2021年12月4日，西安铂力特增材技术股份有限公司顺利为上海峻宸集团交付一批金属3D打印设备。 “潮平两岸阔，风正一帆悬。”随着金属增材制造技术和设备制造产业的发展，模具和手板市场对增材制造接受度越来越高，其在行业应用的渗透率越来越强。峻宸和铂力特的此次合作正是发展趋势的证明。 峻宸集团是一家专注于三维打印服务及技术应用的高科技企业，拥有400余台工业级3D打印设备，包括专业设计和制造综合解决方案以及产品定制的批量打印服务，涵盖了数10种不同的打印工艺如SLA, DLP, Polyjet, MJF, SLM, SLS等。 峻宸集团执行董事长苏大威先生表示：增材制造具有数字化、无模具、高柔性等特点，技术已经成为手板市场首选的生产工艺之一，其质量和效率已经得到工业客户的广泛认可。随着3D打印材料应用的拓展和需求的挖掘，峻宸集团又一次新添工业级金属3D打印设备数台，能够快速响应市场需求，更高效地服务合作伙伴，加速工业制造业发展。 此次批量采购，是峻宸集团对铂力特高品质金属3D打印设备，高效率、高水平服务的认可。铂力特拥有完备的研发体系、严格的质量管理体系，设备满足航空航天的质量要求，已经广泛应用于航空航天、医疗、模具、手板、汽车、教育科研等行业。 未来，铂力特将秉承“让制造更简单，世界更美好”的使命，始终“敬畏市场”，成就客户，让金属增材制造技术为更多手板及模具用户创造价值。

在今年9月美国3D打印制造展览会（Rapid and TCT）和10月复合材料及先进材料展览会（CAMX）上，Thermwood公司展示了其大型增减材制造设备LSAM，并在现场成功打印出可用于航空航天复合材料成型的工装模具，向公众展示了其低成本快速响应复材制造的能力。 作为大型零件増材制造商，Thermwood开发了一种近净成形制造零件的方法，首先采用高速3D打印出尺寸比所需零件稍大的尺寸，然后裁剪到最终尺寸和形状。2017年，该公司与海军空中系统司令部的东部舰队备战中心签署了正式合作研究和开发协议，以合作开发大尺寸増材制造技术。2019年，Thermwood与美国空军研究实验室(AFRL)和波音公司合作开展研究项目——利用增材制造技术生产低成本快速响应模具，波音公司奥本工厂还拥有一台Thermwood大型聚合物增材制造系统，其具有6m的打印床，可以打印宽3m、长6m、高5 1.5m的零件。2021年，普渡大学建立了用于大规模3D打印的Thermwood LSAM研究实验室。 LSAM复合材料增减材设备及关键技术 LSAM是大型热塑性复合材料增减材制造设备，其标准型号配有固定的工作台以及可移动龙门架，在龙门架上安装有挤出式3D打印头和传统铣削头，使零件在同一设备上即可完成增减材制造，避免重新固定零件造成的误差。 LSAM 1540设备具有双龙门结构（工作台尺寸15英尺×40英尺，4.5m×12m） LSAM使用两步法的“近净成形”生产工艺。首先高速打印出比所需尺寸稍大的零件，然后通过精加工修整到最终尺寸和形状。这是3D 打印大型结构最快、最有效的方法。使用LSAM设备，可以在同一台机器上完成打印和精加工。若采用双龙门结构，可以在工作台的两端同时进行一个零件3D打印和另一个零件的铣削加工，从而进一步提高效率。 LSAM设备几乎可以加工任何热塑性复合材料零件，包括高温材料，如包括需在高温条件下成型的PSU、PESU 和 PEI等，这些材料非常适合必须在高温下条件下的模具和工具。系统集成了用于干燥和输送聚合物材料的液体冷却系统，以保持对重要系统的温度控制，这对加工高温材料尤为重要，因此能够生产高质量、完全融合的产品。这些材料也主要用于生产模具和工具，大部分用于航空航天和工业生产应用。 LSAM对两个零件分别进行3D打印和铣削加工 LSAM的关键技术包括以下几方面： 一是先进的打印系统设计。其打印头挤出机的大部分热量来自加热的机筒而不是螺杆旋转与打印材料产生的摩擦，与传统设计相比加热更为均匀且不需要更换螺杆来加工不同的复合材料；打印头使用特殊合金可支持高达450°C的加工温度；聚合物熔体泵由伺服驱动控制流量，形成均匀输出；其独特设计的压轮可实现打印层间无空隙，零件底部打印到特制粘板上，可消除冷却应力和零件翘曲。 螺杆挤出机 二是强大的控制系统。LSAM集成了一个控制系统，能够监控和调整实时温度，自动处理挤出和打印速度。当加载材料配置文件时，该聚合物的所有参数，如区域温度和压力限制都会自动设置；控制系统还能自动将熔体泵的输出与机器运动速度同步，确保尺寸绝对精确，无论机器加速还是减速运行； 温控压轮图 三是适用于大型零件增材制造的工艺软件。具有拐角回拉补偿等功能，可实现复杂零件编程并根据LSAM设备的打印特性进行自动调整。 特制粘板 LSAM独特的打印系统可生产高强度、完全融合、真空密封且几乎无空隙的零件。它不是实验室或演示机器，而是一个成熟的工业增材制造系统，完全能够用于生产大型组件。 波音验证LSAM可行性 近日，波音研究与技术实验室与Thermwood公司合作完成了一项由美国海军资助的项目，内容为应用大幅面增材制造工艺试制可适用于热压罐工艺的复合材料工装，验证其作为低成本、快速制造方式替代传统工装制造方法的可行性。所制造的热压罐需要足够耐用，能够承受180℃和586Kpa的多次固化循环。热压罐的尺寸约为1m x1m x 0.4m，波音公司采用LSAM1020设备和由碳纤维增强的PESU材料来进行零件打印，最红使用277kg的材料，用时7小时26分钟完成打印，并更换铣削头在53小时内完成最终加工，工装尺寸和表面质量达到了设计要求。经过多次热压罐工艺循环试验，工装的真空保持性、尺寸稳定性以及高温耐久性均可满足要求。该项目证明了LSAM设备在单一平台上进行增减材制造用于复合材料工装的能力，与传统制造方法相比，可节省约50%的成本，并将制造周期缩短65%。 LSAM设备打印可适用于热压罐工艺的复合材料工装 此外，Thermwood还层利用垂直层打印（VLP）专利技术成功打印出一个3.6米长的波音777x的修整工装，增减材制造总耗时约43小时，验证了LSAM设备的大尺寸低成本快速制造能力。在波音公司奥本工厂，还安装了一台具有6m的打印床的Thermwood大型聚合物增材制造系统。 波音777x的修整工装 END 复合材料制造是未来平台的一项战略技术，开发更具成本效益的工具解决方案将大大有利于生产制造。Thermwood凭借其3D打印的专利技术以及增减材一体的设计思路，提供了在一台设备上完成零件3D打印与精铣的能力，具有低成本和短周期的制造优势。凭借与此，该公司开发了当今行业中最大的复合热塑性增材制造系统，在航空航天、军事和国防、海洋与造船等行业获得应用。 注：本文内容来自航空制造网《前沿 | 新技术助力大型复合材料增减材制造》，作者：泊森。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.连续纤维+热塑性塑料，空客正在开发代替钛合金的3D打印高强复合材料支架 2.一种纤维铺放3D打印系统在速度、可靠性和性能方面处于行业领先 3.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料 4.超越PEEK，3D打印的碳纤维增强尼龙有怎样的性能和应用潜力

在刚刚过去的Formnext展会上，EOS推出了一种新型铝合金材料Al 2139AM，该合金专为增材制造而设计，可在高达200ºC的高温下提供卓越性能，是EOS推出的强度最高的3D打印铝合金，超过了目前市场上的许多类似材料。改进的强度特性为客户带来了新机遇，可以在不影响强度的情况下显著减轻零件重量。 在热处理状态下，3D打印的Al 2139AM的屈服强度和拉伸强度约为500Mpa，具有高达200°C的高温耐受性和良好的耐腐蚀性。EOS指出，该材料具有快速简单的一步热处理特点，能够减少88%的热处理时间，从而能够更快的得到最终零件。同时，3D打印的Al 2139AM零件可以进行电解抛光和阳极氧化处理。 EOS推出新型适用于高温应用的高强3D打印Al2139铝合金 Al 2139AM的低密度和强度相结合，使其适用于航空、运输、赛车和航天工业等许多要求严苛的高性能应用，同时还能够为制造业提供灵活性、更好的材料管理以及生产成本管理。EOS指出，Al 2139AM及其3D打印工艺将于2022年第一季度发布。 长期以来，铝合金一直被认为是增材制造领域中的重要材料。这是由于它重量轻、强度大和耐化学性好的特点可用于许多领域，尤其是航空航天和自动化领域。根据已经明确的案例，3D打印铝合金已被美国空军、波音、梅赛德斯-奔驰、空中客车公司所采用。 EOS 3D打印的Al2139铝合金零件 EOS这种最新材料专为增材制造而设计，优于该公司的其他3D打印铝合金，如F357。实际上，铝合金高强度的获得与热处理工艺密切相关，市场范围内多种牌号的高强度铝合金莫不如此。适当的热处理可用于满足各种应用需求，如减少各向异性。空客公司开发的世界上第一种增材制造专用高强铝合金粉末材料Scalmalloy，经热处理后室温拉伸强度达到520MPa、屈服强度480 Mpa，均高于打印态；英国铸造公司Aeromet International推出的A20X铝合金粉末经热处理后拉伸强度为511 MPa，屈服强度440 MPa，伸长率为13%；中车工业研究院开发的3D打印铝合金经特定的热处理工艺，拉伸强度稳定超过560MPa，屈服强度超过500MPa，延伸率超10%。经热处理后的EOS Al 2139AM，屈服强度和拉伸强度也达到500Mpa，与当前市场的其他高强铝合金相比处于相近水平，超过传统使用的AlSi10Mg等普通铝合金。 Al 2139的化学成分及其在搅拌摩擦焊制备后，经不同热处理所达到的性能 搅拌摩擦焊制备的Al2139经T3热处理后不同温度下的机械性能 根据3D打印技术参考查阅到的有关资料，Al 2139是一种是在Al-Cu-Mg合金基础上，通过添加微量Ag元素而开发出来的一种2000系铝合金，其具有良好的损伤容限性能、耐热性能和抗弹性能，有可能被用于下一代超音速飞机蒙皮和战车装甲等领域。NASA针对该材料的技术资料显示，Al 2139合金可通过常规应力消除和人工时效方法进行加工，但不需要像常规2XXX合金那样进行冷变形处理，可以开发具有吸引力的强度、韧性和抗疲劳裂纹扩展能力的应用组合。与此同时，该合金的性能在所有厚度下都保持不变，这与在比较中观察到的其他合金不同，因此对于在地面、飞机和航天器中的广泛应用具有重要价值。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.国产「高流动性」3D打印铝合金粉末获批量应用 2.铝合金大尺寸构件3D打印一体化制造的需求、限制因素及进展 3.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型 4.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 EOS 高强铝合金 高温应用 Al 2139

点击上方「3D打印技术参考」快速关注官方网址： 3D打印的一大优势是可以实现多部件集成为一个单独的部件进行制造，可大大减少零件数量。美国宇航局和其他研究人员的公开研究表明，在火箭发动机中，可以将80个部件可以减少到三个；同样，通用电气将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。 零件的减少将带来一系列效应，外媒专门总结了因此而带来的60余项影响。本期，3D打印技术参考对其介绍如下： 1. 由于更少的紧固件和功能的集成，零件数量的减少意味着组件的整体重量将更轻； 2. 反过来，集成化会以多种方式改变制造方式，可以以更低的成本打印组件，花费的时间也更少； 3. 零件组合和集成化制造，使3D打印这种制造方式的优势更加明显而有效； 4. 使用3D打印制造新零件的成本将逐渐降低； 5. 使用3D打印进行设计迭代或开发新设计将更便宜，同时也更快； 6. 存储零件所需的空间减少为单个零件的存储空间； 7. 所有零件都可以作为一个整体而非单个零件进行专门制作，可以达到最好的效果； 8. 更少的零件作为一个整体也减少了许多其他变量，例如更少的表面积和更少的整体后处理表面； 9. 减少处理成本； 10. 减少机器工作时间，进而降低成本； 11. 减少QA和QC过程中的处理环节； 12. 需要测试的零件更少，从而降低成本并加快测试过程； 13. 需要更少的工具； 14.购买与飞行比率将得到改善，因为总体而言需要的材料更少，由于需要更少的组件，因此这种影响更加复杂； 15. 通过移除紧固件、整合功能和改变零件结构，可以从根本上改变外形； 16. 由于零件更少、质量更轻和制造集中化，因此降低了运输成本； 17. 由于更少的材料使用和减少了机器工作时间，并减少了运输成本，可能会减少碳排放并消耗更少的能源，从而提高整体可持续性； 18. 更少的零件、更少的工具和更少的材料总体上会显著降低存储成本； 19. 存储带来的变化，有利于提高工厂的运行效率； 20. 存储带来的变化，有利于降低厂房成本； 21. 存储带来的变化，有利于降低建筑规模和辅助费用； 22. 存储成本和存储材料占用的资金减少，这可能会为一些公司节省数十亿美元； 23. 在新产品问世之前，在工具上占用的资金更少； 24. 更少的资金用于备件和保留工具以备不时之需； 25. 更少的资本被用于备件，包括仓库、人手等； 26. 零件可以更快地重新设计； 27. 重新设计零件可以更便宜，不必更改工具； 28. 集成功能和更少的零件意味着需要存储的零件更少，从而简化了物流； 29. 集成功能和更少的部件意味着部件更大，也可能更复杂，因此当它们损坏时，可以为它们收取更多费用； 30. 集成功能和更少的零件意味着零件更大，也可能更复杂，进而更易于MRO和备件服务操作； 31. MRO和备件服务可以通过销售更昂贵的零件和更简单方式来进行，从而赚取更多利润； 32. 设计更改更易于执行； 33. 设计变更的执行速度更快； 34. 迭代更容易进行，特别是因为在一个新的部分中可以处理对其他部分的连锁反应； 35. 运输成本更低； 36. 更少的零件意味着来自供应商的订单风险更小； 37.…

核工业与航空航天工业都需要高质量、高强度的零部件。在航空航天业，3D打印技术已经被证明从防燃的塑料件打印，到飞机隔离舱的金属结构件打印，再到喷油嘴这样的功能部件的打印是可靠、而且可行的。同样，3D打印技术在核工业领域具有不容忽视的潜力。 国外橡树岭实验室、西屋电气公司、法马通公司等核电巨头都在积极研发3D打印技术，中国中核北方核燃料元件有限公司、中国核动力研究设计院等也在致力于该技术的核工业应用。本期，3D打印技术参考介绍增材制造技术在核工业领域的研究与应用情况。 1. 美国橡树岭国家实验室 美国橡树岭国家实验室(ORNL)正在牵头实施“转型挑战反应堆”(TCR)建设计划。TCR计划于2019年启动，目标是集成3D打印等先进制造技术、新材料、计算科学等领域的最新研发成果，将于2023年建成一座微型反应堆。该计划将充分利用橡树岭在设备制造、材料、核科学、核工程、数据分析及相关领域的创新能力。 TCR的3D打印 橡树岭表示，TCR将使用新型先进材料，并采用一体化的传感器和控制部件，建设一座先进反应堆，目标是依靠科技进步降低反应堆造价，并为反应堆的设计、制造、取证和运行开辟一条新的道路。TCR计划完成多项基础实验，包括堆芯设计的选择以及为期三个月的“冲刺”。后者的主要目的是证明将3D打印技术用于快速制造原型堆芯的敏捷性。研究人员未来将进一步优化已选定的设计和流程。 TCR打印的模型 TCR堆芯位于使用传统技术制造的不锈钢压力容器中。堆芯由氮化铀三元结构各向同性燃料和堆芯结构件组成，堆芯结构件使用3D打印技术制造，材料为碳化硅。燃料块布置在不锈钢结构中，并与氢化钇慢化剂混合在一起。氢化钇慢化剂能够最大限度地减少实现临界所需的高丰度低浓铀数量。TCR将成为橡树岭建设的第14座核反应堆。 TCR团队对堆芯进行神经网络分析  2020年5月，橡树岭国家实验室宣布：核电反应堆核心3D打印技术取得了阶段性突破，后期，实验室的研究人员不断改进设计，优化工艺，并论证打印部件的一致性和可靠性。ORNL实验室主任表示：挑战3D打印反应堆组件是以前从未有过的方式，是制造学、材料学、核科学、核工程、高性能计算、数据分析与其他相关领域共同合作的成果。 这张照片显示了具有双壁包层和冷却通道的燃料元件，其中包含高表面积和螺旋形导向装置 TCR技术总监表示：目前的核形势非常严峻，此类3D打印技术可以为核领域的快速创新提供帮助。3D打印核反应堆作为TCR部署计划的一部分，将为先进核能系统的加速部署提供一个新的模式。除此之外我们还将创建一个数字平台，帮助将技术移交给其他工业，方便用此类技术快速制造零件。BWXT核运营集团有限公司已获得美国能源部橡树岭国家实验室的合同，生产TRISO核燃料，以支持“转化挑战反应堆”(TCR)的持续开发。 用于法马通沸水反应堆燃料组件的3D打印通道紧固件由ORNL制造 2020年12月，TCR项目制造的3D打印槽形通道紧固件首次装入位于华盛顿州Richland的法马通核燃料制造工厂的Atrium 10XM沸水反应堆上，用于将燃料通道固定到组件格栅。除此之外，美国阿拉巴马州田纳西河谷管理局 (TVA) 布朗斯费里核电站 2 号机组也已经安装了四个3D 打印燃料组件通道紧固件。这些组件都是在橡树岭国家实验室的制造示范设施中生产的。2. 西屋电气公司除了橡树岭国家实验室外，美国西屋电气公司(Westing house)2020年5月4日宣布，在2020年春季停堆换料期间，拜伦1号机组已成功安装使用3D打印技术制造的顶针堵漏装置。这是全球首次在反应堆堆芯安装3D打印构件。 拜伦1号机组中的顶针堵漏装置  SiC燃料棒通常具有非常粗糙的表面，对于水平凹坑设计，尤其是在大多数压水反应堆网格中通常使用的水平凹坑设计，存在潜在的损坏隐患。西屋电气设计了一种新的燃料组件隔离栅设计，并通过3D打印一次性将结构作为一体化组件制造出来。西屋电气设计的间格栅具有沿着细长燃料组件的竖直轴线的轴向尺寸，核燃料组件格栅包括多个管状燃料棒支撑单元，具有四个横截面通常为正方形的壁。在相邻的燃料棒支撑室或控制棒支撑室中，每个壁有内部支撑垂直弹簧。西屋电气还考虑了一种混合叶片，该混合叶片在燃料杆支撑单元之间的区域中，连接至燃料杆支撑单元的外部。 西屋公司3D打印制造的燃料格栅  通过引入3D打印技术，可以在不进行进一步组装或焊接过程的情况下打印西屋电气开发的格栅。与现有的格栅设计相比，新的设计允许SiC型燃料棒的平滑插入，同时还带来低压降。增材制造技术使得格栅设计允许：1)实施高度精细但完全集成的混合功能，从而增强热和水力性能;2)最小化总压降;3)提高整体网格强度以应对震动。 3. 中国核动力研究设计院 中国核动力研究设计院是国家战略高科技研究设计院，被喻为中国核动力的工程摇篮。该院于2015年已经对ACP 100反应堆压力容器实现了3D打印制造，然而中国核动力研究院的何戈宁主任指出，到目前为止，核级的3D打印部件在中国国内鲜有应用。经过多年实践，该院总结出3D打印技术应用的三个痛点：1)DFAM缺乏：基于3D打印设计的缺乏。之前的尝试是快速原型，有什么打什么。2)系统性规划的缺失：对于整个3D打印应用的价值规划产业规划都是缺失的，做了一些零敲碎打的工作，很难实现批量化的应用。 3)标准规划的缺位：核能领域是个特殊的领域，核安全和传统的工业安全相比，对于国家、国民经济的重要性是不一样的。怎样能够建立一套标准规范体系，在这个标准规范体系下来推进3D打印的应用，是需要重点关注的内容。 3D打印的工艺样件试验件 在以往工作的基础上，核动力研究设计院选择了换热设备作为代表，系统性的开展了DFAM的设计，并希望能够以这个点来个撬动整个3D打印在核能领域的应用。该项目拿到了工信部一条龙的应用示范。基于3D打印思维完成了模块化、高效换热设备的设计，与传统的换热设备相比，重量、体积、零部件数量、制造周期均减小90%，制造成本降低了50%。根据核动力研究设计院的梳理，3D打印在核能领域的应用前景非常的广阔，包括用3D打印来做减隔振、高效泵阀部件。对于一些结构件的一体化设计、减重设计，燃料组件等一些关键功能部件也可以用3D打印来实现性能提升。未来，核动力研究设计院希望能够与增材制造产业链上的各个优秀企业深入合作，推进3D打印在核能领域的应用。 除核动力院之外，2020年上海航天设备制造总厂激光增材制造团队完成了核电站堆内关键构件增材制造。据悉，此为世界上最大尺寸的增材制造核电站堆内关键构件，突破了大尺寸构件增材制造应力变形控制核心技术，形成了一套成熟的工艺规范，实现高效率高质量成形，展现了增材制造技术的应用潜力和团队技术实力。4. 法国法马通公司2015年，法马通公司(Framatome)在德国埃尔兰根实验室启动增材制造项目，项目重点在于使用3D打印技术制造不锈钢和镍基合金燃料组件。来自法国、德国和美国的燃料专家参与了该项目，欧盟及美国能源部也对该项目予以支持。法马通计划使用增材制造技术为压水堆、沸水堆和VVER机组生产燃料组件。法马通强调，该技术还可用于其他核燃料方面的应用，包括快速成型、试验组件和燃料生产线工具制造、堆内燃料检查和服务工具修复等。 瑞士戈斯根(Gösgen)核电厂 2020年11月，法马通突破性的3D打印核燃料元件完成了反应堆的首个辐照检测周期。这些实验性不锈钢和镍基合金部件于2019年载入瑞士的戈斯根核电站，这些部件一共需要通过五个辐射检测周期，从而确认这些组件在实际操作条件下的性能表现。后续将对辐照后的燃料组件实施进一步检查，从而确认其在实际运行工况下的性能。5. 俄罗斯原子能公司俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)计划将先进3D打印技术作为其非核心业务战略的一部分，根据该公司的计划，其最新的3D打印业务将首先用于其核电领域，然后再延伸到其它业务部门，而且这一3D打印业务将使用由其自行开发的创新金属粉末材料和工业级3D打印机，该公司的很多部门都提出了在本部门中可以使用3D打印技术制造的零部件种类。截至2020年，3D打印已经成为了Rosatom非核业务的领先技术之一。Rosatom拥有提供增材制造服务的所需要的大部分专门知识技能，制订了关于设备、材料和技术的计划，来帮助将任何设计思想变成最终的产品。公司还专注于测试3D打印部件以确保其可靠性和安全性，这样它们才能够抵御很高中子通量的辐射。6. 其它机构2016年6月份，通用电气和日立核能(GEH)联合启动了用3D打印来制造核电厂所需零部件的项目。这些零部件诞生后会被送到美国爱达荷国家实验室(IDL)接受核辐射测试，然后与未受辐射的材料进行比照。由于极具前景，这个项目已经获得了美国能源部200万美元的资金支持。 西屋公司3D打印制造的核电零件 GEH发言人表示，在这个项目中，3D打印技术带来的好处显而易见，比如能大大简化零部件制造流程从而将制造时间缩短十倍左右。虽然受限于3D打印机的尺寸，GEH目前能实现的最大构建体积只有400立方毫米左右，但对于一些小尺寸部件，比如碎片过滤器、沸水反应器，以及抗震动喷射泵来说，这已经足够了。另外，对于新建的核电厂来说，3D打印技术还可用于制造精细运动控制棒驱动器。通用电气利用3D打印技术进行原型设计，设计了GNF2核燃料组件，如下图所示，该组件改进了杂物滤网，显著降低碎片接触燃料棒的概率，提高了可靠性，并降低运营成本。 GNF2 燃料组件 GNF2核燃料组件及其杂物过滤网 德国西门子公司(Siemens)2017年将3D打印消防泵叶轮安装在斯洛文尼亚克尔什科核电厂，至今一直持续安全运行，实现3D打印设备在商业核电厂的首次应用。3D打印核电站消防水泵用叶轮2019年早些时候，瑞典两家3D打印企业Additive Composite公司和Add North 3D公司联合发布了适于核工业辐射屏蔽应用的新型碳化硼复合丝，可以用来作为核电站的屏蔽材料。结语3D打印是近几年兴起的一种新型制造技术，在核能领域有着广阔的发展前景。国外核电巨头都开始积极布局，并生产了部分3D打印部件用于核反应堆。未来，海陆空天都可能对先进核能有应用需求，对于装备的高效、紧凑、小型提出了前所未有的挑战，这些特点却是3D打印技术的优势。注：本文主要内容来自高端装备产业研究中心，3D打印技术参考补充，转载已获授权。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.深圳大学&核工业西南物理研究院 | 采用3D打印制造核聚变陶瓷部件 2.3D打印在航空领域的最新应用案例 3.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构 4.美空军和GE公司的金属3D打印探路者计划达成下一个里程碑

2014年，一件3D打印的空客A350 XWB支架连接器因彻底改变了飞机构件的制造方式和民用飞机的“轻量化”途径，从而入选“德国工业创新奖”。这个用于固定飞机机翼和发动机的部件因具有复杂的几何结构而无法采用传统工艺制造，但3D打印这种新的制造工艺却将其塑造为现实。这种跨行业的开发形式不仅获得了卓越的质量，更具有经济价值，从而促进性了它的批量化应用。 空客公司表示，通过整合这些零件的生产流程，3D打印使其对供应链的控制力更强。同时，在中等制造数量下，金属3D打印比传统工艺更具成本效益，且大大缩短了交货时间。在需求可能不可预测的行业中，这是一个重要的权衡因素。 这个相对较为复杂的支架，过去采用铝合金铣削制成，在加工时会产生大量浪费。而采用钛合金3D打印，结构的优化使其重量减轻了30%以上。在飞机制造过程中使用金属3D打印的重要依据是该技术实现了几何自由并能够减轻重量。“轻量化结构”能够帮助航空公司更经济地运营飞机。新的飞机设计需要数千个飞行测试安装支架，这些支架的生产单位数量非常少，而增材制造技术则允许设计师尝试新的结构。 3D打印带来的优势还包括生产中工具成本的降低，由于在3D打印过程中不需要工具，因此现在可以在早期阶段以较高的效率批量生产这些零件。以前需要6个月时间来开发一个组件，而采用3D打印之后时间缩短到了1个月。 基于以上优势，空客多年来一直在飞机设计和制造过程中采用3D打印技术，无论是Concept Laser、EOS还是西亚基都是空客的合作伙伴。多年过去，3D打印工艺和材料科学获得了进一步发展，“轻量化”和“仿生学”也指向了一个新的趋势。空客正在研究3D打印复合材料支架制造代替钛合金的可能性。一架商用飞机每减轻一公斤重量，就可以在其使用寿命期间减少25吨CO2排放，复合材料在性能可靠的情况下无疑会进一步推动轻量化的发展。 近日，先进制造商Arris Composites透露了与空客公司合作的一项研究，该项目专注于机舱支架的生产，并希望通过利用创新的制造方法和材料（包括复合材料）来实现航空碳排放量的显著减少。 据Arris称，将220克的金属支架进行拓扑优化后采用连续纤维复合材料3D打印可以使零件重量减轻75%到50克。由于每架飞机会配备500个这种支架，如果一年会制造100架飞机，50000个轻量化的支架在整个生命周期中会节省1.13亿吨的燃油，并减少3.57亿吨的CO2排放。 航空航天领域一直在探索热塑性复合材料的韧性和优势。这些材料开发工作已成为下一代复合材料研究的基础。尽管热塑性塑料具有理想的材料特性，但有限的制造能力限制了它们的使用。Arris Composites公司开发了一种称为Additive Molding的技术，通过在热塑性树脂中精确排列连续纤维，获得了具有无与伦比机械性能的下一代复合材料及成熟的大批量成型方法，这些产品具有高度集成性，所制造的产品比金属更坚固、更轻。 Arris Composites声称，金属替代的新时代已经到来，机加工、3D 打印、金属铸造、金属注射成型和金属包覆成型的产品可以被卓越的复合设计替代。连续纤维+热塑性塑料复合制造实现了高强度和轻量化零件的批量生产，通过这种新工艺，可以以与塑料成型产品相同的速度生产高级碳纤维材料，而碳纤维零部件替换钛材料，可使重量减轻78%。 空客公司创新经理巴斯蒂安·谢弗表示，“空客正在朝着使航空旅行更清洁、更可持续的方向迈进，要实现这一转变，需要探索具有重大影响和实际应用的颠覆性创新。我们设计和制造飞机的方式正在发生变化，像Arris这样的新兴技术公司能够帮助我们实现对更好航空旅行的愿景。我们知道仿生学、拓扑优化和先进复合材料是未来，Arris正在帮助我们将这些设计和材料理想结合起来，以实现更好的飞行未来。” 此外，Arris Composites指出，其增材成型技术结合了增材制造和高速压缩成型工艺，将对更换零件和未来的飞机结构产生巨大影响，因此减少碳排放是可能的。空客本身致力于探索这样的技术途径，以支持其实现更可持续的航空旅行的愿景。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料 2.超越PEEK，3D打印的碳纤维增强尼龙有怎样的性能和应用潜力 3.Raise3D将以9.9万和2.9万的价格发售桌面金属和碳纤维3D打印机 4.美空军研究室大力开发连续复合材料3D打印，并用于无人机机翼成型

11月18日，中国工程院公布2021年新增院士，中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所项目总设计师、3D打印专家王向明成功当选。 在航空制造领域，王向明考虑如何实现创新设计、确保使用安全，着重解决3D打印面临的“会用、敢用”的问题。 王向明，工学博士、研究员、博士生导师。主持或参与多个型号机体结构设计。现任航空工业集团沈阳飞机设计研究所项目总设计师、“鹘鹰”飞机常务副总设计师、航空工业集团增材制造首席专家、创新结构国防原“973”技术首席、飞行器新概念结构航空科技重点实验室主任、辽宁省增材制造共性技术创新中心主任。某部先进制造技术专业组增材制造责任专家。王向明是飞机机体平台结构设计领军人物，长期从事结构创新设计与制造一体化研究。先后承担原总装、装发部、军科委、科技部、工信部、科工局主管的有关飞机结构设计与制造研究项目20余项，在飞机新概念结构设计、增材制造应用技术、新机快速试制等方面做出重要贡献。先后获国家技术发明奖一等奖、二等奖，国防科技进步奖一等奖2项。授权发明专利32件，发表期刊论文53篇、出版专著5本、撰写重要研究报告40余篇，大型学术会议特邀报告15次。 王向明在西安增材制造高峰论坛 2014 年，美国将增材制造列为重大颠覆性国防技术。早在2003年，沈阳飞机设计研究所与北京航空航天大学深度合作，共同开拓了飞机增材制造应用技术。北京航空航天大学在控形、控性、装备等方面已取得重大突破。作为关键技术的另一方面，设计、评定和验证是使用安全的重要保障，也是美国联邦航空局（FAA）确认的增材制造 4 个难点之一。沈阳飞机设计研究所建立融合增材制造技术的结构设计、评价与验证方法。 王向明借助在原总装先进制造专业组担任增材制造责任专家的机遇，规划出基于增材制造的大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化和功能结构一体化等飞机新概念结构领域，主导系统级技术开发与工程化验证。 基于发明的增材熔合连接方法，王向明提出多种增材主承力结构设计方法，即通过增材熔化沉积填充，一边成形、一边连接，将两个构件合并为一个整体，使构件做得更大、更复杂。其中具体包括残余应力临界值仿真预测、离散分区成形、去除残余应力、增材熔合连接，涵盖创新设计、性能评定、工程验证等。与焊接的区别是，突破厚度限制，力学性能与母材相当，近似“无痕”连接。研制出框-梁等多种整体主承力结构，拓展法向复杂承载维度。 王向明提出基于增材制造的新概念机构 针对熔合连接区疲劳特性评定，王向明提出当量应力集中系数法。将熔合连接区内部细观缺陷打包，与母材宏观应力集中当量等效，利用名义应力法确定当量应力集中系数值和寿命算法，以此作为疲劳和工艺质量评价判据。针对疲劳寿命安全，王向明建立工程化验证专用模式，与传统积木式验证不同的是，力学性能考核与工艺过程循环迭代，这样可及时暴露性能缺陷，加快改进，使增材制造主承力结构件的寿命安全保障有了技术支撑，进而解决寿命安全风险控制难题。 拓扑结构是公认的轻量化结构，减重效率可近一半，具有极大应用潜力，受到工程界的普遍关注。王向明认为，拓扑结构属静定结构范畴，任一分支失效都将导致总体破坏。寿命安全如何保障？为此，他提出按寿命设计和稳定性设计所产生的强度裕度等效面积作为裂纹扩展容限区域，分不同情况建立拓扑结构局域损伤容限设计准则。针对拓扑结构机加难点，他还提出了增材快速成坯加表面熔凝精整的低成本工艺方法，机加量减少70%，制造成本也得到降低。 上述研究解决了增材主承力结构创新设计难题，成效显著，零件数量减少2/3、结构减重1/5、疲劳寿命增加1/3。“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获得了国家技术发明奖一等奖的殊荣，这一项目由沈阳飞机设计研究所负责设计验证，北京航空航天大学负责制造。 早在2003年，王向明就与王华明教授开展密切合作，共同为飞机结构件“量身定做” 王向明介绍，选区熔化增材制造技术可打印出内部形状复杂的轻质功能件，但常规点阵结构的节点承载能力大都不满足飞机功能结构要求。为此，王向明将点阵结构的节点半径作为设计变量，通过形状优化降低应力集中和重量，由此建立多种拉压承载型节点强拘束微桁架单胞。他提出节点剪切强度计算方法，发现敏感设计参数（微杆半径），并据此建立有效设计手段；打印出散热器、格栅等多种高效功能件，解决了增材高承载功能结构创新设计难题。功效实现质的飞越，功能效率提高一倍、减重近2/5、零件减少95%。另外，据王向明介绍，飞机战损/战伤比为1∶20，结构战伤占近90%，若无法及时抢修即相当于战损。对此，他提出了补强几何应力集中/填充复合应力集中最小的修理设计方法、浪涌偏差修正方法，建立“四快”修复流程与数据库——设计、评定、制造、修复。主持完成了3类材料、9类构件的地面静态、摇摆动态环境下的工程验证，为保持舰载机完好率提供技术途径。 上述成果应用于多个型号项目，单机用量达复合材料用量的1/7，含5种工艺、9种材料。开辟了增材构件在飞机上工程化应用先河，实现了质的飞越，应用进程保持领先，使我国成为唯一实现增材制造构件在飞机上规模化应用的国家。王向明领衔的“基于增材制造的飞机结构创新设计与工程应用”项目由此获得了国防科技进步奖一等奖。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.史玉升、王向明等4位增材技术专家确认2021中国工程院有效候选人 2.贯通材料、设计和速度，打开3D打印应用的大门 3.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文 4.提前布局MES，迎接增材制造批量化生产的时代

粘结剂喷射（Binder Jetting）金属3D打印致密单质合金在国内外的起步时间相差不大。从报导资料来看， Desktop Metal、HP、GE等差不多在近五年左右开始开发该技术，Exone要早一点。在国内，武汉易制从2013年开始专注于粘结剂喷射3D打印技术，目前已经具备了一定的生产能力。本期，3D打印技术参考邀请到易制科技董事长蔡道生博士，详细解读粘结剂喷射金属3D打印技术当前的应用与发展难点。 当前国内粘结剂喷射金属3D打印技术研究与发展概况 粘结剂喷射金属3D打印技术工艺具有高速度、低成本、高精度的显著优势，以及国外在该技术方向的蓬勃发展，特别是在2018年该技术被《MIT Report》评为 “全球十大突破性技术”，国内越来越多团队开始重视该技术，一些从事粘结剂砂型打印和粉末冶金技术的团队也开始尝试研制，广东省、湖北省把该技术列入了重点专项进行支持。但是到目前为止，国内只见到武汉易制科技在该领域实现了基本应用的报导，并在多个行业进行测试。虽然粘结剂喷射与面成型（LCD、DLP）3D打印技术是目前3D打印行业的发展热门，但人们对粘结剂喷射技术的认知仍然有很多不足。由于最初的粘结剂喷射仅用来打印石膏，该技术一度被认为精度差、强度低。对于粘结剂喷射金属3D打印技术，甚至一些专业人士也误认为该技术做不了高强度致密金属零件。事实上，很多材料用该技术已经取得了较高的致密度，性能指标满足了绝大多数应用场景；对于特殊高性能要求的场景，还可以通过热处理或热等静压提高，而且采用真空烧结生产的零件，由于内部孔隙是真空状态，热等静压基本可以实现完全致密。 基于制造量和零件复杂性的3D打印技术图，Binder Jetting的主要影响将出现在更高产量的应用中（来源：Ampower） 粘结剂喷射、金属 FDM、MIM 和 LB-PBF 的显微孔隙率分析（来源：Ampower） 易制团队在基于对粘结剂喷射技术的深度分析，在前期十多年3D打印开发经验的基础上，以华中科技大学为技术支撑，从2013年开始专注于该技术方向的开发和应用，以实现批量化应用为目标，从2016年开始研制粘结剂喷射金属打印技术，并于2017年成功打印致密合金钢零件。实现了从切片软件、打印数据处理、喷墨打印控制到粘结剂、烧结等材料和工艺的全自主开发。从目前国内粘结剂喷射金属3D打印技术的发展状况来看，武汉易制是目前掌握了从软件到材料和烧结工艺全套技术的主要团队，并已在多个应用场景开始尝试应用，预计一年以内会实现部分领域批量化应用。 粘结剂喷射金属3D打印技术的应用与发展难点 粘结剂喷射金属3D打印技术非常复杂，其复杂在于不仅所涉基础科学面太多，而且影响最终零件性能和精度的因素太多。除了研制3D打印技术常规所需掌握的软件、控制等技术外，掌握粘结剂、金属材料、烧结工艺及其相互影响规律等都非常重要。由于烧结工艺的影响因素非常之多，所以持续稳定地生产出合格的零件需要大量的实验才能总结出一套确定的工艺方法，即使相同的材料和打印参数，用同一台烧结炉采用不同的温度曲线，得到的零件性能也会不同，更不用说实际生产过程中任何一个环节变化都可能造成金属粉末成分和粒径分布差异、粘结剂成分和比例差异、温度场差异、传热差异等，这些差异加上烧结时重力和摩擦影响，很容易造成最终零件的性能和尺寸相差很大。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 通过近几年的发展，业内对粘结剂喷射金属3D打印的认识有所提高，目前，人们已经相信该技术可以制造出致密高性能零件，大家对该技术的主要担心集中在变形和精度上。由于烧结会收缩才会致密，而只要收缩一致就可以通过软件进行补偿，而做到收缩一致，就要做到材料一致、烧结温度场均匀一致以及外力影响一致。外力影响基本就是重力及其产生的摩擦力，重力和摩擦力的影响也是最难完全解决的。为了解决收缩一致问题，不同团队根据自己的理解采用了各自不同的方法，通过这些方法，绝大多数零件在精度控制方面都可以得到解决。 目前来看， 粘结剂喷射金属3D打印是唯一可以实现工业批量化应用的金属3D打印技术，其速度快、成本低和数字化柔性制造的特点一定会使其在制造业中占有很大比重。当然，其也有不擅长的地方，这些不擅长的基本都来自烧结工艺无法或者很难克服的问题——重力和摩擦影响：如不擅长加工无支撑结构的大面积薄壁件，不善于制造细枝树状零件等。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 从以上分析可以看出，粘结剂喷射金属3D打印要实现真实应用，需要根据实际应用提出目标要求，选择金属材料和粘结剂，采用相对应的参数打印出初胚零件，再选择合适的烧结工艺烧结得到零件，甚至可能还需要热处理工艺，最后交给应用端进行测试。在整个生产过程中，任何一个影响因素的变化都可能对零件最终性能和精度造成很大的影响，这就需要事先进行大量的打印、烧结实验，确定一整套方案，最终才能实现应用。加上材料种类的繁多以及应用需求的多变，这就决定了粘结剂喷射金属3D打印开始实现批量化应用需要较长的时间。 易制科技就粘结剂喷射金属3D打印技术已取得的重要突破 纵观全球所有从事粘结剂喷射金属3D的公司，几乎没有公司在五年以内就实现批量应用，目前大家状态相近，多处于在某个应用场景的测试阶段，预计一年以内随时可能取得突破。与选择性激光熔融金属3D打印的应用特点不同在于，任意一个应用场景的突破，即使仅限于国内都可能是几十亿上百亿的应用规模。由于粘结剂喷射金属3D打印技术的出现就是定位于批量应用，所以一定需要往高速打印方向发展，并不断提高打印精度，丰富材料种类，同时注意环保要求。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技正是基于以上思路开展粘结剂喷射技术的研发和应用推广的。从2013年至2015年的前三年实现从无到有，首先基于已有的成熟应用材料（石膏和砂型）开展打印机研制。2016年时，当时首先是考虑开发全新的高精度塑料3D打印机，再逐步开展金属打印研制，但是基于合作伙伴的建议，把重心放在了金属打印方面。通过两年左右的探索，在2018年初才制造出第一个金属零件。 在经过近六年的粘结剂喷射技术开发之后，易制科技对粘结剂喷射技术的认识也上升了一个台阶，并根据理解对喷墨打印系统和软件进行了根本性升级，解决了大数据量的处理和传输问题。2018年之后，几乎每天都要进行打印和烧结实验，经过千万次的实验，在铁基粉末打印烧结方面储备了足够的经验和理解，打印316L和304L零件的致密度可达99%，拉伸强度600Mpa，延伸率>60%。2021年开始，把研发重心放在了高速、高精度打印和环保粘结剂材料的开发，目前已经掌握了一整套完整的打印、材料及烧结技术，总结几个具有鲜明特点的关键技术如下： 1、大数据量高速数据处理软件。喷墨打印采用点阵数据，3D打印切片数据转换成高分辨率的点数据时，一层的数据量甚至可以达到1G以上，占用了很大的计算机内存，特别是大幅面高速onepass打印，甚至直接造成计算机崩溃。所以需要根据切片数据在线RIP实时输出打印数据，保证打印的墨滴精细度，同时占用很小的内存，还能做到墨量精细调节。 2、自适应喷孔容堵喷墨打印方法。可根据喷头堵塞情况，在不同层面之间自动进行微小错位打印，容忍部分喷孔堵塞产生打印缺陷。 3、高兼容性铺粉压实技术。铺粉系统兼容不同粒径不同形貌的金属粉末，铺粉过程中落粉的同时辅以辊筒抹平压实，实现落粉均匀并致密铺展在整个工作面，减少铺粉对已成形零件的冲击。这对于大台面工作缸极其重要，在保证铺粉均匀性的基础上能提高铺粉致密度5~10%。 4、高速打印系统。在喷头喷孔宽度只等于工作缸打印宽度的情况下，可实现不停顿铺粉的同时完成打印，极度减少打印时间，整体加工时间等于铺粉时间。 5、高精度打印方法。切片轮廓打印精度可达1200DPI，通过喷头波形及墨滴修改技术调整墨滴大小和喷射速度，实现稳定喷墨同时减少墨滴对金属粉末的冲击，达到最佳喷射效果。 6、低残碳环保墨水。新的水性环保墨水具有极低的残碳量，适合于对碳元素敏感的金属材料的批量化生产。 END 正是基于“工业革命”驱动力的思考，易制团队的目标是开发能对制造业具有足够影响力的技术，粘结剂喷射3D打印技术是目前能看到的最具工业应用价值的普适性技术方案。一旦该技术的原材料成本接近于精密铸造原材料成本的2~3倍时（这个目标将会很快实现），很多几十公斤以内精密铸造的零件将会转向采用粘结剂喷射3D打印技术。 因此，我们想象的一种场景：对于金属零件，当人们在选择制造方式时，如果零件相对简单时，采用CNC技术；如果零件相对复杂，采用粘结剂喷射3D打印；如果零件很大很重，选择铸造方法；如果精度要求比较高，粘结剂喷射3D打印和铸造再结合CNC。对于其他的3D打印技术，我们更应该把他们看着是“特种加工技术”，是具有某种特种功能特点的技术。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.喷墨技术专家——理光，推出粘结剂喷射金属3D打印机 2.金属粘结剂喷射3D打印：在尝试使用该技术时须考虑整个工艺链 3.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 4.基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析

从3D打印技术发展到已经能够制造完成零件开始，第一个受益于这项工艺的行业无疑是航空航天领域。通过制造复杂结构实现零件的轻量化所带来的好处是显而易见的，特别是当零件的价格并不是真正的限制因素时，这在航空航天领域司空见惯。下面就来盘点一些3D打印在航空领域的最新应用案例。 1. 3D打印XB-1超音速飞机钛合金零部件 XB-1是Boom Supersonic公司于2020年底推出的一款超音速飞机，其飞行速度可以和目前已经停用的协和式飞机媲美（少数投入超音速客机）。XB-1一经推出，就吸引了业界的目光，一来是目前超音速商用客机并不多，二来它大量启用了3D打印的零部件，整机一共使用了21个3D打印的钛合金零部件，这些部件均采用Velo3D的蓝宝石金属打印机制造，应用于发动机和环境控制系统。 2. Norsk Titanium为波音787提供零部件 2020年12月，Norsk Titanium公司宣布将向波音交付新的787梦幻客机组件。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。此项交付是Norsk不断增长的商业航空结构领域的第三位客户，也意味着Norsk获得了欧盟航空航天公司的第一笔经常性生产订单。 3. 雷尼绍等为直升机3D打印门把手 英国3D打印公司雷尼绍、航空公司Hyde Aero Products(HAP)和英国国家快速成型制造中心(NCAM)合作的一个项目，为两架二类直升机3D打印了门把手。这是HAP首次尝试金属3D打印飞机部件，其目的是考察3D打印飞机零件是否是个可行的、具有成本效益的解决方案。 4. 3D打印飞机跑道垫 跑道垫是空军在远征时使用的一种辅助设施。通过跑道垫，可以在平坦的地面上铺设一个临时的起飞降落跑道，提升飞机的战斗距离。传统上，美国军方依靠便携式跑道，用铝板垫组装。在100万美元的赠款下，美国印第安纳技术和制造公司以及普渡大学合作，开发了一种3D打印的跑道垫，内部采用了蜂窝结构，具有拼接便捷、轻量化、拼接缝隙小、牢固耐用等优点。 5. 为私人飞机3D打印机舱零部件 Cabin Management Solutions（CMS）是一家从事飞机维护、维修的公司，服务对象主要为私人飞机。在维护飞机的过程中，CMS发现很多零件都已经停产。为了解决这个问题，他们采用了3D打印技术。目前他们已经3D打印了100多种零件，如开关面板、温度控制器面板、按钮等。使用的材料为阻燃微碳纤维填充尼龙，并通过了FAA标准部件的认证。 6. 3D打印战斗机舱门部件 萨博是一家瑞典航空航天和国防公司，在生产过程中一直使用增材制造技术，为其战斗机制造内部部件。3D打印可以创建和维修零件，同时节约时间和成本。去年3月，该公司进行了首次3D打印部件的试飞。这是一个由尼龙制成的舱口，能够承受室外条件。最终，萨博希望找到更耐用的材料，特别是与高海拔地区的严寒有关，并希望开发一种移动的3D打印系统，以便将其带到不同的基地。 7. 3D打印空客A320ceo停产零件 Satair是一家丹麦公司，自 2011 年以来一直生产飞机部件。该公司去年使用增材制造技术，为一位客户提供了经过认证的金属3D打印件。3D打印用于制造 A320ceo 飞机的机翼尖栅栏，而通常供应商不再提供该部件。据Satair称，这种设计方法降低了45%的成本，同时提供了灵活性。 8. 罗罗3D打印发动机主要结构 ITP Aero成立于 1989 年，负责开发和设计航空领域的应用。最近，这家罗罗西班牙子公司采用3D打印技术制造了新型UltraFan ®发动机的主要结构之一。该部件称为TBH（尾部轴承外壳），将用作飞机和发动机之间的连接元件。据 ITP Aero 称，3D打印使生产具有复杂几何形状的部件成为可能，只需使用少量粉末，并节省 25%的材料。该公司表示，这种制造方法更环保，并减少了生产过程中的碳排放量。 9. 赛峰3D打印大尺寸商用飞机前起落架组件 3月底，赛峰集团与SLM Solutions合作制作了一款商务喷气式飞机的前起落架组件，尺寸达455 x 295 x 805 mm。采用SLM技术来3D打印制作如此大尺寸的飞机部件，尚属世界首次。该项目的目标是证明通过SLM 3D打印技术生产主要配件的可行性。传统起落架零件，通常是通过5轴加工和三个锻造零件组装而成，为适应3D打印逐层制造的工艺特点，需要将组件进行重新设计，这不仅节省了整个制造过程的时间，最终还将原来的三个零件组合为一个整体，重量减少了约15％。 10. 西班牙马德里航空局建立3D打印后勤保障 管理西班牙空军飞机和直升机维修的马德里航空局（MAESMA）将增材制造技术纳入到其工厂中，用来开发定制工具和测试新部件等。更具体地说，它使用FDM机器制造碳纤维填充部件。例如，它打印了用于泄漏控制的模因部件或用于直升机主转子的自定义密钥。MAESMA 还投资了3D扫描解决方案，用于扫描备件，并建立一批3D文件，以防需要维护。 11. Materialise与EOS合作成为首批空客3D打印非金属阻燃飞机零备件提供商 此前，增材制造服务提供商Materialise宣布已经获得空中客车公司供应商资格，能够使用基于SLS (激光烧结) 工艺的3D打印技术为空中客车公司生产飞机零备件。该工艺中使用的材料由EOS提供，是一种阻燃聚酰胺材料（PA 2241 FR）。随着这一发展，Materialise和EOS成为了首批获准基于空中客车工艺规范AIPS 03-07-022提供3D打印服务的供应商。目前，空中客车已授权Materialise基于两种3D打印技术生产飞机零配件。目前，Materialise为空客A350打印了大约100种不同的飞行零备件，每年为整个A350生态生产总共26,000个零件。此外，Materialise还将为其它空客飞机（包括A320、A330和A340）提供零备件，为此，EOS 工业 3D 打印技术将发挥关键作用。 12. 汉莎航空3D打印整体方案中心 德国汉莎航空将增材制造分成"原型制造、工具制造以及最终零件制造“三种类别。该技术使内部维修和维护过程更加高效，也用于制造飞机的单独部件和备件。此外，还可以使用聚合物材料或金属制成定制工具。在最终零件制造过程中，必须始终考虑合格部件的审批流程，这就是为什么在每种情况下都对增材制造的部件进行特定成分评估的原因。该中心旨在加快增材制造产品的开发和制造。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.与航空航天用户绑定，3D打印服务商获发展契机…

运载火箭捆绑点轴承支座是助推器连接芯级火箭实现传力的关键主承力构件，传统制备材料选用高强钢锻件机加工而成，具有强烈的减重需求。TC11钛合金是我国开发的可在500℃以下长期服役的α+β型高温钛合金，室温强度高、热强性好，是制造航空发动机、高压压气机盘及叶片的主要材料以及航天器主承力构件的潜在材料，有取代高强钢作为航天主承力构件材料实现运载火箭轻量化的巨大潜力。 但钛合金的加工性能差，大型钛合金结构件的传统制造一般需要大型锻压设备及大型模具，制造难度大，材料利用率低，制造周期长，设备成本和生产成本高。因此，大型关键钛合金构件的制造技术被公认为是航空、航天等高端重大装备的核心关键制造技术之一。 上海航天设备制造总厂有限公司增材制造团队的相关研究作为封面文章发表于《中国激光》 激光熔化沉积成形属于增材制造技术，可实现零件的近净成形，因具有较少的去除量且可避免使用模具和大型锻压设备，因此可显著降低航天领域大型金属构件的制造成本和周期。 组织和性能是激光增材制造钛合金研究热点问题，成形过程中移动的熔池对成形件反复热作用决定了成形件的组织和性能。为满足航天主承力钛合金轴承支座的应用需求，近日，上海航天设备制造总厂有限公司增材制造研究团队研究了不同热处理工艺下的组织和性能，使激光熔化沉积制造的TC11钛合金强度和塑性均显著提升, 达到了锻件标准，为整体轴承支座性能调控提供了依据。 创新研究与结论 围绕如何均匀化激光熔化沉积成形TC11钛合金组织和提升成形件的综合力学性能，研究团队采用双重退火热处理工艺对激光熔化沉积成形后的TC11钛合金进行组织和性能调控。分析其组织和性能的演变行为，建立热处理-组织-性能关联关系，为后续其它工艺组合下钛合金成形件的热处理制度选择提供参考，为TC11钛合金航天主承力构件的轻量化应用提供经验。研究结论如下： 1) 在异质形核和外延生长形核两种机制的竞争下，TC11钛合金的沉积态组织沿沉积方向呈柱状晶和等轴晶交替生长的现象。沉积态微观组织主要由晶界集束α相组成的魏氏组织及晶内细针状网篮组织构成。沉积态TC11钛合金经双重退火后组织明显粗化，且随着退火温度升高，晶内α相的长径比减小，晶界α相出现断续、球化和消失现象；当退火温度为1025℃时，晶界重新形成连续晶界α相，晶内组织突变为细化的网篮组织。 图1 激光熔化沉积系统及工艺方法。(a)LMD系统; (b)成形过程; (c)扫描路径; (d)热处理制度 2) TC11钛合金沉积态和热处理态的力学性能均满足锻件标准要求，双重退火可显著提升沉积态的力学性能。受晶内和晶界组织的影响，随着退火温度升高，TC11钛合金的强度总体先降低后升高，塑性整体上呈先增后降的趋势。随着退火温度升高，屈强比先升高后降低，并于1010℃时达到最大。沉积态和双相区内退火TC11钛合金强度的各向异性<3%，表现为趋近各向同性的特征，塑性各向异性呈先增后减的趋势，在995℃退火后塑性的各向异性最小。 图2 柱/等混合组织。(a)沉积态；(b)热处理态 3) 受晶内组织及连续晶界的影响，沉积态TC11横、纵向拉伸断口均表现为沿晶断裂特征；双重退火后，晶界出现断续、球化和消失现象，裂纹以微孔聚集机制不断长大，断口表现为韧性断裂特征，在995℃退火后，断口上的韧窝最均匀。 图3 拉伸性能。(a)横向拉伸性能；(b)纵向拉伸性能；(c)屈强比；(d)各向异性 以上研究为TC11钛合金航天主承力构件的轻量化应用提供经验。后续，团队将针对大型钛合金构件不同部位力学性能差异，以及包括冲击性能在内的其它使役性能进行考核，并对钛合金轴承支座表面质量及内部质量进行无损探伤检测，优化成形及后处理工艺以满足使役性能需求。 上海航天设备制造总厂有限公司增材制造研究团队 团队介绍 上海航天设备制造总厂有限公司隶属于中国航天科技集团第八研究院。依托于“上海航天复杂金属构件增材制造技术研究中心”和“中国航天科技集团增材制造工艺中心”，增材制造研究团队拥有包括LMD、SLM、WAAM等各类增材工艺与装备研究制造平台。 近年来，团队承担了多项国家重点研发计划课题、国家自然基金、上海市启明星等省部级以上的科研项目，系统开展了激光增材制造工艺、装备、工程化应用等方面的研究工作，相关研究成果发表在《中国激光》、Additive Manufacturing、Optics & Laser Technology 等国内外知名期刊，并荣获“中国航天科技集团科技进步二等奖”“上海市科学技术进步二等奖”等多项科技奖励以及“中国军民两用技术创新大赛铜奖”“上海市产业青年创新大赛金奖”等多项国家级、省部级荣誉。 注：本文内容来自中国激光，文章题目《激光熔化沉积TC11钛合金双重退火后的组织和力学性能研究》。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.西南交大实现铝合金3D打印多缺陷主导裂纹扩展行为的成像表征 2.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 3.金属顶刊《Acta Mater》：增材制造高强铝合金的疲劳与动态时效！ 4.多位知名学者联合综述：金属增材制造过程中的微观结构演变和多阶段控制