近日，美国海军与Stratasys签订了一份价值 2000 万美元的合同，将在未来五年内购买多达 25 台 Stratasys F900 3D 打印机，这是该公司收到的同类合同中最大的一份，预计在 2021 年底前交付前八台。 Stratasys 美国政府业务部门主管表示，此举有助于缩短美国军事供应链，同时为其海军提供增强的飞机维修能力。3D打印对美国海军等军事组织的帮助包括以具有成本效益的方式延长飞机等战略和战术资产寿命，同时确保维护活动不受地域和时间限制。这份合同是 Stratasys 迄今为止最大的政府项目，它将继续扩大 Stratasys 工业 3D 打印在美国政府中的存在。 美国防部3D打印战略 Stratasys 新宣布的海军合同是在今年早些时候美国国防部(DoD) 推出增材制造战略之后发布的。该蓝图与其他美国军事服务和国防机构一起起草，有效地概述了该部门通过在国防中采用 3D 打印来实现的五个目标。 为了最好地实现这些目标，主要涉及美国国防系统的现代化、改进设备维护和提高作战人员的战备状态，美国国防部已经为自己设定了一些短期目标。例如，该机构已承诺发布广泛的内部政策指导，允许在在国防领域“最广泛的实际范围”内采用 3D 打印。 国防部还制定了建立联合国防制造委员会的计划，以促进此类信息的共享，并重申其打算为其人员提供先进技术的具体培训。 根据国防部推进增材制造的途径，当前已处于第二阶段。未来，各军种与业务机构还将制定详细执行计划，并在每年列出优先级清单，支持预算和资源的分配（美国防部图片）自 2021 年 1 月发布战略以来，国防部一直在加大对 3D 打印的采用，仅仅一个月后，它与ExOne 签约开发“便携式 3D 打印工厂”。该系统设计安装在 40 英尺的集装箱内，旨在为军事人员提供在陆地、空中或海上 3D 打印备件。 在软件方面，国防部还支持对Senvol 的机器学习平台进行与国防相关的升级。尽管交易的范围、价值以及软件研发的具体细节仍未公开，但据了解，它将为涉及到的3D 打印材料和工艺开发“增效功能”。 如今，凭借 2000 万美元的 Stratasys 订单，美国国防部扩大了打印机产品组合，特别是在其美国和日本基地，首批八台系统将于 2021 年底发货。这些机器将用于生产最终用途零件、工具和培训辅助工具，并为海军的飞机维护和分布式制造计划做出贡献。 Stratasys F900 在航空领域的应用 Stratasys F900 Production 3D 打印机于 2018 年 4 月推出，基于Fortus 900mc 平台开发，具有更大的构建体积和更高的精度，使其能够满足更广泛的应用。特别的，该机器与 ULTEM 9085 等阻燃材料的兼容性越来越多地被用于生产满足严格航空航天监管标准的零件。 去年，BAE Systems宣布安装第四套 Stratasys F900 系统，作为其“未来工厂”计划的一部分。该机器现已在该公司位于英国的 Samlesbury…

当前，国际汽联新批准了两种可用于2021赛季3D打印的高性能铝合金：A6061-RAM1和A2024-RAM2。这两种材料都具有较高的比强度，可以为汽车节省更多重量。同时还批准了其他几种3D打印金属材料，包括Inconel 625、钴铬合金以及其他牌号的钛合金和钢材料。 截至目前，被国际汽联批准的3D打印金属材料包括：• 铝合金：AlSi10Mg，AlSi7Mg，Al Cl-30AL • 颗粒增强铝合金：A20X，2024-RAM2、6061-RAM2 • 铝镁合金：Scalmalloy • 钛合金：1级，2级，Ti6Al4V，Ti5553，Ti6242。 • 钢合金：316，304，MS1，15-5PH，17-4PH，300M，4140。 • 高温合金：Inconel 625，Inconel 718，钴铬合金。 • 不含铍的铜合金。 关于3D打印高强铝合金的种类，可以查看《当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总》；关于钛合金Ti5553、Ti6242，可以查看《可替代Ti6Al4V | 航空航天结构应用和增材制造工艺的极佳候选材料》；关于铝合金3D打印存在的问题，可查看《铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型》。其他材料问题，查看延伸阅读。 无法忽视3D打印技术的细分领域 一级方程式赛车是国际汽车联合会 (FIA) 认可的最高级别的赛车，这意味着 F1 赛车是世界上最快的公路赛道赛车，能够达到 370 公里/小时（230 英里/小时）。要让汽车跑得这么快，需要大量的工程设计，每个F1车队都使用尖端技术来保持竞争力，3D打印是其中的关键技术之一。 轻巧且符合空气动力学，是达到保证速度的重要因素，这是3D 打印技术最为擅长的两件事。工程师在火箭和战斗机上采用 3D 打印的原因与 F1 团队使用该技术的原因相同：减轻重量和设计自由。不仅外部零件需要符合要求以减少阻力，而且 F1 赛车对于它能实现的马力来说显得体型非常小，因此所有内部零件都必须占用尽可能小的空间。许多组件必须相互嵌套，并且必须设计为能够适合任何可用空间，因此没有比 3D 打印更好的方法来制造此类零件。 阿尔法·罗密欧 此外，F1车队基本上每年都会制造新车。每年重新制造同一辆车已经非常困难，而且这涉及到研发改进、测试、检查和练习时间。很明显，如果车队不依赖3D打印个性化、快速无模制造的特点，将难以实现生产零件的迭代。 在2020赛季，阿尔法罗密欧车队“C39”配备了143个3D打印零件，分别为58件钛合金、19件高性能铝合金以及66件普通铝合金，类型涵盖底盘插件、冷却回路管道、安全结构、轻型整流罩以及其他车身零件等。使用3D打印生产这些零件将汽车的重量减少了至少2％，这对F1赛车的性能而言意义重大。 阿尔法·罗密欧C39和C41上的3D打印材料和零件数量  为进一步提升赛车性能，阿尔法•罗密欧进一步增加了2021赛季新款赛车C41中3D打印零件使用量，达到304个。其中AlSi10Mg、Scalmalloy超级合金、Ti64和不锈钢零件的比例分别为40％、36％、22％和2％，这些不同材料的零件分布在赛车中的不同位置，使得C41上面的3D打印零件的总重达到14860g，相比C39的13140g稍重。  3D打印的赛车管道盖（图片来源：阿尔法罗密欧赛车） 汽车制造商已经越来越多地将拓扑优化和衍生式设计作为开发具有最终用途应用的3D可打印部件的一种手段。 2021赛季纳斯卡杯赛，STEWART-HAAS赛车也采用3D打印减轻重量、提高性能。Stewart-Haas与Autodesk合作，成功使用Fusion 360衍生式设计软件，使制动踏板重量减轻了32%，同时提高了刚度和整体安全性。通过雷尼绍RenAM 500Q系统3D打印，改进后的踏板已安装在Cole Custer的 750 bhp福特野马上。 在去年，Fraunhofer IAPT与菲亚特合作，将其一辆跑车的12个部件整合到一个3D打印的悬架部件中，重量比原始部件减轻了36%。  Stewart-Haas与Autodesk合作3D打印的制动踏板 菲亚特将跑车的12个部件整合到一个3D打印的悬架部件中 保时捷3D打印的铝合金活塞 同样的，保时捷还与通快和马勒合作，为其旗舰911超级跑车3D打印了升级后的发动机活塞。使用AI主导的设计方法，制造商已经能够将冷却管道集成到实验活塞的“冠部”中，一旦安装，就可以有效地为车辆发动机增加30马力。  在刹车制动方面，过去几年已经有几家汽车公司考虑采用3D打印制造相关部件。2019年7月，英国公司Carbon Performance使用其专有的平台，3D打印了刹车卡钳；此后不久，布加迪成功对其3D打印的制动卡钳进行了成功演示。 END 从国际汽联公布的3D打印金属材料清单可以看出，有很多材料并不是当前主流使用的3D打印材料，很多属于并未得到充分验证的新开发材料。因此也可以看出该领域对3D打印技术以及新材料的需求程度。如文中指出，航空航天和汽车领域对3D打印技术具有共同的需求，复杂零件制造、轻量化、小批量快速生产。当一个领域深刻认识到这项技术的特点，你会认为，3D打印技术，真香。 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.从143到304，多材料3D打印为汽（赛）车提速、增效、降本 2.布加迪3D打印再创新高，小身躯，大力量 3.福特公司看重铝合金粘结剂喷射3D打印 4.从实验室走向生产线，3D打印的未来就是汽车轻量化的未来

中国航天科工集团二院第二总体设计部（简称二部）始建于1958年，是我国组建最早的从事尖端科学技术与研制的单位，是我国最为重要的导弹武器系统研制、生产单位和空天防御事业发展的领军单位。 8月27日，二院二部发布消息称实现了某型飞行器产品复杂结构的3D打印集成制造，并指出这是3D打印技术在航天领域飞行器研制中的重要里程碑，进一步提升了飞行器轻量化水平，为未来新一代飞行器发展提供了有力支撑。 中国航天科工集团二院二部实现某型飞行器产品复杂结构3D打印集成制造。图片来源：中国航天科工集团二院二部供图 飞行器结构产品“无模具”制造，生产效率提高了一倍，在确保性能不下降的基础上，成本降低近一半，解决了传统生产模式中加工时间长、质量管控难度大、成本高等难题，通过3D打印一体化成型技术，数字化制造能力大幅提升。 二部专家介绍，航天飞行器产品结构零部件多，生产周期长、成本高。此前，一套复杂结构产品的部件常常由数十个零件组成，每个零件都要建立三维模型并设计“个性化”的工艺流程，随后在数字机床上逐一进行生产加工，生产周期往往按月计算。同时，由于“车铣刨磨”等传统机加工艺的限制，要让飞行器“瘦身减肥”很困难，直接影响飞行器的性能提升。有时候，结构设计师为了减少几克的重量也是煞费苦心。 如今，通过3D打印技术实现面向增材制造的一体化结构设计与制造，可使复杂部件的零件数大幅减少，通过一体化三维建模后导入3D打印机中直接成型，一台打印机可实现多个零件的同时打印，制造时间从几个月缩短到十余天。同时，随着零件数量的减少，部件装配环节也更简化, 结构可靠性和装配效率大幅提升。 通过基于3D 打印的优化设计，设计师可突破“车铣刨磨”等传统机械加工工艺限制，选择采用网状支撑、空心流道等更加优化的结构形式。相比传统棒料或管料的机加方式，现在可通过“一次成型、少量加工”实现高效生产。针对“一次成型”的3D打印产品，只需要对结构安装面等表面精度要求比较高的局部部位进行少量精加工即完成零件生产，从而大幅提升生产效率。 二部3D打印青年创新工作室负责人金先生表示，团队一直紧跟国内外3D打印技术发展趋势，积极开展新技术、新方法、新工艺的学习与应用，牵头解决了多个项目结构轻量化设计与一体化制造难题，力争为先进飞行器打造更轻、更强、更耐热的“钢筋铁骨”。 3D打印技术是以金属粉末、金属丝为原材料，通过逐层打印、堆积成型的方式实现构件一体化成型的制造技术，涉及数字建模、机电控制、材料科学与工艺技术等多个领域的交叉融合，具有成型精度高、制造周期短、可成型复杂外形和中空结构的特点，可满足航天产品“轻量化、高性能、快速研制”的设计与制造需求，被认为是航天领域未来结构设计与制造技术变革方向之一。 在过去的“十三五”期间，二部紧跟3D打印技术发展步伐，开展面向增材制造的结构产品设计和应用探索， 在复杂拓扑结构建模技术、优化仿真分析技术、数字化制造仿真技术、新材料应用等方面开展了研究工作。以“赛”“研”“用”等多种形式，锻炼设计师队伍，多次组织团队参加全国3D打印设计大赛并屡创佳绩。 二部结构室相关负责人表示，科技人员在提高设计应用能力的同时，将经验固化形成《面向增材制造的结构设计手册》等知识成果，使增材制造和优化设计的理念深入人心，并且在项目研制中取得了良好实效。 后续，二部将持续推动基于3D打印技术的优化设计、应用和产品创新，加强一体化结构的设计、分析、制造、性能验证等基础能力建设，促进新一代航天飞行器结构性能提升。 注：本文内容来自中国航天科工二院。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.最大尺寸达0.6×0.6×0.6m，看3D打印如何深入影响我国民营火箭深蓝航天的制造流程 2.航天六院7103厂发布超3吨粉末需求，突破航天液体动力领域3D打印全流程技术 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.航天六院7103厂采用3D打印让中国载人火箭发动机更加可靠

首届深圳国际增材制造、粉末冶金与先进陶瓷展览会 (formnext + PM SouthChina) 将于2021年9月9至11日在深圳国际会展中心隆重举行。Raise3D表示，公司将倾力参与此次Formnext首秀。 市场零售价9.9万 金属3D打印机Forge1将支持单独发售 今年TCT亚洲展上，Raise3D正式发布了桌面金属3D打印解决方案MetalFuse，一款包含打印、脱脂、烧结的桌面级金属3D打印解决方案，也是全球最早发布的第二代桌面金属3D打印机，作为一款基于金属粉末注射成型（MIM）上开发出的技术，MetalFuse解决方案因能和现有成熟MIM工艺兼容，成为粉末冶金行业原型制造的不二之选。 图 | TCT亚洲展上的MetalFuse发布会现场 此次formnext深圳展上，MatelFuse核心部分——Forge1桌面金属3D打印机将正式宣布可单独出售（中国大陆地区），这意味着传统粉末冶金行业的厂商无需重复购买MetalFuse的脱脂与烧结单元。可利用原有工厂内的工业级脱脂烧结系统，进行批量生产。 图 | Forge1可大幅降低金属增材制造的准入门槛 图 | formnext 深圳展上将展示的打印样品：发动机托架 formnext深圳展期间，桌面金属打印相关活动日程如下： 发布会 桌面金属机Forge1新品发布会 时间： 9月9日 13:50 – 14:10 地点： 新品发布区，formnext 展馆内 主题演讲 基于MIM技术的第二代桌面金属3D打印方案 时间： 9月9日 15:40 – 16:00 地点： 第三届华南注射成形及增材制造技术与应用高峰论坛，formnext 展馆内 线上直播 桌面金属3D打印和MIM如何结合？ 时间： 9月10日 11:00 – 12:00 平台： 南极熊在线直播平台 参与嘉宾： 邱耀弘，昆山耀德企业有限公司，创始人张士荣，苏州兆鑫驰智能科技有限公司，总工程师陈立，BASF巴斯夫3D打印解决方案，亚太区业务及运营总监麦味，Raise3D上海复志，技术总监 扫描二维码，下载MetalFuse资料 市场零售价28999 桌面碳纤维3D打印机E2CF开放预订 桌面碳纤维3D打印机E2CF将在本次展会上开放预售。作为目前市面上最先进桌面3D打印机之一，E2CF配备IDEX独立双挤出机，柔性打印底板，快速更换喷嘴以及自动调平功能以外。E2CF的喷嘴和进料系统极为耐用，其中使用的碳化硅SiC喷嘴，将现有市面上打印机喷嘴的硬度提升了一倍（碳化硅莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石），E2CF在测试中可以打印高强碳纤尼龙超过1000小时。 德国OKM3D的首席执行官Timmy Schramm在测试了E2CF原型机后大为感叹：“E2CF能够轻松生产坚固而轻巧的零件，这必将有助于许多行业和应用的转型。”事实上，在制造业较为发达的德国和日本，碳纤增强（短纤）相较连续长纤维在经济性上面更显示出了更大的优势。日本金星株式会社前桥事业所所长代理，饭田浩表示：“在材料中加入碳纤维后能显著增强零件的强度，我们同时有使用连续增强纤维和Raise3D的增强纤维（短纤）方案，尽管连续增强纤维的强度更高，但是短纤的使用价格只有长纤的一半左右，并已经能满足大部分的最终件强度需求。” 图 | 此次将在formnext上展示的样件 其光洁的表面展示了日本用户对于FDM/FFF的深刻理解 高性能尼龙、防静电ABS等多种特种材料 加入OFP开放耗材项目 OFP（开放式耗材项目）-- Raise3D 通过与线材厂商的合作，测试已经在市场或者即将投入市场线材和的设备是否达到完美兼容，通过调整打印参数，使得这些线材能打印出高质量的产品，这次展会将有一些新的特殊OFP材料展出。 防静电材料：PETG-ESD，材料厂商：Jabil 捷普（Jabil）为电子行业开发的防静电PETG材料，表面电阻达10^6到10^9次方，同时电阻可靠一致；大大减少静电吸附导致的颗粒污染物；可作为连接器、硬盘驱动等电子元件外壳的原型制作和小批量定制生产。高温打印材料：PPS，材料厂商：银禧科技PPS热稳定性超出PA、PBT、POM等工程塑料，长期使用温度在热塑性塑料中属最高，可达220-240℃。另外，PPS还具有良好的绝热性和阻燃性，其临界氧指数与PVC相当，可达47%，无需加入阻燃剂，PPS可达到UL94-V0级水平。尼龙材料：Lauramid（尼龙12），材料厂商：德国HandtmannLauramid（尼龙12）是所有的尼龙材料中吸水性最弱，能够抵抗水解作用。具有极高的抗缺口冲击强度，特别耐磨，并且，即使是在温度低至零下五十度的条件下，依然具有高度的缺口冲击韧性。Lauramid重量轻，运行时可以降低噪音。除此之外，在与硬质材料接触时不会发生磨损和接触腐蚀，且与不锈钢和红黄铜部件相比成本低，是代替金属的最优质材料。更多案例，可莅临9号馆E01展台参观，扫码预登记参与，节约排队登记时间，还可领取礼品一份！ 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.Formnext深圳国际展百余3D打印品牌参展、百余论坛、百余新品发布 2.基于桌面金属3D打印的Ti64钛合金材料和工艺被突破，细数其难点和应用 3.焦点关注：上海复志将推全球第二代桌面金属3D打印解决方案 4.强强联合 |…

2021年8月24日，上海远铸智能技术有限公司成功向上海峻宸集团交付一批工业FDM/FFF 3D打印设备，此次合作意味着峻宸集团将3D打印服务能力扩充到了工业FDM/FFF领域，可以提供更具功能性的部件3D打印制作加工能力，也意味着远铸智能推动将工业FDM/FF技术应用于中国的手板市场方面又迈出了坚实一步。 峻宸集团执行董事长苏大威先生和远铸智能CEO韩成超先生峻宸集团专注于三维打印服务及技术应用，拥有200多台工业级3D打印设备，可以为客户提供一站式3D打印服务，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种打印工艺如SLA, DLP, Polyjet, MJF, SLM, SLS等。 3D打印手板可以帮助客户大大降低生产成本和缩短产品上市的时间，当前3D打印技术已经广泛渗透应用于手板的生产制造。随着客户对应用的深入理解，对打印件的力学性能、抗疲劳性能、恶劣环境的耐受性能等提出了更加苛刻的要求，希望3D打印件不但可以满足外观要求，还可以进行功能性测试以进一步验证产品设计在最终使用时的效果，甚至直接可以将打印件用于产线的工装夹具以及产品的小批量生产。 FUNMAT PRO 610 HT FUNMAT HT 和 FLEX 510 峻宸集团执行董事长苏大威表示：“增材制造加工工艺已经成为手板市场首选的生产工艺之一，尤其在制造业有着更为广泛的应用基础。增材制造工艺主要有几种不同的形式，每种工艺各有优势。随着3D打印材料应用的拓展和需求的挖掘，2021年8月峻宸集团决定正式引入工业FDM/FFF打印工艺到我们的工艺体系中。工业FDM/FFF打印工艺可以很好的与目前使用的SLS/MJF打印工艺进行互补，FDM/FFF打印能够解决大尺寸高性能材料零件的整体打印和薄壁零件打印热变形问题，并且有更多的材料可以选择，可打印具备耐腐蚀、耐高温、高强度、阻燃等特性的高性能塑料，如PEEK，PEKK，ULTEM，PPSU等和工程塑料如PC, PA, ABS以及相关的复合材料、防静电材料等，更多材料选择将大大拓宽市场应用场景。” 共同推动3D打印技术在各行业中的发展 苏大威还表示，“峻宸一直与各3D打印设备厂商都保持着深度合作，2021年开始与远铸智能合作工业FDM/FFF工艺，远铸智能是一家专注于工业FDM/FFF技术研究与技术应用的高科技企业，产品已被汽车、航空航天和其他工业领域的全球知名企业广泛采用，在推动将3D打印技术应用于不同工业领域方面与峻宸集团的发展理念深度契合，我们也很荣幸能与远铸共同来推广创新工业FDM/FFF增材制造解决方案，一起来推动3D打印技术向不同行业的快速渗透和发展！” 此次交付的产品中，FUNMAT PRO 610 HT成型尺寸能够满足打印大尺寸零件或多个相对较小尺寸零件的生产需求，通常工业FDM/FFF 3D打印设备的成型尺寸普遍在400x400x400mm以下，但是此次交付的FUNMAT PRO 610 HT可以打印高达610*508*508mm的零部件。 远铸智能CEO韩成超表示：“远铸智能自创立之初就一直坚守推动3D打印从原型制造走向批量生产的愿景和初心，并且坚持以技术和产品创新推动公司向前发展，公司是全球最早可以提供PEEK类材料3D打印解决方案的公司之一，也一直是该领域的领先者和推动者。面向客户日益增多的小批量制造需求，经过近4年的持续研发投入，在2020年推出了批量生产应用的工业FDM/FFF设备FUNMAT PRO 610 HT，填补了国内市场空白，可以满足高性能材料和工程塑料的小批量生产需求，特别是提供了国内手板厂难以找到的更具经济投资效益的工业FDM/FFF解决方案。” 此设备配备高达500°C的全金属双喷头，可打印市场上几乎所有的热塑性材料。高温恒温腔室也实现了打印与后处理的一体化，打印件可以更好的成型，并具备较高的机械强度和较低的内应力。为了确保模型打印的成功率和减少设备维护时间，FUNMAT PRO 610 HT配备的液冷系统可显著解决丝材打印堵头问题，延长打印机的寿命和提高大尺寸打印件质量。 FUNMAT PRO 610 HT一体成型打印的ULTEM 9085交通工具仪表盘原型件 开拓原型验证和小批量生产应用 韩成超补充道：“峻宸集团是国内将3D打印应用于手板行业批量生产的创新者和开拓者，在将3D打印技术应用于汽车、航空航天和家电等领域的原型验证和小批量生产中有非常深厚的积累，在增材设计（DFAM）、打印服务和后处理等方面的丰富经验令人印象深刻。峻宸集团与远铸智能在推动3D打印走向批量生产的愿景不谋而合，我们的工业FDM/FFF解决方案也刚好增强了峻宸集团在功能验证和小批量生产方面的能力。” 峻宸集团和远铸智能强强联合，双方将以本次合作为基础，共同携手开发国内手板市场创新应用，提供更多应用解决方案。 关于峻宸集团 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，公司拥有200余台工业级3D打印设备，打印材料涵盖树脂、尼龙、金属、全彩、红蜡等40多种，10000+㎡的生产规模。能够快速为客户提供专业的“设计与制造”综合解决方案和产品定制批量打印服务商。2020年12月30日，峻宸集团在上海股交所小科创挂牌成功，成为国内增材制造3D打印服务企业首家小科创挂牌成功企业。 关于远铸智能 INTAMSYS是一家全球领先的提供高性能材料3D打印和工业直接增材制造解决方案的高科技公司，由来自海内外世界一流高科技公司从事多年精密设备开发、高性能材料研究的工程师团队联合创建。远铸智能聚焦于航空航天、汽车、电子制造、消费品、医疗、科研等行业领域，提供从功能测试原型制作、工装夹具制造到最终产品直接批量生产的完整增材制造解决方案，产品涵盖设备、软件、高性能材料及打印服务等。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.视频解读：如何应对大尺寸高性能材料3D打印带来的挑战 2.旨在替代金属，世界最大高性能聚合物3D打印机的成型尺寸达1 x 1 x 1 m 3.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 4.Stratasys 3D打印机关键专利本周到期，高温FDM市场将迎重大变化

近日，GE航空发布消息称，其位于奥本的增材制造工厂已发货第100000个3D打印的燃油喷嘴，这是该公司和3D打印行业的重要里程碑。奥本工厂于2015年开始生产3D打印的燃油喷嘴，是业内第一个使用增材制造技术生产飞机发动机零件的大规模制造工厂。 这款知名的3D打印燃油喷嘴最初转为LEAP发动机开发和制造，根据发动机版本的不同，每台发动机上安装有18或19个燃油喷嘴。基于3D打印带来的制造优势，新设计的燃油喷嘴将原来的20个部件变成了一个精密整体，并与其它组件通过钎焊连接，喷气燃料通过喷嘴内部的复杂流道实现自身冷却。最终，新喷嘴重量比上一代减轻了25%，耐用度提高了5倍，成本效益上升了30%。 实际上，LEAP 3D打印燃油喷嘴的开发先于GE Additive（GE增材） 的成立和GE对 Concept Laser以及Arcam的收购。而前者的发展一直依托于GE航空这个强有力的“靠山”，航空发动机燃油喷嘴也是GE增材实现快速发展的“诱因”。 2010年，GE航空成立增材制造部门，在2012年GE成功用增材制造的方式制造了第一个燃油喷嘴，而为了保证服务稳定性，财大气粗的GE开启了在3D打印领域的疯狂收购。 2012年，GE先是收购了最初的燃油喷嘴加工服务商Morris Technologies，使公司初步具备了一定的3D打印技术服务能力；2013年，收购意大利航天公司AVIO，掌握了“电子束选区熔融技术”，并用于制造钛铝合金低压涡轮机叶片； 2016年，GE先后斥资6.85亿美元以及5.99亿美元收购了两家世界领先的金属3D打印公司，瑞典Arcam与德国Concept Laser。随后，在整合了行业众多优质资源后，GE Additive公司成立。 GE增材将收购的两类增材制造技术纳入生产体系 至此，GE一跃成为全球最大的3D打印厂商，也完成了从增材制造应用向增材制造装备及服务供应商的转变。2017年，奥本工厂交付的燃油喷嘴数量为8000个；2018年10月，交付总量达到3万个；如今，GE增材已经打印了超过10万个航空发动机燃油喷嘴，并实际应用于其最先进的“LEAP发动机”中，空客A320 NEO、波音737 MAX和中国国产C919大型客机都采用了Leap引擎。 虽然，大规模的收购让GE快速切入金属3D打印领域，并成为这一领域的领头企业，但这一切的背后，GE航空功不可没。 GE航空是世界领先的民用、军用、公务和通用飞机喷气及涡桨发动机、部件和集成系统制造商，全球每2秒钟就有一架应用GE发动机技术的飞机起飞，而它的发展也可以看作是美国航空产业发展的缩影。 100年前，从GE研发的涡轮增压器首次解决飞机发动机在高海拔地区性能减弱的问题开始，GE正式进入航空领域。随后，GE航空相继创造了很多“第一”，其研发了美国第一台喷气式发动机、世界第一台大“涵道比”涡扇发动机、旗下CFM56系列发动机更是成为航空史上首个实现10亿飞行小时的发动机系列。 GE增材将300个零件合并为一个，3D打印的发动机中框结构 GE航空和GE增材合作证明，金属增材制造可以与传统铸件的价格持平 GE9X发动机包含304个3D打印零件可以说，GE推动了美国航空产业的发展，而美国航空产业也成就了GE航空。百年的资源积累，让GE增材能够与自身产业快速融合，与其他金属3D打印公司为了业务四处奔波不同，仅仅是来自GE航空的需求就足够竞争对手“眼红”，不仅如此，GE医疗、GE工业也将继续推动其3D打印业务发展。 而在金属3D打印技术的使用方面，GE增材并不局限于现有的技术。为提高3D打印技术的规模化制造能力，2017年，GE增材宣布开发粘结剂喷射金属3D打印技术，并获得了GE旗下多部门的支持。目前，GE增材已经可以采用该技术打印航空、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。 目前，GE增材已经成为3D打印行业的重要参与者，尤其在新应用开发方面，一直在引领技术发展。 注：本文部分内容参考《美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特》。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.GE 增材：连续增材生产是一场马拉松，而非短跑冲刺 2.GE增材：具有增强后处理和质量控制的金属3D打印 3.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 4.航天六院7103厂发布超3吨粉末需求，突破航天液体动力领域3D打印全流程技术

基于DLP的3D打印设备，已成为目前市场上最常见3D打印机产品。该技术不仅打印精度高，可达微米级，用此类设备打印出来的模型表面非常光滑细腻，远超其他成型技术。同时，该类设备打印速度也非常快，是目前市面上常见设备里成型速度最快的产品类型之一。 然而在常规印象里，DLP 3D打印的产品多用于制造牙模、首饰原型、动漫手办等不需要很高性能的产品。实际上随着材料的突破，DLP3D打印+高性能+复杂结构，正在很多领域获得认可。本期，跟随3D打印技术参考，了解该技术如何用于现代机械设备最终零件制造。 【采用DLP 3D打印制造高性能复杂结构最终用途部件】 传统制作方式带来的缺陷 南京蓝锐自动化科技有限公司（以下简称“蓝锐”），是一家从事现代化生产机械化设备研发制造的公司。虽然公司成立时间不久，但其科技化的步伐却成为了行业的佼佼者，从智能机器人的研发，到工业自动控制系统装置制造，都能看见蓝锐的身影，而在高科技术日新月异的今天，蓝锐率先针对农业移栽领域开发了一款移栽机器人，并用3D打印打开了解决处理复杂结构的难题，助力农业自动化的生产。 作为为数不多的在国内研发农业自动化机器的企业，在使用3D打印快速设计、制作、处理结构复杂的农业自动化设备之前，在制作一个复杂部件时，开发团队需要经历以下流程：根据实际需求构思零件模型、使用传统CNC技术制作大量不同的样件模型、模型修整与调试、 CNC加工获得最终的测试原型。而面对一些结构非常复杂的零部件，还不一定能实现制作，这让蓝锐很苦恼，也一度让研发停滞不前。 【打印零件实拍】由于每一个结构复杂的部件都以CNC加工制作方法生产，这就需要进行大量的沟通和协调，在生产过程中，开发团队就要依靠具有丰富专业知识的技术人员来跟进整个环节。冗长的时间，高昂的成本，复杂的过程，这些都耗费技术人员大量的时间与精力，更提高了原型打样中设计迭代的费用，甚至还要为最后难以实现的结果买单。 DLP 3D打印处理结构复杂部件效果惊人 “其实，在使用DLP技术的3D打印设备之前，我们还寻求过诸如FDM等技术的3D打印方案，但是因为生产耗时久，且成型效果欠佳，价格高昂，遂放弃了使用。”蓝锐的工程师如是说。 为了提升研发效率，通过了解3D打印行业的相关知识以及多方比较，最终因为性能、价格以及服务，蓝锐决定采购一台Rayshape的DLP 3D打印设备——Shape 1。而将3D打印技术引入农业自动化设备零部件的原型制作中，这样的转变呈现出了惊人的效率提升。 【蓝锐采购的Shape 1（右一）及 ShapeCure（左一）实拍】使用3D打印技术制作测试复杂结构的原型，只需要先设计出符合需求的模型数据，然后，将模型导入切片软件，最后用3D打印机直接将模型打印出来。利用3D打印技术，蓝锐团队可以快速高效制作出一个完整的、高精度的原型零部件，也可以根据实际的装配出入，调整设计的零部件，以此达到轻松进行验证测试。 【蓝锐农业机器人可长期在高湿高热的大棚内作业（由于客户专利保密遂截取了国外类似设备视频）】正因为农业机器人的设计结构复杂，蓝锐因为使用了3D打印机，这得他们拥有了绝对的自主研发与生产能力，避免了竞品逆向抄袭，使之成为市场上独一无二的产品。 使用 DLP 3D 打印机的优势 开发产品速度提高一周 3D打印大大提高了原型制作和设计迭代的效率，减少了生产时间和成本。蓝锐的工程师表示，使用Rayshape DLP 3D打印机时，开发产品速度可以提高一周。因为3D打印技术帮助他们省去了繁琐冗长的CNC加工流程，全程变为数字化生产，这大大减少了费用，同时缩短了设计流程和时间。 【效益对比】打印多个零件与打印单个耗时相同 因为Rayshape采用的DLP 3D打印技术，其原理为数字面曝光，也就是说，在打印的时候，DLP技术一次投影固化一个面层，这与FDM的3D打印技术相比，成型速度更快，尺寸精度和分辨率高，对于打印复杂细节的零件来说更具优势。此外，打印一个零件与打印多个零件耗时一样，这充分满足了研发生产时所需要的小批量生产。 【蓝锐用Shape 1小批量生产的零部件】单个零件降低80%以上的生产成本 复杂模具的开发制作相当昂贵，为了制作一两件样品而开发样品模将大大增加生产成本。使用3D打印样品不仅可以免去模具开发制作的费用，还可以缩短制作时间，将以往1周的打样制作时长缩短至1天。整体分析来看，使用DLP 3D打印技术帮助蓝锐单个零件降低了80%以上的生产成本。 提升设计迭代灵活性 3D打印可以打印出任何几何形状，大大提高了设计的灵活性。3D打印可以帮助研发者实现各种打样模型和复杂零件的制作，更好地满足设计中的个性化需求。 【蓝锐用Rayshape 3D打印设计的农业自动化零部件】提高制作自主性 在使用3D打印技术进行原型制作时，3D打印的方式不仅提升了开发团队在设计时的效率，在设计过程中即可同步进行验证，在开发正式模具前将所有问题排除，大幅提高了生产制作的成功率。 先进DLP 3D打印机的特性 由于Shape 1的使用，使蓝锐成功的实现了在办公桌上快速制作高性能零件，并成功应用在了功能原型上。不单单是蓝锐，整个Shape 1系列均提供了针对实物产品的设计部门、研发部门和工程部门的应用方案，在外观原型、功能原型、工装夹治具方面均有良好的表现，对于高度小于10cm的零件，可在一天内完成两次设计迭代。 【Rayshape Shape 1设备】 不仅如此，Shape 1系列采用进口工业级DLP光机，使用寿命可达3万小时，在此期间，无需维护，亦无需跟换光源元器件。畸变极小，光均匀度高，光衰极低，真正做到高可靠度，免维护。 此外，Shape 1 系列匹配了Basic、Functional系列高性能专用光敏树脂，具有低翘曲，低收缩，耐热等特点，在经济性和材料性能方面均有较大的优势。 【部分Basic & Functional材料】纵观Shape 1的打印特性，设备拥有稳定的成型温度环境，打印表现稳定、可靠，为消费电子、低压电气以及汽车电子等行业带来全新机遇。 DLP 3D 打印在智慧农业市场的机遇 目前，我国智慧农业已经初具规模并呈现良好的发展势头，但仍然处于新模式和新业态的发展时期，产业链正在逐步形成阶段，在关键技术和制度机制建设上还需不断推进和完善。未来，农业产业必将向着机械化、智慧化、自动化方向发展，而3D打印将作为智慧农业走进现实的重要环节。 “相信3D打印技术能突破限制，帮助农业自动化以更低的投入产出比，实现更好的发展。”蓝锐的工程师表示，未来，蓝锐希望与Rayshape展开更加深度的合作，共同研发更适配农业自动化的高性能材料，为推动3D技术惠及智慧农业贡献自己的力量。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.开核桃、抬杠铃丨一款“高刚耐温、超精细、低蠕变”的功能性3D打印树脂 2.福特采用大幅面（1m³）3D打印机制造夹具和固定装置 3.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 4.陶瓷3D打印面临的挑战，一种增韧解决方案与未来市场

近日，美国航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）采用一种不同于基于激光或电子束的增材制造工艺生产了一种铝合金航天器用热交换装置。采用新设计的热交换器取代了在长期任务或极端条件下可能出现故障的数十个小零件和接头，不仅对太空应用而且在石油钻井和航空等领域都有潜在益处。NASA JPL 技术专家表示，该工艺所能解决的不仅是一个任务的一个问题，同时将为NASA和工业界解决一类问题。该工艺就是由Fabrisonic公司推出的超声波增材制造（UAM）技术。 超声波增材制造实现了铝合金热交换器的整体制造 超声波增材制造的技术原理 超声波增材制造（UAM）是基于传统的 “超声波焊接”工艺，其利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。而当这种焊接方式被应用到3D打印机上时，也就成就了这项新的3D打印工艺——“超声波增材制造”。 超声波增材制造原理 超声波增材制造能够实现不同金属间的冶金结合 超声波增材制造采用金属薄片为材料，能够实现真正冶金学意义上的熔合，并可以使用各种金属材料如铝、铜、不锈钢和钛等。UAM的制造过程包括通过超声波逐层连续焊接金属片，并不时通过机械加工来实现指定的3D形状，从而形成坚实的金属物体。通过结合增材和减材处理能力，UAM可以制造出深槽、中空、栅格状或蜂窝状的内部结构，以及其它复杂的几何形状，这些结构和形状通常无法使用传统减材制造工艺完成。此外，该技术的重要优势是能够制造多金属零件。 超声波增材制造生产多材料一体化构件 自 2011 年成立以来，Fabrisonic 已多次与 NASA 合作。2018 年，Fabrisonic和NASA JPL开始探索如何使用超声波增材制造来生产 3D打印热交换器。当时，3D 打印组件通过了NASA的质量控制测试，并被认为可以在太空使用。今年早些时候，NASA JPL宣布他们使用 Fabrisonic的设备为卫星开发了价值更高的3D打印热交换器。 3D打印的散热器由铝和铜两种材料构成，可以让热量更均匀地分布在整个表面 在太空中，极端温度可能会有数百度变化。热交换器可以通过吸入或排出热量来帮助航天器内部保持稳定温度。热交换器通常内置流道，并连接到带有支架和环氧树脂的金属板上。传统上，热交换器由多个相互连接的部件组成，这会给设备带来许多潜在故障风险，NASA JPL选择采用UAM技术3D打印一体化的热交换器。 ‍由UAM技术3D打印的大尺寸热交换器 事实证明，整体制造可以使组件的可靠性得到显著提高，并降低长期太空任务或地球极端条件下的故障可能性。3D打印热交换器还带来了性能提升，与通过传统方法制造的热交换器相比，重量减轻了约 30%，性能提高了30%。除此之外，这项技术在几天之内便完成了这种复杂结构的零件生产，缩短了NASA航天器的开发周期。 含有内部通道的铝铜复合材料部件 除铝和铜的一体化制造之外，NASA JPL还利用Fabrisonic的UAM 技术实现了金属钽与铝合金部件的结合。为保护电子组件免受强烈空间辐射并保持组件尽可能轻巧，NASA JPL在铝合金航天部件的中间添加了能够抗辐射的金属钽层，从而获得了既抗辐射又极轻的3D 打印组件，该组件的每种金属特性均保持不变并能按预期运行。 除以上应用之外，NASA还于2020年在 SBIR项目中使用UAM技术成功将不同的非晶合金与其他金属合并来克服腐蚀问题。 超声波增材制造生产内置传感器的“智能结构” 因为金属没有被加热焊接，UAM技术可以在零件的制造过程中嵌入电子装置同时不会发生损坏。过去使用常规焊接技术加工智能材料所面临的最大挑战就是，材料融化往往会大大降低智能材料的性能。因为UAM工艺是固态的，不涉及熔化，这个工艺可以用来将导线、带、箔和所谓的“智能材料”，比如传感器、电子电路和制动器等完全嵌入密实的金属结构，而不会导致任何损坏。因此，超声波增材制造非常适用于“智能材料”的打印以及“智能结构”成形。 内置电子装置的“智能结构” NASA在其航空测试中利用通过UAM技术打印的光纤传感器来检测商用机身的弱点和性能问题。这些传感器使用UAM技术内置于铝合金零件内部，能够获取有关金属健康和性能的准确、实时数据。同时，由于外层金属的保护，传统器可以在太空等恶劣环境中工作。除此之外，NASA还于 2019年采用UAM技术将传感器直接3D打印到了燃料管道中，用来收集低温燃料管道中的数据，以更好地了解发动机的运行情况。 内置传感器的发动机燃料管道 UAM可以结合智能材料本身的特点随时改变不同结构零部件材料的特点，因此UAM技术具有以下优势： （1）高速金属增材制造，成形复杂结构。UAM与传统3D打印技术一样，同样具有成形的高效性与高复杂性，属于自由净成形工艺。（2）固态焊接可以实现：异种金属的结合、包层、金属基复合材料、“智能”或反应式结构。UAM工艺是基于传统的电磁波焊接技术，因此，成形过程可以实现固态焊接，实现异种金属的链接或包层。（3）低温工艺可以实现：电子嵌入防篡改结构、非破坏性、完全封装的光纤嵌入。 END UAM工艺不需要高温环境，在低温下就可以实现制造过程，因此，对于那些在高温下会改变本身特性的材料而言，UAM可以轻松实现复杂结构的成形或者对需要封装的嵌入结构实现制造。基于传统工艺的新型3D打印形式正在使增材制造工艺的种类更加丰富，同时也满足了更多的制造需求。除超声波增材制造工艺外，3D打印技术参考在往期文章中提到的搅拌摩擦焊也是其中一种。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.无须高能热源、不需气体保护，能以10倍速度成型的金属3D打印技术 2.国家科技重大项目「微铸锻铣磨」增减材复合制造机床通过验收 3.基于SLM的增减材混合制造新形式：激光熔融与超快激光切割相结合 4.南科大：一种新型抛光技术，可获得纳米级超光滑表面

从原型制作，模具开发再到功能完备的终端零部件的整体生产，工业级3D打印技术，从设计到制造，让一切都更轻、更快、更可靠。航空航天和汽车工业一直探索通过3D打印的方式生产、制造终端零部件以提高效率、减少浪费，从而成为工业级3D打印技术早期的受益者。 大尺寸高性能材料3D打印除了粉末床技术，基于桌面的熔融挤出技术正在获得越来越多的关注，也正在成为先进制造行业无法忽视的重要技术。然而，大尺寸高性能材料的3D打印，目前仅有少数企业攻克了其中的制造难题。 FUNMAT PRO 610 HT能够满足工业级高性能材料打印的需求，为生产赋能，激发3D打印的潜力，探索工业应用的无限可能。该设备配备高达500°C的全金属双喷头，可打印FFF市场上几乎所有高性能材料。但仅凭高温组件不足以支撑大尺寸打印，另一个关键挑战是大尺寸部件在打印过程中的变形翘曲开裂现象。基于INTAMSYS FUNMAT HT平台成熟的运行经验，FUNMAT PRO 610 HT增强了腔室热设计，300℃恒温腔室可以满足打印件温度的均匀性，从而能够很好的解决变形翘曲开裂问题。同时，高温恒温腔室也实现了打印与后处理的一体化，打印件可以更好的成型，并具备较高的机械强度和较低的内应力。 为了确保模型打印的成功率和优化设备维护时间，FUNMAT PRO 610 HT的液冷系统可显著解决丝材打印堵头问题，延长打印机的寿命和提高大尺寸打印件的质量。 在应用方面，工业级FFF/FDM技术可以为汽车制造、航空航天、军工、石油燃气、医疗等行业的小批量生产提供多材料一体化的3D打印解决方案。 以航空航天行业为例：近年航空航天行业发展迅速，更轻更强已经成了业内发展的目标。因此，PEEK、ULTEM等具有较高强度重量比且耐损耗的高性能材料被广泛应用。作为航天器部件，优异的机械强度和阻燃性必不可少。在这些严苛的需求中，ULTEM 9085脱颖而出，这种材料具备与金属相近的机械强度和远低于金属的密度，同时，它的阻燃性和无烟无毒性也满足了航空航天产业的要求。 FUNMAT PRO 610 HT 打印的尼龙碳纤材料样件 FUNMAT PRO 610 HT兼容市面上主流高性能3D打印材料，是打印大尺寸PEEK、PEKK、ULTEM、PPSU等高性能材料的理想选择。工业级智能双喷头设计可处理多种复杂结构，可升降双喷头能够避免打印过程中对打印件的刮擦。FUNMAT PRO 610 HT的打印喷嘴还具备自动清洁、堵头智能检测、喷头智能校准的设计。专用合金喷嘴具有硬度高、耐磨性好，可打印纤维增强材料，使用寿命远高于常规喷嘴；模块化结构便于更换或维护。 END 当前，随着FFF/FDM打印技术在各行业应用的不断深入，其在轻量化设计、低成本、快速交付等方面的显著优势，让3D打印技术在终端部件生产、工装夹具等方面的应用范围越来越广。与此同时，工业级别生产对材料性能、可打印尺寸、打印效率也提出了越来越高的要求。 据《Wohlers Report 2020》的调查数据，2017-2020年，以PEI、PEEK、PEKK、PPSU等为代表的高性能聚合物材料的用量增长明显。而目前高性能材料主流的3D打印工艺只有借助工业级FFF/FDM打印设备才可以实现。这也意味着，以高性能聚合物为应用材料的工业FFF/FDM技术正在经历高速的发展。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.旨在替代金属，世界最大高性能聚合物3D打印机的成型尺寸达1 x 1 x 1 m 2.开核桃、抬杠铃丨一款“高刚耐温、超精细、低蠕变”的功能性3D打印树脂 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.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

在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域中的复杂形状部件的制造，其主要应用领域之一便是航空航天工业。由于极高高的强度-重量比以及出色的可加工性，高强铝合金在航空航天业广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍然受到增材制造工艺中几种不可忽略的问题和缺陷的限制。多年来，人们致力于减少或消除这些缺陷，从而扩大了增材制造在高强铝合金中的应用范围。 高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性 由于某些类型的缺陷会影响高强铝合金3D打印组件的质量，因此该技术在航空航天领域的使用仍然受到限制。另一个关键问题是，缺乏针对3D打印组件的全面、公认的质量标准，这限制了航空航天行业对该工艺的使用。目前，只有极少数的铝合金可以被适当地改性，同时由于3D打印过程中发生的热循环而导致的凝固相关问题，2xxx和7xxx系列合金很难通过3D打印加工。在3D打印的2xxx和7xxx高强铝合金产品中已经观察到了各种类型的缺陷，为了消除或避免缺陷并克服加工困难，需要对合金进行化学成分改性并开发相关国内工艺。 航空航天业未能广泛使用3D打印工艺来生产高强铝合金结构件的原因主要包括以下几方面： 3D打印工艺受到部件尺寸和生产速度的限制，导致该工艺在大型航空航天部件的生产中尚无竞争力。例如，通过增材制造工艺生产的最大的航空部件重约750千克，长4.7m、宽1.7 m、高0.5m。该部件旨在展示3D打印在生产下一代波音777x喷气式飞机的组件中的应用。然而，这和波音747客机64.3 m的翼展相比，相距甚远。航空航天业最重要的两个优先事项是安全保证和风险管理，这要求航空航天部件具有高精度和一致性。然而，目前只有少数几种3D打印工艺可以生产尺寸公差为30–40μm的组件，但航空航天公司要求的组件的尺寸公差通常小于10μm。因此，不能每次都获得航空航天部件的所需尺寸精度，并且为了达到所需尺寸而对零件进行机加工会导致额外的制造步骤和成本。 各工艺所能达到的最高尺寸精度 航空航天部件具有严格的质量认证体系，对于关键部件（如发动机涡轮叶片）非常重要。然而3D打印在航空航天业中的质量管理和认证方法仍在制定中，其复杂性在于缺乏关于增材制造的航空航天部件的失效机制，特别是对疲劳失效的理解。 近年来，已经建立了许多与金属增材制造有关的标准。但是，其中只有少数几个适用于航空航天领域，包括SAE AS9100和MSFC-STD-3716。标准的不足严重影响了3D打印工艺的广泛应用，制造商也多将重点放在开发此类标准上，以推动技术发展。与此同时，由于增材制造过程中物理过程的复杂性，现有的无损检测手段在孔隙、气体夹杂和裂纹等缺陷检测中可能存在问题，需要制定专门的测试方法。 高强铝合金增材制造过程中产生的主要缺陷 由于制造过程和合金本身的特性，在2xxx和7xxx高强度铝合金的3D打印零件中会发生几种类型的缺陷，包括开裂、孔隙、球化以及挥发性合金元素的氧化和蒸发等。 1. 开裂 在3D打印过程中会由于多种原因而产生裂纹，其中包括孔隙的存在（充当裂纹的起始位置）以及制造过程中加热和凝固的影响。铝合金3D打印过程中的裂纹可分为液化裂纹和凝固裂纹。液化是当施加热量时微观结构中某些成分的选择性熔化。例如，具有低熔点的第二相粒子或具有高偏析度的晶界可能具有比基体低得多的熔点，因此开始局部熔化，从而导致这些位置处的脱粘。液化裂纹的倾向与合金元素的高浓度和可热处理铝合金的高热导率特性以及高激光功率和/或高扫描速度有关。相比之下，凝固裂纹发生在凝固的最后阶段，此时液体流动不足以填充凝固金属之间的间隙，这种类型的裂纹与较大的凝固范围有关。凝固裂纹是高强度铝合金增材制造中非常普遍的现象，特别是对于2xxx铝合金。在合金的凝固过程中，柱状晶粒沿热梯度方向扩展，同时沿晶界收缩，从而导致裂纹形成。在凝固的最后阶段沿着晶界可以观察到凝固裂纹的形成和扩展。 3D打印铝合金零件中的裂纹 2. 孔隙 孔隙是高强度铝合金增材制造中最常见的冶金缺陷之一，特别是在涉及激光的情况下。它可以分为收缩孔、气孔和熔合缺陷。与孔隙形成有关的几个因素包括扫描策略、热裂解、扫描速度以及所用的保护气体等，即使优化了工艺参数，仍然可以观察到一定程度的孔隙。在SLM工艺中，孔隙的常见类型是锁孔和冶金孔。激光扫描后形成的气孔会留在零件表面以下，其中锁孔（> 100μm、形状不规则）大多在快速的激光扫描速度下形成，而冶金孔（<100μm、球形）多在缓慢的扫描速度下形成。由于铝合金粉末的不完全熔化或层与层之间的熔合不良，可能会出现其他类型的孔。 3. 球化和卫星球 考虑到最小表面能的原理，当与基材接触不良时，由于表面张力，3D打印过程中的液态金属可能会收缩为球形，这就是球化现象。球化作用会导致铝合金表面熔合不良，固化层表面粗糙，从而导致零件质量降低。高强铝合金在3D打印过程中的球化通常与熔化过程有关，同时，液滴飞溅和润湿性差也可能导致形成球化现象，当下部熔池中达到足够的熔化水平时，球化现象会减弱。卫星球的产生是另一钟表面缺陷，就微观结构和形态而言，它与球化略有不同。卫星球表面缺陷是由粘附在表层的粒子组成，并高度依赖于扫描速度。有关研究指出，在扫描速度为250 mm / s的情况下，观察到AlSi10Mg中卫星球的形成要比500 mm / s或750 mm / s时少得多。 a）扫描速度为750mm/s时AlSi10Mg中的球化和卫星球缺陷（b）6061铝合金氧化膜SEM图像 4. 氧化 另一个降低铝合金3D打印零件质量的问题是打印过程中发生的氧化。 氧化铝的热力学稳定性使得难以除去铝合金粉末表面产生的氧化膜。有研究人员分析了激光熔合6061铝合金和Al-12Si过程中熔池各点氧化皮的形成机理。在他们的研究中，熔池表面的氧化皮咋激光照射后蒸发，确定了搅动熔池的Marangoni力是破坏氧化皮的最可能原因。氧化物由于残留在熔池两侧，形成了区域性的孔隙。 在打印过程中，虽然腔室中充入了惰性气体，但粉末中仍有0.1–0.2％的氧气残留，这也导致了在逐层熔化的过程中存在氧化的发生。此外，氧化还会导致合金粉末团聚，使铺粉变得不均匀，导致零件的结构完整性和精度下降。 铝合金不同区域的熔化和润湿是通过氧化物的解离或破坏来控制的，而不是通过不同区域的熔化。通过控制氧化膜的形成，可以调节铝合金打印零件的质量，因此，需要密切关注打印过程中的氧含量。 5. 挥发性合金元素蒸发 在应用相对较高功率密度的增材制造工艺中，如果合金中某些元素的熔点低于合金母材熔点，则可能会发生选择性蒸发。由蒸发引起的成分变化将改变材料的耐腐蚀性、机械性能和凝固组织。目前研究主要集中在高强铝合金SLM加工过程中挥发性合金元素（如Zn、Mg和Li）的蒸发，目的是提高材料的加工性能。有研究人员评估了几种用于SLM的高强铝合金的适用性，打印后化学成分发生了明显变化，尤其是锌和镁的含量。   SLM工艺后高强铝合金化学成分变化（wt％） END 在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域的复杂形状部件制造，其主要应用领域之一便是航空航天业。由于极高的强度-重量比以及出色的可加工性，高强铝合金在该领域广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍然受到几种不可忽略的问题和缺陷的限制。多年来，人们致力于减少或消除这些缺陷，从而扩大了增材制造在高强铝合金中的应用范围。 在后续的文章中，我们将介绍最小化或消除缺陷的方法，也可进入QQ群提前查看相关资料。 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.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 2.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 3.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 4.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择