Aerospike发动机，又称气动塞式火箭发动机，可以说是为火箭单级入轨而生（单级入轨：是指从地面起飞并能加速到第一宇宙速度直接把有效载荷送入轨道并返回地面可重复使用的单级火箭），能够在高海拔范围内保持效率。使用气动塞式发动机的飞行器可以在低空飞行时节省25-30%的燃料。然而，迄今为止，虽然有一些大规模的气动塞式发动机正在测试，但还没有商业化生产。 Aerospike发动机可以说是一种高效的新型火箭发动机，它的长度只有常规钟型火箭发动机的四分之一，重量只有航天飞机一个主发动机的三分之二。由于喷嘴的独特设计，排气气体总是最优化地膨胀。也有研究指出，与目前使用的喇叭形喷嘴相比，这种独特的性能使效率提高了15%。换句话说，只需要少15%的燃料就能将同样的质量送入轨道。 澳大利亚陆军3D打印的 In718 Aerospike发动机 3D打印技术参考查询资料发现，自20世纪50年代第一次提出气动塞式发动机理论以来，其一直是火箭科学家追求的“圣杯”，但没有一个曾经成功飞行。美国国家航空航天局、美国空军和Rocketdyne在20世纪50年代、60年代和70年代总共花费了5亿多美元开发气动塞式发动机，并在80年代和90年代进行了数十次热火测试，然而由于各种原因，项目都被取消。制造方法是重要的限制因素，此外，制造这种发动机的成本非常高，对制造方法硬件的可靠性要求很高。 近年来，一些研究机构和商业航天公司采用金属3D打印技术设计制造了具有再生冷却系统的Aerospike发动机，3D打印大大降低了成本，同时赋予了更多设计自由，成功制造了以前无法制造的结构。 3D打印的Aerospike 发动机的结构 2017年，来自澳大利亚的莫纳什大学的工程师团队在短短四个月内成功地完成设计、3D打印、组装和测试了Aerospike发动机。 2021年 11 月，欧洲小型运载火箭初创公司Pangea Aerospace宣布成功测试了一种小型的由甲烷和液氧驱动的Aerospike发动机，该发动机采用NASA开发的GRCop-42铜合金3D打印，由Aenium公司提供制造服务。 Pangea Aerospace开发的3D打印Aerospike发动机 2022年5月，3D打印技术参考获悉EOS与 Hyperganic合作，通过计算机算法和人工智能创建了一件结构极其复杂的Aerospike火箭发动机。EOS 分别使用M400-4和AMCM M4K系统打印了IN718和铜合金的Aerospike火箭发动机，发动机高80厘米。 EOS与 Hyperganic合作创建的Aerospike火箭发动机 发动机细节部分 发动机细节部分 通过展示可以看出，这款发动机的结构极其复杂，具有大长径比的薄壁、蜂窝点阵及再生冷却流道。两家合作伙伴都表示，将这种设计复杂性与这种规模的可靠打印能力相结合，将推动新的创新。 气动塞式发动机是火箭推进领域的巨大进步，但其结构通过传统制造技术很难构建，通过3D打印技术，可以创造复杂的几何形状，包括机加工容易形成干涉的部位通过3D打印技术可以得到有效的解决。3D打印自由制造的特点为该新型火箭发动机的研究与制造掀起了新的热潮。 关注 视频号 了解最新技术应用 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请依据转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext解锁增材智造新技能！ 2.增材制造研究机构鲁汶大学使用集成化的3DXpert来减少对其他软件的依赖 3.拜登打卡以采用SLM 3D打印大尺寸金属部件著称的Sintavia，及新政策启示 4.增材制造路线图：迈向智能化、信息化和工业化

近十年来，金属增材制造不仅是增材制造行业中增长最快的领域，在可预见的未来，它还会继续快速增长。以PBF（粉末床熔融）和DED（定向能量沉积）为代表的两大类“传统”金属增材制造技术随着工艺的成熟、自动化程度的提高，似乎即将进入爆发式的规模化应用阶段。随着融合了PBF、DED和CNC的增减材复合制造的应用市场不断扩大，全球大型传统机床制造商开始将金属增材制造视为下一代关键的制造技术。在这一切正在发生的同时，一些新工艺似乎也在以更为颠覆性的方式革新我们所认知的3D打印技术。例如，所谓的区域金属3D打印正在突破激光逐点扫描的对速度的限制，无支撑金属3D打印则进一步突破了对设计复杂性的限制；材料喷射和基于光刻的金属3D打印工艺在超精密零件生产方面有特殊优势；粘结剂喷射工艺则将金属3D打印提升到批量制造的水平；由冷喷涂、搅拌摩擦焊以及超声波焊接发展起来的新3D打印形式在多材料、大尺寸零件制造方面充满潜力。 大量金属增材制造新技术、新工艺正在不断地开发出来，这使得金属增材制造市场呈现出日益多样化、生机盎然的景象。本期，3D打印技术参考着重介绍这些新的工艺形式，其中很多种国内尚未有研究进展。 传统激光粉末床熔融技术的新发展 所有金属增材制造技术中，PBF的工业化应用研究最多，工艺的标准化和成熟度也最高。经过近十年的增材制造服务商的代工生产，PBF技术已经证明了其可以使用最多种类的金属合金。今天金属PBF技术虽然已经实现了高度的自动化，但是仍然存在许多挑战：一是新建PBF增材制造生产线需要很高资本投入；二是金属增材制造零件的质量保证和过程有效监控还缺乏有效手段；三是可用的金属粉末原材料成本还比较高，成形件支撑结构的去除和表面抛光等后处理过程费时且难以实现自动化。 除了金属PBF技术的传统领导者，如EOS、SLM Solutions、3D Systems和GE Additive，目前还有一些初创公司正在不断开发新的、有效的金属PBF工艺，如荷兰Additive Industries开发了一种多工位模块化集成的PBF激光增材制造设备，提高了自动化程度。 作为粉末床金属3D打印工艺的重要形式，面区域金属3D打印与无支撑金属3D打印备受瞩目。 面区域金属3D打印通过光学设计，将200多万个激光点融合为一束激光，每个激光点的能量均可以通过切片图像的像素设计控制能量，一次可以实现2×2mm甚至15×15mm的区域曝光熔化，此举大大提高了成型效率。该技术的代表企业为美国Seurat公司，据3D打印技术参考了解，国内某知名金属3D打印制造商也在开发工艺。 而无支撑金属3D打印，通过非接触送粉、变化的能量输入以及实时反馈机制实现了相比传统SLM技术更大倾角的无支撑打印。该突破对于制造更为复杂结构的零件至关重要，因此尤其被航空航天制造商所看重。该技术的代表企业为美国Velo3D公司，国内尚无公司进行对标技术的开发。 作为粉末床金属3D打印技术的另一条赛道，增减材技术的发展似乎并未达到预期中的革命性发展。Matsuura和Hermle两家公司此前推出了增减材一体的PBF激光增材制造设备。 有热源制造大尺寸、多材料零件的金属3D打印工艺 DED金属增材制造技术是使用激光束、电子束、电弧等能量源熔融金属粉末或线材，逐层制造、累积成形的一类技术（LENS、EBAM、WAAM）。这类DED技术通常还需使用CNC对成形件进行切削加工，以获得具有较好精度的最终零件。 这种增减材复合工艺比单纯的CNC或金属3D打印成形效率要高很多。除了成形效率方面的优势外，最重要的是这些增减材复合工艺还能制造长度可达几米的超大型金属承力结构零件。DED金属增材制造技术与成熟的数控机床系统相结合，能够通过整合工艺流程，大大提高制造自动化程度和生产效率。 多种增材工艺结合以及将增材工艺与传统制造工艺结合，制造出多材料部件，已经成为这些手段的重要应用形式。NASA已经采用选区激光熔化、DED并配合CNC技术制造了铜-镍复合的双金属材料燃烧室。 从事该工艺的企业主要分为两大类：一类是采用增减材复合制造的传统的高端机床制造商，另一类是开发新的DED技术的初创公司。DMG Mori、TRUMPF和Mazak是从事该技术开发传统制造代表企业。另一方面，Sciaky、BeAM和Optomec则是首批开发和应用DED技术的增材制造公司，Sciaky是唯一一家使用电子束焊接进行金属增材制造的公司，Norsk Titanium在该领域已经取得了重要成就。 无热源制造大尺寸、多材料零件的金属3D打印工艺 固结是粉末冶金行业中的常用术语，是指将合金粉末预成形的毛坯进行压制、烧结、锻造或热等静压等处理获得高密度的零件毛坯的一种制造工艺。金属固结增材制造技术(Metal Consolidation)是指在室温下使用各种能量形式（如超声波、摩擦、高速喷射等）将金属粉末、线材或薄膜逐层固接、累积成实体的一类增材制造技术。这类技术的优点是能够高效地制造多种类的金属合金零件。此类技术中最早开发出来的是超声波焊接增材技术，它使用金属箔材料，工件在一定的压力下将弹性体振动能量转变了工件间的摩擦功、形变能以及有限的热能，从而在不发生熔化的状态下实现箔材料间的冶金结合。金属超声波焊接增材技术的优点是能够适用于各种金属材料的焊接增材、且焊接过程无高温污染、无损伤缺陷等，但是由于焊接功率随着箔材厚度增加将呈指数级剧增，因此主要用于丝、箔以及小型零件。 搅拌摩擦增材制造的基础是搅拌摩擦焊技术，它利用搅拌针与连接件的搅拌摩擦产生热量软化连接处的材料，再通过轴向的压力使得材料连接在一起。这样的焊接方式没有经过金属的熔化与凝固，只是经过塑性软化和轴向的挤压，连接处在材料性能上存在一定的优势。 喷射沉积固结（冷喷涂）也是金属固结增材制造技术技术中较常见的一种，它将金属粉末以超音速喷射、沉积在基材表面，从而实现逐层制造。这种方法的关键优势在于能够快速、较低成本地生产大型金属零件，且可使用非球形粉末，制造多材料金属零件。 目前世界上开发实用的超声波焊接和摩擦焊接增材制造技术只有两家外国公司。Fabrisonic公司的UAM技术(超声波增材制造)主要应用航空航天，该公司的部分资金来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)。MELD是一家具备摩擦焊接增材制造技术的制造性企业，能够提供增材制造服务或摩擦焊接增材制造设备。喷射沉积固结技术，可能是目前冷固结工艺中应用最广泛的工艺，它最初是由两家澳大利亚公司SPEE3D和Titomic推出，前者专注于铜和铝等材料，而后者几乎完全专注于钛及钛合金。最近德国Hermle、美国GE Additive也都在内部开发冷喷涂增材制造制造系统。 基于烧结的粘结剂喷射、挤出及光固化金属3D打印工艺 依赖于烧结成形的金属3D打印技术已经成为金属增材制造技术一个重要门类，它使用聚合物材料将金属颗粒粘合在一起、然后再烧结成形最终部件。在具体的工艺形式方面，包括粘结剂喷射以及将掺有金属颗粒的丝材挤出和浆料光固化的工艺。 粘结剂喷射工艺，被认为是一种最有可能的规模化、数字化、低成本的金属增材制造技术。该公司所使用的的材料可选择传统注射成型的金属粉末，相比基于激光的粉末成本更低，以面成型的工艺特点极大提高了打印效率，初始无热源的成型方式使其在复杂零件制造方面也显优势。但该技术未获得广泛应用的主要问题是零件质量，特别是与最终应用相关的后烧结变形、开裂以及力学性能，在面临最终应用时存在挑战。 在金属粘结剂喷射技术领域，ExOne是唯一取得较大规模商业化应用的金属增材制造公司。虽然ExOne是该技术的早期领导者，但该技术的规模化应用最近才开始显现，如今ExOne已被Desktop Metal高调收购，引领了该技术的快速发展。惠普（HP）和通用电气(GE)这些国际大型公司也在前几年前进入了该领域，并在批量化、规模化应用方面取得了较大进展。 采用材料挤出和光固化成形技术的增材制造公司也能使用低成本的丝材或浆料来制造金属零件，国际化工巨头BASF因此开发了适用于该工艺的金属丝材。金属材料挤出工艺适合于制造工装、夹具以及零件原型，目前已在汽车领域获得应用。从事该技术的知名公司有Desktop Metal以及国内的Raise3D、纵维立方等。 基于光固化的金属3D打印，根据光聚合原理生产高精度零件生坯，其原料为金属粉末和光敏聚合物的混合体。通过掩模曝光，可以精确快速地成型整个层面，聚合物粘结剂选择性的在局部交联，将金属粉末粘结在一起。打印完的生坯经历脱脂和烧结后可以形成致密化的零件。这种制造方式特别适合小尺寸金属零件的3D打印，并能实现从医疗到汽车、航空航天到奢侈珠宝等广泛应用的复杂零件的精确、高质量生产。目前，从事该技术的公司主要有MetShape和Incus。 金属材料喷射技术（MJ） 一般来说，材料喷射技术被认为是精度最高、技术最成熟的增材制造技术，这是因为它采用了传统的喷墨打印技术、从而能够精确控制成千上万的数字控制喷嘴来喷射材料。然而，在金属增材制造领域中，材料喷射是一个原材料种类非常有限的增材制造工艺，因为喷射使用的液态金属难以制备。 尽管如此，这一细分市场仍是创新和技术突破最可行的领域，因此我们将其作为一个独立的金属增材制造技术来对待。目前可用于金属材料喷射技术的材料只有两大类：一种是已经商业化的、利用金属纳米颗粒与液体混合形成的纳米墨水；另一种是正在研发的、使用电磁场驱动喷射的熔融液态铝。 虽然许多金属粘结剂喷射公司也宣称自己能够使用纳米金属墨水打印金属零件，但唯一能够真正开发纳米金属墨水并实际应用的公司目前仍只有Xjet，其使用材料喷射技术来制造陶瓷和金属零件，如钢和银。遗憾的是，该工艺推出了多年，但在商业化和应用方面，似乎一直未有太多起色。 与Xjet材料喷射工艺类似的，中国梦之墨公司推出的液态金属3D打印机专注于电子电路打印，并取得了一定的成绩。除此工艺形式之外，施乐公司收购了一家发明了使用熔融铝线制造金属零件的初创公司，其每秒可喷射1000个液滴，用于零件的堆积制造，这也是目前使用材料喷射技术高效率、低成本制造金属零件的可用解决方案。 END 金属3D打印技术经过几十年的发展，制造局限获得了极大突破，制造形式更加丰富多样，制造效率也大为提升。尤其值得注意的是，本文所提到的绝大多数工艺形式是金属3D打印技术的新发展，国内在很多方面有的还未涉足、有的则仍处于研究阶段。在新技术发展领域，以美企等为代表的国外先进制造商具有领先优势。 3D打印技术与国内的发达的传统制造技术相比，在很多领域可能并不具备成本优势，但作为一项重要的未来生产力，技术储备不可或缺。我们期待，国家能有重大的科技专项能扶持新技术的发展，让先进技术在未来重要的领域发挥作用。 关注 视频号 了解最新技术应用 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022最新金属与非金属增材制造技术全景图（中文版） 2.王华明院士《科创中国》演讲视频：3D打印，重大装备制造业的新机会 3.深蓝航天3D打印整机制造火箭发动机搭载试验箭完成「公里级起降回收」 4.视频：国家增材院10米超大型铝合金火箭连接环3D打印制造技术

5月12日-5月15日期间，中科宇航自主研发的“玄鸢一号”20吨级液氧煤油火箭发动机通过长程试车考核圆满成功。 3D打印技术参考根据中科宇航发布的消息，“玄鸢一号”发动机主要由推力室、燃气发生器、涡轮泵、各类阀门、管路、传力装置等组成，其中涡轮泵、推力室、气瓶等关键组件大量采用了全3D打印技术，大幅提升了生产效率、降低了研制成本，能更好地适应商业航天市场低成本、快速灵活的产品需求。 通过大量的引入新技术、新工艺，立足于自主创新，中科宇航逐步探索出了低成本、高可靠商用液体火箭发动机的设计、生产、试验的研制及组织模式，为未来早日实现商业发射提供了强有力的支撑。 “玄鸢一号”发动机秉持“高可靠，低成本，快速迭代”的设计理念，可年产100台。作为小型运载火箭一级，中型运载火箭二级/三级，亚轨道飞行器等主动力，满足液体火箭回收的需求。2022年6月-10月期间，将陆续开展100s250s500s可靠性试车，累计时长3000s, 2022年11-12月，将开展6次合计1500s联合动力系统试车。 本次发动机长程试车的成功标志着“玄鸢一号”发动机全面进入了工程样机研制阶段，为2022年底即将首飞的亚轨道飞行液氧煤油探空火箭和2023年验证的100公里级亚轨道可重复使用技术验证平台、2024年底首飞的液氧煤油二级入轨火箭的设计提供了设计支撑和研制基础，同时也为后续亚轨道旅游、可回收液体火箭等重大任务奠定了基础。 注：本文内容来自中科宇航。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.深蓝航天3D打印整机制造火箭发动机搭载试验箭完成「公里级起降回收」 3.中国民营航天星河动力将3D打印技术用于火箭发动机制造 4.预告：8场航空航天增材制造先进设计与工艺仿真讲座

5月23日，3D打印技术参考获悉，近日，比亚迪新成立一家全资控股的新电池制造公司——贵安新区弗迪电池有限公司，其注册资本5000万人民币，经营范围含储能技术服务、智能输配电及控制设备销售、智能家庭消费设备制造、电子专用材料销售、增材制造装备制造等。 3D打印技术参考查询比亚迪年报显示，比亚迪为全球领先的二次充电电池制造商之一。在消费类电池领域，该集团生产的锂离子电池广泛应用于各种消费类电子产品及新型智能产品领域，主要客户包括三星、Dell等消费类电子产品领导厂商，以及科沃斯等全球领先的机器人专业智造品牌厂商。动力电池领域，该集团开发了高度安全的磷酸铁锂电池—“刀片电池”，更好解决市场安全痛点，加速磷酸铁锂电池重回动力电池主流赛道。 在动力电池领域，集团开发了高度安全的磷酸铁锂电池和高能量密度的三元电池，应用于电动商用车和电动乘用车领域，解决了电动汽车电池在安全性、循环寿命和续航里程等方面的全球性难题。目前，集团已在动力电池领域建立起全球领先的技术优势和成本优势，并通过动力电池产能的快速扩张建立起领先的规模优势。 3D打印电池能量密度加倍的原因 3D打印技术可用于生产液体电解质电池和锂离子固态电池，具备将电池能量密度加倍并将锂离子电池制造成本降低一半的潜力。 3D打印技术对电池电极的结构产生了很大的影响，这就是能量密度增加的原因，3D打印技术参考曾经刊文报道过其原理过程。 3D打印技术对电池电极的结构产生了很大的影响 长期以来，“多孔”电极可以增加能量密度，而3D打印可以将电极中的材料构建成三维晶格，这意味着电极有更多的暴露表面积以进行化学反应，从而获得更高的电池效率。另一件可以使3D打印电池能量密度更高的事情是，电池模块不需要额外的物质来粘合它们并将它们连接在一起。可以想象，将特斯拉7104块电池连接在一起的胶水和电线可以增加相当大的重量，但3D打印一体化制造的优势可大大降低电池重量。同时，由于3D打印过程的动态特性，它可以根据客户的要求定制单元的大小和形状。 3D打印技术制造电池的发展情况 近年来，3D打印技术已被用于电池生产，以黑石和Sakuu为代表的的新技术企业已经取得了非凡的成绩。 2022年3月，电池3D打印专家Sakuu Corporation宣布，其在锂电池开发方面达到了新里程碑，实现了800Wh/L的基准能量密度，远高于目前市场常见锂电池500-700Wh/L，这为实现2023年超过1200Wh/L的全3D打印固态电池目标迈出了重要一步。 采用全新3D打印方法制造的安全、可持续和高性能固态电池可以解决关键的供应链和安全问题，同时可以解决当前锂离子电池制造过程中的诸多限制。Sakuu于2021年推出了一款专为大规模生产电动汽车电池而优化的工业级3D打印平台，通过结合粉末床和材料喷射沉积技术，该机器能够在同一零件层内实现陶瓷、金属和载体的多材料一体成型。该技术可以制造出比现有电池具有改进接口和更高强度陶瓷层的能量存储设备，同时集成更容易大规模生产的单片分层电池。 Sakuu 3D打印电池技术原理 Sakuu3D打印电池过程 Sakuu第二代全3D打印固态电池有望在2023年开始出货，该公司预计其能量密度将再次“大幅飞跃”成为世界第一。Sakuu采用3D打印方式生产的电池，与传统锂离子电池相比，体积减半，重量也减少到了三分之一，而电池的能量密度是现有锂离子电池的两倍。为进一步证明其增材制造技术的可行性，该公司已经建立了一个试点电池3D打印的试验产线。据报道，该产线每年能够生产高达2.5MWh的固态电池，后续通过扩展，每年将能够产生高达1GWh的容量。去年10月，Sakuu完成了一轮6200万美元的融资，将被用于推出其第一代固态电池，并研制第二代电池3D打印机。 Sakuu固态电池 2021年12月，黑石宣布开始使用3D打印技术批量生产锂离子电池。该公司目前正在开发的最有前途的技术就是其专有的3D打印技术，这是一项独特的专利技术，可用于生产液体电解质电池和锂离子固态电池，具备将电池能量密度加倍并将锂离子电池制造成本降低一半的潜力。黑石公司在过去两年中一直在开发和完善其锂离子电池3D打印技术，如今推出了其首个大规模生产设施。 黑石科技的3D打印电池工厂 黑石表示，如今的电解液电池生产线往往非常专业，一次只能生产一种电池。能源密集型过程通常非常昂贵，并且使用危险的溶剂作为电极的原材料。另一方面，Blackstone的“厚层技术”旨在作为一种更灵活且更具成本效益的替代方案，在使用环保材料的同时涵盖更广泛的电池格式。 黑石科技3D打印的锂离子电池 由于3D打印过程的动态特性，Blackstone表示它可以根据客户的要求定制单元的大小和形状。与传统制造的同类产品相比，3D打印工艺使黑石公司的电池能量密度提高了约20%，高达220Wh/kg，空间节省了15%，降低了20欧元/千瓦时的材料成本以及23%的生产能耗。同时，3D打印可将固态电池的能量密度再增加70%，同时显著提高充电循环次数。黑石科技已将其初始目标年产能设定为500兆瓦时，预计将在今年年底前达到。尽管尚未确定时间表，但增长计划的第二阶段目标是每年5GWh，第三阶段最终目标是超过10GWh。 除黑石和Sakuu之外，2021年4月，3D打印金属粉末制造公司6K宣布投资2500万美元开发电池材料。 国内方面，3D打印技术参考查询发现，由长春3D打印创新中心孵化的长春交大高能科技有限公司于2021年5月获得百万级人民币的种子轮融资，该公司拥有自主研发的Top-e电极创新设计系统、3D打印电池技术和基于3D打印技术的数字智造解决方案，通过3D打印这一个步骤来革新现在繁长的电池正负极制造环节。 交大智能电池数字智造工厂示意（来自交大智能） 交大高能披露的资料指出，其3D打印电极技术对动力电池的安全性能有显著提高，具有将能量密度提高80%、制造成本降低50%的潜力，有非常巨大的技术优势和商业价值。 END 在二次充电电池方面，比亚迪深耕多年，技术规模国内领先，2021年年内产品研发及产能拓展顺利，电池技术加速升级，持续推动业务稳步增长。2022年4月，比亚迪发布公告，根据战略发展需要，公司自2022年3月起停止燃油汽车的整车生产。储能设备的3D打印在很大程度上具有巨大的应用市场，近日比亚迪新成立的公司首次包含增材制造，预示着比亚迪可能将在电池生产中探索使用3D打印技术。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.Sakuu 3D打印锂电池预计2023年出货，能量密度将“大幅飞跃”成为世界第一 3.中科院上海高研院将3D打印用于车载燃料电池制造，产品极具商用价值、备受关注 4.黑石开始使用3D打印技术批量生产锂离子电池，目标电动汽车领域

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注3D打印综合、全面、专业的微信平台 Norsk使用的快速等离子体沉积工艺（RPD）是一种经过FAA认证的OEM合格的增材制造工艺，通过使用钛丝转变为适用于结构和安全关键应用的复杂组件，可为航空航天、国防和商业客户节省大量的交货时间并节省成本。 钛丝、氩气、等离子体电弧和过程控制是RPD工艺的核心因素，可以实现在快速打印的同时达到锻造强度，能够满足航空航天级的应用。Norsk成熟的生产能力可降低成本、减少机加工和材料消耗并缩短交货时间，旗下MERKE IV ™系统是当今商业生产中最快的钛金属打印机，它比基于粉末的增材制造设备快50-100倍，而钛的使用量则比传统锻件少25％-50％。 使用Norsk的快速等离子体沉积（RPD）工艺，Norsk的工程师设计了Ti6Al4V毛坯，将原料需求减少了40％。利用RPD的工业流程，Norsk可以创建接近最终形状的设计，同时保持波音飞机结构应用所需的严格流程控制和材料特性。 从2021年开始，Norsk与General Atomics Aeronautical Systems展开合作，双方共同探索Norsk的RPD技术在通用原子产品的重要结构应用。近日，双方成功完成了组件级测试，所选起落架部件的初步测试结果表明，其性能令人鼓舞。 这项工作是Norsk向国防市场扩张的一部分，Norsk Titanium US使用专利增材制造技术生产测试组件。通用原子增材制造和结构工程团队进行了检查和功能负载以及材料测试。 这项测试是为了支持通用原子公司实现和加速增材制造技术集成到其设计和制造操作、流程和产品中，从而最大限度地提高公司及其客户的购买与飞行比率。 “我们要感谢GA-ASI对我们技术和整个增材制造行业的支持，”Norsk Titanium商业副总裁Nicholas Mayer表示。“我们相信，我们的技术非常适合GA-ASI应用，这些应用传统上需要较长的交货时间，我们的团队已准备好继续支持GA-ASI，并持续进行资格认证，进一步开发DED增材制造技术应用。 注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（867355738）

5.20日，3D打印技术参考在TCT Asia Live线上展会获悉，铂力特最新推出了12激光SLM设备BLT-S1000（文末可查看发布会视频），可实现大尺寸零件一次性高效率生产。 2021年，铂力特在TCT展会上发布了十激光设备BLT-S800。一年来，铂力特未停止对设备研发和设备升级的探索，铂力特的设备不断向着大尺寸、高效率、智能化、品质可控的方向发展。 航空航天领域的大尺寸零件存在无法一体成形或加工后内部性能达不到应用标准的问题，一些较大尺寸零件由于项目时间紧张，必须同一台设备同一批次打印以节约制造时间，所以更高的成形质量、更高的成形效率成为客户一直以来的追求。 基于前述的几种生产痛点，铂力特创新研发了BLT-S1000，可为客户提供大尺寸、高品质、一体化成形的解决方案，出品精良制件，提升效率。 多激光、大幅面，助力超大零件一体成形 超大型激光粉末床熔融3D打印设备BLT-S1000增大了成形舱的尺寸，成形尺寸可达1200mm×600mm×1500mm（不含170mm厚基板），能够满足更大零件的制造需求。 BLT-S1000为铂力特首次发布的12激光设备，该设备标配8激光，可选配10激光和12激光。同一零件，在选配12激光时的成形效率可达300cm3/h。 BLT-S1000光路可靠，可实现多光束无缝拼接，多激光光斑尺寸、能量密度一致，光斑尺寸偏差不超过5%，能量密度偏差不超过10%。设备各区域力学性能、粗糙度一致性高，偏差范围在5%以内；全幅面一致性高，满足批量生产需求。 同时BLT-S1000可针对同一种材料分别适用高效率、高质量和智能打印等不同的打印策略，为客户提供更优化的打印方案。 全面的质量监控手段，为打印过程保驾护航 BLT-S1000对零件的打印质量进行全方面的监控，在质量监测方面BLT-S1000呈现出多个亮点，设备的零件高度自检、粉末质量监控、三维重建等功能全方位为零件质量保驾护航。 零件高度自检功能通过实时对比平台位置和模型理论高度，可以避免意外操作和中途接刀导致的高度丢失，提高零件的一次打印成功率。 零件三维重建可以通过三维数据直观理解成形过程，具有及时、高效的特点。三维重建功能可在打印过程中实时比对，智能识别成形缺陷，实时显示已成形部分，为用户带来更好的可视化体验。 智能智造，搭载BLT-MCS/BLT-MES BLT-MCS为设备构建诊断系统，能够进行故障检测分析，对不同故障进行分级、智能处理。在设备工作过程中实时监测，并完整记录操作记录或过程参数，实现 24 小时无人值守打印。 BLT-MES可实现厂房能源监控及设备集中管控，助力批量生产。厂房能源监控在线采集厂房能源参数和设备打印过程环境参数，通过异常信息告警与异常数据分析及时发现问题，在后续生产中提前规避。设备集中监控可以远程集中监管设备运行状态、打印状态、打印进度等，及时获取异常信息，减少人员现场巡检，降低无效工时。 根据3D打印技术参考对金属3D打印技术发展情况的观察，截止到2020年底，增材制造市场陆续推出了多款具有多激光的大尺寸金属3D打印机，配备的激光数量有5/8/9/10等等，然而成型尺寸多聚焦在600mm左右，能够达到1000mm成型尺寸的多为原型机；这种配置相比此前多流行的400mm，已经算是上升一代。当时，通过增加更多的激光数量来提高制造效率还并未成为国内制造商的关注焦点，依赖质量追踪手段来摆脱技术落地应用痛点的努力也稍显不足。 然而，经过不到两年的技术积累，国内同类产品发展突飞猛进，从激光数量到成型尺寸，如今的产品突破了人们对金属3D打印机（SLM）设计极限和制造极限的认知，国内产品也在国际同类产品中表现出领先的迹象。在粉末床激光熔融系统中，大型组件的质量保证至关重要，任何制造失败都会造成严重的经济损失，而集成化的解决方案已经证明可以生产出更高产量的高质量零件，这一点也已经在国内设备上得到了解决。 BLT-S1000应需求而生，为用户带来了大尺寸、高质量、高效率的解决方案。未来，铂力特也将持续精进金属3D打印技术，为客户提供更高品质的技术服务，助力更高更远的探索，助梦更宏大、更磅礴的征程。 ‍ ‍欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.中国航天日 | 细数铂力特航天领域专用3D打印装备 2.“铂”之重器——铂力特推出十激光器BLT-S800 金属3D打印机 3.专题：2021，多激光、超大型金属3D打印的时代已经到来 4.综述：SLM制造过程中的信号类型及其监测手段

汽车制造是金属3D打印技术重要的应用领域，从快速制造原型，从而加快新车研发效率，到直接生产小批量零件，缩短供应链并节省成本，3D打印可谓是汽车行业重要的补充技术。除此之外，3D打印所特有的复杂零件制造优势，更可以简化汽车零件数量、降低重量，并节省材料。可以说，对汽车制造来说，3D打印技术优势非常多。虽如此，该技术到目前为止并未在该领域广泛使用。这是因为，具备更快、更便宜、制造更复杂部件的能力——才是未来汽车的制造方式。 当今汽车工业中的增材制造 在汽车领域，最早采用增材制造技术的并不是汽车制造商本身，而是他们赞助的车队。几十年来，从福特到法拉利，许多公司都把赛车作为测试新技术的孵化器。现在新车的许多标准功能——混合动力汽车的再生制动系统、按钮点火系统甚至后视镜——都可以追溯到它们的根源。同Z样的道理也适用于3D打印，尤其是金属打印。一级方程式车队、世界耐力挑战赛车队、E级方程式车队以及更多的车队都亲身体验了增材制造的好处——设计的快速迭代、快速原型制作和零部件的轻量化——都可以在赛道上提高车辆的性能。 既然3D打印有这么多的制造优势，那为什么汽车制造商还没有广泛采用呢? 从本质上说，它可以归结为三个因素——成本、材料和速度。 激光3D打印的复杂汽车零部件 3D打印技术目前所兼容材料种类也很有限。以塑料为例，目前能够成型的多数材料仅能满足有限的需求，对于汽车制造商更高要求的应用，现有材料甚至无法通过实验室的测试。 基于该技术的原材料成本非常高昂。即便已经经历了大幅降价，金属粉末每公斤的价格仍然达到上百甚至千余元，成品零件的成本则可能高达每公斤几百至数千元——对于大规模生产来说成本太高了。 在速度方面，即使是最好的机器也无法与大规模生产竞争。最快的粉末床熔融设备每小时只能生产100立方厘米。 虽然3D打印已经在汽车领域取得了成功，尤其是赛车运动能够承受为取得胜利而付出高成本来打印复杂部件，但只有更加经济高效，才能使其拓展到更广泛的制造过程中。当前，来自成本、材料和速度方面的挑战已经导致了该技术在汽车制造行业的应用受到限制，而且大多数零件仍在使用传统方法生产，如铸造、锻造、机加工和冲压。 激光粉末床熔融更适合小批量、高价值应用 迄今为止，应用最为广泛的3D打印系统——激光粉末床熔融技术，其采用激光一层层的熔化薄薄的金属粉末，直到零件完成制造。该技术能够快速准确的制备出金属零件，且在此前十年获得了汽车制造领域的广泛应用。宝马、福特、大众、奔驰等公司都在该技术的使用中均树立了典型案例，且在一定条件下实现了批量制造，但这些案例所涉零件仍多数局限于高端品牌，总量仍旧有限。 其原因仍离不开该领域对成本、材料和速度的要求。激光粉末床熔融装备需要大量的前期投资——整套系统需要100万美元或更多——每年只生产1吨零件，这不足以证明成本的合理性。此外，即便3D打印使金属零件制造更加灵活，但打印仅仅是第一步，后续还需要去除支撑等一系列后处理过程，从而进一步增加了零件成本。 △左右滑动查看更多 到目前为止，一系列汽车领域高价值的应用均源于激光粉末床熔融技术显著的制造优势——集成化、高精度和复杂制造的特点。例如通用汽车采用生成设计和3D打印将汽车传统座椅支架的八个组件整合为了一个组件，布加迪采用3D打印技术制造了新款凯龙制动钳，保时捷采用一系列创新设计3D打印了铝合金发动机外壳原型，宝马为i8 Roadster跑车批量打印的软顶支架等等。这些案例无论用于原型还是最终使用，都离不开激光粉末床熔融技术独特的制造特点。但同样有一个特点，这些应用都非常局限，几乎都属于高端品牌，极少能符合该领域对低成本、批量制造的要求。 基于挤出的桌面金属3D打印适用于原型制作 基于挤出的桌面型金属3D打印机具有办公方便的设计，排除了粉尘和激光暴露的风险，是一种更易于使用的端到端解决方案。 对处于新车设计和制造早期阶段的用户来说，桌面型金属3D打印机具有比传统粉末床设备便宜10倍的价格和方便快捷的操作性。此类系统可以在内部快速制作大量零件原型，快速测试不同的想法，探索新的结构可能性，在漫长而昂贵的设计周期中节省时间和金钱。最终能够以更低的开发成本呈现更好的设计，并使公司快速从设计和验证转向生产，加快产品上市。灵活的操作性还有助于降低成本，因为它减少了材料浪费，而且不需要专门为操作机器招聘专业员工。 Desktop Metal桌面金属3D打印装备 Raise3D桌面金属3D打印装备 该技术可以打印广泛的材料，包括H13工具钢、4140铬钢、316L和17-4 PH不锈钢等，非常适合于车企零部件开发、工装及零配件制造等。当前，比较有代表性的桌面挤出金属3D打印品牌有Desktop Metal、Raise3D、Markforged等，国内纵维立方也于2021年推出了基于该技术的3D打印机4Max Metal。 5月20日，国内知名的从事挤出工艺3D打印的代表企业Raise3D将带来线上云展活动，扫码预约直播可近距离观看其3D打印创新中心，听取桌面金属3D打印工艺研究报告。 以汽车一减震器为例，其提供阻尼以减少震动组件中的运动，并通过引导液压流体通过复杂的内部通道来实现更平稳的行驶。由于活塞内部几何形状复杂，传统制造需要由多个零件组装而成，与之不同的是，桌面金属3D打印机可以单步打印零件，缩短交货时间，降低成本。 采用桌面挤出金属3D打印技术制造的17-4ph减震器活塞 3D打印带来的几何自由度也允许制造商制造快速原型和探索新的活塞设计，同时消除了将工作外包的需要。在桌面型金属打印机上进行零件原型设计也有助于顺利过渡到批量生产，因为像粘结剂喷射这样的大批量系统能够生产同样复杂的设计。（案例来源：Desktop Metal） 粘结剂喷射金属3D打印更适合于大批量零件制造 粘结剂喷射工艺的最突出特点就是可以实现金属3D打印的批量化制造。基于该工艺的装备价格比传统激光3D打印机要低，打印速度是四激光粉末床熔融设备的几十甚至上百倍，所用材料为传统MIM粉末，相比球形粉价格更为低廉，零件的制造成本也因此比激光3D打印的零件低几十倍。因此，粘结剂喷射工艺在装备成本、粉末成本以及打印效率方面都超过金属3D打印，即便其零件性能略低，但仍具备与注射成型零件相同的水平。因此，该技术更适合于实现大批量零件制造。 基于以上优势，当前主要的汽车主机厂正在加快该技术的使用进程。领先的粘结剂喷射金属3D打印开发商分别获得了汽车行业内主要品牌的合作：大众汽车正在积极与惠普合作，福特也正在使用ExOne的粘结剂喷射技术制造汽车部件，而Desktop Metal近日获得了某德国汽车制造商790万美元的合同，业内猜测该客户可能是宝马汽车集团。 Desktop Metal粘结剂喷射3D打印装备 那么，该技术又是如何实现零部件从几千个到几十万个批量制造的呢？ 制造商在大规模生产零件之前，最初的生产量可能会很少，原因有几方面。在一辆特定汽车的生产初期，即使最终可能生产数十万辆的汽车，制造商在最初可能也只生产几百辆用来作为市场测试，然后才开始大规模生产。另一个原因是，像福特野马Shelby GT500这样的高性能汽车的产量通常是有限的——2010年，福特只生产了2000辆这种汽车——这意味着汽车制造商可能只需要对每一个零件只生产几千个。与此同时，对于售后零部件而言，这一数字可能更小——市场对某个特定零部件的需求可能只有几百个。 粘结剂喷射适合堆叠打印，大幅度提高了3D打印制造效率 对于需要大规模生产的零部件，粘结剂喷射金属3D打印的另一优势则更为明显——无模制造。该技术消除了对模具的需求，允许工程师将已经经过改进的设计——无论是通过桌面挤出金属3D打印技术还是传统原型方法——都可以通过粘结剂喷射金属3D打印实现大规模生产。可与传统大规模制造工艺竞争的打印速度，粘结剂喷射金属3D打印允许在一次任务中生产数千个零件，其价格和生产速度可以与铸造、锻造和机加工等工艺竞争。这种速度，再加上低成本MIM粉末的使用和简单的后处理，使得该工艺生产零件单件成本可能比其他3D打印工艺低20倍，并使增材制造成为铸造、锻造和机械加工的可行选择。 采用粘结剂喷射金属3D打印技术和SLM技术制造的宝马水泵轮 以创新设计的汽车水泵轮为例，它通过发动机和散热器冷却循环，消散燃烧过程中产生的热量。然而与其他产品不同的是，该部件是作为一个整体设计的，这使得它能够更有效地运行，并通过减轻重量来提高性能。由于零件几何形状复杂，无法通过铸造或锻造来创造，水轮采用金属3D打印制造，虽然使用SLM创建的部件已经在汽车上得到了成功验证，但每个部件的成本对于生产车辆来说太高了。使用粘结剂喷射金属3D打印，能够一次创建多达150个零件，每个零件的成本也能够降低到5美元，从而更加经济。 END 3D打印技术的发展在汽车制造生命周期的每个阶段都创造了新的机会——从功能原型到中批量生产，再到售后市场和备件。而这些机会大多与生产速度和零件复杂性有关，或者两者兼而有之。因为它不受传统制造的限制，3D打印允许设计师和工程师进入一个巨大的新设计空间，并创造越来越复杂的零件。 当优化的零件面临大规模生产时，材料、成型效率、价格成为阻挡3D打印技术广泛应用的限制性因素，优势无法体现。新技术的发展则打破了这种壁垒，使优化的结构能够大规模实现，并以一种高效和更加经济的形式。 扫描关注 3D打印技术参考 视频号 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.视频：了解FFF/FDM增材制造技术如何赋能汽车行业 3.详述：主流汽车制造商正在如何使用增材制造技术 4.视频：探访通用汽车专用于增材制造的新工厂

近日，3D打印技术参考获悉，瑞典3D打印机制造商Digital Metal宣布推出其最新的金属粘结剂喷射金属3D打印系统——DMP/PRO，该设备为大批量制造应用而设计，适用于医疗、消费品及工业机械等多个领域。 Digital Metal DMP/PRO DMP/PRO的构建体积为250×217×70（或186）mm，该公司将其称为是“真正的生产系统”，它的开发源自现有客户每天制造的零件达到数千个，对更高产量具有需求，新系统能够继续为客户提供更高产量和可追溯、可靠的产品质量。 Digital Metal 首席执行官表示，他们与现有粘结剂喷射市场不同的是，公司追求更严格的公差、更高的产量和更高的精度，他们正朝着更高的成熟度迈进。通过与脱脂、烧结和后处理设备协同，开发出模块化的、可扩展和工业化的制造平台。 Digital Metal DMP/PRO Digital Metal于2012年开始开发金属粘结剂喷射技术，以高精度、高生产率和出色的表面质量著称，应用领域涉及医疗/牙科、航空航天、汽车以及包含珠宝、手表、配饰等在内的奢侈品行业。 2017年，Digital Metal推出DM P2500，根据此前展出的案例，我们了解到这台设备在生产小尺寸金属零件方面具有特别优势，例如在手表及奢侈品行业的应用。这台打印机的运动精度高达0.001毫米，打印过程中可以35微米的分辨率制造非常小的高精度零件，烧结过后具有Ra 6.0微米的平均表面粗糙度，能够满足大多数最终用途的部件需求，在必要时可进一步提高表面光洁度。DM P2500可在15-25分钟内转入下一个打印作业，具有高效的利用率。 Digital Metal DM P2500制造的Montfort Watches手表零件 2018年，Digital Metal推出了金属3D打印的全自动化生产理念。在全自动化生产中，大多数的工艺步骤都将由机器人来处理，这将几乎消除所有手工作业，从而进一步提高生产率并降低生产成本。Digital Metal与霍尼韦尔航空航天公司、法国工业技术开发中心、英国国家增材制造中心等机构达成了合作。 2019年，Digital Metal推出两种“超级合金”DM247和DM625，实际上就是两种镍基合金的牌号，这是该公司为满足航空航天、汽车和工业领域对3D打印高温合金材料的需求增长而开发。 Digital Metal金属粘结剂喷射3D打印样件（来自TCT 3D打印展） 2021年2月，Digital Metal宣布推出纯铜3D打印材料，根据3D打印技术参考对粘结剂喷射技术的统计，该公司是第一个为粘结剂喷射3D打印系统提供官方认证的纯铜材料和工艺的设备商。根据该公司公布的数据，通过粘结剂喷射技术成型的纯铜致密度为96.6%，铜纯度为99.9%，然而并不知晓该公司的后处理工艺是否也包含了热等静压。 Digital Metal粘结剂喷射3D打印成型的散热器及扩音器天线 2022年5月，Digital Metal宣布推出新型DMP/PRO，这是该公司推出的下一代生产级粘结剂喷射系统。3D打印技术查询资料发现，它具有70400个喷嘴，1600dpi的分辨率，能以15.5 kHz的速度喷射2pL液滴，每小时可打印1000 cm3，确保实现高质量、大批量生产。这种高生产率依赖硬件平台、定制软件和快速更换粉末料仓保证，能够最大限度的减少停机时间和周转时间。DMP/PRO转为工业、奢侈品、医疗制造和消费品的精密生产而设计。 新设备的第一个客户是位于密歇根州的Azoth 3D，这是一家生产大批量精密3D打印零件的500强制造商。Azoth 3D总经理表示，Digital Metal的新机器具有更高的速度，同时能够保证质量和可靠性。“PRO 系列减少了扩展生产所需的资金，还通过提高机器吞吐量降低了零件成本。我们希望每周7天全天候运行，每天生产数千个零件。希望成为最大和最好的独立粘结剂喷射制造企业，这是我们实现目标所需的系统。” Digital Metal推出新的DMP/PRO工业金属粘结剂喷射3D打印机，为大批量制造带来转变。 补充视频，将发布于 3D打印技术参考 视频号 欢迎关注 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.GE Additive迎来新合作伙伴，专注粘结剂喷射金属3D打印技术 2.重磅：富士康宣布开发粘结剂喷射金属3D打印系统 3.中文视频：ExOne保障粘结剂喷射金属3D打印质量的关键要素 4.粉末床熔融和粘结剂喷射金属3D打印零件热处理及烧结面临的挑战

Sintavia能够为航空航天、国防和空间等领域的客户设计和3D打印先进的推进系统和热力系统。该公司的产品包括火箭推力室组件、高性能热交换器、涡轮机械部件、先进燃料系统和高性能燃烧器组件。随着航空航天工业越来越多的将3D打印技术纳入供应链，Sintavia 已成为这些关键组件3D打印领域的重要参与者。 近日，美国总统推出旨在推动美国3D打印及制造业发展的“AM Forward计划”，并打卡Sintavia，该公司也被选中为AM 供应链的代表之一。 拜登打卡Sintavia Sintavia具有强大的增材制造能力，公司官网显示，其拥有来自GE Additive、TRUMPF、EOS、SLM Solutions等公司的26台多类型、高产量金属3D打印机，能够打印镍、铜、钛、铝和难熔金属。该公司是全球为数不多的仅以3D打印商业航空航天部件为中心建立航空航天质量管理体系的公司之一，也是极少数能够为载人飞行3D打印部件和涡轮机械部件提供认证的航空航天制造商之一。 Sintavia展示的装备清单 以采用SLM技术制造大尺寸部件著称 Sintavia与其商业航天发射和国防客户合作，对推力室组件进行面向增材制造的设计，满足并超越客户的任务要求。凭借强大的增材制造量产能力，Sintavia 能够设计出极具成本效益且功能强大的火箭发动机。Sintavia为Relativity Space 3D打印了全尺寸的铜合金Aeon 1火箭发动机推力室。 国会女议员访问Sintavia时的发动机画面 商用涡轮机械市场同样巨大，随着增材制造的加速采用，Sintavia在3D打印这些关键部件方面的领先地位也会增长。该公司近日展示了3D打印的adv船舶推进系统叶轮部件，直径550mm，高度300mm，重达140公斤，采用SLM Solutions_NA NXG XII 600打印，材料为镍基合金。Sintavia强调，该部件是在美国精密铸锻件供应链完全断裂的情况下制造的。 Sintavia近日展示的大尺寸叶轮部件 Sintavia近日展示的大尺寸叶轮部件 长期以来，3D打印一直被认为是热力学系统（如热交换器和底盘）的极佳的生产工艺，它能够以传统方法无法制造的几何形状创建内部通道。Sintavia在热建模方面的专业知识使其能够制造从250⁰ C-800⁰ C使用的热交换器和底盘，具有更高的传热系数和最小的压降损失。这些热交换器和底盘的内壁可设计为150μm甚至更小，重量比传统型号轻40%以上。 Sintavia近日展示的大尺寸热交换器 Sintavia在2022年4月展示了一件超大尺寸的船用海水热交换器，整个组件的外部尺寸达到406×406×990mm，使用AMCM M4K-4打印，打印时间花费12天，材料使用镍基合金。该部件是当前已知的最大尺寸3D打印热交换器。 美国拜登政府推出的AM Forward计划，不仅仅是为了推动美国中小企业生产3D打印产品，更希望此举能够提高美国制造业的竞争力。计划要求美国的一些最大的制造商承诺从规模较小的企业采购更多3D打印部件。大型企业还承诺帮助培训相关中小企业的员工，并协助制定通用的研发和认证标准。 Sintavia近日展示的大尺寸热交换器 “AM Forward计划”的一些启示 美国对3D打印技术的扶植可谓“动作“不断，尤其是2021年6月10日，美国防部研究与工程副部长办公室发布国防部5000.93指示《增材制造在国防部的使用》。结合此次推出的新计划，可以看出美国政府在促进传统制造行业积极使用这项技术，而不是单纯的给政策去鼓励这个行业发展。只有与其他制造行业互动，才是根本的扶植这项产业，这值得让我们有更多的思考。 然而，与美国相比，中国的国情大不一样。美国基础制造能力较为薄弱，在疫情期间暴露无遗，这也是拜登发出“3D打印技术是不可思议的”这样的感叹的原因。中国则不一样，我们的传统加工手段太发达，传统手段甚至可以比3D打印效率更高、成本更低。过去进行过大额投资的其他领域的制造商，后期设备闲置的太多，除了较为高端的航空航天和医疗，3D打印在国内其他行业中能够发挥的影响力与美国相比不可同日而语。 美国力促将3D打印技术扩展至高科技供应链中的更多企业有助于降低成本、提高美国中小企业竞争力，并减少大型制造商和防务承包商对海外公司的依赖。国内近几年也推出了很多政策和扶持技术发展的专项，然而，3D打印毕竟属于未来强有力的技术，政策的制定也需要考虑怎样将其真正落地。 但实际上从另一个角度去想，本文提到的美国这两项政策，一个明确的是来自国防部，另一个计划也是对通用航空、雷神公司、西门子能源、洛克希德·马丁和霍尼韦尔这样的公司提出的明确要求，这些企业也大都来自航空航天及国防制造行业。对比国内，我们也要思考，增材制造技术，到底应该在哪些行业更为深入的推进落地。 补充资料，均发布于 3D打印技术参考 视频号 欢迎关注 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 2.美国白宫发布更新版《关键和新兴技术清单》，3D打印再入其中，确保持续领先 3.NASA“探月”技术走进生活，增材制造技术也将融入民间 4.5月20日锁定TCT Asia Live，期待与您线上相约

增材制造技术突破了传统制造技术难以制造复杂结构及功能的瓶颈，能够实现材料、结构和性能的统一，是彻底从原材料到最终产品的全过程的数字化设计与制造方式。因此，增材制造为复杂零件的宏微观结构和功能的一体化制造提供了新契机，既可用于制造复杂曲面、晶格点阵，也可制造薄壁或空心结构等复杂零件，通过对材料的微观结构和组成成分的设计，还可以实现零件的结构功能一体化。 随着增材制造技术的应用规模不断拓展，工艺和设备的自动化和智能化需求日显重要。与此同时，增材制造技术还远不能满足现代制造业的标准化、自动化生产模式的需求。为促进增材制造技术的自动化和智能化，本文对增材制造的设计方法、材料、工艺和设备、智能结构、生物结构以及在极端环境中的应用进行了全面综述，描述了未来5~10年的技术研究路线图。 图 1 增材制造技术发展路线图 一、设计方法 面向增材制造的设计方法目前研究的主要方向如下： 1）拓扑优化。一种计算机辅助设计方法，用于生成复杂结构的创新设计，表现出刚度可调、梯度特征和优异的轻质性能。通过拓扑优化把多个部件合并成一个部件是常见的优化策略。 2）综合优化。结构设计需要同时满足多个目标和相关约束，例如复杂的载荷条件、耐热性、有限的应力和位移。综合优化不仅包括典型的结构设计约束，也包括工艺的约束，例如材料的各向异性、打印方向和过程参数。 3）微观晶格和宏观结构的梯度设计。 4）数据驱动的集成工艺-结构-性能的设计。以实现多个工艺参数、打印方向和结构设计的并行优化。 图 2 面向增材制造的设计方法（a）飞机机翼拓扑优化；（b）发动机的薄壁晶格填充；（c）耐热结构的双梯度材料和功能设计；（d）带有支撑结构的金属承重结构；（e）和（f）承重结构的无支撑设计；（g）钛合金多层级设计；（h）、（i）和（j）卫星支架的实体-点阵并行设计；（k）连续变化的点阵多层级设计。 未来增材制造设计方法的发展方向如下： 1）结构和多学科拓扑优化。结构设计的综合优化需要考虑宽频振动、循环载荷下的材料疲劳、极端高温和强辐射等极端情况，需要实施外部载荷的多物理量模拟，以增强和拓宽综合优化角度。所设计的部件保持必要的机械性能，并具有其他功能，例如光学、电磁、热性能等；引入多物理驱动的体积设计，将多尺度特征和多类型材料进行数字化整合，实现结构的功能融合。 2）知识库驱动的设计方法。这是智能设计和制造系统的一个重要方面，知识库包括材料数据库、功能晶格单元库、工艺参数组合、以及它们之间的相互影响关系。这些信息可以通过多物理过程模拟、人工智能以及机器学习算法建立。 3）以成本为导向的设计。收集设计、制造和服役期间的真实数据流，支撑面向成本的设计。在数字系统中实现产品设计的迭代过程将显著降低开发成本和时间成本。 4）自动化超材料结构设计。通过模块化、参数化设计方法，创造具有期望性能的超材料。 图 3 增材制造的智能化设计方法发展路线图 二、材料 增材制造技术可使用现有的多数材料，目前发展现状总结如下： 1）金属、聚合物、陶瓷和天然材料已经用于不同的增材制造工艺中。 2）在使用同质材料的基础上，已经开发了使用异质材料(包括各种复合材料和多种材料)的工艺，以便获得更高的性能、更多的功能，包括例如阻燃聚合物、直接金属和陶瓷复合材料。 3）具有某些响应特性的智能材料，如形状记忆的4D打印。 图 4 增材制造用材料的体系分类 增材制造用材料的未来研究方向： 1）完善材料设计理论。通过材料基因组建立专业数据库，实现智能优化选材。通过建立成分、工艺、微观结构与性能之间的内在联系，可以根据材料的性能设计出满足要求的微观结构。 2）对于以目标为导向的多层次、多因素材料设计。对于结构材料，要实现面向材料的增韧设计；对于智能材料，如形状记忆聚合物和合金，要实现可控的变形恢复设计。 3）智能复合材料。先进复合材料的先进制造技术将为实现跨尺度智能复合材料结构的设计和制造提供有力的工具。 三、工艺和设备 增材制造的工艺设备几年取得较大的进步，主要情况如下： 1）正在向智能化转型。在保持一定效益的基础上，在规模化生产效率、质量控制和柔性生产等方面提高核心竞争力。 2）将高端机床和智能工业机器人引入增材制造装备，大大提高增材制造过程的自动化控制水平。 3）设备自动化与数字信息化相结合。基于数据、软件和网络，结合多尺度建模、机器学习和人工智能等先进技术，建立数字生态系统，有效地将信息与物理过程联系起来，激发新制造能力。 4）机器人辅助下的增减材复合制造，可以通过在线识别和实时反馈实现自主路径规划和原位参数调整。 5）创建一个包含机械、统计和控制建模的数字双胞胎，以智能和经济有效的方式认证增材制造产品。 图 5 增材制造工艺装备的智能化和工业化发展路线图 增材制造智能化转型仍处于探索的早期阶段，其未来有如下几个发展方向： 1）开发多机器人协作下的混合增材制造解决方案。以敏捷制造为核心的混合制造结合了各种加工技术的优点，在多材料、多结构和多功能制造方面显示出良好的前景。 2）提高监控和传感设备的功能和集成度。增材制造过程中的信号处理涉及视觉、光谱、声和热，多功能传感器的集成装置将有助于其在行业中的应用普及；同时，通过与数据预处理软件的耦合，将提高物理建模、过程优化和闭环控制中的数据可用性。 3）将工业互联网融合成增材制造数字孪生。工业互联网可以解决数字孪生的核心问题——模型和数据，从而通过云平台共享和分析数据和模型。 4）完善增材制造数字生态系统。集成先进设备或技术，如工艺监控、信息感知、机器学习、人工智能、数据库等。 四、智能结构 增材制造技术在智能结构制造主要表现在以下方面： 1）可集成传感、驱动、计算和通信功能。比如纤维增强复合材料的3D打印使得分层和中空结构的集成制造具有重量轻、强度高和成本低的优点。 2）超材料制造。结合先进的微观结构设计方法，增材制造可制造具备非常规的机械、光学、声学或热性能等的超材料。 3）形状记忆聚合物、液晶弹性体、水凝胶先进材料。如传输或处理信息的新型3D打印电子设备、基于电气组件的具有感测能力的结构、监测心脏组织收缩的组织培养装置、对环境刺激具有动态响应的智能设备。 图 6 具有各种功能的智能结构：（a）具有热收缩性能的人造皮肤；（b）金属墨水直接书写和电子元件的取放相结合的平台；（c）导电和功能材料的电荷编程调幅；（d）可变形结构的4D打印。 智能结构制造的未来方向： 1）融合不同的物理场和多维打印，用于复杂的多尺度结构，基于传感和驱动能力的有效组合对刺激做出动态响应。 2）更多独特功能的材料。 3）在极端条件下的适应性。因此，在结构设计之初，就应该考虑各种不同的工作条件，集成在线诊断、柔性控制、全生命周期设计和自动原型制造的智能系统。 五、生物结构 生物3D打印技术的应用现状主要有以下几个方面： 1）不涉及细胞的3D打印假体和生物可降解支架。 2）活细胞3D打印结构，可以被植入以修复/替换人体中的缺陷组织/器官。 3）导电生物材料和聚合物，能够响应物理、化学和生物刺激。各种生物3D打印工艺也在不断发展，如嵌入式打印技术直接将细胞沉积在缓冲液中，基于光聚合的增材制造技术实现水凝胶储器快速打印，精确的单细胞打印等等。 图 7 生物3D打印技术的代表性进展：（a）悬浮液中基于挤压的生物3D打印人类心脏模型；（b）具有血管化肺泡模型的光聚合水凝胶的高分辨率立体打印；（c）装载细胞的水凝胶3D打印快速制造的组织结构。 生物3D打印技术未来的发展方向： 1）活体打印。3D打印的活体结构在结构和功能复杂性方面还不能完全匹配天然器官。3D打印技术在构建复杂多尺度结构时需要更高的空间分辨率和效率，此外还需要更多与3D打印兼容的功能生物材料。 2）跨学科挑战。有效控制3D打印结构内的细胞生长发育是其成功应用的基础。对于植入的活体结构的生物功能，应进一步建立活体结构和人体之间的相互作用和联系。 3）监管和伦理挑战。3D打印活体构是生物医学行业中的新事物，这些产品涉及伦理问题应受到高度监管。 图 8 生物3D打印技术发展路线图…