2020年，知名动力管理公司美国伊顿宣布，旗下汽车集团(VehicleGroup)正在实施一项金属3D打印计划，通过缩短开发时间、提高效率，来促进实现工业4.0战略。该集团致力于最大限度地减少其工具和夹具生产线的停机时间，以跟上车辆设计的快速迭代和全球对汽车零部件的需求。除了大规模生产，该公司还为全球客户生产一次性定制解决方案。 因此，找出如何快速有效的对生产线进行最佳改造是当务之急，但他们也努力快速、熟练地开发定制零件并进行原型设计，以应对运输挑战。通过实施3D打印计划，Desktop Metal最初的Studio System——一种专为办公空间设计的桌面金属3D打印系统发挥了重要作用。 桌面金属3D打印技术对伊顿的影响是立竿见影的。由于能够快速打印各种工具和夹具——从齿轮倒角过程中使用的一组复杂的气动钳口到相对简单的冲压工具——工程师能够将工具的交货时间从三到四个星期缩短到只有五到十天，效率提高60%以上。同时，3D打印技术参考还了解到，根据尺寸和设计复杂性，与使用减材制造或传统制造相比，打印工具的制造成本降低了40%到80%；此外，公司设计师可以使用增材制造来探索设计复杂性的新水平，并创建包含内部通道的零件。 左右滑动查看更多，图片分别为： •自动装载滚齿机夹具，进行齿轮倒角操作 •齿轮联轴器夹具，在齿轮测量机上测量零件 •用于产品原型的测试夹具 •母线盒安全装置，用于打开和关闭母线盒 •主轴齿轮夹持垫，用于装/卸载自动化设备的磨损接触垫 •轴压板，用于辅助将轴压入轴承内圈 伊顿公司高级工程师Alex Abernethy表示，“在使用增材制造技术之前，我们害怕失败，但自从使用增材制造之后，即便失败了，也可以很快地纠正错误。” 尽管伊顿拥有多年使用聚合物3D打印机的经验，但该公司开始寻找可以支持其车间的金属3D打印系统。该公司之所以选择投资Desktop Metal的桌面金属3D打印系统，是因为它能够显著降低生产工具和其他零件的成本和交货时间，以及其易用性和适合办公室的设计。此类型的系统不使用松散的金属粉末或危险的激光，操作员几乎不需要个人防护装备。 金属桌面3D打印工艺，以金属棒材或丝材为原料，内部混合有金属粉末、蜡和/或聚合物粘结剂，通过打印机的喷嘴热熔挤出得到零件生坯，然后通过脱脂和烧结，可得到致密化的零件。因此，此类工艺通常配备打印机、脱脂炉和烧结炉三个重要部分，3D打印技术参考此前对该工艺的整个流程进行过详细的介绍。 Desktop Metal的金属桌面3D打印系统 伊顿公司指出，该工艺能够更快地满足客户需求并快速迭代零件，金属桌面3D打印系统已成为该公司工程和工具室团队工作流程中的标准配置，并每天用于支持全球运营。 伊顿公司使用金属桌面3D打印系统制造的零件分为四类：夹持组件、测试夹具、工具组件和替换零件。 夹持组件：由于其许多传统机床全天候运行，伊顿工程师努力提高它们的生产力。一种方法是使某些过程自动化，包括在装卸过程中使用机械臂和定制夹具来夹持工件。打印夹具可减少制造提前期和零件成本，同时减少传统制造方法的物流和操作员负担。 测试夹具：金属桌面3D打印系统也被证明是生产定制夹具的有效工具。在将产品运送给客户之前，伊顿会进行定期测试，以确保其产品符合严格的标准并按预期工作。其中许多测试需要独特的夹具，而且几乎总是小批量生产。使用金属桌面3D打印系统制造这些固定装置是一个增值过程，使公司能够节省时间和金钱，并减少与传统制造方法和供应链相关的物流负担。 3D打印的不锈钢机器人夹具用于自动装载滚齿机 工具组件：许多大批量制造工艺依赖于硬工具，而硬工具通常是生产成本更高、更耗时的零件之一。通过使用金属桌面3D打印系统制造这些工具，伊顿缩短了这些工具的交货时间和成本。 更换零件：与其他制造设备一样，伊顿必须不断维护其设备并在零件磨损或损坏时更换它们。为避免在等待更换零件时长时间停机，公司必须保留许多替换零件或支付额外费用通过传统方法快速制造零件。然而，金属桌面3D打印系统提供了另一种选择。使用零件的3D扫描，伊顿工程师能够对没有图纸的几个零件的模型进行逆向工程，并调整现有设计以进行打印。使用3D打印系统，该公司能够在几天内生产替换零件，这比传统制造快得多。打印的零件也比传统加工的零件便宜90%。 左右滑动查看更多，图片分别为： •工业炉门挡 •炉门支架用于打开和关闭炉门的旋转圆柱体 •用于齿轮齿倒角加工操作的气动钳口 • 注油喷嘴，有助于更快的将油填充到产品中 •炉链导轨，用于装卸炉的传送带上引导链条 3D打印技术参考获悉，Desktop Metal最新的金属3D打印系统Studio System2仅包括具有软件控制工作流程的打印和烧结过程。新材料配方使打印部件可以直接放入烧结中，而无需典型的溶剂脱脂阶段。 使用该公司的Fabricate软件，零件创建的所有方面都是自动化的。该公司表示，该软件会自动缩放零件，为打印和烧结过程定向，生成可分离的支撑，并应用专业冶金技术来优化制造。3D打印技术参考了解到，Studio System2还可以在整个支撑结构中自动生成接缝，并在支撑结构和零件之间打印重新配制的陶瓷界面材料，从而可以轻松地用手拆除支撑。新的金属桌面3D打印系统还使用户能够通过按下按钮来更换打印头，并在打印作业期间使用可再填充墨盒系统快速更换材料。 Desktop Metal无疑是业内较为知名的金属桌面3D打印系统制造商，该工艺的国内代表制造商有上海复志（Raise3D）和深圳升华三维。上海复志通过与巴斯夫合作，于2021年推出了全新的金属桌面3D打印解决方案，可与当前MIM行业无缝衔接。5月20日，上海复志将举办线上开放日活动，登陆TCT Live线上展，参观巴斯夫Forward AM增材制造中心，探索金属桌面挤出式3D打印工艺的全流程，并和上汽等整车OEM和关键零部件的行业标杆用户交流，扫描下方图片中的二维码，期待大家参与。 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.知识分享：金属和高性能塑料桌面3D打印技术的落地应用 2.设计局限更少，功能驱动更多！铂力特研制船舶发动机冷却器 3.深度好文：讲透3D打印高强铝合金究竟是什么材料 4.拜登政府启动AM Forward计划，亲自为3D打印推动美国制造业发展站台

美国航空航天局（NASA）拥有很多高端的航空航天技术，且随着社会经济的不断发展，通过其技术转移（Technology Transfer）计划，挖掘出在航空航天之外的实用价值，并逐渐向民用领域扩散，造福民众。目前，美国已经形成了较为成熟的军转民、民转军、军民两用技术发展的体制机制，成为世界军民一体化的典范，并培育了大批新兴企业。美国在航天技术转移政策、管理和促进措施等方面都积累了丰富而有价值的经验，在军民两用技术转移转化方面也取得了令世界瞩目的成就。这对我国推进技术成果转化，很有借鉴意义。 本文是安世亚太公司“增材思维 数智未来”系列文章的第五篇内容，阐述DfAM设计思维解决增材制造降本增效问题。 NASA 3D打印在航空航天的应用 NASA多年来一直在探索将3D打印应用于各种航天器应用，因为它加快了原型和新部件的开发和生产时间，并允许替换部件在远离地球的地方轻松制造。3D打印的独特之处在于没有工具，也没有前期成本，这使得制造原型或新零件的速度更快、成本更低。1.3D打印集成飞机零件增材制造是逐层构建组件，因此工程师可以将零件组合在一起成为单个组件，而不是连接多个零件。赫氏公司使用经过NAS测试的聚醚酮酮 (PEKK)的热塑性塑料打印了具有三个开口的风管组件，并将用于管道。具有三个开口的风管组件2.未来的火箭发动机可能包括大规模3D打印美国宇航局的工程师们正在探索一种使用金属粉末和激光进行3D打印火箭发动机零件（如喷嘴和燃烧室）的新方法。这种方法被称为定向能量沉积，比传统的制造方法更快、更便宜。该开发是美国宇航局快速分析和制造推进技术（RAMPT）项目的一部分。这项技术的进步意义重大，因为它让我们能够以比过去更低的价格生产出最困难、最昂贵的火箭发动机部件。定向能量沉积制造的发动机喷嘴2019年，工程师们在马歇尔太空飞行中心试射了一个3D火箭发动机燃烧室。测试火箭发动机燃烧室 增材制造在不断发展的汽车行业中发挥作用 近年来，除了在航空航天领域的应用，3D打印在汽车零部件的加工制造领域也被广泛应用。同时，在“制造 2025”计划提出之后，汽车行业的轻量化、智能化发展问题得到了人们的普遍关注，这也成为未来汽车制造领域的发展趋势。 目前，全球汽车零部件市场的总价值超过了1万亿美元。到2030年，AM在汽车零部件方面的业务潜力将增长到200亿美元，其中电动汽车零部件的生产约占25%。与AM相关的汽车零部件生产的预期收入($USM)来源：3dpbm Research汽车主要由四种类型的部件组成：车身、辅助电子产品、内部和动力系统部件。汽车零部件1.车身部件除了在原型设计方面的明显应用外，AM已经表明它可以在车身零部件市场上发挥作用。3D打印正在实现在某些较小和不明显的连续制造部件，如宝马i8跑车(使用聚合物与惠普MJF技术)和封面展开打开时的敞篷混合动力跑车的屋顶(使用金属PBF)。而电动汽车公司Local Motors已经展示了使用LFAM复合3D打印技术进行3D打印整个车身的能力。2.辅助电气系统和电子设备这个市场包括音频/视频设备、摄像机、低压供电系统、仪表和仪表、点火系统组件、照明和信号系统，以及几种不同类型的传感器、电气开关、线束，当然还有电子外壳，而AM已经在定制的电子外壳和开关的生产中被大量使用。随着内燃机变得更加紧凑，电动汽车变得更加流线型，AM在电子零件生产中的应用，尤其是在外壳和开关方面，预计将迅速增长到批量生产水平。采用高温材料的聚合物3D打印技术已经能够为几种内燃发动机车辆的引擎盖下部件。对于电动汽车和一般的智能汽车，AM的采用预计将更加重要，因为温度变得更不重要（电池之外），而且对复杂电子部件的需求增加。3.内饰部分这个部分包括所有底板部件，仪表板，饰面，配件，当然还有汽车座椅。特别是这最后一个领域，最近激发了一些创新的3D打印方法。主要的汽车制造商已经在探索并将3D印刷内饰汽车零部件推向市场。迄今为止最流行的应用之一是将AM用于汽车座椅组件。2018年，通用汽车公司（GM）和欧特克（Autodesk）采用创成式设计开发了一款3D打印座椅支架。座椅支架由不锈钢制成，既整合了部分零件（从八个到一个）又减轻了重量（减少40%）。据传，惠普还在开发一种新的汽车座椅生产方法，利用复杂的晶格几何形状来修改弹性材料(TPU和TPA)的柔韧性，用于使用多喷射聚变技术生产汽车座椅部分。此外，豪华汽车制造商保时捷在2020年推出了一款全新概念车，采用3D打印车身和全桶座椅。斗式座椅是为跑车设计的，集成了膨胀聚丙烯(EPP)和由聚氨酯材料制成的3D打印晶格层。并且，3D打印层可以根据司机的舒适性偏好进行定制。4.动力系统和底盘1）燃烧动力系统部件随着AM技术变得更加高效，3D打印可用于优化形状和减少复杂部件的子组件，如排气歧管、阀门甚至活塞，同时利用几何形状和新材料改善集成冷却系统的性能。不过除了实验显示模型，迄今为止还没有直接3D打印引擎块的案例。2）混合动力系统部件一些动力系统和底盘部件对于配备内燃机的车辆和电动汽车是通用的，尽管它们可能有不同的形式。其中一些已经以某种形式进行了3D打印，Czinger开发了混合动力超级跑车Czinger21C，集成了许多3D打印组件，包括一个金属底盘。Czinger 21C布加迪，另一家主要的内燃机超级跑车制造商，已经在许多部件上使用了AM，包括革命性的钛3D打印制动卡钳。最近，该公司生产了混合动力部件，如0.5米长的辅助驱动轴，结合碳纤维和3D打印钛合金端部配件，重量减轻了约一半至1.5千克，并由于旋转质量降低而提高了性能。布加迪一直走在汽车应用增材制造的最前沿，其中Bolide可以说是布加迪迄今为止最好和最强大的产品，它也是3D打印次数最多的一个。自从一个开创性的全3D打印钛制动卡钳的发展以来，布加迪已经越来越多地应用仿生学领域的原理，使打印部件具有骨状结构：薄壁，中空的内部和精细的分支。超跑Bolide的很多部件都是3D打印的，包括后翼支架、转向柱支架、螺钉和紧固件、推杆、弹簧减振器、排气管和制动卡钳。Bolide3）电气化动力系统部件电动汽车利用电池中节省下来的电力来循环电机，并产生驾驶所需的动力。因此，电动汽车不需要发动机和变速器，这是内燃机汽车最关键的两个部件。相反，电动汽车携带了几个电力组件：电机、电池、车载充电器和电力控制单元(EPCU)。最近，保时捷和SLM Solutions推出了一个项目，旨在制造一个使用3D打印的电子驱动器的完整外壳。使用增材激光融合工艺生产的发动机-变速箱单元上的3D打印电子驱动器外壳通过了所有的质量和应力测试。在未来，这可能成为一种可行的生产方法。3D打印的电子驱动器外壳如今，电动汽车使用的电池基本上是一排排的数百块小型电池固定在一起，以增加容量。例如，特斯拉85千瓦时电池组由7104个电池组成，大约为AAs大小。借助 3D 打印，无需制造和组装单个电池：可以将模块设计并打印成所需的整体形状。AM还可以改变电池的电极的结构：多孔电极增加了能量密度，而AM 非常适合将电极材料构建成晶格形状，该晶格形状具有更大的暴露表面积以进行化学反应，从而产生更高效的电池。目前，一些主要汽车制造商已经使用AM进行生产，如BMW、Daimler、Stellantis、Ford、GM、JLR、Volkswagen。 总结与展望 总体来看，航空航天技术的民用转化不仅仅提高了这些领域的科技水平，还降低了民用企业的成本，也为国家增加了大量的就业机会，还极大推动了社会经济的发展和社会生活的进步。从航空航天起始，逐渐应用到汽车领域的例子还有很多，其搭载的功能与航空航天技术的结合，可能要比其他领域更紧密一些。尤其在智能汽车时代，智能网联、智能驾驶、材料轻量化等层面都可以为汽车带来全新的体验，诸如线控技术、ACC自适应巡航与碳纤维材料，都是航空航天领域经过成熟应用带来的便利。在很多人看来是“黑科技”的东西，最终也会走入大众，为人们带来普惠。当前，航天技术应用在汽车上已经不是一件新鲜事，但对于国产品牌来说，这个领域或许还有很长的路要走。未来，我们能够预见到的 5G、自动驾驶、智能汽车、增材制造等一系列科技的结合，会不会与导航定位系统一样，创造出一个能让历史铭记的时间点？答案呼之欲出。但首先我们可以确定的是，多源技术融合、各个产业领域及不同头部品牌之间的供应整合型合作，势必会让科技“落地”的时速飙增，成为一股不可忽视的“中国制造新势力”。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.5月20日锁定TCT Asia Live，期待与您线上相约 2.NASA 2022年最新「航天增材制造技术」应用经验总结（中文） 3.BLT-S800助力凌空天行“TXI”系列火箭发射 4.拜登政府启动AM Forward计划，亲自为3D打印推动美国制造业发展站台

近日，3D打印技术参考获悉，GE Additive与工业技术的领导企业——美国肯纳金属公司达成合作，就前者的粘结剂喷射金属3D打印技术展开测试。肯纳金属将提升GE Additive在硬质合金碳化钨方面的粘结剂喷射金属3D打印能力，同时继续扩展其端到端金属增材制造解决方案，包括金属粉末、3D打印零件和工具生产。 GE Additive粘结剂喷射3D打印系统series3 美国肯纳金属公司一直是粉末冶金和刀具装置制造业的领袖，是集科研、制造及营销为一体的跨国公司，是有60年历史的世界著名硬质合金刀具生产制造商。该公司的的金属3D打印零件已经在石油和天然气、能源、工业加工和运输等各个行业获得了广泛的客户。肯纳将与GE Additive合作，利用其专有的硬质碳化钨材料，确定、设计和扩展后者采用粘结剂喷射进行特定应用批量生产的能力。 肯纳金属推出的硬质合金粉末 GE Additive继续开发其粘结剂喷射金属3D打印解决方案，促进增材制造成为实现批量生产的解决方案，其目标是每年生产数百万个零件。这一发展的关键是来自GE Additive 的Binder Jet Beta合作伙伴计划成员的持续实践投入。肯纳金属便是其最新的成员伙伴 肯纳金属在碳化钨增材制造领域处于领先地位，2021年9月，该公司推出新型的KAR85-AM-K碳化钨增材制造粉末，其具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，专为石油和天然气和能源行业的3D打印高性能最终用途部件而设计。碳化钨的密度和刚度大约是钢的两倍，杨氏模量在530-700GPa之间，极限抗拉强度为344MPa。碳化钨还具有2870°C的极高熔点，其硬度可与刚玉媲美。以传统方式制造时，这种高性能化合物通常用于工业切削工具、弹药、采矿钻头、手术设备等。 GE Additive粘结剂喷射3D打印系统配备的烧结炉 与标准碳化钨不同，肯纳的KAR85-AM-K粉末采用专有的钴、镍和铬配方，与其他钴基钨牌号相比，该材料具有更高的耐腐蚀性。 GE Additive开发的粘结剂喷射金属3D打印机早期版本的成型尺寸达到390*390*267mm，并与当时GE的各业务部门通力合作，共同支持该技术的研究与开发。GE Additive已经可以打印航空、能源、汽车和其他工业领域使用的多种合金，不断开发的新材料和形状解决方案，能够满足客户的各种应用需求。 GE Additive粘结剂喷射3D打印的液压歧管 从GEAdditive给出的最新新闻图片可以看出，该公司已经开发出并在测试第三个版本的机器。虽然曾宣称将在2021年底前推出Binder Jet解决方案，目前看来将会延迟。 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增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术 2.代替铸造，知名制造商将把3D打印机纳入生产线——为航空发动机等制造精密零部件 3.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 4.重磅：富士康宣布开发粘结剂喷射金属3D打印系统

2022年3月，美国白宫要求国会在2023年为NASA提供260亿美元预算，使航天局能够维持美国的全球创新领导地位，并通过阿尔忒弥斯计划和其他几项战略任务保持探索前沿。如果获得批准，它将比2021年的预算高出约27亿美元，这是目前为止NASA历史上获得的最高预算。 尽管NASA的资金会用来支持载人航天、空间科学、航空、技术开发和教育方面等多个计划和项目，但一般而言，大约50%用于载人航天活动，30%用于科学研究和机器人任务。随着增材制造技术在主要行业的加速发展，它也在NASA内部发挥了巨大作用。预算请求摘要不仅突出了2021年和2022年正在进行的几个3D打印项目，而且指出了计划在2023年计划实现的3D打印关键成就。 金属增材制造技术正在改变为火箭发动机和运载火箭设计和制造复杂航空部件的方式。自2000年代后期以来，NASA一直在领导增材制造工作，开发用于增材制造的特种合金、推进增材制造工艺研究、制定标准并形成稳定的增材制造火箭发动机商业供应链。NASA于2022年3月公开了最新的技术文件，概述了NASA如何将这些工艺和合金应用于火箭发动机制造，以及增材制造在未来的潜在机遇。3D打印技术参考将内容编译成了中文版本，相关文件在QQ群也可下载。 注：PDF文件已上传QQ群。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.NASA研究团队发现金属3D打印孔隙特征大有利用价值并发布可控工艺研究成果 3.金属3D打印的最佳实践NASA新材料3D打印工艺开发备忘录 4.无须高能热源，NASA实现铝和铜等多材料一体3D打印

这一两年，在铝合金3D打印材料领域，高强铝可以说是热度颇高，不少行业从业者对这款材料翘首以盼。但就笔者所了解的情况来看，高强铝的实际应用可谓寥寥。造成这种现象一定是发生了什么问题，那究竟是哪里出了问题呢？笔者试图揭示这一状况。 什么是3D打印高强铝 高强铝是相对于普通铝合金而言的。如今，AlSi10Mg的成熟度已经非常高，但该材料的抗拉强度仅300MPa，屈服强度仅200MPa，强度较低。虽然对于一般的应用场合能使用，但是对于高承载应力的结构件应用场合，则不能满足要求。因此，市场上迫切需要高强铝的3D打印材料解决方案。 一个自然的想法是把传统高强度的变形铝合金（如2024、7075等）制成粉末，然后验证看能不能打印。但是很可惜，经过验证，这条路是走不通的。因为硬铝的成分是基于传统制造工艺来设计的，对于新兴的这种增材制造的工艺并不适合。一个重要的原因是，增材制造的熔池在凝固时的冷却速度远高于传统制造工艺（如铸造），这就会带来传统的材料成分设计不能适合这种快速冷却的环境而产生开裂现象。因此，必须为增材制造开发专用材料。 在这种背景下，空客的Scalmalloy应运而生了。这应该是首个专为增材制造工艺开发的且商业化运用较为成功的一款材料，而Scalmalloy正是基于Al-Mg-Sc-Zr体系。应该说Al-Mg-Sc-Zr体系并不是空客率先开发的，因为Al-Mg-Sc-Zr很早就在航空铝材中得到应用，但空客是第一个将这种材料体系应用于增材制造且大获成功的，并将这种粉末命名为Scalmalloy。据称，空客为开发这款材料历时十年。 当然，空客为了能获得商业上的利益申请了多个国家的专利。在某种程度上，这个专利具有太大的宽泛性而让后来者无法规避，这也是当前高强铝3D打印材料面临的困境之一。 话说回来，因为AlSi10Mg的性能不够，所以需要高强铝，因为传统硬铝的成分不能够3D打印，所以必须为3D打印专门开发高强铝的成分。又因为空客率先成功实现了Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的成功开发并采取了专利制约的手段，所以后来者不得不另辟蹊径，开发新的高强铝成分。所以什么是高强铝？从广义上讲，3D打印高强铝是指专为金属增材制造工艺开发的能实现室温下抗拉强度不低于450MPa的一种高强度铝合金3D打印材料，当然延伸率也不能太低（应不低于8%）。至于屈服强度的下限应该设在哪，也是一个仁者见仁智者见智的问题。比如，Scalmalloy将其下限定在470MPa，而宝航的内控标准则将其定在520MPa。 因此，高强铝的屈服强度至少2.25倍于AlSi10Mg，这就会带来应用范围的急剧扩大。甚至在某些场合可以替代钛合金，因为铝的密度仅为钛的约60%。因此，Scamalloy在刚推出时就强调了其比强度与钛相当，而质量更轻的优势。 无论如何，空客走在了前面，后来者想要加入，无非是两条路：一是在Al-Mg-Sc-Zr的体系上继续优化；一是开辟新的成分。 走优化路线的后来者，其实相当于是在前人走过的路上继续走下去。这样成本相对低，风险也小，因为这被证明了是条正确的路，所需考虑的是成分如何优化以及是否事实上造成了侵权。因为空客证明的是一种Al-Mg-Sc-Zr的成分体系，但是在具体元素的含量控制方面并不是没有可做的空间和优化的空间，比如Mg、Sc、Zr具体的成分范围多少合适？要不要加入微量元素？如何保证材料成分的均匀性？做这样优化的工作并不能说后来者没有贡献，空客也不可能一个公司把这个成分体系里的所有成分都研究透。所以后来者沿这条路走是否造成侵权，也是个值得讨论的问题，目前国内多家单位和制造商均采用这个体系。 走开辟新成分者，也取得了一些成果，大体有四个细分派别： 一是纳米强化7075体系，这个最早在2019年就被报导。由美国休斯研究实验室（HRL）开发的锆基纳米颗粒形核的7075材料，被证明能够避免易开裂问题，且强度超过600MPa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。但据笔者了解，虽然该材料体系已经被作为一个新牌号列入铝的国际标准，但在商业化的应用进展上则较为有限。 二是Al-Mn-Sc体系，这个体系由莫纳什大学吴鑫华院士领导的研究团队成功开发。这个材料被命名为Al250C，据称其抗拉强度超过600MPa，屈服强度可达580MPa，延伸率11%，且制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。这个体系在国内也进行了一些开发和应用。 三是TiB2增强AlSi10Mg体系，这个体系由上海交通大学王浩伟教授团队开发成功，可实现抗拉强度530MPa，延伸率达到13.5%，已经在民机项目上得到了应用。该材料体系在商业化的运作上投入较大，成立了专门的公司，建立了生产制造基地。 四是纳米陶瓷增强AlCu体系，这个体系由英国铸造公司Aeromet International推出，被命名为A20X，该材料经热处理后拉伸强度为511MPa，屈服强度为440MPa，延伸率为13%。该材料体系在商业上也获得了较大推广，国外不少设备商将其列为可用材料之一。 总结来看，国外市场高强铝得到应用推广的主要是两种材料，一个是Scalmalloy，一个是A20X。当然也还有一些其他的材料体系（比如俄铝推出来的不含Sc的高强铝），可能也开发出来了，但没被报道或者影响力有限。就国内高强铝的市场而言，主要有Al-Mg-Sc-Zr、Al-Mn-Sc-Zr、AlSi10Mg/TiB2三个体系在形成销售。此外，国内某公司还提出了一种基于Al-Mg-Er-Zr的体系，未知效果究竟如何。 以上就是高强铝3D打印材料的大概情况。 阻碍高强铝应用的是哪些因素 阻碍高强铝应用的原因主要有如下几点： 1）认知问题 阻碍新材料得到应用的一个大问题就是认知问题。因为用户并不知道有这样高性能的材料出现，或者不知道这样高性能的材料具体表现如何（因为市场上总会存在着大量的夸大宣传和夺人眼球的华而不实的东西），或者不知道怎么来用，或者又不知道从哪里购买到。这当然需要行业内真正的从业者来宣传、来推广，来做些切实的工作，也有赖于用户对新材料抱有好奇心，愿意去尝试，去学习新知。 2）专利问题 最主要的是针对Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的专利问题，当然Al-Mn-Sc体系或者其他体系，估计也会存在类似问题。但空客的这份专利问题尤为突出。空客在中国以空中客车防卫和太空有限责任公司为申请人，申请了一份名为：用于粉末冶金技术的含钪的铝合金的专利（专利申请号为：201611272966.6）。其专利对该含钪铝合金成分做了如下规定： Mg: 0.5 -10 %；Sc: 0.1 - 30%；Zr: 0.05 - 1.5%；Mn: 0.01 - 1.5% 当然还有一些其他微量元素。但是这样的一份如此宽泛的范围，可以说违反了材料学的常识。因为如果专利保护的是如此宽广的范围，那材料学所要进行的成分研究可以说毫无意义。实际上材料对成分是极为敏感的，一些元素的极小含量的改变都会造成材料性能的极大变化，这才使得进行材料优化这样的工作具有实际意义。 但是空客的专利无疑是悬在头顶的一把达摩克利斯之剑。你要使用这个材料体系，就绕不过它这个专利。这在某种程度上，是国外先进的公司采取的一种限制竞争者的手段。但我们已经面临太多类似状况了，所以用户不敢轻易使用是可以理解的。但是这里仍需指出这样的专利保护是有问题的，或者至少是不妥的。 3）成本问题 以Al-Mg-Sc-Zr高强铝粉末材料为例，市场上其售价高达1500-2000元/kg，相比而言AlSi10Mg价格则不到400元/kg，而同期TC4的价格已经低至1200元/kg。用户会认为，这个比钛合金价格还高的高强铝真的有应用的必要吗？这里需要解释下Al-Mg-Sc-Zr高强铝粉末成本高昂的原因。 最主要的还是当前需求量少，当期摊销成本就高昂下不来。其次是原材料价格贵，尤其是AlSc原材料，高达几百元/kg，是常规铝材料的几十倍，而且受到国际形势影响，现在铝价也在持续上涨。再次是工艺成本，由于加入了高比例的合金元素，因此会造成成分的偏析和雾化的不顺畅，这就造成产量的低下，单位成本自然过高。与此同时，我们应该客观地看到，钛合金在其应用之初也高达2000-3000元/kg，甚至AlSi10Mg也高达1000元/kg。尤其是在进口商一家独大的情况下，材料价格更是居高不下。反之，正是由于国产材料商的加入和努力，3D打印材料的价格才越来越亲民，与此同时，应用范围也进一步扩大。如果基于这一点，行业也应该团结起来，商量针对Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝专利的对策。 如果未来其市场需求量能达到上百吨级，则笔者大胆预测Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的价格可降至与钛合金持平甚至更低。 4）打印工艺问题 这个问题涉及到实际的使用层面。当然会有一部分先驱愿意去尝试新的材料，但是这种Al-Mg-Sc-Zr材料的打印并不如AlSi10Mg那样简单。虽然其工艺窗口较其他体系的高强铝更为宽泛，但由于其含有较大含量的Mg（Mg是一种极易挥发的元素），因此在打印过程中会产生大量黑烟。在工艺控制不好的时候，还会产生孔洞。最关键的，这种材料在打印过程中还会产生大量细小的黑渣，而这就会在风场控制不好的时候，沉积在打印层的粉末上，从而给后来的成形带来性能隐患。此外，高强铝顾名思义，其强度是很高的，但应力也很大，要如何规避高应力带来的风险？这就涉及零件在打印的时候需要考虑对模型做合适的摆放、需要加入合理的支撑，以及设定合适的热处理制度和步骤。Al-Mg-Sc-Zr体系材料之所以实现高强度，是因为该材料在热处理时生成了大量细小弥散的Al3Sc（Zr）相，其尺寸可达到纳米级。因此该材料又不同于普通的AlSi10Mg。以上这些都是专业的知识，非经大量实际的摸索不足以理解这一材料体系。 从这里还可以看出，材料又和设备是相关的，因为不同的设备会在激光、风场、软件、硬件等配置上存在或多或少的差别，这就造成虽然是同一种粉末，可能打印参数就不一样。这就需要投入时间来根据特定设备做材料参数开发的工作，这需要设备商的参与。 5）前期投入问题 从以上的论述可以看出，高强铝不只粉末材料价格高昂，且在打印开发时还会面临一系列的问题，这都需要不低的前期投入。那对于一般的工业制造企业而言，在未来市场不明确的情况下，贸然投入一笔经费来做新材料的开发确实会很有风险性。尤其是对于一些“老板式”的企业来说，更是如此，必须把每一笔钱用在刀刃上。因此，投入的动力不足也是高强铝遇冷的原因之一。 6）应用范例问题 应用范例是高强铝真正核心的问题。就是作为一款高强度性能的材料，究竟在哪些地方能够发挥它的作用？前面已经谈及这种材料价格偏高，因此必然把它的早期应用，限制在一些对成本不敏感、但对性能有超高追求的领域，如航空航天。目前铝在航空航天的应用仅仅是一些非关键结构件，或者散热件，那高强铝的问世实际使得高强铝具备了承担结构件的可能性。这样的好处是显而易见的，因为首先带来了减重，其次是3D打印工艺能够实现复杂结构和一体化制造，带来多方面的效益。但是这都需要我国的航空航天部门或单位多做一些探索性的工作，多给高强铝一些应用的机会。 有何破解之法 笔者认为对于高强铝，当前面临着四大争论： • 体系之争，这么多体系的高强铝，到底哪一个是能够走通的？ •专利之争，选用Al-Mg-Sc-Zr或Al-Mn-Sc-Zr，会不会造成侵权？ •价格之争，比钛还高的价格，有谁或者什么地方能用得起？真的有必要吗？ •投入之争，前期的投入不低，为什么要自己来投？何不等成熟的时候直接来用？ 这些争论看起来都是难以解决的，但是笔者认为企业向来追求实用主义，这个东西到底有没有用？能不能用？哪个好？拿来实际测试，实际做一做就可知真假了。真的假不了，假的也真不了，关键是能不能解决实际问题？能不能带来实际效果？ 而对于投入问题，笔者看法是这样：对于一个新材料而言，始终存在着前期的投入成本。你敢先前一步去测试、去使用，就快人一步，也许就意味着建立了竞争力。 作为行业内专注于铝合金3D打印材料的专业制造商，宝航一直致力于为用户提供多种铝合金3D打印材料解决方案。高强铝是公司的核心产品线之一。 宝航主要基于Al-Mg-Sc-Zr体系生产制造高强铝3D打印粉末，这是因为公司认为这个材料体系成熟度最高，最具有市场前景性。公司已经能够批量生产制造屈服强度500MPa级、600MPa级的高强铝粉末。 此外，宝航基于Al-Mg-Sc-Zr体系的高强铝已有近三年的材料研发和打印工艺经验。在新用户使用高强铝的时候，公司能够提供打印和工艺参数方面的指导，帮助用户缩短高强铝打印开发的周期，并能尽快实现零件的打印。 公司开发的高强铝在多种金属3D打印设备上均进行了打印测试验证，包括：E-plus M260，E-plus M450，Farsoon M271，BLT S310，LiM M260, EOS M400等，公司正不断的积累高强铝在不同设备上的打印性能数据，以期进一步提升材料的稳定性。 在高强铝的应用开发方面，公司也在积极的同国内的一些设备商、打印服务商和应用单位合作，与某单位合作成功开发了某型号无人作战平台高强铝液压缸缸体零件，实现了零件内部复杂管道的设计和制造，达到设计性能要求，进入服役阶段。公司近日成功实现了某高强铝空心叶轮的打印，成形外轮廓尺寸约为Φ240×100mm，该零件顺利通过了X射线检测的无损探伤。下一步，公司也计划与航空航天等应用部门加强交流合作，推动高强铝的更多应用。 一款新材料要真正得到应用，需要更多的人关注、感兴趣和实际应用，在此笔者也希望国内3D打印的专家、学者、工程师和使用单位能够对这款材料感兴趣，多用它，用好它。 如需更多信息，欢迎联系：刘经理，15210565071。 扫描关注 3D打印技术参考 视频号…

近日，3D打印机制造商Essentium与工业激光器专家NUBURU正在合作开发一种基于蓝色激光的新型金属3D打印机。新设备旨在实现工业级金属部件的高分辨率以及高吞吐量制造，项目将以“多年、数百万美元”的协议进行开发。据合作伙伴称，该系统将适用于汽车、航空航天和国防等各种关键行业。 新3D打印机将集成NUBURU专有的蓝色激光技术，采用送丝形式，实现定向能量沉积(DED) 3D打印。事实上，作为合作的一部分，NUBURU会将其3D打印应用专利授权给Essentium。 NUBURU联合创始人、首席执行官兼总裁表示，他们的高功率、高亮度蓝色激光技术以及相关3D打印专利将帮助Essentium打造一款功能强大的金属3D打印机，应用范围更加广泛。 NUBURU蓝色激光 Essentium是一家专注于高速挤出工艺的3D打印技术开发商，其推出的HSE技术适用于工程丝材的高速、高温FFF挤出，声称比市场上的工业挤出机快10倍。因此，即将推出的蓝色激光3D打印机将标志着Essentium在金属3D打印领域的首次亮相。 蓝色激光对金属3D打印具有特殊的意义。以铜、不锈钢和铝等为代表的主流金属材料对传统使用的红外激光吸收率并非最高，而是会反射大部分能量。即便当前的技术已经较为成熟，但仍就有很大的改进空间，改变光源就是最重要的因素之一。 相关资料指出，450-560nm波长激光的应用提高了镁、铝、铜合金等高反射金属粉末在激光选区熔化技术中的吸收率，提高了高反射率金属材料的加工质量与加工效率。纯铜对515nm绿激光的吸收率接近40%，对450nm蓝色激光的吸收率则达到65%，分别相当于常规SLM用红外激光的8倍和13倍。3D打印技术参考查询资料发现，相同的应用，原来采用几千瓦的红外激光器功率，切换到蓝色激光只需要500瓦，并能解决了红外激光焊接时“大量飞溅污染”的问题。因此，随着对短波长高功率激光器开发的克服，采用SLM技术进行纯铜3D打印开始出现转机。 铜、金、铝等材料比其他波长更好地吸收蓝色激光 2017年，Fraunhofer激光技术研究所表示正在探索采用绿激光进行纯铜3D打印，并表示未来将创造一种可靠的用于单模操作的高质量激光器，稳定输出最大功率达400w的515nm波段激光。2018年，通快推出了第一款绿激光SLM打印机，该设备配备波长为515nm的TruDisk1020绿光激光器，打印零件铜含量高于 99.9％，实现了100％IACS的电导率和99.9％的致密度。 同样在2017年，日本岛津推出了100w的高功率蓝光二极管激光模块，并采用它进行了纯铜的3D打印。而国内杨永强教授团队在2021年表示，正在开发一款将1070nm的红外光纤激光与450nm的蓝色激光相结合的新型金属PBF打印机，红外/蓝光的复合既可以打印钛合金、铝合金、不锈钢等常规材料，也可以打印对红外光具有高反作用的金、银、纯铜等材料。 杨永强教授团队开发的双波长3D打印机 因为在能量吸收方面的更优表现，蓝色激光可以更快地熔化高反射金属材料。因此，NUBURU声称其蓝色激光技术可以使3D打印速度比其他类似工艺快十倍，同时可以带来更高的零件力学性能。 据Essentium称，新的3D打印机将生产类似于传统铸件和锻件的零件，并且需要“最少的后处理”。Essentium首席开发官兼联合创始人表示，NUBURU是蓝色激光技术的领导者，双方的合作将给金属3D打印带来新的创新。 补充资料，请扫描关注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.华南理工杨永强教授团队在新一代SLM技术领域的研究进展 3.纯铜3D打印工艺的发展：从SLM、3DP、FDM到DLP 4.南科大：金、银、铜等典型高反射材料的激光增材制造

聚合物3D打印市场正在快速增长，《Wohlers Report2022》指出，聚合物粉末的消耗量在2021年超过了光敏树脂，全年增长43.3%，成为使用最多的3D打印材料。工业3D打印机OEM之间的竞争比以往任何时候都更加激烈，高速烧结(HSS)、多射流熔融(MJF)和选择性激光烧结(SLS)是当前聚合物粉末床3D打印的主要工艺。 HSS最初由拉夫堡大学和赢创在2000年代初同时发明，是一种类似于粘结剂喷射的基于粉末的3D打印工艺，具有快速打印和制造大型零件的特点。自2016年商业化以来，voxeljet开发了自己的HSS装备，并于2017年推出了其第一台HSS 高速烧结3D打印机。随后几年该公司又推出多款设备，2020年发布的VX1000 HSS成型尺寸达到了1000 x 540 mm，具有很高的自动化和高生产率，适用于大批量塑料零件的工业增材制造，是传统注塑成型经济可行的替代方案。 The voxeljet VX1000 HSS（图片来源voxeljet） 实际上，MJF技术与HSS类似，也采用喷墨+熔融成型。惠普为功能性原型设计和最终用途生产提供工程级塑料部件，在汽车和消费品等行业中得到应用。 与基于喷墨的HSS和MJF工艺不同，SLS采用激光实现粉末床熔融。传统上采用10.6μm激光配合扫描振镜实现粉末烧结。但近些年来，3D打印技术参考观察到该技术的代表企业开发了一些新形势，如华曙高科通过对材料进行调配，能够使用1.06μm的光纤激光进行烧结，而EOS也在开发基于百万二极管激光器的LaserProFusion多点同时烧结结技术。 由于所有工艺都具有相似的特性和表面质量，因此这些聚合物3D打印技术被视为竞争对手的情况并不少见。国外3D Printing Industry的工程师对这三种技术进行了详细对比，本期，3D打印技术参考就来介绍这些技术的异同点。 喷墨之战：HSS vs MJF HSS高速设计是如何工作的呢？它首先在加热的构建平台上铺上一层薄薄的聚合物粉末，然后，喷墨打印头在平台上移动并喷射红外反应墨水以选择粉末床的区域。在红外光的照射下，注入墨水的粉末会吸收热量，将其烧结并熔化成固体层，未喷墨的部位因未能吸收足够的热量而保持松散。以此逐层打印，直到打印出整个部件。 MJF在许多方面与HSS相似。MJF也是将吸收辐射的流体（又称融合剂）喷射到聚合物粉末床的零件截面区域，并在零件边界喷射细化剂以防止零件截面外的粉末固化。喷射完成后，使用红外灯照射整个构建区域，浸入墨水的部分熔化，细化剂喷射的边界保持未融合。 这两种技术的主要区别在于使用的墨水数量。HSS不需要第二种冷却剂，因为voxeljet的3D打印机可以相互独立地控制结合和未结合粉末材料的温度。他们通过使用两个具有不同波长的红外发射器来实现这一点，这意味着不需要细节处理剂来实现精确的边缘。 两种控制手段带来的结果也不同，MJF拥有1200dpi的分辨率，而HSS仅能达到360dpi。但决定零件分辨率的关键因素仍然是粉末的粒度，因此在这种情况下，更高的打印头分辨率并不一定意味着更精确的零件。事实上，由于HSS液滴略大于单个聚合物颗粒（通常约为55μm宽），它们能够完全覆盖颗粒之间的交叉点，这对于烧结来说至关重要。 HSS和MJF的分辨率比较（图片来自voxeljet） 3D打印技术参考查询到，MJF系统的最大构建体积为380 x 284 x 380mm，而voxeljet VX 1000 HSS的最大构建体积为1000 x 540 x mm（用于PA12）。VX 1000 HSS在打印速度方面也独树一帜，高达7300cm³/h。另一方面， MJF最高效的3D打印机的打印速度为5058cm³/h。 这两种工艺的另一个主要区别是HSS的3D打印开源策略。voxeljet客户能够自由地访问他们机器的所有工艺参数，毫无阻碍地根据自己的材料调整打印参数。这可以显著节省成本，因为用户直接与材料供应商协商自己的粉末价格。用户可尝试的聚合物种类可以很多，包括PA12、TPU和PP，这些材料有的已上市，有的即将上市。此外，成功的概念验证包括PA613、PEBA和EVA。 相比之下，MJF 3D打印机能够打印PA12、PA11和PP。这两种技术都允许对未打印的粉末材料进行回收和再加工。 MJF3D打印机的构建室（图片来源Protolabs） 聚合物粉末床3D打印的传统工艺——SLS激光烧结 对于SLS 3D打印工艺，在高温预热条件下，激光扫描到粉末床中，粉末并没有完全熔化，而是将其烧结到足以融合在一起形成固体层的程度。最大的SLS系统可以打印米级范围内的零件，Z高度打印速度约为48mm/小时（取决于空间利用率）。 粉末床烧结系统是工业聚合物3D打印的主流工艺，可与各种聚合物粉末兼容，如PA6、PA11、PA12、TPU、PP、PAEK、PEEK等等。 EOS工业聚合物3D打印机的构建室（图片来源EOS） HSS vs MJF vs SLS：机械性能对比 为了评估每种3D打印技术的机械性能，工程师查看了一系列供应商提供的一些拉伸测试数据。数据涵盖每种技术的总共15个拉伸测试试样（沿X、Y、Z轴各打印5个），所采用的的材料为PA12，并根据ISO527标准进行测试。 首先，为了确定哪种技术可以生产出强度最高的部件，工程师查看了平均极限拉伸强度(UTS)。这是零件在断裂前可以承受的最大拉应力。在这一轮中，平均打印强度最高的试样是SLS（45.17MPa），其次是MJF（43.10MPa），然后是HSS（40.60MPa）。三种技术对应的最大断裂负载分别为1885.01N、1782.7N和1659.1N。 有趣的是，在voxeljet的官方PA12数据表中，XY的UTS值为52±1MPa，Z的UTS值为46±1MPa。差异的原因是材料数据表是指具有针对机械数据优化的工艺参数的打印件。相比之下，为这项研究打印的试样所选用的参数优先侧重了精度和细节。因此，客户可以选择打印具有针对他们自己的应用优化的参数。 接下来是杨氏模量，它可以显示拉伸刚度。较高的杨氏模量意味着较硬的部件在弹性载荷下仅略微变形，而较低的杨氏模量对应于在载荷下具有柔韧性的弹性较大的部件。这一次，HSS零件最佳，达到1.82GPa，其次是SLS 1.73Gpa和MJF 1.43Gpa。 最后测试了断裂伸长率，它可以显示材料的延展性。测量显示零件在断裂之前可以拉伸多少，以原始长度的百分比表示。有趣的是，在XY平面上，SLS打印的延展性最高（17.53%），其次是MJF（16.87%）和HSS（8.88%）。然而，在Z平面上，MJF生产的延展性零件最多（14.40%），其次是SLS（9.32%）和HSS（6.36%）。 HSS vs MJF vs SLS：尺寸精度对比 接下来，工程师比较了每种3D打印技术的尺寸精度。对四种不同的零件几何形状进行了三次扫描。将零件的这12次扫描与原始STL文件进行了比较，能够计算打印件表面各个点的偏差和不准确性。使用的3D扫描仪的精度为±30μm。 对比发现，整体最精确的是四个SLS打印部件，它们的尺寸最接近STL模型的预期尺寸，平均偏移仅为0.0084mm。HSS的平均偏差0.0527mm，而MJF则进一步靠后，为0.0603mm。 然而，仅靠平均值并不能说明全部情况。从尺寸误差的标准偏差值来看，SLS实际上具有最高的扩散度，为0.1232mm。紧随其后的是0.1074mm的MJF，而HSS的扫描误差之间的分布最小，仅为0.0925mm。因此，虽然SLS打印部件的尺寸通常更符合尺寸，但实际上是HSS工艺提供了最大的一致性和可重复性。 计量测试结果（图片来自3D Printing Industry） 工程师仔细研究了四个几何形状之一的支架。钟形曲线的边界定义了99.6%的点所在的区域。例如，通过SLS 3D打印的99.6%的尺寸在其预期值的-0.366mm和0.388mm范围内。对于MJF，这些数字是-0.402mm和0.154mm。最后，对于HSS，99.6%的打印尺寸在其预期值的-0.313mm和0.155mm范围内。 有趣的是，绝大多数HSS和MJF零件的尺寸都小于其预期值，而不是更大。这可以归因于这些3D打印方法固有的加热步骤，其中聚合物部件使用红外烧结和熔合以增加密度和强度。然而，这也会导致零件尺寸缩小，因此最好在打印准备期间缩放零件的尺寸以抵消这种情况。 HSS…

4月20日，Desktop Metal推出全新的ExOne S-Max Flex可扩展、大幅面、粘结剂喷射砂型3D打印机。粘结剂喷射砂型3D打印技术目前已被广泛用于铸造领域，被认为是降低传统铸造生产劳动强度和人力成本以及实现绿色制造的重要技术。作为ExOne最具代表性的产品组合，该技术已被融入到Desktop Metal的产品系列。 新的S-Max Flex将ExOne在工艺和材料方面的专业知识与Desktop Metal独特的SPJ技术结合实现了更加经济的解决方案。实际上，这台新型的机器人架构3D打印解决方案还将另一家被Desktop Metal收购的企业——EnvisionTEC的产品技术吸收其中，后者的Viridis 3D打印机具有类似的自动化机械臂。因此可见，Desktop Metal通过收购，正在将各家的技术整合出新的超级新品。 S-Max Flex将经济实惠的工业机器人与全新的末端执行器打印头设计相结合，打印尺寸达1.9 x 1 x 1 m，而这台可伸缩式的构建箱完全可扩展，其他版本可以达到4.7 x 1 x 1 m以及1 x 2.5 x 2.4m。 Desktop Metal联合创始人兼首席执行官表示，他们利用SPJ技术（一个行程同时完成铺粉与粘结剂喷射）重新设计了S-Max Flex，因此使3D打印的速度更高、制造成本更低。 粘结剂喷射砂型3D打印机对铸造行业具有强劲的需求，SPJ技术可提供高达115l/h的构建速度，为铸造厂提供快速可靠的生产，即便在劳动力短缺的情况下也可高效运营并加快投资回报。使用呋喃粘结剂打印标准硅砂，可提供尺寸精度为+/-0.5mm的最终零件。 粘结剂喷射3D打印被广泛认为是用于功能精密零件批量生产的最快增材制造解决方案，铸造行业使用该技术可快速制造出复杂的金属零件，并用于航空航天、汽车和能源行业。 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.ExOne保障粘结剂喷射金属3D打印高质量、可重复制造的关键要素 3.中文视频：Desktop Metal如何保障粘结剂喷射金属3D打印质量的均一性和可重复性 4.重磅：富士康宣布开发粘结剂喷射金属3D打印系统

4月20日，中南大学材料科学与工程学院发生一起爆燃事故，一名博士研究生受伤。26日，中南大学湘雅附三医院工作人员透露，20日确实接收一病例，该病例全身60%烧伤，右眼球或不保。 目前该病人正在ICU病房接受治疗，网传消息称燃爆疑似因实验室铝粉爆炸。26日，该校材料科学与工程学院一工作人员表示，因部分实验室不符合安全条例，院内实验室已全部关停整改。 图片来源：澎湃新闻 4月27日，中南大学官方微博发文称，4月20日，中南大学发生一起爆燃事故，一名博士研究生受伤。在知乎话题《如何看待 2022 年 4 月 20 日中南大学材料院发生爆炸？》中，3D打印技术参考看到了有同学讨论到了3D打印实验过程的安全性： △左右滑动查看更多 此次中南大学发生的痛心事件让我们对3D打印相关的实验安全性敲响了警钟，无论对于制粉还是3D打印工艺实验相关。2013年，美国马萨诸塞州沃本市的 Powderpart Inc. 公司发生金属粉尘爆炸，一名当时独自在工厂工作的工人被三度烧伤，现场至少有一台使用可燃金属粉末的3D打印机。除此之外，国内也出现过与金属3D打印相关的危险事件。3D打印的重要材料——钛和铝等均是活泼金属，这些材料可燃，因此会像粉尘一样爆炸。钛和铝的燃烧速度也非常快，并会产生极高的温度和压力，因此需要格外小心。 与粉尘相关的危害程度在很大程度上取决于相关材料的数量及其在该数量下的行为。粉尘爆炸是由悬浮在封闭空间中的颗粒快速燃烧引起的。当这些颗粒与火花、明火、过热的表面或机器放电接触时，就会发生爆炸。 金属3D打印的从业人员要考虑所使用的集尘器或吸尘器中混合的材料，会不会引发铝热反应，是否配备了D类灭火器等等。 实际上，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。 金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，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，国内曾发生多起事故，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，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对设备运行安全性进行了详细研究，以确定安全生产标准；欧洲焊接联合会也对3D打印的操作安全进行了标准确定。但目前国内仍没有明确的行业标准，设备商多从经验角度给出自己的安全规程。最后，希望从事相关技术的企业、高效能够足够重视安全，也希望官方机构能推动相关行业标准的推出。 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.获业内首次融资最高纪录，汉邦科技金属3D打印助力后疫情时代传统制造业变革 3.视频：3D打印的火箭发动机进行全力点火测试 4.国产3D打印解决方案为SpaceX、特斯拉级别的企业制造工装夹具

目前，新冠疫情危机正在对各行各业产生着巨大影响，而3D打印（增材制造）技术却表现的独善其身。传统制造企业严重依赖全球供应链，生产过程需要大量制造装备，而3D打印技术则可以减少许多工艺环节，甚至一步到位，大大降低了对不同专业人员和设备的依赖，并减轻了物流负担，3D打印技术正在让“全球生产”变成“本地生产”。德国联邦信息与通信和新媒体行业协会公布的一项研究显示，近八成受访企业认为3D打印技术会对商业模式和产业价值链产生深远影响，特别是金属3D打印技术。对制造业几乎是零基础的国家来说，3D打印对技术积累要求不高，不需要传统模具，是实现弯道超车、满足自用急需的优选。疫情则是对3D打印技术的一次检验和考核，让企业看到了它的巨大潜力和制造优势。   传统制造与3D打印制造供应链对比 在此背景下，众多企业已经开始将3D打印技术纳入生产流程。在国内，不仅有商发、航天三院这些航空航天领域的领导者，还有上汽、大众、格力等一些消费领域的品牌。因此，业内的知名3D打印设备制造商也获得了难得的发展机会。以汉邦科技为例，其多年来一直致力于与国内知名企业合作，共同将3D打印用于传统产品的制造过程中，通过增材思维及技术的植入，真正实现了降本、增效、提质的重要价值。得益于多年深耕积累和匠心发展思路，该公司于2021年12月获得未来工场30台HBD-350T金属3D打印中型装备订单；并同一时期完成近4亿元首轮融资，创下了本领域首次融资额的最高纪录。 成绩斐然，接下来我们将介绍汉邦科技在帮助传统制造企业降本、增效方面的实际应用。 “贵”，但值得——为知名家电品牌开发3D打印模具 企业从传统机加工转向3D打印制造有哪些考虑呢？最深切的改变就在于新技术对制造周期的缩短，以及制造成本的降低。以国内某知名家电品牌为例，3D打印随形水路定模镶件的应用使其真正体会到了3D打印的价值所在。 该品牌滚筒洗衣机内筒零件在注射成型过程中，冷却所占比例约为成型周期的60%，缩短冷却周期同时提高产品质量是企业关注的焦点。金属3D打印带随形冷却功能的模具或者模具镶件，很好的解决了客户关注的痛点问题，减少了企业对注塑机设备、场地和人员的投资，进而大幅降低了制造成本，提高了企业的利润。 传统模具加工受到现有加工技术限制，往往所采用的冷却方式为横平竖直管道，无法在模具内部实现随型冷却水路，这样极大影响了模具表面的温度分布和冷却效率，最终影响产品生产周期及产品质量。激光金属3D打印技术采用粉末逐层熔化技术，理论上可以实现任何所需要的几何形状，赋予了设计的自由性，从而让设计者不再受传统加工技术的限制，真正实现产品的内部随形水路设计。   滚筒洗衣机内筒注塑模具 汉邦科技为该品牌打造的滚筒洗衣机内筒注塑模具，样件尺寸为195.84*195.84*106.27mm，采用模具钢在HBD-350设备上完成3D打印，该设备有效成型尺寸达325*325*400mm，采用上送粉结构，双向变速铺粉模式及双激光配置，再与大层厚打印工艺结合，在保证高品质打印质量的前提下，实现对打印效率的极致追求。通过实际的注塑对比发现，采用了具有随形水路3D打印零件的内筒模具比传统机加工模具在单件生产中效率提升了29.5%，产品的日生产量提高了40.7%，生产效率的提升非常明显。 单从模具的生产制造成本来说，3D打印的成本要高于传统加工成本，但是从整体产出效益来对比，使用3D打印随形水路的方案所带来的综合效益远远高于传统方式，从以下产出数据对比可见： 然而，通过综合对比可知，3D打印产品对传统制造企业生产效率和成本优化的提升是显而易见的，在该案例中，企业每年需要11.8万件的注塑产品，采用新技术可每年为企业节省约20万元，这也是国内高端制造企业开始采用3D打印纳入生产体系的原因。与此同时，对于3D打印企业同样有利可图，洗衣机产品每年的销量多达几十万台甚至上百万台，对模具的需求量可想而知，3D打印企业相比以前更能深入到传统制造业中。 一体化设计和极限特征制造——提升产品效能，提升综合效益 3D打印的带来的另一项转变是零件的一体化设计和制造。目前较为知名的是GE的一体化燃油喷嘴，将20个零件变成了一个精密整体，Catalyst 涡轮螺旋桨发动机的855个零件经过结构优化减少为12个部件。多部件集成为一个单独的部件进行制造，不仅仅可以减少零件数量，同时减少了装配、焊接等工序，从而降低了对人员的依赖，以及每道工序存在的风险或隐患，一体化成型已被论证将产生近60余项的重大影响，涉及整个产品制造链条。 在汉邦科技的客户案例中，曾为某氢能源系统组件进行了一体化设计与制造。该零件传统上由二十多个零件组合而成，结构复杂，且采用铸造工艺分别制造，制造时间长，工序复杂。采用3D打印一体式设计与打印，整个制造周期仅37小时，不仅大幅度降低了产品交付时间，还增加了产品的安全性。 汉邦科技一体化制造的氢能源复杂结构部件 汉邦科技一体化制造的氢能源复杂结构部件 同时，相比于传统产品制造，一体化成型技术还涉及到产品制造流程的简化，如减少了以往QA和QC过程中的处理环节，消除了传统库存，并对产品供应链进行了优化，这也是新技术对传统制造改变的方式之一。 3D打印对传统制造的改变还体现在极限结构特征的制造上，例如通过对液压歧管重新设计，减少90°角改善了流体损失，消除了堵头并减少了泄漏点，零件的整体质量还因结构优化减少了81%。 汉邦科技3D打印的液压歧管 鞋模是3D打印极限结构特征制造的另一应用。以激光粉末床熔化（LPBF）工艺为代表的金属3D打印技术能够实现0.03mm的制造极限，这对于鞋模制造大有用处。传统鞋模加工制程十分复杂，严重依赖于手工技能，鞋底纹路处理主要方式为蚀纹处理，需要使用大量的化学用品进行表面处理（酸洗），对操作人员身体健康和环境破坏巨大。而3D打印则可以一次性实现底部纹路制造，更无需进行铸造和后期咬花处理，效率大大提高，节约了人员成本，并大幅缩短了产品交付周期。 金属3D打印鞋模 在工业领域，非标零件、精铸件、模具等应用得到快速推广，采用3D打印技术可以缩短生产周期，提升生产效率。在后疫情时代，制造业对供应链的稳定可靠将更加关注，人们对3D打印技术的关注将变得更多，对技术的理解将比以前更深刻，对技术的接收使用度也会更高。 汉邦科技在行业内深耕多年，具备极高的技术敏感性和实干精神，未来更会以“金属3D打印工匠”大工匠精神，与上、下游合作伙伴形成背靠背式的互信合作，推动金属3D打印在传统制造业中的深入应用和新行业解决方案的开发。 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.汉邦科技金属3D打印助推高效换热器制造升级 3.3D打印如何提高注塑模具的竞争力和附加值？ 4.马立敏博士：增材制造，“降本增效”设计思维必不可少