目前，中国航空航天、舰船、轨道交通等新兴战略领域发展迅速，对金属构件的性能、精度、制造效率的需求不断提升。采用高性能大型轻量化整体构件替代传统的铆接、焊接结构拼合件，不仅可减轻装备重量，还能提高性能参数与服役寿命。金属增材制造技术以零件的三维数字模型为基础，通常使用激光、电子束、电弧等热源，将金属丝材、粉材熔融再结晶，运动机构按照既定路径将熔融金属逐渐累加直至成形最终金属零件。因脱离了模具、锻压及加工设备尺寸的限制，金属增材制造正逐渐成为新一代大型高强轻质合金结构件的重要制造手段。   典型的能够制造米级金属构件的3D打印技术包括电子束熔丝增材制造（EBFF）、激光熔化沉积（LDED）、电弧熔丝增材（WAAM），其他金属增材方法，如片材层压增材、冷喷涂增材、搅拌摩擦增材等，现阶段不适用于高性能大型件制造。东南大学研究人员在稀有金属期刊发表了题为《大型金属构件多机协同增材制造前沿进展》的文章，3D打印技术参考获得了该文的发布授权，对以上技术分别论述。 1. 大型金属件电子束熔丝增材制造 因电子束具有能量密度高、加热集中、精确可控等特性，EBFF沉积效率高、成形件致密度高、不易产生未熔合缺陷且变形小，可以实现不同材料、不同材料梯度零件的直接近净成形。EBFF需在真空舱内进行，增材过程充分隔绝空气，可保证零件质量。然而，真空舱的应用极大提升了制造成本，使得该方法仅适用于航空、航天等关键领域的小批量零件制造。美国航空航天局兰利研究中心是较早开展针对大型金属构件EBFF技术研究的单位，成功研制了六自由度的EBFF设备，配备2.7m×2.5m×2m的真空舱，可实现大型航空结构件的修复与制造。美国Sciaky公司生产的EBFF系统最大可加工零件尺寸可达5.79m×1.22m×1.22m，回转结构最大直径为2.44m，可加工钛、钽、镍基合金等材料。图1为该公司打印的航空推进剂钛合金存储罐。中国航空制造技术研究院是国内针对EBFF研究的单位之一，开发了国内首台电子束熔丝成形设备，并陆续开展了TC4，TC18钛合金及A100超高强钢零件的增材制造，获得装机应用。 图1 Sciaky公司制造的大型航空推进剂钛合金存储罐 2. 大型金属件激光熔化沉积增材制造 LDED增材常用热源包括CO2激光器、Nd：YAG激光器、光纤激光器。CO2激光器平均输出功率高（最高20kW），金属增材沉积效率可达200cm3·h-1，成形精度较低。Nd：YAG激光器输出功率1~4kW，成形精度较好，但光束质量较差，成形效率低。相较于前两者，光纤激光器的光束质量高、光斑尺寸小、光束集中，成形零件质量好，精度高，且光纤柔性传输便于系统集成。综上，光纤激光器是非常有前景的LDED增材能量源，部分商用光纤激光器功率高达10kW，满足大型金属件材料沉积效率需求。 图 2铂力特3D打印的C919钛合金机翼中央翼缘条 采用LDED方法制造大型金属构件的相关研究较为广泛。20世纪90年代末，美国AeroMet公司针对航空钛合金构件的激光增材技术开展系统研究，指出了大型金属构件增材过程中“热应力”控制是关键科学问题之一。英国伯明翰大学Dil⁃worth等采用激光增材制造方式成形飞机机翼支架，并发现层间不充分重熔导致孔隙，使得零件塑性出现明显各向异性，还需采用热等静压技术消除孔隙，提高延展性。自2000年起，国内科研单位陆续开展大型构件激光增材制造技术的相关研究工作。西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东和林鑫采用激光熔敷方式成形C919钛合金机翼中央翼缘条，长度高达5m，性能优于锻造件。北京航空航天大学王华明院士等成功研制出多路沉积“桥式”大型激光增材制造装备新系统。在高性能金属大型关键承力构件激光增材制造“材料-结构-制造”一体化方面形成系列成果，圆满保障了大型运输机、舰载机、大型运载火箭等国家重大装备研制生产任务。 3. 大型金属件电弧熔丝增材制造 WAAM技术通常采用气体保护金属电弧（GMA）、钨极气体保护电弧（GTA）或等离子体电弧（PA）作为热源，将送给金属丝材熔融沉积并逐层成形零件实体。该方法具有沉积效率高、材料利用率高、设备柔性高、制造成本低等优点。同时，WAAM可在无封闭仓的环境下自由成形，制造过程不受零件尺寸、设备尺寸限制。因此，非常适用于大型金属构件的增材制造。 英国Cranfield大学与欧洲航天局合作采用GMA增材制造技术，成形钛合金飞机机翼翼梁和起落架外肋支撑等大型框架构件，材料利用率高达90%以上，产品缺陷少，力学性能优于铸件，如图3所示。然而，因成形零件内部存在大量粗大柱状晶，导致零件整体力学性能各向异性。Almei⁃da和Williams等采用冷金属过渡（CMT）电弧增材方法，成功解决了钛合金增材过程的弧偏吹、大飞溅等问题，并通过提高保护气中氦的含量实现晶粒细化，最终成形了1000mm×400mm×2mm的TC4钛合金垂直薄壁墙结构。 图 3 英尼格玛电弧增材系统 2019年，Ramlab公司采用WAAM技术制造了直径为1350mm，重约400kg的全尺寸镍铝青铜船舶螺旋桨，如图4所示。Cilia等采用WAAM技术制造拖船用螺旋桨，并获得了船级社认证。国内相关单位也开展了广泛研究。华中科技大学的He等采用WAAM技术，成形出尺寸为760mm×37mm×36mm的GH4169航天舵零件，材料利用率高达75%，其抗拉强度、屈服强度、延伸率等力学性能优于传统铸造件。然而，WAAM成形过程中随着层数的增加，成形件热积累严重，边缘形貌与成形尺寸的控制困难，使得成形件表面质量较低。哈尔滨工业大学、上海交通大学相关研究团队针对表面成形质量开展研究工作，并应用于大尺寸金属零件制造过程中。 图 4 Ramlab公司采用电弧增材打印全尺寸螺旋桨 图5 10m级高强铝合金重型运载火箭连接环实现一体化制造 图6 Relativity Space采用WAAM生产火箭箭体 2021年，中国国家增材制造创新中心、西安交通大学卢秉恒院士等利用电弧熔丝增减材一体化制造技术，制造完成了世界上首件10m级高强铝合金重型运载火箭连接环样件，在整体制造的工艺稳定性、精度控制及变形与应力调控等方面均实现重大技术突破，如图5所示。 4. 大型金属件增材问题与挑战 现阶段，大型金属构件增材相关研究较少，工程应用中存在问题与挑战总结如下： 1). 大型金属件应力与变形情况复杂。大型金属件熔化沉积增材过程中，成形金属长期处于剧烈、非稳态、周期性、急冷急热的热循环中，带来的复杂热应力。同时，在已成形部分的强约束下熔池快速凝固使构件内存在复杂凝缩应力，非平衡固态相变则会带来非平衡的组织应力，外部机械约束会导致构件内部产生难以预测的机械应力。上述应力相互交织集中，易导致大型金属构件更容易变形、开裂，加剧应力场预测难度。 2). 大型金属件组织性能难控多变。为提高大型金属件增材时效性，通常采用高功率热源增材，随之带来热影响区域的扩大。一方面，熔融金属受多物理场、能量场相互耦合的短时非稳态冶金，导致熔敷金属显微组织以粗大柱状晶为主。另一方面，已成形金属在周期往复复杂热循环的作用下，形成各向异性微结构。尤其是当制造钛合金等对加工温度非常敏感的材料时，组织性能差，控制困难。 3). 大型金属件增材工艺稳定性差。受金属增材热过程残余应力和变形影响，成形件与预设模型易产生尺寸偏差。在大型金属件增材过程中，偏差不断累积，更为显著，使得已成形熔敷层表面变为非平面。因成形偏差，熔敷层部分位置工艺参数与预设不一致，如熔敷头位置、喷嘴高度发生变化，影响材料沉积过程和保护气效果。导致成形件易产生气孔、夹渣、隔层、裂纹等缺陷，无法连续稳定增材，严重影响构件使用性能。 4). 大型金属件增材效率低。现阶段，为保证工艺稳定性，大型金属件增材通常采用单热源设备实现，因工艺窗口限制，材料沉积效率与小尺寸零件相似，加工周期长，部分零件的制造周期甚至可达数月。使得场地、设备和人工成本较高，无法满足快速响应制造的生产需求。 注：本文内容发表于稀有金属，已获得该期刊授权。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.8月，传统工艺&增材制造：现场碰撞！ 2.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动 3.火箭院 | 3D打印用于我国两型火箭大尺寸构件直接制造 4.NASA着力开发火箭发动机的多合金和多工艺增材制造

当前，“批量生产”正在成为金属3D打印的一大重要特征，尤其在航空航天领域，越来越多的案例证明了粉末床激光熔融3D打印技术批量生产的可行性。工业级3D打印领航企业华曙高科针对批量化生产中效率低、成本高、产品一致性差等难题，不断推进降本、提质、增效的工艺研究，为工业零件批量化制造提供更多增材制造解决方案。 FS511M是华曙高科于2023年发布，针对批量化增材制造推出的四激光双向铺粉金属增材制造设备。FS511M配备自研全套操作系统，可实现产线布局，其成型缸尺寸为540×540×670mm（含成型基板厚度），XY轴成型尺寸为同类产品最高，标配4×500W激光，最大体积成形效率可达100cm³/h。 与行业同级别产品相比，FS511M具备华曙高科四大技术突破，保障用户实现批量规模化高效、稳定生产。 技术突破一：同级别国产唯一自动粉末循环增材系统 在金属3D打印过程中，粉末材料筛分、换粉、输送、粉末封装等环节如采用人工或半自动的方式，将耗费大量人力与时间。这些都是增材制造过程中不容易被看到的隐形成本，但在实际生产中却是影响打印效率、交付工期的重要因素。 华曙高科认为，这些隐形成本可以通过更加便捷、安全的全自动粉末循环方式而减少。 FS511M配备了华曙高科自主研发的自动粉末循环增材系统，集新粉输送、溢粉回收及溢粉筛分功能为一体，能实现惰性气体保护下100%全闭环粉末管理，清粉效率高，安全可靠。 技术突破二：创新风场设计，确保大幅面打印质量稳定 在金属3D打印过程中，激光与粉末相互作用过程中的工艺不稳定性导致了各种缺陷的产生。激光熔化金属粉末过程会产生大量熔渣和烟尘，对成形腔体内光学器件、腔体环境、成形面产生持续性的污染、严重影响光束质量与熔融成形质量，进而成为批量制造质量控制的一大难题。 FS511M具备高质量、稳定一致的批量生产能力。它拥有全新优化的风场设计，多层风场加风墙设计，保证风场从右往左均匀分布，全腔室吹风气流极大减少腔内紊流，提升大幅面多激光打印均匀性，实现高质量长时间打印。 技术突破三：自研精校准系统，实现高精度搭接 多激光3D打印系统是面向高效率、批量制造的解决方案之一，也是粉末床激光成型工艺发展的新趋势，它意味着可以给客户提供高效率、低成本的解决方案，也为3D打印技术在更多行业领域的应用打下坚实的基础。 为确保打印质量，实现高精度搭接，FS511M采用华曙高科自主研发优化搭接策略+精校准系统，全面攻克了多激光增材制造系统中存在的多个激光之间的激光一致性问题、扫描振镜搭接校准问题、搭接稳定性问题以及多激光扫描任务分配问题等诸多难题，使得打印质量及性能更加均匀，多激光搭接偏差≤土0.05mm。 技术突破四：三工位一键转移，方便快捷人机友好 在批量生产中，大尺寸成型缸的转运效率和安全性是一大挑战。得益于华曙高科雄厚的自主研发能力，FS511M配备华曙自主研发的缸体“建造”、“清粉”及“取件”独立三工位，并拥有“一键转移”功能，取件方便，减少人工操作，避免取件过程中的机械碰撞，保护客户资产。惰性气体全程保护，保障清粉安全。 与此同时，FS511M独创的U形梯道设计空间大、便捷性高，支持多人进行不同工作操作，让用户感受人机友好、操作轻松，提升工作效率。 增材制造市场始终保持着高速发展的态势，将为整个制造业带来极大的生产力提升。华曙高科秉承创新推动3D打印产业化的理念，将始终致力于为用户最大化提升产能规模，满足市场多样化需求。未来还将持续发布更多创新、产业化的增材制造解决方案。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.提升超3倍！华曙高科大尺寸金属3D打印效率获重要突破 2.华曙高科增材制造研发制造总部项目正式启动 3.自支撑、尺寸更小、性能更强│3D打印颠覆性的卫星天线 4.行业论坛：粘结剂喷射金属3D打印基础技术、应用与市场现状，及未来发展

空间通信领域的竞争日益激烈，不断开发创新产品成为趋势。该领域应用的领先机构Thales Alenia Space总结了为设计、制造和测试与增材制造工艺兼容的紧凑轻型波纹喇叭而进行的工作。该研究以减小喇叭尺寸并保持传统波纹喇叭的主要性能为目的开展，设计了具有新轮廓的波纹喇叭，并采用铝合金3D打印一体成型。最终喇叭的长度减少了35%，相关测量指标测试符合要求，这种新产品对空间应用非常有吸引力。 喇叭天线在卫星通信过程中可以避免干扰其他通信系统，波纹状喇叭始终提供非常宽的频率带宽、低交叉极化水平、低旁瓣水平和低回波损耗，使其成为许多应用中非常有吸引力的解决方案。在过去几年中，优化仿真工具的使用已成为紧凑型波纹喇叭天线设计的一场革命。目前，由于优化工具的高度发展，波纹喇叭通常不再通过预先确定的轮廓来定义，并且通常将优化集中在每个波纹的内外半径作为设计过程中的变量。然而，波纹喇叭天线的整体尺寸正成为真正的关键问题。过去，波纹喇叭通常由锥形轮廓定义，当必须设计具有窄波束宽度的喇叭时，传统的锥形轮廓是巨大的，因为它们会导致窄的喇叭角和大的孔径，组件的尺寸会很大、质量重、制造困难且昂贵。 3D打印的铝合金天线喇叭概念模型 使波纹喇叭更紧凑的一种方法是使用混合波纹水平和垂直波纹。与典型的波纹喇叭相比，这种喇叭天线使性能显著改进，获得了相同的辐射性能。近年来，增材制造在太空应用中显著增长。喇叭天线通常是通过将高导电材料（例如铜）电镀到巨大的心轴上来制造的，之后必须用化学方法将其移除。对于波纹喇叭天线，很明显这些方法在技术上要求很高，且很耗时。增材制造通过逐层构建克服了这些问题，这使得创建复杂结构成为可能。Thales Alenia Space介绍了一种紧凑轻便的C波段波纹喇叭天线的新设计，其外形结合了与3D打印兼容的轴向和径向波纹。所创建的天线喇叭中包含了晶格结构，这种方案使喇叭在不使用支撑结构的情况下与增材制造兼容。45°波纹的倾斜对喇叭的射频性能和打印都有直接影响，因此有必要通过修改每个倾斜波纹的深度来重新优化其轮廓。先前在基于超表面的喇叭设计方面的方法开发有助于识别和改进喇叭的优化。   具有轴向和径向波纹的喇叭剖面示例 参考喇叭天线与紧凑型天线的比较   支持径向波纹的格子结构 喇叭天线是在3D Systems的DMP Factory 500上制造的，其成形尺寸为500 x 500 x 500 毫米。零件的材料选择了AlSi10Mg，以60μm的层厚打印，在不到72小时内完成。通过应用DfAM原则（增材制造设计）以及多公司之间的良好合作，零件的功能特性避免了对临时支撑结构的需要。这减少了后处理时间，从而减少了制造成本。RF法兰接口的表面质量对于高性能至关重要，该零件经过了CNC加工。3D打印紧凑型喇叭天线 多年来，Thales Alenia Space已经确定了增材制造解决方案在太空天线应用中的潜力。2022年，超过1500个3D打印组件已安装在Thales Alenia Space卫星上。天线产品的高度可定制性推动了非经常性设计成本，而生产量相对较低。增材制造使设计人员能够实现质量节省、紧凑性和技术性能增强。对于天线组件，质量节省通常会导致组装时间减少，其影响不可低估。虽然增材制造确实有设计限制，但它提供了一种灵活性，即形式服从功能，从而提高射频性能。 使用增材制造的主要优点是设计紧凑，非常适合于太空应用。与传统制造技术相比，其他优势包括质量节省和整体零件设计以及缩短的交货时间。演示器的复杂设计给传统技术带来了很多制造风险，而DfAM方法大大降低了制造风险。在生产成本方面，增材制造解决方案与机加工解决方案不相上下。但随着3D打印技术的发展，生产率和生产成本都在得到改善。 总的来说，本文介绍了一种通过增材制造制造的紧凑型C波段波纹喇叭的颠覆性设计。轴向和径向波纹的特殊性允许显著减少喇叭长度，同时保持与传统喇叭相同的射频性能。这种设计为卫星通信带来了多种优势，减少体积和质量以及节省成本和制造进度。该设计也是可3D打印的，可实现生产形式的多样化。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.380万欧元！空客大手笔签订3D打印零件制造合同 2.超高温SLS｜聚合物粉床3D打印技术的重要发展，以史玉升教授团队技术为例 3.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 4.62页成果下载：ASTM发布由NASA支持的增材制造现场监控技术战略指南

导读：对于SLM金属3D打印技术来说，提升效率的手段有哪些？增加激光数量、优化工艺、增加铺粉速度等等，SLM 3D打印技术还有多少潜力可挖？ 在保障产品质量的前提下，“成本”与“效率”是增材制造技术向产业化方向推进的主旋律。3D打印技术参考注意到，华曙高科研发团队历时数月攻关，经过充分的实验验证，圆满完成代号“奥林匹克”项目攻关——在保证高质量的前提下，进行多项设备及工艺优化，成功将某大尺寸火箭发动机收扩段零件金属3D打印效率提升超3倍，让“更高、更快、更强”的奥林匹克精神融入技术创新实践中。   该火箭发动机收扩段直径约600mm，高度约780mm，材质为IN718，华曙高科研发团队对影响成形效率的因素展开分析，归纳出20余条影响要素，并按重要级进行了分类。此次效率提升着重于光学系统、打印工艺、扫描策略、铺粉工艺、电子电气控制等方面，通过多项优化，成功将该火箭发动机收扩段成型用时由之前327小时缩短为96.5小时，生产效率提升338%。 此项研究成果对华曙高科提升金属增材制造解决方案效益有极其重要的意义。华曙高科认为，SLM技术仍有很大潜力待挖掘。未来将以此为例，对SLM技术潜力和创新应用进行深入研究与挖掘，进一步释放其创新活力和发展空间，以获得更广阔的增量市场。 为确保大尺寸工件质量与效益兼具，华曙高科采用多激光搭接技术，自主研发快速搭接算法，有效解决了多个激光之间的激光一致性、扫描振镜搭接校准、搭接稳定性、多激光扫描任务分配等问题；采用先进扫描策略，通过针对性的优化参数，实现激光、振镜的耦合控制，在保障内部冶金质量的同时，较大提升效率，相比优化前，可以节省约39%的延时用时。 多激光拼接位置效果一致振镜单线扫描形成的单道熔池 激光出光打印过程中会产生烟尘，下风向激光穿过烟尘时易造成散射，能量耗散，从而导致球化、未熔合等冶金缺陷。在多激光扫描系统中必须充分考虑上风向烟尘的影响。华曙高科通过优化大幅面风场设计，既可实现同时出光避烟打印，又减少了各激光等待时间，从而提高效率。 由于该零件带复杂内流道冷却结构，需实现低的表面粗糙度从而减少流阻，华曙高科研发团队通过优化相关参数，实现高表面质量。 为了多个激光器能够同时出光扫描，兼顾避烟，减少等待，华曙高科研发团队优化控制系统，极大减少设备等待和非工作时间，使多个激光器持续保持最大效益的出光状态，从而大大提高效率。 END 根据AMPower 2023全球工业增材制造市场报告，自2022年开始，激光粉末床熔融3D打印的一个直观的发展趋势是超过600mm加工尺寸的大型工件生产需求上升。与此同时，这些较大尺寸零件由于项目时间紧张，必须提升打印效率以节约制造时间。华曙高科积极响应市场需求，进行一系列创新技术探索，不断向大尺寸、高效率、高精度的方向努力。 提效增益，智能制造，华曙高科对技术始终不渝上下求索。未来，华曙高科将始终坚持创新与产业化的理念，为各行业用户提供更多降本、增效、提质的增材制造解决方案。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.在线研讨：聚焦SLA 3D打印技术的最新发展、材料和应用 2.华曙高科增材制造研发制造总部项目正式启动 3.8月，传统工艺&增材制造：现场碰撞！ 4.唯一指定：铂力特中标全国第二届职业技能大赛-世赛选拔-增材制造赛项SLM打印机提供商

3D打印技术参考注意到，赛峰航天推进器公司在巴黎航展上展示了一款被称为HIPEX的热交换器，它是其基于革命性的空气动力学设计的新型高性能热交换器。由于其弯曲或可调节的形状，与当前型号相比，其空气动力阻力减半，同时提供相同的热性能。需要指出的是，该热交换器采用金属3D打印制造。 飞机发动机的大部分冷却是由位于发动机和机舱之间的空气-油热交换器提供的，热交换器可以冷却运行中发动机的机油，从而尽可能优化发动机的容量。由于目前的设计方式，热交换器很难集成到发动机中，并且会在气流中产生阻力，从而影响发动机的燃油消耗。因此，新型设计的热交换器必须设计成适合非常小的空间，还必须响应非常严格的机械要求（振动、冲击、叶片脱落等）。 凭借其在发动机油系统设计方面的经验，并在创新合作伙伴的支持下，赛峰航天推进器公司开发了单块交换器，该交换器结构紧凑、更具空气动力学性能且更易于集成到发动机中。基于优化设计和金属3D打印技术，新的热交换器可适用于当前或未来的所有类型的发动机。 金属3D打印的新型高性能热交换器 新的热交换器在测试台及发动机的实际测试中，均展示了强大的性能，甚至已集成到Leap发动机中以进行进一步测试。值得注意的是，这是赛峰航天推进器公司系列中的全新产品。  该公司总裁兼首席执行官表示，由于其完全创新的形状，新型热交换器将在某些发动机上节省高达1%的燃油消耗，碳排放和成本控制均可得显著改善。具体的说，该产品可以为长途飞机减少减少4000吨二氧化碳排放，并在飞机的使用寿命内减少超过100万美元的成本。 法国总统参观LEAP发动机 为航空发动机设计更为高效的热交换器因3D打印技术的成熟而变得可能。实际上，赛峰并不是唯一一家借助3D打印改进热交换器结构的航空发动机企业，根据3D打印技术参考此前的介绍，通用航空在知名的GE9X发动机上也使用了3D打印的热交换器。 GE9X上的3D打印热交换器 GE9X发动机上有1个3D打印的热交换器，使用粉末床激光熔融工艺和铝合金材料。3D打印技术将原先热交换器需要由焊接组成的163个零件优化成1个整体构件，具有优化的通道和充分利用3D打印设计自由度开发的复杂内部几何形状，借助3D打印一体成形，使重量减轻40%，生产成本减少25%，同时大大提高了热交换效率，并且提高了热交换器的使用寿命。 GE赞助的3D打印热交换器挑战赛入围作品 热交换器做为一种热量传递设备，广泛用于航空航天、汽车、电力等诸多领域，通用公司还资助过相关的大学生挑战赛。传统热交换器在优化方面已经做了大量工作，但在设计过程中受到几何造型、材料和制造工艺的限制，通常整个组件是由管道或金属板构成，必须考虑焊接、钎焊或螺栓连接等连接技术。 增材制造作为一种先进的制造技术，基于计算机辅助设计的三维模型，遵循逐层制造过程，能够制造非常复杂设计的热交换器。增材制造突破了热交换器的外形设计，由于不需要考虑传统的进出口与换热组件的连接工艺，异型进出口和应用全新设计理念的换热组件随之出现。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.2023 Formnext深圳增材制造展开启报名 2.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动 3.90万欧元3D打印热交换器订单！ 4.中国汽车热交换器市场与3D打印制造潜力

3D打印技术参考注意到，深蓝航天于近三个月对自主研制的可重复使用发动机“雷霆-R1”进行了数次整机（同一台）全系统试车以及数十次不同工况的启动测试和点火测试，试验均取得取得圆满成功，凸显了“雷霆-R1”发动机可重复使用的优越性能和稳定性。 值得注意的是，“雷霆-R1”发动机的推力室、燃气发生器、涡轮泵、大直径导管等发动机关键组件的生产制造均采用3D打印增材制造技术，极大程度降低了发动机零组件数量、有效控制生产过程人为因素的影响，缩短了生产周期。在深蓝航天官网，3D打印技术参考注意到，深蓝航天将“雷霆-R1”描述为一款全3D打印制造的火箭发动机。其中，发动机零组件数量的减少，意味着该公司进行了大量的零件整合，借助3D打印一体化制造的优势，实现了部件的一次性整体制造。整体化制造，不仅减少原有部件的制造环节，还将提高部件的可靠度以及寿命。  深蓝航天“雷霆-R1”相关信息（来自深蓝航天） 据深蓝航天介绍，“雷霆-R1”可重复使用发动机是国内首个开式循环液氧煤油针栓发动机，具备30%~110%的推力调节能力，遵循“动力系统冗余、工业化低成本制造”的原则，采用“9+1”模式即火箭一子级并联9台基本型发动机，二子级安装1台真空型发动机的方式，将火箭的有效载荷送入预定轨道，同时实现一子级垂直回收。在总装布局上，新版本“雷霆-R1”发动机采用“泵后摆”方式，在保证摆动角度和灵活性方面大幅度降低了发动机摇摆力矩、显著缩小了包络尺寸，布局更加紧凑。主要零部件包括推力室、涡轮泵、阀门等均为自主研发。  据3D打印技术参考了解，深蓝航天相关发动机3D打印制造由公司自主完成，该公司与国内知名的金属3D打印制造商均有合作，但其并未透露制造该发动机所使用的设备品牌。对于全尺寸的火箭发动机燃烧室，其尺寸可达米级，此次试车的成功，证明了国内金属3D打印制造水平能够满足航天发动机严苛的运行条件，尤其是面向该领域大尺寸的制造场景，质量水平满足要求。相信不久的未来，我们可以看到深蓝航天可以像国外其他知名航天公司一样使用金属3D打印的发动机实现商业载荷的发射。 深蓝航天火箭发射于回收示意图 通过大胆使用新工艺、采用新技术，深蓝航天立足自身特点，建立了液体火箭发动机的批量快速生产能力，并通过持续测试反哺设计和优化改进，实现了快速迭代。建立高可靠、低成本、可重复使用液氧煤油发动机的设计、制造、测试全流程能力，有力支撑运载火箭的高频次、低成本的规模性商业化，是深蓝航天为之不懈奋斗的目标。 图片：深蓝航天可重复使用发动机“雷霆-R1”整机试车实况 “雷霆-R1”发动机本轮及后续系列化的测试，将为动力系统试车试验积累大量数据，也将为后续“星云-1”火箭一子级高空垂直回收飞行试验、入轨+回收的首飞奠定坚实的基础。后续该试车台位将持续进行发动机的常态化试车考核，确保“星云-1”火箭一子级垂直回收试验的顺利实施。  欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.重磅分享（一）：航空航天增材制造批量生产面临的挑战与解决之道 2.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 3.15%部件3D打印制造 | 美客运高超声速发动机完成关键测试，接近首飞 4.深蓝航天使用华曙3D打印设备实现火箭发动机大尺寸喷管一体化快速制造

近日，3D打印技术参考注意到，Oerlikon AM（欧瑞康增材制造）与ArianeGroup（法国阿丽亚娜航天公司），签署了一份价值高达90万欧元的订单，为后者的新型Ariane 6火箭生产3D打印热交换器组件。阿丽亚娜6型运载火箭是一种低成本运载火箭，地球同步轨道有效载荷运载能力为3~6.5t。由于采用小尺寸和全新技术，发射成本将比“阿丽亚娜5型火箭”降低了30%。与ArianeGroup的成功合作以及增材制造部件的使用是欧瑞康巩固其航天公司增材制造部件供应商地位的又一重要里程碑。 Ariane 6火箭 阿丽亚娜6号具有优化的灵活性和效率，以更为可靠且经济高效的方式将各种有效载荷发射到太空。Oerlikon AM的3D打印铝合金部件将作为机载设备的热管理装置（热交换器），保障火箭发射器达到预期性能要求。 01. 充分利用3D打印技术的制造优势 欧瑞康增材制造与阿丽亚娜6技术团队密切合作，确保热管理解决方案符合最严格的技术规范。在开发过程中，该团队利用了金属3D打印相对于传统制造的主要优势，例如增加设计几何自由度、最佳的重量优化和快速的交货时间。热交换器的全新紧凑设计非常适合安装空间有限的应用，这一点也充分利用了增材制造的优势。 02. 专为批量生产而设计 首次发射后，阿丽亚娜6号每年将经历几次发射，进入包括近地、地球静止转移和太阳同步等在内的多种轨道。因此，热交换器组件明确设计用于批量生产。欧瑞康增材制造公司将根据对火箭的预测需求，支持阿丽亚娜集团满足其未来几年的生产要求。阿丽亚娜6号预计将成为欧洲进入太空的领先解决方案，预计市场需求巨大。 03. 通往一级供应商之路的里程碑 欧瑞康增材制造公司董事总经理 Hendrik Alfter 表示，“为阿丽亚娜6号交付部件是一个重要的里程碑，因为我们巩固和扩大了公司作为航天工业系列部件可靠和创新合作伙伴的地位。推动二三类空间器件产业化是我们成功的前提。这些产品已经成为我们产品组合的一部分，使我们在短期内为行业提供飞行关键1级部件的道路上迈出了重要的一步。” 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力 2.「理光」欲将粘结剂喷射金属3D打印用于铝合金散热器制造 3.由GE赞助，排名第一的散热器有怎样的结构设计和材料布局 4.高导热、高强度——用于热交换器3D打印的「双两百」铝合金问世

3D打印技术参考注意到，GE Additive已经与知名蓝色激光器开发商Nuburu签署了一项联合技术协议，双方将共同探索蓝色激光技术对增材制造速度、准确性和商业的价值。 Nuburu首席执行官兼联合创始人Mark Zediker博士表示：“随着我们继续推进蓝色激光技术的研发，蓝色激光的功率已经进一步提高，从而能够开辟新的应用。已经实现的关键性能里程碑为金属3D打印的重大进步开辟了新的可能性。GE Additive在金属增材制造方面的专业知识将使我们能够快速优化区域打印方法，这些解决方案有可能改变军事物流、航空航天、医疗设备制造等领域的格局。” 由激光逐点扫描转变为蓝光+面区域熔化 根据3D打印技术参考去年的报道，NUBURU获得了美国空军“小企业创新研究”（SBIR）计划的第二阶段合同，以开发基于蓝色激光的区域3D打印技术，而GE Additive已经参与到该项目中。这项合同的目标是制造出更大规模的3D打印机，其打印速度将是基于红外激光的打印机的100倍，基于该项目的第一台机器已于今年5月交付给美国空军。 GE Additive在金属3D打印技术应用方面具有领先的经验，其所开发的部件受到严格的监管，因此对于金属3D打印质量控制和保障具有绝对的话语权。通过NUBURU发言人的表述，3D打印技术参考认为该合作的的关键在于，能够将蓝色激光、区域打印以及GE Additive的专业知识联系起来，这或可推进更新一代粉末床激光熔融金属3D打印技术的商业（落地应用）发展。 如果按照发展代际划分，SLM技术已经经历了单激光到多激光的发展，当前最新的技术发展类型表现为区域打印。虽然该技术也在有着“无支撑”、变光源形式，但并不能称之为该技术进化的主流方向。区域打印对于SLM技术来说，可称得上是制造效率的代际发展，而将这种打印模式与更高吸收率的蓝光相结合，则是优中更优的解决方案。 所谓区域打印，采用了脉冲激光代替常规使用的连续激光，通过光学设计取代原有的逐点扫描，变为逐面扫描，因此能够大幅提升制造效率。蓝光的优势在于金属对该波段激光的吸收率要远高于常规使用的红外激光，是铜、铝等高反射金属的更佳选择。更高的吸收率能够使工艺窗口更宽，熔化过程更为可控，飞溅污染将会减少；对激光器功率的需求也会将大幅降低，同时，激光扫描速度也会因吸收率的提高而增加，进而表现在打印效率上。蓝光的另一个物理优势是小尺寸光斑，对于金属3D打印来说可以获得更精细的分辨率。同时，蓝光能够在相对红外激光与聚焦透镜两倍以上的距离产生与后者相同的光斑尺寸，从而获得更大的扫描区域。 蓝色激光的吸收率优势   蓝光具有小尺寸焦点，对于增材制造，蓝光可以实现更精细的分辨率，更大的扫描区域 区域金属3D打印过程中产生的羽流 NUBURU还于近期向3D打印机开发商Essentium交付了蓝光激光器，双方正在合作开发用于定向能量沉积 (DED) 的金属3D打印的系统。  而对于粉末床熔融技术的开发，专注于激光技术的NUBURU需要一个强有力的合作者，但其却没有选择区域打印当前最知名的Seurat，而GE Additive是金属3D打印熔融过程基础知识、过程控制等领域的专家。对于双方的合作，NUBURU表示将加速其开创性的蓝色激光进一步扩展到创新的金属3D打印解决方案，而对于GE Additive，这可能有助于其探索下一代金属3D打印技术。 蓝光激光器正在日益受到重视，3D打印技术参考注意到，在2023年的“增材制造与激光制造”国家重点研发计划专项中，“制造用蓝光半导体激光器”赫然出现其中！ 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.蓝光+区域打印 | 美空军资助100倍速未来金属3D打印设备研发 2.上海交大采用国产装备开展铝合金蓝色激光定向能量沉积研究 3.西门子能源签署59吨区域金属3D打印零件制造协议 4.国外正在开发一种基于蓝色激光的新型金属3D打印机

5月15日，一家致力于数字技术开发名为PTC的公司展示了一台完全3D打印的喷气发动机。这台仅由一个完整组件构成的微型涡轮喷气发动机重约3.6Kg，采用高温合金打印，包括所有旋转和固定部件，采用Creo CAD软件设计。 设计和打印完全自支撑的微型涡轮喷气发动机，包括无需组装的50000RPM转速涡轮，代表了增材制造设计的重大突破。喷气发动机是目前最强大和最复杂的产品之一，其中许多部件以某种方式旋转或移动。 这一案例证明增材制造将对航空航天业以及制造此类微型涡轮喷气发动机的产生影响。当前，该类发动机需要许多昂贵零件的复杂装配，客户对供应链和熟练操作工人的依赖性很强。使用增材制造，没有组装过程，并有可能大大减少生产所需的组件和工具数量。这降低了成本，减少了对金属3D打印机的要求，并开启了直接在客户现场按需制造的可能性。 喷气发动机项目由PTC技术副总裁兼以色列理工学院高级研究员Ronen Ben Horin博士和以色列理工学院航空航天副教授Beni Cukurel构思。两者汇集了喷气推进领域多年的深入科学研究以及先进发动机设计和增材制造设计方面的工程专业知识。许多Creo高级设计功能被用于喷气发动机装配，包括： 轻量化设计：Creo支持复杂的晶格建模和生成式设计，以减少材料和重量，同时保持与更多材料和更重的设计相同的强度和性能。 用于3D打印的自支撑几何体：Creo中基于梁的晶格会自动优化设计以实现可打印性。Creo还支持自支撑的公式驱动晶格，这些晶格可以与可打印性检查及修改器配合使用，以调整设计提高打印效率。 3D打印设备互操作性：Creo与大多数用于打印和后处理的3D打印设备兼容。Creo中的3D组件设计对于执行用于精确装配的传统加工至关重要。 这款微型喷气发动机使用EOS打印机制造。而EOS公司近期则推出了3D打印闭环智能融合技术。 Smart Fusion是EOS致力于通过简化流程、节约成本和提高生产力的创新解决方案来推进和促进金属增材制造（AM）的最新成果。 Smart Fusion可以实时自动调整激光功率，快速有效地解决潜在的制造问题。该技术通过测量粉末床所吸收的激光能量，并使用先进的算法进行调整，可以有效避免甚至消除支撑结构。这不仅节省了时间，而且通过减少后处理和减少材料用量，降低了每个零件的成本（CPP）。 这种新颖的软件解决方案使更多的应用成为可能，特别是对于具有高度工程化应用的行业，如能源、空间技术、移动出行和航空航天。 其核心是，Smart Fusion与EOS现有的监测解决方案配对 (EOSTATE Exposure OT)，并采用先进的算法来逐层监测构建过程，从而提供更均匀、一致的零件。从数据流的角度来看，EOSPRINT准备了发送到3D打印设备的数据，然后Smart Fusion与EOSTATE及其光学断层扫描（OT）相机合作，通过EOSYSTEM监测、测量和调整激光器。 这款工艺控制解决方案包括首创的实时闭环智能热管理，减少或消除了支撑结构，其性能比其他技术快2-5倍。 Smart Fusion主要优势： 设计自由度高 降低单件成本 缩短上市时间 相关案例 采用60微米工艺和Smart Fusion打印的推进剂罐 采用60微米工艺和Smart Fusion打印的卫星碟 （左）有（右）无Smart Fusion技术处理对比 在3D打印技术参考看来，虽然增材制造为优化设计打开了大门，但设计端仍需要遵守符合该工艺的制造规则，尽最大努力发挥这项技术所能带来的所有便利，包括最大规模的集成化制造；而制造端同时也在努力，使进一步增加设计自由度成为可能。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，部分转自EOS，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.机械臂砂型3D打印机和智能化产线，峰华卓立推动铸造产业升级 2.华曙高科-重磅发布批量金属3D打印系统FS511M和FS350M 3.智能制造，共创未来│3D打印专家铂力特与西门子签署战略合作协议 4.使用知名国产DLP设备3D打印仿生晶格结构发表Nature子刊

3D打印技术参考注意到，韩国InssTek公司采用定向能量沉积 (DED) 工艺3D打印了一款双金属火箭喷嘴，其外壳为具有高强度的Inconel 625，内部为具有高导热性的铝青铜。  该喷嘴的尺寸为：直径280mm，高257mm，DED工艺制造了高精度的薄壁通道形成再生冷却结构，冷却通道的尺寸为1.7×1.0mm，可以防止喷嘴在高温下熔化。韩国航空航天研究院 ( KARI ) 在燃烧测试中验证了这种喷嘴设计的有效性。 金属增材制造正在成为制造多材料零件的候选技术，与传统的制造方法相比，前者具有以下优势：能够生产具有复杂结构的多种材料零件、具有高设计自由度的近净形零件、更少的材料浪费、更少的零件制造时间和成本。在各种多材料金属增材制造技术中，直接能量沉积能够以比其他以更高效率制造大型工程部件。在生产过程中，金属粉末通过高能激光束中的送粉喷嘴注入，通过熔融沉积制造出整个部件。此外，通过控制过程中来自多个送粉器的不同粉末的进料速率，DED可以调整3D产品的空间化学成分，从而实现具有局部不同化学成分和性能的各种类型的零件。 在多材料的DED制造过程中，由于重熔和凝固，两种材料在界面处发生混合或稀释，两种材料之间的界面处存在成分梯度区。由不同材料的混合物（稀释）引起的复杂元素组成通常会在两种材料的界面处产生不可预测的微观结构，特别是不同材料之间界面附近的梯度区可能造成强度过低或者更高，这对于多材料增材制造来说也是研究的重点。  注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.SLM-可进行多金属3D打印的材料体系，制造潜力、难点与要点 2.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力 3.SLM-在传统加工零件上高精度3D打印，为整体制造降本增效 4.八校联合-重磅综述：场辅助金属增材制造技术应用潜力巨大