2018年，峰华卓立基于砂型3DP技术的多年积累开始探索金属和陶瓷3DP技术装备。2020年推出了自主研发的第一代下送粉的粘结剂喷射金属打印装备BJM430，2022年推出第二代上送粉BJM460机型。至2023年，随着市场需求的不断扩大，峰华卓立面向批量化生产客户推出了第二代升级款BJM460金属打印装备。相比于之前，在结构上进行了优化和改进，在性能和功能方面进行全面的提升和完善，配置了全产业链的附属设备。 第二代升级款BJM460展示图 升级款BJM460，是面向批量生产客户的而设计的高效金属增材制造装备，凭借其大小缸配置、产线优化、开源策略等优点，已经在汽车、粉末冶金、机械模具、教育科研等行业获得了良好的工业应用。 01全面优化，高效生产 喷头负压管理+在线监控+多层压实 第二代升级款BJM460在上一代的基础上进行了优化； 升级打印系统矩阵式布局，喷头分辨率为400/720/1440dpi，客户可以根据精细度、打印速度、不同应用场景等需求选择不同分辨率的喷头。 配置喷头独立负压管理系统，打印自动纠错优化算法，喷头系统可单独工作也可以联合工作，避免打印系统因单个喷头损坏而导致工作终止，提高了设备的稳定性和可靠性。 提供在线监控功能，实现实时打印过程中自动纠错、喷头自保湿和自清洁功能；水基低碳粘结剂的成功使用，喷头使用寿命可超过2年，售后维护成本更低。 粉末多层压实功能，生坯打印致密度提高10%，可达68%左右。 02大小双成型缸 研发与批量生产兼备 秉承创新理念，BJM460拥有大小缸配置，集研发与批量生产一体，成型缸为大小缸（160*125*80mm & 460*375*300mm）设计，能满足多种材料打印测试需求，也能满足航空航天、汽车、医疗、科研、模具等行业大尺寸和批量打印成型需求。 在科研行业和制造领域，用户可使用小成型缸进行工艺、材料开发，有效降低用户的开发和工艺验证成本；当成型大尺寸零件或批量生产时，则使用大成型缸，减少了设备重复投入的经济成本，降低了不同设备带来的工艺风险。总的来说，用户可以利用大小成型缸技术，完成从样件到批量生产的快速导入，从而更好地满足市场需求。 03一体化集成解决方案 产线定制+模拟仿真+烧结控制 客户可根据需求，选配自动送粉装置、除尘循环系统、转运小车、固化炉、清粉及粉末回收装置、真空脱脂烧结炉等辅助设备，从而提高整个生产流程的安全和效率。辅助设备的配置能够减少对人力的依赖，改善工作环境和劳动强度，确保粉末回收利用率超过95%。此外，峰华卓立为客户提供定制化的高真空脱脂烧结一体炉，可以用来适配多种金属材料烧结，特别是氢气还原系统，可以用于钛合金的烧结。通过定制化，该公司可以快速的帮助客户完成烧结和工艺测试。 BJM460产线配置及工艺流程方案 生坯烧结过程中的收缩变形是当前金属3DP技术面临的主要挑战之一。由于不同材料的热膨胀系数不同、升温和降温速度不同、结构复杂等原因导致生坯会发生不同程度的收缩变形。这种变形将直接影响产品的精度、尺寸和表面质量，可能导致打印件无法达到客户所需的精度要求，甚至无法正常使用。为了解决这个难题，峰华卓立采用烧结模拟仿真软件，对材料进行热分析和流体分析，模拟烧结过程中的变形情况，并在打印之前通过校正和补偿来消除收缩的影响，有效控制产品收缩，其收缩率偏差可控制在±1%以内。 目前，3DP技术的发展确实面临着许多技术和工程难题，其中如何保证在高速打印过程中仍能保持较高的产品精度和质量，以及使打印后的生坯密度分布更加均匀并达到较高的强度等问题尤为重要。 峰华卓立一直致力于技术创新和产品研发，不断地探索和应用新的方法和技术来解决这些问题。目前，该公司自主研发的第二代升级款3DP金属打印装备BJM460在这些问题上取得了显著的进展：生坯尺寸精度±0.1mm，2 Pass打印平均速度20s/layer，这意味着它能够在较短时间内完成复杂的3D打印任务。同时，在生坯的强度问题上，也做了深入的研究，并采用了一系列先进的方法和新材料来提高其强度，经过实验和测试，BJM460打印出来的生坯强度可以达到3Mpa以上，远高于一般3D打印设备的水平。 粘结剂喷射技术BJM460产线布局规划  面向研发以及定制化批量生产的不同需求，峰华卓立将始终致力于为客户提供高质量、高效率和低成本的金属增材制造解决方案，以满足客户不断变化的需求。峰华卓立期望能够与更多的合作伙伴沟通交流（产品开发总监 张唯18673163568 zw@fhzl.co），共同推进粘结剂技术在3D的打印行业的应用与发展。 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.干货分享：陶瓷3D打印之粘结剂喷射技术的成形材料、优势与挑战 2.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 3.Apple Watch 9或使用粘结剂喷射金属3D打印生产表壳 4.烧结，影响粘结剂喷射金属3D打印零件控形控性的重要因素

在上周举办的第三届航空航天增材制造大会上，颜永年教授做了《发展大型高效激光金属熔化3D打印装备，助推我国航天航空制造发展》的主题演讲。 颜教授指出，永年激光所做的一些工作，主要是为了航空航天领域的应用。3D打印技术，尤其是激光粉末床熔融工艺的发展，引起了产品结构的重新定义。该技术已经初步完成了精度和经济的统一、精度和效率的统一，以及精度和材料的统一。而对于世界航空航天领域，颜教授认为，该领域已经进入了金属3D打印（SLM）制造的新时代，其他行业的大门也已经打开。 面对今天种类繁多的金属3D打印工艺，颜教授指出，区域打印、多激光大幅面粉末床SLM技术、能量沉积技术以及粘结剂喷射技术应当引起行业内的关注。而具体到SLM技术，多激光、无支撑、少飞溅以及蓝光、绿光等替代光源的发展正在成为新的方向。 永年激光近年来已取得众多关于大型高效金属SLM 3D打印的研究成果，包括集成式扫描头、激光动态再分配技术、冗余扫描技术等，克服了工程上的一些列困难，如空间、热、电磁干扰和安全隐患极限；开发了多款适用于航空航天领域的超多激光和超大尺寸金属3D打印装备。以下为颜教授的完整演讲资料。 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.数十激光+米级幅面！2023年国内重量级SLM金属3D打印新品装备一览 2.3D打印成功制备无裂纹、高性能超高温碳化钛陶瓷 3.波音与空客均在使用3D打印制造直升机零件，认为综合成本更加经济 4.借助机器学习和3D打印，快速实现超材料结构逆向设计

陶瓷3D打印一直备受关注，如今业界已经开发出了多种基于不同3D打印工艺的商业化设备，并适用于不同领域的陶瓷应用，3D打印技术参考在往期文章中也进行过详细介绍。但需要指出的是，陶瓷3D打印技术并没有像金属和聚合物那样成熟，在应用领域也远未有后两类材料那样广泛，所能制造的材料种类也多局限于氧化物陶瓷。 非氧化物陶瓷（碳化物、氮化物和硼化物）具有非常理想的特性，包括高导热性和导电性，以及对长时间暴露于高温、化学、辐射、应力和机械磨损的适应性。非氧化物陶瓷中的超高温陶瓷具有所有二元化合物中最高的熔点（超过3000°C），并且在2000°C以上的空气中具有热和化学稳定性。由于其极端的耐火特性，受到了航空航天、火箭推进和高超音速领域的关注，该材料可用于制造这些领域的热保护系统、喷管、喉管以及天线罩，这些应用通常在高热通量、腐蚀性氧化环境和快速加热/冷却速率场景下使用。 导弹上的陶瓷天线罩 应用航空航天的陶瓷3D打印产品：高温合金涡轮叶片熔模铸造二氧化硅基陶瓷芯、氧化锆离心叶轮和由氮化硅制成的燃烧喷嘴（来自Lithoz） 使用增材制造或传统陶瓷加工技术生产具有复杂结构的超高温陶瓷既困难又昂贵。这些材料中的强共价离子键和金属键抑制了足够的原子流动性以减轻加成过程中的热诱导应力，并且在加热到产生流动性的温度时可能导致分解，因此需要高后处理温度和压力辅助技术来生产致密部件。这些方法通常将几何复杂性限制为简单的轴对称形状（如圆柱体）或没有内部特征的组件。当使用 3D打印技术成形耐火陶瓷时，颗粒材料的高温固结（烧结）需要结合相或有机添加剂（分散剂、粘结剂、增塑剂、润滑剂等）以在非反应性材料上提供所需的流变和内聚特性原料。对于超高温陶瓷材料的3D打印，需要高温（＞ 2000 °C）、缓慢加热（0.1–2°C/h）和热等静压，缓慢的原子扩散阻碍了非氧化物颗粒的固结和烧结。 3D打印技术参考注意到，约翰霍普金斯大学的一组研究人员使用商用系统成功制造了超高温碳化物陶瓷。这是一种被称为两步反应的3D打印技术，制备出了具有亚毫米分辨率的碳化钛 (TiC)立方体和晶格结构。而碳化钛是一种类似于碳化钨的坚硬耐火陶瓷，具有高熔点 (3067°C)、高硬度、极高的抗压强度、耐化学侵蚀、低摩擦系数以及高导电性和导热性。该材料通常被作为金属基复合材料的增强成分使用，作为单独材料进行3D打印则未看到过报道。 https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103318 本文研究打印完未清理的晶格结构 该研究主要包括两个重要步骤： 将钛粉与酚醛树脂混合，使用粉末床激光烧结（SLS）工艺打印成生坯，期间使用氩气保护； 将坯体在甲烷（CH4）气氛中进行原位等温气固转化，经两步反应得到超高温碳化物陶瓷TiCx；为反应生成TiC，需要进一步处理。 研究发现，与不发生气固反应的其他间接增材制造技术相比，钛粉在与甲烷发生反应时释放的大量热量促进了粒子间的键合；同时，Ti转化为TiC会产生体积膨胀，弥补了酚醛树脂分解产生的孔隙，从而减少了材料收缩，获得无裂纹试样。 立方体和晶格结构生坯 生坯部分和完成转化的结构对比 温度控制和加热持续时间可用于改变生坯微观结构并调整转化率和碳化物的量，在生坯致密化之前进行气固反应，直到气体扩散率受到限制，这种两步后处理程序可能被证明在创建致密、坚固的 超高温陶瓷组件方面最有效。在此反应合成过程中，必须仔细控制温度、气体成分和加工条件，确保同时发生放热反应、反应结合和致密化，从而生产出结合良好、致密性更高的TiC部件。 该技术制造的立方体块体和晶格结构细节 对晶格结构进行热冲击实验 研究人员使用该技术打印了立方体块体和金刚石立方晶格结构，其中晶格结构的分辨率达到50μm，具有足够的强度且无裂纹。经过快速、高温加热，晶格结构能够在1300°C的峰值稳态温度保持2分钟；经过热冲击测试的晶格保持了机械性能并能够支撑800g的氧化铝耐火砖。 总的来说，这项研究为实现非氧化物超高温陶瓷的增材制造开创了一种可行的方法，进一步的研究将能推进该技术在火箭推进、高超声速热防护及其他极端环境中的应用。 参考：Reactive two-step additive manufacturing of ultra-high temperature carbide ceramics 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.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 2.为特殊金属和特种陶瓷开辟一种可行的3D打印解决方案 3.2300万！燕山大学陶瓷增材制造课题获科技部国家重点研发计划支持 4.陶瓷3D打印面临的挑战，一种增韧解决方案与未来市场

3D打印技术参考注意到，NASA于10月19日发布消息称，其最近成功测试了由3D打印制造的铝合金火箭发动机喷嘴。此前由3D打印制造的火箭发动机喷嘴材料通常为镍基高温合金、铜合金或不锈钢，由铝合金制造喷嘴是第一次报道。材料的改变使喷嘴更轻，可携带更多有效载荷，从而为深空飞行奠定基础。 根据该机构的合作机会公告，NASA马歇尔太空飞行中心的工程师与Elementum 3D公司合作，开发了一种可焊接铝，其耐热性足以用于火箭发动机。与其他金属相比，铝的密度较低，可用于制造高强度、轻质的部件。 然而，由于铝对极热的耐受性较低且在焊接过程中容易破裂，因此到目前为止，铝通常不用于火箭发动机零件的增材制造。此前，NASA发起了名为Reactive Additive Manufacturing for Fourth Industrial Revolution Exploration Systems (RAMFIRE-ACO，用于第四次工业革命探索系统的反应增材制造)项目，以期为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。该项目下，NASA与 Elementum 3D合作，通过工艺开发、表征和测试来推进高强度铝合金的大规模定向能量沉积 (DED)工艺制造，并使供应链可供更广泛的航空航天、汽车和其他行业使用。 先进铝合金是具有高强度、高导热性和低重量的理想组合，使其成为许多复杂运载火箭结构的理想选择。高强度铝合金的使用受到这些合金较差的可焊性和可打印性的限制。Elementum 3D利用获得专利的反应增材制造 (RAM) 技术开发了一系列用于激光增材制造的可打印高强度铝合金。这些原料的强度等于或超过可比的高强度锻造铝合金，同时与锻造铝合金不同，它们还可以焊接和3D打印。这些铝合金目前被用于太空、航空航天和汽车行业，并为新的创新设计铺平了道路。RAMFIRE项目将把这些铝合金发展至大规模DED工艺，为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。  带有整体通道的大型气动塞式演示喷嘴的制造工作正在进行中 NASA和Elementum 3D将所开发的变体铝合金命名为A6061-RAM2，并使用其进行喷嘴打印。火箭喷嘴具有小的内部通道，基于再生冷却原理防止熔化。使用传统的制造方法，喷嘴可能需要多达一千个单独连接的零件。RAMFIRE喷嘴采用一体式设计，所需的连接大大减少，并显著缩短了制造时间。  NASA的月球到火星目标需要能够向深空目的地发送更多货物，这种新型合金可以在制造能够承受高结构载荷的轻型火箭部件方面发挥重要作用。STMD先进制造首席技术专家John Vickers表示：“质量对于NASA未来的深空任务至关重要。像这种成熟的增材制造和先进材料项目，将有助于发展新的推进系统、太空制造和月球、火星及其他任务所需的基础设施。” 铝合金火箭喷嘴成功测试 今年夏天早些时候，两个RAMFIRE喷嘴使用液氧和液氢以及液氧和液甲烷燃料配置完成了多次热火测试。由于压力室超过825磅每平方英寸 (psi)（超过预期的测试压力），喷嘴成功累积了22次启动和579秒（接近10分钟）的运行时间，这表明喷嘴可以在最苛刻的深空环境中运行。 NASA工程师在成功进行热火测试后检查RAMFIRE喷嘴 “这个测试标志着喷嘴的一个重要里程碑，在对喷嘴进行一系列严格的热火测试后，我们证明了该喷嘴能够承受月球着陆器规模发动机的热、结构和压力负载。” 除了成功建造和测试火箭发动机喷嘴外，RAMFIRE项目还使用RAMFIRE铝材料和增材制造工艺来建造其他先进的大型部件用于演示目的。其中包括直径为 36英寸（914mm）的气动塞式喷嘴，其具有复杂的整体冷却通道和用于低温流体应用的真空夹套罐。 采用A6061-RAM2 铝材料开发真空夹套制造演示罐，该组件专为低温流体应用而设计，设计有一系列壁厚约为1.5mm的整体冷却通道 NASA和行业合作伙伴正在努力与商业利益相关者和学术界共享数据和流程。多家航空航天公司正在评估这种新型合金和LP-DED增材制造工艺，并寻找将其用于制造卫星和其他应用部件的方法。 与标准生产技术相比，增材制造的零件可以提供复杂的几何设计，并大大节省成本和进度，为推进系统的设计开辟了新的领域。材料选择在系统设计、性能和重量方面也发挥着重要作用。 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.ORNL和NASA合作，3D打印一体式月球车车轮，减少组装 2.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 3.62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 4.NASA着力开发火箭发动机的多合金和多工艺增材制造

3D打印技术参考注意到，关于波音与空客在使用3D打印技术制造直升机零件的新闻在近日集中出现。两家公司均涉及到批量3D打印，通过对比传统制造工艺发现，3D打印在一定情况下可以更加便宜。这不禁让笔者联想到，GE公司此前的探索也发现，采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济（点击）。 波音：3D打印小批量生产更经济 报道称，波音公司已开始使用3D打印为波音AH-64阿帕奇攻击直升机生产零部件，目标是缩短较长的制造交货时间并改善供应链。波音公司在一次贸易展上表示，最初的部件（旋翼系统的接头）已经在世界上最大的金属3D打印机之一上打印出来，由此可以看出该部件的尺寸较大。波音计划于2024年春季测试完整的3D打印旋翼系统原型。 波音公司表示，生产第一个3D打印部件只需45分钟，而传统生产则需要一年时间。其长期目标是采用3D打印技术制造过去需要昂贵锻造技术生产的数千个零件。该公司同时表示，除了缩短交货时间外，3D打印还可以更加经济，尤其是对于小批量生产。然而，对于大批量生产，该公司将继续依赖传统制造。此外，3D打印在某些情况下可以实现更高的材料强度。 波音公司将首先检查关键磨损部件，如果该技术得到证明，它可以简化阿帕奇战斗直升机的生产和维护。 空客：3D打印轻量化组件节约运营成本 除波音公司外，空客直升机公司也被报道使用高科技制造解决方案提供商通快制造的3D打印零件改善了燃油消耗。 如今，空客直升机公司已使用部分通快金属3D打印机批量生产飞机部件，以此实现了两个目标——轻质结构和节省燃料。 近期，这家航空航天巨头在德国建立了一个新的3D打印中心，扩大了其增材制造能力，通快为该中心提供了金属3D打印所需的机器。空客直升机中心现场经理表示：“通过创新的制造工艺，我们正在开发未来的直升机。除此之外，3D打印有助于减轻组件的重量”。 欧瑞康3D打印的空客卫星部件 空客直升机公司称，3D打印的飞机零部件将帮助飞机运营商减少燃油消耗，最终降低成本。这些3D打印零件还可以使航空航天业变得更加环保，因为它可以通过降低飞行中的二氧化碳排放量来减少该行业的碳足迹。 这家航空航天巨头正在利用3D打印技术为其电动城市客车和高速赛车直升机制造飞机部件，空客A350和A320等客机也将配备了3D打印零件。通快首席执行官强调了采用3D打印技术如何节省成本并减少浪费，他表示：“增材制造可以节省昂贵的原材料，并可以降低航空业的生产成本。3D打印机仅使用设计师实际需要的材料来制作其组件，并最终在飞机上起飞。另一方面，传统的制造工艺需要比最终产品多十倍的原材料。因此，在铣削或切削时，大部分原材料最终都会被浪费”。 空客直升机公司批量3D打印的A350 客机组件 中国商飞增材制造中心主任张嘉振指出，3D打印通过轻量化组件的制造，可以通过为飞机减重的方式减少飞机全寿命周期内的运营成本。比如减重1公斤，在其整个运营周期内可以节约几十万人民币，即使零件的制造成本比传统工艺更高，综合来说这也是划算的。 GE：3D打印代替铸造，成本更加经济 大多数制造商都难以在支付了铸模费用的情况下，放弃使用铸造而选择金属3D打印，主观上的成本考量都不会将两者相提并论。然而，GE Aviation和GE Additive在2021年的合作证明，金属增材制造可以与传统铸件的价格持平。其成功制造的四个3D打印部件将削减多达35％的成本，这足以让管理部门淘汰旧的铸模。 同样重要的是，GE Additive的工程师从识别目标零件到3D打印最终原型，总用时仅10个月，而使用铸造工艺生产这些零件则需要12-18个月甚至更长时间。GE Aviation的增材制造部门负责人表示，这是他们第一次发现金属3D打印比铸造还要便宜，即便在有外部供应商报价的情况下，金属3D打印仍然具有成本优势。 与以往利用零件合并来减少组装从而降低大量成本不同，此次3D打印的零件完全基于铸造模型，没有任何的设计更改。这一发现让GE Aviation着手寻找其他发动机上更多的零件，并采用金属3D打印来降低成本。 END 通过本文的案例可以说明，在计算3D打印成本的时候，不能以单一的思考方式计算其直接制造成本，应该综合考虑各种因素，要对比制造需求、组件性能提升带来的综合价值等因素。在不同的场景需求下，来判断使用传统加工手段还是3D打印技术。 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.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 2.380万欧元！空客大手笔签订3D打印零件制造合同 3.波音扩大电弧增材制造工艺测试，将3D打印大型铝合金构件 4.CONTEXT最新3D打印报告：工业级、专业级和桌面级市场变化趋势

材料的固有机械行为可以通过施加力和测量产生的变形、屈服应力应变曲线来进行实验表征。例如，在拉伸载荷下，陶瓷等脆性材料的机械行为的特征是应力-应变曲线具有线性区域，随后出现尖锐的终止；弹性体表现出超弹性，其特征是快速上升的上凹应力应变曲线，没有明显的线性区域。对于金属、陶瓷和聚合物等均质材料，除了随机微观缺陷的存在之外，对载荷的响应还取决于固有的微观结构，例如晶体结构、原子键合以及组成分子/原子的尺寸和质量。 通过三维超材料微架构设计，增材制造可以实现对材料的机械性能定制，这些材料可以表现出不寻常的特性，如负泊松比、负压缩性、超轻和超刚度，形状可恢复性和多种稳定状态。这些架构材料在材料性能选择图表（如阿什比图表）中实现了以前无法达到的特性，表现出这些特性的架构材料通常是通过正向设计方法、拓扑优化以及机器学习来设计的。正向方法可迭代调整材料的设计参数（如单元尺寸、壁厚等），直到测量或模拟的材料性能满足规定的设计标准，这通常需要经验丰富的设计师的大量经验知识。虽然拓扑优化和机器学习已经显示出能够产生提供所需属性的设计潜力，但由于设计映射和响应不唯一，它们尚未在实践中准确捕获所有所需的机械行为，同时还存在大量变量。这些设计方法还由于制造缺陷、工艺可变性和不确定性的存在而变得更加复杂，需要大量的校准来解释具有数亿空间成分的增材制造样品中的缺陷。由于这些挑战，制造的样品的实际机械性能通常与设计性能显著偏离。 3D打印技术参考注意到，来自弗吉尼亚理工大学、加州大学、加利福尼亚大学、四川大学以及剑桥大学的研究人员共同发表了题为“Rapid inverse design of metamaterials based on prescribed mechanical behavior through machine learning（“通过机器学习根据规定的机械行为快速进行超材料逆向设计”）”文章，刊登于近期的《自然通讯》杂志上。  www.nature.com/articles/s41467-023-40854-1 在这项工作中，研究人员提出了一种利用人工智能和3D打印开发具有精确定义属性材料的新方法。通过3D打印制造人工智能生成的结构，能够使材料具有定制的机械特性。弗吉尼亚理工大学的郑晓宇教授解释，迄今为止，材料开发主要基于应力-应变曲线。然而，制造公差通常会导致与所需性能的偏差。研究人员如今通过人工智能和3D打印提出了一种新方法，用户定义材料所需的机械性能，人工智能由此生成3D模型，然后进行打印。  基于机器学习的快速逆向设计方法  就设计方法来说，遵循了几个步骤。利用生成反向和代理正向神经网络模型，输入包括用户定义的单轴压缩应力-应变曲线（以曲线特征和制造参数的形式，给定3D打印机的最大构建体积尺寸和最小可打印特征尺寸），输出一组最佳设计参数来描述数字晶格设计；然后进行3D打印和测试。为了实现这一点，研究人员开发了一系列晶格单元，能够在单调和循环压缩载荷下捕捉不同的曲线形状，这些压缩载荷涵盖了晶格/点阵/蜂窝结构的广泛力学行为。这些单元充当创建由两种不同（脆性和柔性）聚合物基材区分的训练数据集的构建块，机器学习管道从中学习各种机械行为、拓扑结构和工艺相关制造误差之间的关系，并生成复制目标应力-应变曲线的可打印晶格。这种方法允许快速创建具有完全可定制的机械行为的材料，同时考虑制造过程误差和非线性行为。 设计空间、可绘制的应力-应变曲线路径和结构单元  基于代表性目标应力-应变曲线和实验设计验证的逆向设计 为了证明设计过程的可定制性，研究人员通过图形化定制从商业中底测量的应力应变曲线来逆向设计鞋中底，以增强跑步性能。在足跟-脚趾跑步过程中，中底在不同负荷水平下被分为四个部分，每个部分的目标应力-应变曲线是通过定制基线曲线来创建的，目的是最大限度提高跑步的推进力和缓冲力。量身定制的中底由坚硬但舒适的脚趾部分、更柔软且更高推进力的前掌部分和更坚硬但耗能的鞋跟部分组成。此外，根据基底材料（TMPTA）在应变速率及其力学性能之间的比例关系对目标曲线进行了缩放，从而可以使用准静态训练数据对跑步场景中的动态响应进行逆向设计。结果显示，实验测试的曲线与每个定制截面的目标曲线之间具有极好的一致性（平均预测精度>90%），表明机器学习管道能够在不同的加载条件下产生满足多种定制机械响应的材料。  通过鞋中底的逆向设计证明了应力应变曲线的可定制性 研究人员还逆向设计了三个应力-应变曲线来实验验证方法的有效性，结果表明，这些先进的逆向设计的应力-应变曲线具有连续的峰值应力和协调的塌陷机制以及定制的软化效果，使得逆向设计的复合晶格成为机器学习设计的定制能量吸收填充材料的绝佳候选者。  ‍通过使用叠加设计梯度创建复合晶格来增强应力-应变曲线的可定制性‍ 科学家们表示，人工智能和3D打印的结合使材料开发具有前所未有的适应性。因此，3D打印将成为制造精确指定特征值材料的技术，这项研究可能会从根本上改变材料科学。  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.国内知名工控机品牌研华科技开始使用3D打印技术革新生产 2.多材料金属3D打印：高制造成本与高价值回报的博弈 3.60平米打印幅面！美能源部支持开发迄今最大砂型3D打印系统 4.聚合物3D打印晶格结构的准静态和动态压缩行为

3D打印技术参考注意到，市场情报公司CONTEXT于近期发布了一份新报告，强调了2023年第二季度工业3D打印机销售区域模式的转变，并主要分析了欧美市场和中国市场近期的变化。 欧美市场方面的看点主要是围绕Stratasys、3D Systems、Desktop Metal 和 Nano Dimension的合并，持续大半年的合并/收购案最终未能实现。此外，欧美工业供应商的单位销量较低，但专注于生产更昂贵的系统正在推动收入增长。事实上，在蓬勃发展的“激光战争”中，制造商已将多达26甚至36台激光器集成到金属粉末床熔融3D打印机中，从而增加了市场规模。CONTEXT声称，“激光战争”将推动工业金属3D打印机领域全年收入增长15%。  根据CONTEXT的数据，2023年第二季度工业3D打印机出货量按地区划分，中国的大部分需求由国内供应商满足，而西方供应商则主要供应美国、欧洲和世界其他地区的订单。  按ASTM工艺和材料划分的工业单位出货量预测  1. 中国再次成为全球最大的工业3D打印市场 中国再次成为全球最大的工业3D打印市场，2023年第二季度38%的工业3D打印机销往中国。北美市场份额为29%，西欧市场份额为23%。 尽管2022年由于新冠疫情的影响导致去年中国国内出货量增长不平衡，但最新数据显示该地区的销量有所上升。2023年第二季度，工业聚合物3D打印机，特别是联泰科技的光固化产品的销量在中国增长了66%。另一方面，西方供应商的3D打印机销量下降了15%。  按材料划分的工业聚合物3D打印机系统出货量（图片来自 CONTEXT）  工业金属3D打印市场仍以粉床熔融工艺为主，这些3D打印机占2023年第二季度所有工业金属系统出货量的74%。西方工业金属3D打印机出货量同比下降12%，而中国供应商的出货量增长1%。 CONTEXT指出，制造商现在不再关注3D打印机的出货数量，而是更多关注更大、更高效、更昂贵的型号的销售。因此，尽管西方厂商的粉床熔融设备出货量在2023年上半年同比下降了5%，但收入却增长了21%。这些3D打印机的特点往往是拥有大量的激光器。实际上，超多激光金属3D打印机的开发，是由SLM Solutions和Velo3D等最早开展的，但很明显中国目前在该技术领域正在经历更疯狂的探索。  工业金属粉末床熔融3D打印机系统出货量（图片来自 CONTEXT） 在中国国内，铂力特、华曙高科、易加三维、永年激光等公司均推出了配备超过15台激光器的3D打印机，目前最多的激光器数量可以达到36台。随着这些新的多激光器产品投放市场，CONTEXT预计，尽管出货量下降，收入仍将增加。但笔者认为，此类打印机的需求量是需要关注的另一个焦点，而且初代产品的市场认可度也值得商榷。 2. 中端和专业3D打印机市场增长不尽相同 CONTEXT数据显示，2023年中端3D打印机的销量已经连续两个季度超过了专业价位的3D打印机。第二季度中端3D打印机的出货量同比增长7%，较上一季度增长2%。这一增长主要是由桌面机聚合物粉末床烧结3D打印机推动的，该打印机主要来自Formlabs。中国国内光固化3D打印机出货量的增长（主要来自联泰科技）也影响了这一增长。联泰科技最新的中等价位3D打印机系列的销售加速，为近期的增长做出了贡献。据称，Formlabs 最近的成功源于创建了其桌面型SLS  3D打印机。然而数据显示，这些3D打印机的出货量开始趋于平稳。    第二届全国技能大赛指定光固化3D打印机联泰科技AME RH2500 另一方面，在专业3D打印机领域，继2023年第一季度出现类似下降之后，2023年第二季度的单位出货量同比下降了30%。FDM/FFF 3D打印机出货量下降了36%，而SLA系统的出货量下降了30%。据报道，业绩不佳是由UltiMaker和Formlabs造成，这两家公司的出货量同比大幅下降。   消费级3D打印机的出货量增长了12%，系统收入同比增长22%。报告称，这一成功完全归功于Bambu Lab和AnkerMake，后者在Kickstarter众筹活动中继续取得成功。排除两家公司后，个人3D打印机出货量较2022年第二季度下降了28%。 报告称，创想三维的个人3D打印机出货量略有增长，然而大多数其他供应商的出货量同比下降了两位数，前者在桌面3D打印机市场仍然占据主导地位，并且仍然被认为是DIY套件和爱好类别中的“无可争议的领导者”。该公司的出货量增长了 4%，其竞争对手Prusa Research第二季度单位出货量则同比下降7%。      3. 不同的宏观经济预测导致前景喜忧参半 总体而言，CONTEXT重点介绍了2023年第二季度的混合单位出货量结果。成本超过2500美元的十大收入领先的3D打印机制造商中，有一半的出货量同比增长，包括EOS、联泰科技、HP、Velo3D、Nikon SLM Solutions。然而，Stratasys、Desktop Metal、3D Systems和Formlabs的出货量都有所下降。 CONTEXT强调了导致这些不同结果的“宏观经济预测的巨大差异”。“许多供应商正在应对更长的销售周期，一些供应商面临订单推迟，而另一些供应商则指出 2023 年第二季度需求强劲；一些人指出复苏的早期迹象，但另一些人仍然认为全球经济环境充满挑战和不确定。”此外，由于全球利率居高不下，CONTEXT指出资本成本限制了新硬件的支出。  工业3D打印机系统单位出货量结果和预测  工业3D打印机系统收入和预测 总体而言，CONTEXT预计到2023年底，单位出货量将增长3%，系统收入将增长14%。通胀价格上涨将推动工业聚合物3D打印机收入增长9%，单位出货量增长5%。    生产更昂贵但更高效的多激光金属粉末床熔融3D打印机的全球趋势不断增长。因此，CONTEXT预计工业金属3D打印机领域的全年收入增长15%。  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.国内知名工控机品牌研华科技开始使用3D打印技术革新生产 2.先临新品 | 为口腔诊所量身打造的一站式齿科椅旁3D打印系统 3.多材料金属3D打印：高制造成本与高价值回报的博弈 4.过程-结构-属性！两大工具探索金属增材制造技术的基础物理机制

增材制造技术基于离散-堆积的独特成形原理，相较传统制造技术，在降低生产成本、提高生产效率以及制造复杂结构零件方面具有较大的优势，已经在航空航天、核能和医疗等高度定制化领域逐渐代替传统制造技术。传统的增材技术仅限于成形单一均质材料，已无法满足特殊性能零件的生产要求，如火箭隔热罩、热交换管、发动机腔等热端部件，这些零件在工作区域要保持高耐热和高导热性，而在非工作区仅需要保持一定的强度，同时还要求降低生产成本。 多材料增材制造技术是将多种材料按照结构和功能要求集成在一个零件上，在材料成分、形状结构和宏观性能上具有更高的设计自由度，能够通过精确调整将不同的材料沉积到构件的任意位置上，根据环境或结构要求对零件进行特殊定制生产，突破了传统多材料制备技术的诸多限制，适用于制备功能和结构复杂的零件，生产成本低且性能优异，是高性能零件最理想成形方案。 典型多材料体系的组合和应用 由于传统L–PBF设备的送粉系统是通过刮刀/辊式在同层均匀铺粉，难以实现同层或不同层点对点精确沉积多种材料，这成为限制L–PBF成形多材料的主要问题。因此，如何设计传统粉末床的送粉系统成为制备多材料的关键，现有多材料送粉系统分为刮刀送粉系统、超声辅助送粉系统、电子照相送粉系统和刮刀 +超声辅助送粉系统。来自中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究人员发表了题为“激光多材料增材制造技术研究进展和展望”的文章，介绍了多材料增材制造技术影响界面结合强度的主要因素及消除缺陷的方法；介绍了目前不同的送粉方法和每种送粉方法的优缺点；讨论了工艺参数对多材料增材制造的影响规律；最后总结了该技术目前的瓶颈性难题，展望了未来的主要研究方向。 多材料 L–PBF 送粉系统示意图 01刮刀送粉系统 刮刀送粉系统是最早实现多材料打印的装置，两个或多个粉末容器可以分别储存和输送两种或多种粉末。但是这种送粉系统仅可制造沿沉积方向上的多材料构件，难以实现同沉积层的多材料沉积，可适用的材料体系有限，因此不具备发展潜力。新加坡的研究人员升级了标准 L–PBF 的送粉系统，使用双粉末仓成功实现了铜 –不锈钢双金属的成形，这种成形制件存在尖锐的材料界面，材料突变极易在材料界面处产生孔隙、裂纹和分层等缺陷，难以实现商业应用。  多材料构件打印过程02超声波辅助送粉系统 超声波辅助送粉系统最早是在选择性干粉输送中得到广泛研究，该装置可以以均匀的送料速率送粉，其精度可以达到微米级水平，但是逐点超声波送粉的效率较低，限制了该送粉系统在粉末床中的应用。曼彻斯特大学的研究人员使用超声波振动按照不同的几何模型将多种材料的干粉颗粒输送到粉末床上，成功激光成形了二维的多材料组件。  03电子照相送粉系统 电子照相技术在工业印刷行业的应用非常成功，它是利用静电力将材料选择性地转移到基材上，因此，有学者提出将电子照相技术应用在3D 打印中来实现多材料选择性增材制造。虽然该系统能够快速、精确地输送多材料粉末，但是堆叠成三维零件仍存在一定难度，因为电场会随着沉积厚度的增加而减小。Stichel等开发出一款基于粉末床的电子照相送粉系统，证明了该送粉系统制造多材料具有可行性，并且在印刷粉末层的表面和光电导体之间实现恒定电势，降低了沉积层厚度相关性。电子照相技术目前仍存在不足，如工艺参数不当会导致粉末意外掉落，极易造成粉末污染，此外还需要对沉积的粉末进行材料和粒度上的分类。  由FraunhoferIGCV系统创建的多材料3D打印部件 04刮刀 + 超声辅助送粉系统 刮刀 + 超声辅助送粉系统是目前比较理想的解决方案，该系统由曼彻斯特大学的研究人员提出，集成了刀片和超声粉末分配器，并且使用真空粉末抽吸装置，能够精确去除粉末。通过超声波振动激励信号精确控制粉末流的开始和停止，使用超声波振动可以改善干粉流动，破坏粉末团聚，确保实现稳定且连续的粉末流动。使用该装置成功制备出一系列的316L不锈钢和Cu10Sn铜合金组成的多种金属材料制品，证明了该系统不仅具备可行性，还提高了粉末沉积效率，但送粉效率仍需进一步提升。 多材料 L–PBF 送粉系统示意图 曼彻斯特大学打印的多材料零件 与传统单一材料的设计不同，多材料成形软件应具备对材料力学性能、空间分布和几何形状进行设计的功能，基于体素建模的3D CAD软件可以实现这些功能，但是需要建立完备的材料学资料库来匹配，目前仍不具备多材料增材制造成形的专业性。而市面上仅有的几款软件，如ParaMatters和Monolith等多材料增材制 造工具软件主要用于成形聚合物，对于金属材料的应用较少，因此今后需要对多材料增材制造软件进行深入探索和设计。 作者介绍 韦超，博士，正高级工程师，博士生导师。现任激光极限制造研究团队负责人，研究领域包括：多材料增材制造、难加工材料激光复合加工。已获中国科学院、浙江省等人才项目支持，已被纳入中国科学院特聘研究岗位。任《极端制造》国际期刊青年编委、中国机械工程学会极端制造分会委员、英国机械工程师学会特许工程师/会员、英国激光用户协会青年委员会委员。 激光极端制造研究中心（隶属于中国科学院宁波材料技术与工程研究所），成立于2022年6月，英国皇家工程院院士李琳教授担任中心主任。现有研究团队百余人。前沿科学研究聚焦于揭示激光与材料作用新机理，具体研究方向包括：单原子材料物化反应机理及调控、奇异光场与物质作用机理及调控、复合能场相互作用机理及调控；工程应用研究重点针对难加工材料激光制造工艺与装备，具体研究方向包括：脆硬材料激光加工、复合材料激光加工、高端合金激光加工、纳米材料激光调制、极端环境材料加工。 注：本文内容来自《激光多材料增材制造技术研究进展和展望》，已获作者团队授权。 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.数十激光+米级幅面！2023年国内重量级SLM金属3D打印新品装备一览 2.SLM-可进行多金属3D打印的材料体系，制造潜力、难点与要点 3.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力 4.调查研究：金属增材制造技术行业应用差异及释放潜力的条件

研华科技（以下简称“研华”）是全球知名的工业物联网厂商之一，其业务分布全球28个国家，在全球拥有约8,900名员工。2023年是研华成立的40周年，也是其在江苏昆山扎根的23个年头。作为工业物联网的实践者与赋能者，近些年来研华科技大力投入数字化工厂的建设，不仅利用自身AIoT（人工智能物联网）技术，也积极引入外部的创新技术，3D打印技术便是其中之一。 ▲昆山研华园区 研华工厂生产过程中需要大量使用非标定制件——PCB定位治具。过去，这些治具主要采用委托外加工，并使用电木材质，通过CNC加工的方式完成。然而，随着时间的推移，在使用CNC外协过程中的问题逐渐增多了起来。 01加工成本增长趋势下的挑战 首先，加工成本不断推高——随着上海经济辐射圈的逐步扩大，昆山当地的房价和物价水平不断升高的同时，老的CNC操作人员不断流失，而愿意从事CNC加工的年轻人在减少，导致近两年CNC加工的费用逐年增长。 其次，委外生产的生产周期往往较长，通常需要1-2周时间。当面对需要快速响应的客户需求，往往无法及时响应并影响交付计划。 第三，灵活性受限，传统的委外形式，一旦图纸发出就很难更改，无法灵活应对产品设计的迭代，遇到紧急且设计变更频繁的需求，往往只能重新制作。 02改变思维，利用3D打印技术 面对这些挑战与困难，研华昆山工厂MPM栗经理一直在寻找新的技术与方案进行改善。一次与总部同事的技术交流时，谈到了这个问题，总部同事当时就给他推荐了3D打印技术。 在横向对比了多家3D打印设备之后，研华购入了Raise3D Pro2 Plus的设备，对于当时的这个决定，栗经理还是比较满意的：“当时别人给我推荐的是另外一款国外的设备，我们前前后后做了多项调研，最后选择了Raise3D Pro2 Plus。”对于为何选择，栗经理进一步补充解释道：“首先是精度，我们做了多轮的样件测试，也在内部做了比较，测试下来令我们啧啧称奇的是Pro2 Plus的高精度。” “确保精度的同时，打印尺寸比较大。虽然大部分我们的夹具都比较小，大概都是20cm以下的小件，但是偶尔也会打一些大的零件，305×305×605 mm尺寸足够大，能够满足这些制件需求的同时，你又不用为这个额外多花大几万，那就非常具有性价比了。” ▲研华昆山工厂在用的Pro2 Plus “另外，还有很多细节的地方，如同我说的一样，这台设备有很多的设计逻辑和思考，都是基于制造业企业端来思考的，像我们看到的外在的丝杆、喷嘴、拖链，内在的很多像RaiseCloud这样的‘团队管多台’逻辑的云管理平台、像ideaMaker这种脱机、封闭且安全的切片软件，甚至是这个设备的重量——你真的很难想象这样的小小一台桌面机居然有100斤！” 033D打印定位治具，轻松实现降本增效 “我们的设备安装在工厂工程师的工作室，操作简单，工程师会用UG，SW软件，所以很快就可以上手操作。原来我们用CNC外发需要两周时间，但在使用Raise3D Pro2 Plus后，我们的生产速度提高了很多，大一点的件20个小时就可以制造出来，表面也不用任何处理，就已经很够用了。” ▲利用Raise3D Pro2 Plus打印的PCBA装备定位治具 “从材料方面来讲，目前主要使用PLA耗材，相比以前使用的电木材质，价格更低，由于通常我们填充一般30%或50%，只在需要强度的地方用ideaMaker调整成实心结构，在不影响结构强度的前提下实现轻量化处理，材料的利用率就会更高，大大的降低了成本。这样整体下来，治具成本相当于原来的10%左右。” ▲利用Raise3D Pro2 Plus打印的自动测试机台快拆治具 以创新技术实现成本效率的优化，同时兼顾高可靠性，是包括研华、舍弗勒、SKF等工控企业选择Raise3D品牌打印机的原因。 展会预告：2023年10月24-27日，第27届亚洲国际动力传动与控制技术展览会（PTC ASIA 2023）将在上海新国际博览中心召开！Raise3D复志科技将展示在原型设计、模具制造和个性化定制以及小批量生产等工业制造领域的数字化解决方案。Raise3D复志科技诚挚邀请您莅临OE2  A801 数智液压广场，一同探讨行业前沿，交流经验，共同见证制造业数字化转型的无限可能。 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.最大12kg打印！Raise3D发布光固化3D打印解决方案 2.99.95%！国产Raise3D桌面级3D打印技术具有颠覆性的成功率，广获应用 3.最新：国外团队使用中国3D打印机发表Science重磅研究 4.60平米打印幅面！美能源部支持开发迄今最大砂型3D打印系统

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注专注于3D打印技术硬知识分享 近日，美国能源部公布了新一轮的资助计划，Voxeljet和GE Research一同获得1490万美元的资助，对所谓VX9000粘结剂喷射砂型3D打印系统进行开发和商业化。这套系统是两家公司于2021年宣布的合作项目，美国能源部此次提供额外资金是希望其完成开发并推向市场。 Voxeljet当前已经商业化的最大打印尺寸的系统为VX4000，成形幅面为4x2x1米，使用针对3D打印优化的呋喃树脂和标准化石英砂或二氧化硅打印铸造砂型，打印头的工作分辨率高达200dpi。 VX9000的推出势必进一步增加打印尺寸，使之成为迄今为止新的世界最大粘结剂喷射3D打印机。根据现有的资料，增材制造技术前沿注意到，该打印机将用于生产名为Haliade-X的下一代风力涡轮机关键部件。该机型的打印尺寸将达到目前VX4000的七倍多（规划打印幅面60m2），如此巨大的构建空间为大幅减少所需的独立组件数量铺平了道路。 VX9000与VX4000对比 Voxeljet不同机型的生产效率 新的制造技术将为风能和水能领域生产金属近净成形（NNS）组件，从而减少生产时间和成本。VX9000 是voxeljet开发和制造的尺寸突破性的3D砂型打印机，用于增材制造10吨至60吨以上铸件砂型。美国能源部资助的主要目的是以加速美国各州向清洁能源的过渡。除voxeljet外，GE Research还选择了GE Hydro、GE陆上风电、GE海上风电、克莱姆森大学、橡树岭国家实验室（ORNL）和Hodge Foundry作为该项目的合作伙伴。 VX4000砂型打印机GE 可再生能源公司的代表性水轮机 通用电气公司海上风力发电机舱 先进铸造单元项目的建立是为了加强美国制造业和专业知识，以提高大型金属近净成形部件在其国内生产的成本效益，从而符合拜登政府的清洁发电战略。 GE Haliade-X装有机械部件的海上机舱重达60多吨，VX9000的目标是将生产这种模型和模具所需的资助时间从大约十周减少到两周。这种新颖的制造技术有可能将水电总成本降低20%，并将交货时间缩短四个月。该项目还将包括使用粘结剂喷射3D打印机对16 吨转子轮毂的生产进行优化，以及开发用于组装超过10吨的弗朗西斯转轮的机器人。为了帮助确保该项目的成功实施，相关方正在为当地劳动力发展创建先进制造课程，以培训和吸引工人了解这种3D打印制造技术的细节。 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.聚合物3D打印晶格结构的准静态和动态压缩行为 2.ORNL和NASA合作，3D打印一体式月球车车轮，减少组装 3.中华文化：3D打印一次成型，数字回归实现文物1:1复刻 4.金属激光增材制造中的激光熔化模式 | 清华大学赵沧教授最新研究