加工大型3D工件。这种加工方式其实类似于激光熔覆，可在现有工件上成形，且可以结合不同材质。激光加工和切削加工可快速转换，因此可以直接加工成品件上无法加工的部位。制造过程中内部换刀加工灵活结合增材制造与铣削加工，生产成品质量的3D工件• 用换刀系统全自动地交换激光头 - 无需人工操作；• 同轴喷嘴进行5轴激光堆焊，均匀地分配粉料，与激光堆焊方向无关；•高刚性完整5轴铣削加工中心，占地面积<12 m²；•工艺监测和自适应工艺控制（闭环）。高工艺安全性的工艺监测和质量管理• 持续测量和监测激光堆焊工艺以及实时自动调节激光功率，确保均匀一致的高质量工件。完整的工艺链，全面融合CAD / CAM– 增材与减材加工• 一套软件满足完整工艺链要求（设计、增材制造、减材加工、精加工）；• 全集成的CAD / CAM软件，包括避免碰撞的机床和运动的3D仿真；•全面集成PLM软件，缩短上市时间。喷粉式增材制造的复合完整加工技术提高工艺经济性Schaeffler在全球拥有超过9w名员工，在50个国家大约170个地点设有分支机构并拥有18家研发中心。其位于Herzogenaurach的专用增材制造车间开发面向未来的解决方案，提高工艺稳定性并优化产品。2017年以来，Schaeffler开始应用DMG喷粉式激光堆焊增材制造混合加工机床进行金属工件的3D打印生产。作为一家创新引领公司，Schaeffler不断探索开创性的解决方案，优化生产工艺和客户产品。该公司增材制造车间的创造性项目着眼于推动增材制造工艺的发展，高效率地使用新技术显著提高模具制造的合理性，金属3D打印在其中发挥着日益重要的作用。其增材制造车间的团队协调员介绍说，在一台机床中，结合5轴喷粉式激光堆焊技术与5轴联动铣削加工彻底释放了设计自由。他们采用喷粉式技术在损坏的工件处堆焊材料，然后铣削加工，使其恢复原状，这样的修复加工更经济，速度更快，优于常规的备件生产。 “混合加工还能使工件拥有全新的性能，如工件的硬度梯度或多材质工件”Schaeffler增材制造研发总监以一个冲床工具底座为例说明了该工艺的经济性：“用热作工具钢材质的铣削板作底座，复合加工机床在该底座上堆焊两个立柱，然后进行铣削。它的难度在于，如何保证底座在受到激光作用后仍然保持足够的强度和抗冲击性。此前，我们用整块毛坯铣削这个部件，但这种坯料比板材难以采购，而材料消耗也更多。自2017年，Schaeffler已在车间中使用了DMG增材制造机床采用混合加工机床可堆焊不同的材质，为Schaeffler提供了更多的加工方式。最终，它们根据工件需要在不同的零件部位使用不同性能的材质，改善了工件的强度、耐磨性和润滑性能。END增材制造不同应用方式的发展正在成为现代制造变革的推动力量，它在航空航天和常规工业应用中正在发挥越来越重要的作用。金属打印混合制造工艺在多材质、大尺寸、高质量加工方面特别能够满足大型、高精度、小批量的制造需求。以混合制造为代表的的3D打印，将不断扩展未来应用，实现更加智能化的创意。欢迎转发延伸阅读：【增材制造】将标准一网打尽采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量看金属3DP技术如何帮助客户以更低成本完成每年60万件订单两吨材料，数年时间，百万美元，3D打印如何为787客机完成认证工作 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印铣床—混合制造的特点与优势

火箭发动机主要包括固体发动机和液体发动机，相比后者，固体火箭发动机结构简单，主要由燃烧室壳体、推进剂药柱、喷管以及点火装置组成。目前，在固体火箭发动机的研制阶段，项目周期短，实验内容复杂，方案设计复杂多变，技术状态更改频繁，这对于快速制造的响应能力要求十分苛刻，传统的制造技术手段难以满足要求。而3D打印技术的出现，受到了国内外航天领域的广泛关注，该技术可响应发动机零部件的快速制造需求，对提升固体发动机设计与制造能力、加速新型发动机的研发，降低发动机试验和生产成本具有重要意义。国外研究现状国外发达国家对3D打印技术在固体发动机零部件上的应用展开了一系列的研究。美国轨道ATK公司于2017年11月利用3D打印技术为某款战术级的固体火箭发动机制造了关键金属部件——喷管，并完成了固体火箭发动机以及3D打印喷管组件在-32℃~+62℃环境温度下的系列点火试验。测试结果与设计的性能参数相一致，验证了3D打印金属喷管技术的可行性与性能的稳定性。固体火箭发动机结构2017年初，美国火箭工艺公司RCI在利用3D打印技术生产混合火箭发动机药柱方面获得了美国专利。该管状的混合火箭发动机药柱不仅可以作为固体燃料，还可以充当发动机燃烧室。利用3D打印技术，可以精确地制造出满足设计要求的内部几何形状独特的管状药柱，不仅可以使混合火箭发动机加速阶段的燃烧速率得到显著地提高，还攻克了传统混合火箭发动机设计过程中的振动源难题。固体火箭发动机药柱2018年，澳大利亚国防科学与技术组织与企业、研究所以及高校开展了合作，拟将增材制造技术用于推进剂、火炸药等含能材料的研制和生产领域，该研究不仅有助于提高含能材料的性能，还能够大幅度提高含能材料研制和生产过程中的安全性和稳定性。3D打印技术为固体火箭推进剂药柱的生产提供了新的思路与方法，促进了火箭发动机向安全可靠、制造简单、成本低廉的方向发展。XAIR-Robotics 3D打印的固体火箭发动机部件国内研究现状我国对3D打印技术在固体火箭发动机上的应用探索研究也不甘落后，各研究所和高校等都开展了许多工作。21世纪初，中国才开始研发大推力固体火箭发动机2013年，中国航天科工集团六院41所利用3D打印技术制造了某型号固体火箭发动机点火装置壳体，并通过发动机地面试车考核试验验证了该技术的可行性与稳定性，这也是我国3D打印技术首次在固体火箭发动机上成功应用。3D打印点火装置壳体的研制成功，解决了传统工艺中结构复杂，加工成本高，研制周期长等一系列难题，并为3D打印技术应用到固体火箭发动机其他零部件产品的研制与生产中，为固体火箭发动机降低生产成本、缩短研制周期提供了参考和借鉴。3D 打印点火装置壳体，发动机点燃后，壳体需要在极短的时间内化为灰烬2015年，航天科技集团四院7414厂利用3D打印技术为某型号的固体火箭发动机制造了钛合金尾管壳体。材料力学性能测试表明壳体材料常温和高温力学性能与钛合金锻件水平相当，强度、硬度、塑性等性能满足锻件的指标要求，承压性能满足设计使用的要求。该钛合金尾管壳体经地面热试车考核后，没有出现结构被破坏的现象，性能稳定可靠。7414厂还通过3D打印技术研制出钛合金收敛段壳体，并顺利通过了某型号固体火箭发动机地面热试车考核，成功推动了3D打印技术在固体发动机上的拓展应用。3D 打印实物、机加工后处理、热试车后实物2015年，采用固体发动机的长征11号火箭首飞成功推进剂、火炸药等含能材料的3D打印研究也已经在国内高校和研究机构展开。2016年至今，南京理工大学开发了含能材料3D打印挤出成型系统，并开展了HMX炸药药柱3D打印成型结构和性能研究；西安交通大学则采用喷射成型方法，进行了PBX 型炸药3D打印喷射理论与仿真分析；沈阳理工大学采用喷墨成型方法开展了含能材料3D打印系统及控制技术研究。此外, 中国兵器工业集团公司第204研究所、北京理工大学、中国北方化学工业集团有限公司等多家单位都提出了增材制造技术在推进剂药柱制造领域的应用设想,并进行了相关实验。东风-31A弹道导弹采用固体推进装置END固体火箭发动机不仅仅能够执行航天发射任务，它同时也被广泛用于远程和洲际导弹上面。中国目前公开展示过的最先进的洲际导弹之一东风-31A就是固体推进装置，它在发射准备时间、机动性等方面都优于东风-5B洲际导弹。目前，3D打印主要应用在固体火箭发动机壳体、喷管等构件上，这与3D打印材料和3D打印关键技术的发展密切相关。需要注意的是，3D打印技术并不会替代传统的制造方法，它只是对传统制造手段的补充与完善。随着打印材料和软硬件等3D打印关键技术的深入发展以及该技术与传统制造手段的深度融合，3D打印技术会逐渐深入到固体火箭推进剂药柱、绝热层等零部件以至发动机整体的研制生产中，为固体火箭发动机的设计和制造带来全新的发展。欢迎转发延伸阅读：3D打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程发动机制造：雄起的中国航空 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例

骨小梁是一种用于促进骨生长的网状多孔结构，图1所示其常见特征。增材制造技术在实现这种骨小梁结构的生产上有着天然的优势。自2007年以来，增材制造技术就被用于制造具有这些互连互通的多孔植入物。然而，目前用于评估多孔结构的监管指南和标准都是基于烧结和等离子喷涂工艺的。缺乏针对增材制造工艺的标准，传统的验证方法可能验证不了机器工艺参数对多孔结构的影响。本研究的目的是评估工艺参数变化时对测试零件尺寸精度的影响（图2），以及在批量生产情况下测试件力学性能的可重复性。图1. 使用SLM工艺加工的多孔髋臼杯测试样（意大利Permedica）测试方法测试件制备采用的是优化的60μm层厚参数，性能测试基于ISO13314标准。首先根据增材制造原则预先选择几何结构，使用拓补结构设计，得到的voronoi类型的结构（图2）。最终结构是随机多孔结构（而平时我们看到的孔隙结构多为规律型），孔隙率为62.5％，短棒直径350微米，平均孔径600微米。图2. 压缩测试试样实验开始时，需要对参数进行优化，进行一系列统计实验找到合适的多孔结构打印参数（这表明标配的工艺参数可能并不适合多孔结构制造）。图3是通过改变激光功率和扫描速度来完成的评估参数变化及其对零件质量的影响，并根据测试件要求选择最终参数。经优化的零件孔隙率为71％，平均直径为330微米，平均孔径为750微米。 由于试样是完全多孔结构的，因此使用阿基米德原理测量其密度，得到99.7％的平均相对密度（但笔者疑惑，多孔结构会不会造成气泡的产生从而影响密度测量）。图3. 工艺参数对X和Y与Z方向厚度的影响实验结果验证了文献中的理论，即激光功率对多孔结构的影响最大，尤其是Z方向孔隙结构（图4）。激光功率的增长导致高度方向上孔隙结构发生偏差形成椭圆形。密度的一致性证明了工艺稳定性，多孔结构的工艺参数变化会进一步影响零件尺寸。图4. 激光功率对零件高度方向的影响下一步，在EOS M 290上进行三组相同的打印任务。 每组打印任务由64个完全多孔的圆柱形部件组成，这些零件分布在平台16个位置，评估区域位置对性能的影响。实验采用Ti6Al4V总共打印192个试样，并使用压缩空气进行清洁。打印完成的测试件中，对128个测试件使用阿基米德原理进行非破坏性测试，对96个测试件通过压缩测试（ISO 13314）进行破坏性测试，剩余32个进行横切，嵌入和后处理以进行体视评估。图5. EOS M 290基板上多孔测试件的位置测试结果测试过程能力可获得过程的稳定性以及它与规格参数限制的接近程度。将图6中显示的相对密度，最大抗压强度和弹性模量的结果分别绘制在过程能力报告中，其相应的规格限制来自于批量生产情景的最小过程能力指数1.33。虽然这不可以评估过程中心性（Ppk），但可评估正态性，范围和过程能力。测试的多孔结构件超过最小过程能力要求。在此阶段，将新过程指数定为1.67。与目前99.99％工艺产率的结果相比，生产工艺的持续改进可以产生更好的结果，并且可达到百万零件中仅有63个偏离。应该注意的是，SLM工艺中建造的128个零件的孔隙率变化仅占绝对值变化的1.76％，而传统的发泡制造工艺预计会有高达10％的变化。图6. 左上角：用于打印多孔测试件的EOS M290 右上方：多孔结构相对密度的过程能力分析左下方：测试件的最大抗压强度[MPa]能力分析 右下方：测试件的弹性模量[MPa]能力分析意义/临床相关性随着越来越多基于激光3D打印的多孔应用引入医疗领域，了解AM设备工艺参数对产品力学性能的影响以及它们在批量生产中的表现是十分重要的。我们的愿景是增材制造不仅可用于替换植入物表面的涂层，并且可以用于植入物的承力结构。欢迎转发延伸阅读：动画揭示：髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程医疗奇迹：3D打印如何改善我们的生活3D打印如何辅助医生手术，如何宽慰患者钛合金和PEEK颅骨修复体的传统和3D打印制造方式及面临的问题 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印骨小梁结构的性能与制造稳定性分析

以Stratasys为代表的的Polyjet聚合物喷射技术和以Xjet 为代表的NPJ金属/陶瓷纳米颗粒油墨喷射技术，是当今所有增材制造工艺中最具科技含量的成型技术。值得注意的是，这两种技术几乎同宗同源，Xjet的创始人Hanan在1998成立Objet公司，其看家本领即Polyjet工艺，2012年Objet与Stratasys合并。Hanan于2005年成立Xjet，随即开创了更加复杂多变的金属和工业陶瓷纳米粒子油墨喷射成型技术。XJet Carmel 1400与传统金属和陶瓷打印技术的区别这种特殊的成型工艺是将材料的纳米颗粒分散在油墨中，通过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。它所能成型的材料包括金属、陶瓷以及聚合物。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。优秀的表面质量和精度Xjet最初的目标是开发一款功能强大的金属打印机，其通过纳米粒子喷射技术成型的零件致密度达到了100%，优于传统使用SLM打印的零件性能，这证明了工艺的可靠性，也意味着Xjet取得了重大成就。Xjet打印的金属零件此后研发人员注意到可以将该工艺移植到陶瓷材料的成型上来，很显然，这种工艺成型的陶瓷质量也优于目前常见的挤出、光固化和激光烧结成型的陶瓷，其氧化锆制品的纯度达到了99.9％。Xjet打印的陶瓷零件金属和陶瓷的一体成型技术Xjet最近正在进行一项新的尝试，即使用NPJ工艺进行多材料打印，实现不锈钢和陶瓷一体成型，这在此前还未曾有工艺可以实现。但需要注意的是，这种一体成型的结构强度非常弱，它需要经过完整的后处理。在NPJ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。烧结完成的金属-陶瓷一体结构该项目对Xjet至关重要，这将是它与其他公司差异化竞争的重要优势之一。如今大多数金属和陶瓷3D打印采用粉末烧结或其他工艺，似乎都难以实现有效的多材料一体成型，这是喷射技术的重要优势。突破性的支撑墨水材料3D打印可以加速零件生产，但如果仍需要手工去完成后处理，则会大范围消除与现有技术的竞争优势。Xjet的重要成果之一是开发了突破性的支撑墨水材料，它能够形成足够坚固的支撑结构，可以保持金属成型，同时可以通过水溶性去除，这对于制造高质量的复杂零件无疑具有重要优势。使用与零件不同的材料作为支撑，可以降低零件的总成本并提高整体生产效率，与此同时，支撑材料和零件材料也可以作为一体成型的工艺体现。 END纳米粒子油墨喷射工艺的关键之处在于其独特的液体分散方法，理论上它可以成型更多材料，这远远超出了Xjet目前使用的少数陶瓷和金属。未来的XJet设备也许能够同时使用多种材料一体打印，这将打开一些潜在的应用空间。欢迎转发延伸阅读：技术竞争：喷射技术比你想象的更加重要基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析金属粘结剂喷射技术：在进行批量生产时须考虑整个工艺链基于烧结和熔化工艺的金属3D打印成本结构对比 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金瓷结合：Xjet将实现多材料一体打印