如果你以为3D打印还没有搞明白却去搞什么4D打印，并对其嗤之以鼻，那一定小看了这个概念。4D打印技术自2013年提出以来就引起了学术和工业界的广泛关注，它属于智能构件的增材制造技术，是在材料、机械、力学、信息等学科高度交叉融合基础上产生的颠覆性制造技术。华中科技大学史玉升教授团队在该领域已经进行了大量研究，当属国内在该领域的研究先驱，本文将展示他们在4D打印概念、研究进展及应用领域的部分见解。 01 4D打印技术研究概况 4D打印技术是3D打印在三维坐标轴基础上增加了“时空轴”，也应当归入增材制造技术的范畴。2013年1月到2019年12月，WebofScience统计了关于4D打印技术的研究论文发表情况，从中可以看出关于4D打印的论文发表数量逐年增多，论文引用量也在逐年增多；关于4D打印的研究主阵地在美国，中国紧随其后，论文发表数量大约只有美国的一半。而目前研究4D打印的工艺以现有常见的3D打印工艺为主，主要有FDM、SLA、墨水直写、喷墨打印、DLP、SLS以及SLM技术。 Web of Science 关于4D打印研究论文发表的统计数据 尽管在4D打印领域已有比较多的研究，但4D打印的概念与内涵还存在争议：是“3D打印+时间”，还是“3D打印+智能材料”？抑或“3D打印+智能材料/结构”？众说纷纭，尚未达成共识。4D打印是否“只能看、不能用”？应当以什么思路进行研究？现在发展到什么程度？今后又该从哪些方面入手研究，这些都是4D打印领域的研究者迫切想知道的问题。 02 4D打印技术内涵不断丰富   4D打印的概念最初是由美国麻省理工TIBBITS教授在2013年的TED大会上提出，他将一个软质长圆柱体放入水中，该物体自动折成“MIT”的形状，这一形状改变的演示即是4D打印技术的开端，随后掀起了研究4D打印的热潮。4D打印在提出的时候被定义为“3D打印+时间”，即3D打印的构件，随着时间的推移，在外界环境的刺激(如热能、磁场、电场、湿度和pH值等)下，能够自驱动地发生形状的改变。由此可见，最初的4D打印概念主要体现在现象演示方面，注重的是构件形状的改变，并且认为4D打印是智能材料的3D打印，关键要在3D打印中应用智能材料。 MIT 4D打印的功能结构 随着研究的深入，4D打印的概念和内涵也在不断演变和深化。2016年，华中科技大学史玉升教授组织国内的有关专家，在中国武汉召开了第一届4D打印技术学术研讨会，提出4D打印的内涵，即增材制造构件的形状、性能和功能能够在外界预定的刺激下，随时间发生变化。推动了4D打印技术由概念向内涵方向发展，相比于最初的4D打印概念，新提出的内涵表明4D打印构件随外界刺激的变化不仅仅是形状，还包括构件的性能和功能，这使得4D的内涵更丰富，有利于4D打印技术从现象演示逐渐走向实际应用，只有性能和功能发生了变化才满足功能化、智能化的定义，才具备应用价值。 华中科技大学4D打印柔性磁电器件流程示意图 然而，史玉升教授团队发现上述新提出的4D打印内涵仍然存在一定的局限性，尚未完全揭示4D打印的内涵。为此，他们随后每年举行一次4D打印技术大会进行讨论和交流，通过持续交流讨论认为，4D打印不仅是应用智能材料，还可以是非智能材料；也应当包括智能结构，即在构件的特定位置预置应力或者其它信号；4D打印构件的形状、性能和功能不仅是随着时间维度发生变化，应当还能随空间维度发生变化，并且这些变化是可控的。因此，进一步深化的4D打印内涵注重在光、电、磁和热等外部因素的激励诱导下，4D打印构件的形状、性能和功能能够随时空变化而自主调控，从而满足“变形”、“变性”和“变功能”的应用需求，这“三变”中只要实现了其中一个，便认为是实现了4D打印。今后，随着4D打印研究的持续深入，其内涵也必将进一步得到升华。 03 4D打印技术的应用场景   4D打印技术是在材料、机械、力学、信息等学科的高度交叉融合基础上产生的颠覆性制造技术，是制造复杂智能构件的有效手段。因此，4D打印技术具备广阔的应用前景，必将推动高端制造领域的发展。 1. 航空航天领域 4D打印技术不仅可解决航空航天领域部分构件结构复杂、设计自由度低、制造难的问题，而且其“形状、性能和功能可控变化”的特征在智能变体飞行器、柔性变形驱动器、新型热防护技术、航天功能变形件等智能构件的设计制造中将展现出巨大的优势。下面以航空领域的智能变体飞机和航天领域的人造卫星天线为例阐述4D打印技术在航空航天领域的典型应用。 美国国家航空航天局提出的智能变体飞机的概念设计 美国国家航空航天局提出一种未来的智能变体飞机的设计构想。该智能变形飞机的外形可随外界环境而产生自适应变化，能保持整个过程中性能最优，舒适性高同时成本降低。飞机在巡航、起飞、降落和盘旋的时候，可以自动响应环境的变化分别变形至最佳形状，以获得各种状态下最优异的性能。比如，适当改变展长可以使得升阻比提高，从而增大航程和航时；改变弦长可以优化升阻比，提高飞行速度和机动性；改变机翼的弯度可以增强飞机的机动性。这是4D打印在航空领域典型的、极具前景的应用。 形状记忆合金成形的人造卫星天线 4D打印技术还可用于成形折叠式卫星天线。形状记忆合金是一种具有变形回复能力的智能金属材料，常用于4D打印工艺，用来成形结构复杂的智能构件，这种折叠式的卫星天线就是一例典型应用。当卫星在地面尚未发射时，将用形状记忆合金丝4D打印成形的天线在冷却条件下揉成团状，等卫星发射后进入太空，天线受到太阳的辐射而温度升高，即能回复到原来的初始形状。这种4D打印的折叠式可展开天线可具备复杂的空间结构，其性能能够人为定量控制，这是传统制造工艺无法实现的。并且天线可以在发射前以折叠的形式放在卫星舱体内，使得卫星的空间可以得到很好的利用，关键是相对于传统卫星的太阳能电池板和天线，折叠式天线还具备体积小、重量轻的优点。 2.汽车领域 在汽车领域，智能自修复材料可以大显身手。汽车凭借智能材料，可以“记住”自身原来的形状，甚至可以在汽车发生事故后实现“自我修复”的功能，还可以改变汽车的外观和颜色。4D打印构件组成的汽车会具有可变的外形，比如可调节的天窗和扰流板，汽车可以根据气流改进其空气动力学结构，提升操纵性能。丰田公司采用TiNi基形状记忆合金成形散热器面罩活门，当发动机的温度低于形状记忆合金的响应温度时，形状记忆合金弹簧处于压缩状态，则活门关闭；当发动机温度升高至响应温度以上时，弹簧则为伸长状态，从而活门打开，冷空气可以进入发动机室内。 记忆合金温控器 3. 生物医疗领域 生物支架经常用在外科手术中。如血管支架，起到扩充血管的作用。我们希望支架在植入时所占空间较小，处于收缩状态，当植入到指定位置时再撑开以实现扩充血管的功能。支架一般是多孔结构，这些特点使得4D打印技术尤其适用于生物支架的成形。采用光固化成形的具有形状记忆功能的气道支架，从临时形状到永久形状(功能实现)的形变过程仅需要14s。除了生物支架，接骨器也是4D打印技术的重要应用，和生物支架具有相同的形状记忆原理，4D打印形状记忆合金得到多臂环抱型锁式接骨器，形状记忆合金在温度刺激下发生变形，撑开以实现骨骼的固定。 4D打印技术在生物医疗领域的应用 4. 软体机器人领域 软体机器人也是4D打印技术的典型应用之一。软体机器人广泛采用仿生结构设计技术，模仿自然界中的软体动物，由可承受大应变的柔软材料成形，可以在大范围内任意地改变自身形状和尺寸，具有无限多自由度和连续变形能力。4D打印软体机器人不需要复杂的驱动机构，并具有多种功能属性，包括传感、自修复和自组装等功能。哈佛大学在2014年采用高弹性硅胶材料成形的仿海星软体机器人，利用压缩空气提供软体机器人运动的驱动力；利用橡胶材料成形的气动肌肉可通过气泵对肌肉充气促使其发生形变。采用光固化成形的形状记忆光敏树脂，可通过加热至材料的玻璃化温度以上，具有形状记忆效应的高分子由于弹性势能的释放能从临时形状回复至初始形状，从而实现一个抓取的动作，实现了软体机器人的雏形。 哈佛大学4D打印的16脚软硬质弹性体功能机器人 04 结论与展望   4D打印在3D打印的基础上引入了时间和空间的维度，通过对材料和结构的主动设计，使构件的形状、性能和功能在时间和空间维度上能实现可控变化，满足变形、变性和变功能的应用需求。3D打印技术要求构件的形状、性能和功能稳定，而4D打印技术要求构件形状、性能和功能可控变化。4D打印这种极具颠覆性的新兴制造技术在航空航天、汽车、生物医疗和软体机器人等领域具备广阔的应用前景，由此可知4D打印不只是“能看”，而且要“能用”。对4D打印的深入研究必将推动材料、机械、力学、信息等学科的进步，为智能材料、非智能材料和智能结构的进一步发展提供新的契机。 注：本文内容来自史玉升教授《4D打印——智能构件的增材制造技术》。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.史玉升教授团队4D打印仿生结构，实现传感-执行一体化 2.哈佛：多材料多喷嘴，高频无缝切换3D打印系统实现功能器件制造 3.3D打印磁性活化材料—赋予材料生命力 4.生物组织工程技术的变革—体积打印技术 --广告--

本文内容来源：3D科学谷。 尽管较大的工业热交换器仍采用传统的制造技术，但大多数时候，对热交换器的需求朝向尺寸越来越小，结构越来越紧凑的趋势发展。 金属3D打印-增材制造助力实现越来越小巧的热交换器，在更紧凑的设计中找到了越来越多的应用，例如电子设备、可再生能源应用、制冷循环、燃料电池，ICE电动汽车。本期内容将带领大家一起来领略通往这些更高效、更集成的热交换器3D打印的设计之路。 3D打印-增材制造技术提供的主要好处是增加了设计自由度，这允许更有效的传热，同时减少所需零件的数量。这带来更少的空间占用和更少的材料，从而使设备的重量更轻，且同时可以管理更高的热负荷和功率密度。 CAD建模-更智能 有多种方法可以利用增材制造优势获得更高效的热交换器。到目前为止，最常见的是通过使用点阵晶格结构，针状鳍片和微通道来增加可用于热交换的表面。 胞元填充方面，可以尝试nTopology的nTop平台，在这里通过创成式算法来完成复杂的设计。nTop平台的一大优势是可以实现看智能化的点阵结构自动圆角。当通过点阵技术减轻零件重量时，从DfAM（增材思维）角度看，在点阵晶格和外蒙皮之间建立牢固的连接非常重要（以防止分层）。传统的3D建模过程首先需要选择所有交叉点，然后才能尝试在所有位置创建回合。 软件工程师知道这会带来非常痛苦的工作量，更不用说当新的圆角值根本无法重建时，重建错误的加剧会带来沮丧的情绪。通过启用nTop平台的高级计算方法，可以通过输入圆角值（包括较大的圆角值），消除了对模型故障的担心。 点阵结构填充轻量化设计所需要实现的零件复杂性已经超过了传统的CAD软件的原有功能。对设计进行修改的时候，例如仅在节点，横梁和连接体之间应用圆角或倒圆角所涉及的工作量在使用传统软件工具的时候往往变得“浩瀚无边”。这种低附加值的工作会延缓工程流程，抑制真正的创新，并扼杀组织保持竞争优势的能力。 圆角应用的答案在于自动化，nTop平台提供了自动圆角化的解决方案。由于nTop 平台中3D模型背后的底层数据结构，传统上被视为有风险或脆弱的操作在nTop平台中可以轻松得以实现。 来源：additivalab 除了点阵的应用，针状鳍片的设计几乎总是有益的：虽然圆形和椭圆形鳍片带来的改进或许很小，但金刚石、翼型和矩形鳍片带来的改进很明显。 所有这些特征允许更高的热传递，不过如果不适当地设计，由于与流体流动相反的阻力增加，尤其是点阵晶格结构会损害系统的整体效率。 CAE仿真-驱动设计 仿真驱动设计在热交换器的设计方面体现得尤为明显，利用众所周知的流体动力学公式，对于每个模型都可以追踪总热交换和热交换系数。再次注意到，随着网状结构的密度增加，压力损失和热交换增加。而且，在制冷剂侧，管道厚度的增加对应于通道部分的减小，并因此导致相当大的压降。 提高热交换器效率的另一种方法是增加内部通道中的湍流。在轴向流中产生涡流，有可能创建一个次级正交速度场，从而减小边界层的厚度并促进热交换。这种涡流可以通过扭管或涡流发生器产生。 通过提高粗糙表面方法可以获得传热增强，不过在某些案例中虽然这种方式可以获得高达70％的传热系数改进，但这种方法大大提高了摩擦系数，从而又导致了更高的压降。这样的效果对于具有较小水力直径的微通道变得更加敏感。 来源：additivalab 通过Ansys Fluent来计算各种结构CFD模型中的压力损失和热交换情况。在相同的重量下，某些几何形状在热流体动力学性能方面优于其他几何形状。通常，空气侧压力损失的增加与模型内材料的密度成正比，通常具有更致密的网状结构的几何形状阻碍了空气的通过，产生了局部重要的压力跳跃，增加了总体损失。 通过Ansys的CFD-Post可以定性评估散热器各个点的压力和温度条件，以便能够解释热交换器各个区域中的热流体动态交换行为模型。 通过选区激光熔化技术（SLM / DMLS），可以与热交换器的主体以结构一体化的方式制造出来，而无需组装，并且几乎不需要额外的费用，从而确保将传热系数提高诸如40％或者更高的水平。 开启材料人工智能开发之路 此外，除了几何形状方面的设计考虑，通过3D打印实现更具热传导效率的材料方面的设计是另外一条曲径通幽之路。Intellegens的机器学习工具AIchemite™为波音亞仕得加速器提供最高的热传导性能产品且不降低机械性能要求。其中，Alchemite™人工智能引擎几乎是在最大化热传导性能和抗拉强度的两个方向上寻找到了最佳材料组合。 通过Alchemite™人工智能引擎可以将通常需要2年的材料开发设计过程缩短为3个月。通过调整金属元素的组合，来开发适合性能要求的热交换器。通过Alchemite™人工智能引擎可以将开发过程可视化，持续性的获得开发进展。 除了从设计端发力，另外一个重要的考虑因素是认证。 工业革命以来，热交换器在工程系统中具有长期的应用，这意味着传统工艺制造的热交换器的性能和可靠性的置信度很高，而增材制造热交换器所采用的是新兴的制造工艺和创新性的设计方式，这样的新兴工艺需要更多的资格鉴定数据来支持和加速产品的认证过程。 增材制造仍然是热交换器生产的新兴技术，资格鉴定和认证对于促进3D打印热交换器的应用至关重要。西门子研究院还推出了基于模型的快速认证技术（ICME），这是一种数据驱动的快速认证技术（机器学习）。如何通过数据、仿真以及人工智能的结合实现数据驱动的认证以打开产业化大门。 工欲善其事必先利其器，在所有创造价值的源头，在所有可能颠覆的源头，不管是CAD,CAE还是人工智能开发新材料组合，算法无疑是最重要的部分之一。 而总体来说，设计出轻量化、高效的热交换器需要对增材制造设计（DfAM）建立基本了解，只有充分的了解设计的理念和制造的约束，才能确保零件的可制造性。

今年6月，投资超过1亿元人民币的宝马增材制造中心正式开业，其部署了来自SLM Solutions、Desktop Metal、HP、EOS、华曙高科等国际知名3D打印企业最为先进的主力设备，试图将公司的原型生产、系列零件制造，以及新的3D打印技术研究和培训集于一身，显示出宝马集团对3D打印技术的高度认可以及预借助该技术改变传统制造模式的决心。宝马增材制造中心拥有超过50台工业聚合物和金属3D打印机，能够承担其全球50%的增材制造生产任务。如此规模的3D打印资源整合，将极大拓展汽车部件对该技术的应用范围。而从装备的选择来看，中心选择的3D打印机均为业内知名企业的最先进设备，有些适合于制造原型，有些则可以制造最终零部件，还有一部分是专门适用于批量制造。接下来，我们通过宝马对3D打印设备的选型来窥探该公司的增材制造技术应用思路。 金属3D打印装备 从金属3D打印机的选择来看，Desktop Metal的桌面机适合于原型零件生产，同时也可制造不需要高强度的工具零件；基于粉末床激光熔融技术的SLM500则适合用来制造具有高精度、高表面质量以及高性能的最终产品，可打印的量虽不一定大，但同样能够加速制造和设计迭代进程；此外，宝马选择Exone粘结剂喷射金属3D打印机很明显是倾向于该技术的快速、小批量、无模和低成本制造能力，其零件性能虽与SLM打印的零件有一定差距，但对于一些如汽车档杆、紧固件等类的产品非常适合。 SLM Solutions SLM500金属3D打印机 Desktop Metal桌面金属3D打印机 Exone基于粘结剂喷射技术的金属3D打印机 高分子材料粉末床3D打印装备 尼龙材料在汽车行业应用极多，不仅可以制造原型，还适合于生产最终用途部件。宝马对相关技术的选择可以看出对现有技术能否实现批量化制造更为青睐。当前主流的尼龙材料3D打印技术当属激光烧结和多射流熔融，华曙高科超大幅面的尼龙高温3D打印机HT1001P，基于连续增材制造解决方案理念设计，让生产效率提升至接近100%；惠普的5200/4200系列更是该公司面向批量生产而开发，从制造中心多台惠普早期设备的情形来看，宝马也将利用3D打印设备集群制造来实现批量化生产。在惠普对射流熔融技术的应用方面，比较知名的案例是借助该技术制造了BMW i8 敞篷版车门的车窗导轨。 华曙高科超大型SLS激光烧结3D打印机HT1001P EOS SLS激光烧结3D打印机 惠普MJF多射流熔融3D打印机 惠普MJF多射流熔融3D打印机 光固化3D打印装备 对于光固化设备的选择，宝马并没有展示传统的SLA技术，而是突出了Carbon基于连续液面数字合成以及Nexa3D的高速光固化3D打印机。前者是业内公认的光固化领域独角兽企业，不仅拥有革命性的打印速度，还开发有多种高性能树脂材料，并在各行各业获得了应用，基于此，宝马成为Carbon重要的投资企业。 Carbon基于连续液面制造技术的3D打印机 Nexa3D快速打印的秘密是它的自润滑光固化（Lubricant Sublayer Photo-curing）技术，其摆脱了光固化技术常见的从下往上缓慢固化的过程。另外一个核心技术是专利的结构化光源矩阵，大大缩短了精密功能部件的3D打印周期。Nexa3D声称其打印速度可以超越Carbon，能够以10mm每分钟的速度连续打印多达16升的零件。 Nexa3D高速光固化3D打印机 END 从金属和非金属增材制造设备的选择来看，宝马中心对3D打印技术的选择可能遵循了几个要点，要快、要能批量制造、质量更需要有保证。无论惠普还是Carbon都声称要与注塑成型竞争，以低成本、快速实现中小批量零件的无模制造，而以Exone为代表的金属3D打印技术也有此特点。 无论如何，宝马的目标是将越来越多的将3D打印技术用于汽车生产，其在2019年通过增材制造生产的零件达到30万个，而其在2019年之前的十年中已经通过3D打印制造了100个零件。此外，我们还看到宝马在流程链中实施了新的自动化概念，这将使宝马能够简化用于批量生产的组件制造过程并加快迭代速度。同时，宝马正在与车辆开发、零部件生产、采购和供应商网络以及宝马的其他各个领域进行合作，以系统地集成3D打印技术并有效地利用。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址：延伸阅读： 1.宝马：自2010年以来制造了100万个3D打印零件 2.福特汽车：借助3D打印技术重塑汽车生产线 3.大众汽车：在生产线上使用3D打印机进行车辆生产 4.详述：主流汽车制造商正在如何使用增材制造技术

增材制造现已广泛用于最终用途零件的生产，这一趋势得到了Sculpteo市场调查的证实，有50％以上的公司使用3D打印技术进行最终零部件的生产而非仅用来制作原型。但3D打印通常不是批量生产的首选方法，因为传统手段在交货周期和生产成本方面更具竞争力。然而，如今越来越多的制造商正在考虑通过增材制造进行批量生产。3D打印如何以工业级的体量制造相同的标准化零件？本期，我们展示5个3D打印批量化生产的案例。 1. 阿迪达斯和Carbon大批量生产运动鞋鞋底 2017年4月，阿迪达斯宣布与Carbon达成重要合作伙伴关系，双方共同生产10万双具有3D打印鞋底的Future Craft 4D运动鞋。通过使用Carbon的数字光合成技术，阿迪达斯能够在19分钟内打印出具有网格结构的鞋底。3D打印的网格结构鞋底能够减轻鞋子的总重量并能提供更好的缓冲性和稳定性，从而能够更好的响应每个运动员的运动。 Carbon 3D打印技术可19分钟制造一只运动鞋鞋底 数字光合成技术的生产速度要比采用光固化成型快100倍，这是实现工业化大批量生产的一个重要前提。然而，2018年的3D打印跑鞋全球限量只有十万双，主要是尽管速度快但大规模生产的产能也需要一段时间来建设。而在2019年，阿迪达斯和Carbon年产量百万双的目标就已经达成，而且每一季都会推出新产品，价格也在不断地亲民化。 Adidas3D打印运动鞋 据国外调查机构SmarTech Publishing 2019年的报告，鞋类3D打印将在未来10年内达到63亿美元的市场规模，阿迪达斯、耐克、安德玛、New Balance和锐步已成为该领域的佼佼者。近年来，国内匹克、李宁等品牌也已在该领域发力；同时，国内也有对标Carbon技术的公司，如清锋时代和塑成科技，两家公司在成型材料和打印技术方面都较为领先。 2. 3D打印透明牙套 美国Align Technology公司专注于使用3D打印正畸解决方案，尤其以开发个性化的隐适美矫治器而闻名。它使用3D Systems的SLA打印机来制作患者不同矫正阶段的矫正器牙模，然后以此为模具，通过热塑成型制作出透明的矫正器。目前，隐适美已成为将个性化、批量生产和3D打印相结合的完美典范，其每天可生产超过32万副以上的矫治器，全球治疗的客户超过900万人。 隐适美3D打印透明牙套 3D打印带来的设计灵活性帮助降低了制作过程中的风险。为了避免混淆，每个矫治器都有一个独特的病人ID，通过CAD文件添加到矫治器的设计中，直接通过3D打印技术制作出来。这个唯一的标识符不会泄露任何病人的信息，但允许制造技术人员追踪和管理每个病人的矫治器的生产和运输。 每个病人需要十几到几十副隐形牙套 目前，医疗、牙科领域已成为3D打印技术发展的重要推动力量。医疗产品对个性化定制的需求，为3D打印技术提供了很好的应用基础。美国Align Technology公司的隐形矫正器，是全球应用最广的品牌。近年来在国内，时代天使、上海正雅齿科、西安恒惠也推出了自主研发的隐形矫正器解决方案，在该领域都有着较强的实力。医疗领域除了3D打印矫治器的批量化制造外，还有髋臼杯、牙冠等等。 3. GE增材和赛峰集团燃油喷嘴 GE增材与赛峰公司合作，自2015年开始使用增材制造技术批量生产发动机燃油喷嘴。凭借40多台3D打印机，GE奥本工厂在2017年交付了8000个燃油喷嘴；到2018年底，这一数据已经超过3.3万个；而到2019，该工厂每周可生产800个喷嘴，这在当前增材制造的行业现状下已经属于完全工业化的大批量制造，且其产量还在继续增长。截止到去年11月，新燃油喷嘴的生产数量超过了6万个。 3D打印的leap燃油喷嘴 在这个只有核桃般大小的结构中（喷嘴头），包含了14条精密的流体通道，采用此前的工艺需要将20个部件焊接在一起。而3D打印则实现了该结构的一体化制造，从而将喷嘴的重量比减轻了25%，耐用度提高了5倍。基于此，GE将零件的库存减少了95%，并将组件的制造成本降低了30%。对于GE而言，这是3D打印加快生产、降低成本和缩短交货时间的最知名案例之一。 国内设备商打印的航空燃油喷嘴 近年来，国内中科院、西工大、南科大、中国航发等单位针对燃油喷嘴的组合设计和增材制造研究也取得了很大进展。这些进步不仅包括结构设计方法和制造工艺，还涉及抛光等后处理方案以及可靠性验证研究。经过优化设计和SLM成形的喷嘴壳体简化了装配和焊接等加工工序，缩短了制造周期，流道成形精度高，达到了减轻重量和改善性能的目的。 4. 香奈儿：3D打印的睫毛膏刷已突破1700万 相比运动鞋和发动机喷嘴，睫毛刷这个应用似乎不值一提，但具体到一个公司的一件重要产品来讲，它的价值却是巨大的，何况它又是女性产品。 3D打印睫毛刷的专利是由香奈儿于2007年首次提出的，经过差不多10年的研发，才正式进入大规模生产。2017年，香奈儿的睫毛刷生产线有六台3D打印机，每天可生产50000支刷子，这相当于每周打印25万支刷子，每月总数可高达100万支。而到如今，该生产线已经有15台打印机，并且可以7*24小时不停歇运转，其3D打印的睫毛刷数量已达到1700万个。 采用激光烧结工艺3D打印的睫毛膏刷 香奈儿睫毛刷采用激光烧结3D打印工艺，材料为尼龙。据研发团队介绍，在模型制作的时候，3D打印可以使设计师绕开昂贵且耗时的传统模具制造过程，还可以通过对100多个原型进行微调，极具经济高效的特点，而最终定型的睫毛刷结构使用常规手段则无法制造。继第一款产品VolumeRévolution之后，香奈儿决定进一步发展，推出了EYE，这是一种新的3D打印睫毛刷系列，其中包括10个专用笔刷。 香奈儿3D打印睫毛刷系列产品 其他：3D打印防疫用品 虽然欧美疫情持续不见好转，但3D打印还是在抗疫方面发挥了巨大作用，已有多家3D打印公司将本公司的技术用于用于医疗领域。Carbon每周生产的鼻咽拭子和防护面罩分别超过100万支和18000个；Formlabs则使用250多台内部3D打印机，每天生产多达15万支检测拭子，Markforged的生产规模也扩大到了每天10万只。英国的Photocentric公司则采用光固化技术进行呼吸器兼容阀门的打印，每周的生产量达到4万个。这些例子说明在紧急情况下3D打印可以快速反应。 Formlabs每天生产多达15万支检测拭子 END 有人说3D打印批量化生产是一个伪命题，这项技术只适合于做个性化产品。但从上述的这些案例却可以得出结论，对于特定的、只能由3D打印制造的产品，可以实现批量化制造；即便个性化的产品，如牙齿矫治器、髋关节等，也同样具备批量化生产的场景。 3D打印的批量化生产，离不开可以支持这一趋势实现的设备。如今，无论金属还是塑料，都在无论是尺寸还是速度亦或是具体工艺方面打破3D打印速度慢、成本高的弊端，其目的之一便是力图破解3D打印的批量化制造难题，而以后基于该技术批量化制造的案例也会越来越多。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.新一代增材制造 : 金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功 2.金属3D打印批量化制造品牌总览 3.GE喷嘴真相：3D打印制造的仅是喷嘴头，但效益空前巨大 4.Desktop Metal上市业界最经济高效、最高分辨率的中量产解决方案

Desktop Metal基于粘结剂喷射的金属3D打印批量生产系统Production System自概念推出已有几年时间，虽然到2021年才会正式交货，但其中间版本——Shop System于近日已正式交付客户。Shop系列是专为机加工车间设计的金属粘结剂喷射系统，目前已安装在北美、欧洲、中东和非洲以及亚太地区。 Desktop MetalShop System 业界最经济高效、最高分辨率的中量生产解决方案 Desktop Metal首席执行官指出， Shop System提供了业界最经济高效以及最高分辨率的中量生产解决方案。它的高速单程打印设计将高质量的粘结剂喷射技术引入了机械车间、铸造厂和粉末金属零件供应商的全新市场。 整套系统包括打印机、干燥炉、带有内置粉末回收装置的粉末站、烧结炉和集成的粉末处理设备。为了易于使用，DM设计了一键打印的功能，而经过优化的工程粉末和加工参数可确保零件质量和可重复性。 Shop System及其附属设备 Shop System可以生产复杂的金属零件，其速度是传统粉末床熔融（PBF）技术的10倍。该机器在75微米的层厚下可以达到800cc/h的速度，仅用5个小时就可以生产成百上千的零件，每天可以生产多达70公斤的不锈钢材料。 ‍‍ 该系统使用高分辨率（1600 DPI）打印头，每滴的尺寸保持在16微米，每秒可喷射多达6.7亿滴，可以打印具有精细特征的零件，平均粗糙度（Ra）低至4微米。该公司声称，Shop System的分辨率比当前的同类单程粘结剂喷射系统高33％。 Shop System的打印产品具有极高的表面质量 Shop System具有可变的构建箱配置，包括4L、8L、12L和16L四种。4L（350 x 220 x 50mm）打印机的起价为16.65万美元，而16L（350 x 220 x 200mm）的起价为24.15万美元。客户还将获得该公司的Fabricate MFG建造准备软件及其最近发布的Live Sinter烧结变形控制软件。 开始全球发货 Shop System早期的采用者有葡萄牙Jade Creaction LDA公司、英国Walk Calnyy公司、美国Alpha集团、法国E.A.C.以及香港生产力促进局（HKPC），覆盖珠宝首饰、航空航天、能源和运输、精密制造以及服务等领域，这些企业都利用粘结剂喷射技术生产高容量的最终用途金属零件。 Jade Creaction专注于珠宝和手表等奢侈品，它利用Shop System系统更快地满足客户的需求。其首席执行官指出，这项技术让设计更加自由，为设计师提供了更大的创造力。与此同时，奢侈品制造商E.A.C.也利用粘结剂喷射系统批量生产具有复杂几何形状的零件。在过去的四年里，该公司一直在探索金属粘结剂喷射技术，经过对竞争格局的全面审查和基准测试，E.A.C.最终选择了Desktop Metal的Shop System，因为其具有无与伦比的打印质量、吞吐量和经济性。 EAC采用Shop System打印的不锈钢珠宝饰物镀金后的效果 工程粉末和金属注射成型供应商Alpha Precision Group（APG）也在将Shop System纳入其体系以促进零部件的生产，这些零部件有助于减少排放，提高燃油经济性并提高汽车领域发动机的性能。APG高级工程工程师Phillip McDonald表示，Shop System将改变工程师的思维方式，“不仅是从制造角度，而且是从设计无极限的角度。”这项技术可以帮助客户非常快速地迭代设计和制造原型产品，不仅节省制造成本，而且交货时间进一步缩短。 美国工程服务公司Impac Systems Engineering（ISE）认为，Shop System可每天生产数百个近净成形零件，并大大降低人工成本。芬兰VTT技术研究中心将使用粘结剂喷射技术促进对新材料的探索，以扩大其金属增材制造材料的产品范围。 Shop System实现的部分应用 在法国，CETIM（机械工程行业技术中心）认为，该技术将为机械工程领域的创新和研发创造新的机遇。该中心材料、工艺和工业化首席运营官Pierre Chalandon指出，“我们坚信金属粘结剂喷射可以降低全球成本，提高生产率，提高质量、清晰度和准确性，开发新材料，并对烧结过程进行模拟，以控制零件变形。Shop System使我们的增材制造工厂所涵盖的技术更加全面。” 实现增材制造2.0 Desktop Metal宣称，其正在进行“增材制造2.0革命”以重塑制造业的未来，其Shop System系列将在其中发挥不可或缺的作用。增材制造2.0是指通过3D打印获得的吞吐量、可重复性和零件成本可以与传统制造工艺竞争的概念。据报道，3D打印的市场规模到2030年将达到1460亿美元。 公司CEO指出，“长期以来，人们一直在吹捧3D打印的许多优势，大规模定制、复杂几何形状、轻量化、装配合并、无模制造、数字库存等等，所有这些都捆绑在一起，将作为增材制造2.0的一部分。而Shop System便是以上优势的极佳体现。” 日前，Desktop Metal宣布将与Trine Acquisition 公司反向合并上市，届时，其市场规模将达到25亿美元。Trine是一家目标明确的收购公司，Desktop Metal将会从中获得5.75亿美元的收益，以用于对3D打印行业的收购整合，推动其内部增长。上月，Desktop Metal还获得了美国国防部一项为期三年、价值245万美元的项目，旨在为美国陆军批量生产不含钴的硬质金属零件。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发…

Stratasys Direct Manufacturing，是Stratasys所设立的3D打印及传统制造服务机构，拥有6种增材制造工艺和3种常规制造技术。其目标是通过不断突破极限并改进制造技术，帮助用户革新产品开发能力。为了满足主要行业对准确性和可追溯性的需求，Stratasys Direct的工艺和制造工程师对每项技术都深入了解，形成了包括工艺、检验和材料在内的综合数字可追溯性质量管理生态系统。作为金属3D打印领域的明星企业，VELO3D以无支撑制造和Assure过程质量控制系统闻名，为了检验后者是否确如官方宣传那样有效，Stratasys Direct花费12周时间对Assure质量控制系统进行了现场测试评估，验证了该系统对构建监控完整性、材料性能预测准确性以及过程数据的采集效果。 VELO3D多方位的质量保证体系 基于制造过程的质量跟踪系统 3D打印虽然在原型制造领域已经使用了数十年，但是其转向最终生产的速度却非常缓慢。3D打印的单个零件可能能够满足要求，但从单个零件到批量生产一直存在挑战，这是因为终端用户对3D打印过程的质量控制一直缺乏信心，而服务商又难以证明零件的安全性。 当前验证零件是否合格的主要方式是对产品进行破坏性测试，这对于生产制造而言无疑太过昂贵。建立制造过程的质量保证体系可谓是解决当前瓶颈的有效手段。 在粉末床激光熔融技术中，金属零件逐层打印。每一层可能具有数百万个像素或图案填充，每个零件通常由数千层构成，这就产生了数十亿个数据点—从而具有巨量的引入缺陷的机会，但也有机会使用正确的计量和软件套件来测量打印的质量。Aursure作为VELO3D Sapphire（蓝宝石）打印机的质量跟踪系统，提供直观的用户界面来解释大量的多传感器实时过程数据，跟踪系统的健康状况，并对零件质量进行预测，增强用户对材料性能的信心。 蓝宝石打印机在每次构建之前会对系统进行“预检”检查，确保各项参数都在规格范围内，预检和自动校准的项目包括： 整个构建平面上的光束大小 多激光叠加精度 光学窗口镜的清洁度 粉末床平整度 传感器校准 在构建过程中，系统会验证关键参数（如粉末床、其他耗材、打印室内的气氛和光学器件）是否符合规格。系统会跟踪每一层的熔池数据并验证该层是否在公差范围内，在每一层之后，系统会检查前一层是否有任何凸起。总而言之，这些检查可以验证蓝宝石打印机的工作状态是否良好，并验证部件具有可预测的统一属性。 用户可以通过Assure系统实时查看数据，并且可以在每次构建后的报告中对其进行汇总。 评估质量保证系统的有效性 任何增材制造质量跟踪系统的最终目标都是支持制造符合规格的零件。VELO3D的Assure系统使用基于物理的实时偏移检测算法来预测每个零件的材料特性。Stratasys Direct与VELO3D的工程师合作，通过将缺陷引入测试零件中，进行实际检测来验证Assure质量跟踪系统对在生产环境中的有效性。 通过减少氩气流、改变激光焦点和粉末床厚度来引入缺陷。在每个实验期间，都有对照样品作为评估基线。每次构建后，将零件沿X-Z方向切割成1-2mm的样块。使用Nikon XT V 160 X射线系统测量整体孔隙率。图1显示了含缺陷和不含缺陷的样品的X射线图像。 图1.正常打印与故意引入缺陷的X射线图像 两家公司共同收集了Assure的数据集以及零件的实际性能数据，以用来评估Assure的预测结果与观察到的实际零件性能的相关性。通过持续分析熔池数据并将其与多个生产运行因素相关联，工程师可以实时生成具有统计意义的现象规律。 VELO3D的工程师制作了一个测试结构，其形状类似楔形（20mm x 41mm），尺寸较小，跟随Stratasys Direct的实际生产任务一起执行。这些测试结构在垂直方向“堆叠”形成一个塔楼，每项验证建造都有两个测试塔，每台激光器分配一个。将这些楔形物从构建板上取下后可以用手将其分开。样品的几何形状如图2所示，其设计便于进行破坏性测试。 图2.将测试结构添加到生产任务中进行破坏性测试 将Stratasys Direct和VELO3D收集的数据一起绘制，图3显示了Assure孔隙率预测值与实际整体孔隙率结果之间的相关性。在生产条件下，Stratasys Direct的蓝宝石3D打印机所制造的零件致密度非常高（由空心的蓝色方块表示），对光束尺寸的调整并不足以引入缺陷（两个蓝色实心数据点位于无空隙区域），而对氩气流量的调整则出现了大量孔隙。 图3.在Stratasys Direct上运行的体积/孔隙率（x射线）与assure孔隙率预测的对数/线性图这意味着蓝宝石打印机的激光光斑尺寸处理窗口很大。数据表明，Assure质量控制系统对于孔隙率的预测和实际测量值是一致的。 Assure对于生产任务的孔隙度预测结果如图4所示，很明显，这些零件的预测缺陷率相对恒定，并且在所有层中都很低。唯一的偏差发生在865层的496号样件。随后对打印中断的分析表明，该层出现了紧急停止事件，需要重新启动打印。该中断在Assure孔隙率预测数据中清晰可见，显示为异常熔体。然而，X射线分析表明，该层未出现任何熔合缺陷，表明熔合过程的偏差不足以导致缺陷。 图4.Assure对每层孔隙率的预测数据 未来工作为了充分利用孔隙率预测作为零件质量的评价标准，Stratasys Direct希望制作一个具有两个轴的四象限图：一个代表实际体积孔隙率，一个代表预测孔隙率。理想情况下，目标材料特性线以上的所有数据点都应显示高于已建立阈值的预测水平。 但是实际的测量结果显示，可以建立这种相关性，但无法创建确定的线性阈值，也即大体趋势是可以预测的。Stratasys Direct团队和VELO3D将继续合作，完善传感器数据处理算法，以期实现更精确的测量。 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.金属3D打印过程监控技术的监测数据和措施有哪些 2.Velo3D 的质量保证体系有哪些 3.VELO3D无支撑金属3D打印材料性能数据报告 4.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

据外媒7月份的消息，美国陆军研究实验室（ARL）的作战能力发展司令部已向美国领先的3D打印机制造商3D Systems授予了1500万美元的机器开发合同，后者将与国家制造科学中心（NCMS）合作，开发“世界上最大、最快、最精确的金属3D打印机”。上周，该项目公布了许多新细节。该金属3D打印系统需要配备9台激光器，成型尺寸达到1m x 1m x 600mm，将用于满足武装部队的弹药、地面车辆、直升机和导弹防御需求。除了系统本身之外，3D Systems还在开发补充材料、软件和服务，以提供更全面的产品。 九激光系统将用于制造陆军武器系统的金属零件，来自美陆军 ARL的高级制造、材料和流程计划经理Stephanie Koch指出：“当我们着手这个项目时，我们需要一种更快的方法来生产主要地面战斗子系统的关键部件。迄今为止，该项目所取得的进展是巨大的。我们期待在未来几个月内逐步开发出全面的生产解决方案，该解决方案将实现新功能，以解决转型过度的问题。”在陆军进行安装后，该技术将提供给领先的航空航天和国防供应商。 用于大型金属3D打印系统的高级光学器件 到2020年10月，新系统的第一份测试打印已经完成。该机器的关键部件基于3D Systems成熟的DMP系列打印机来选择，其光学系统能够为九个激光器中的每一个提供单独的熔池监控系统，从而改善零件质量控制。由于采用了几乎相同的光学系统，因此新机器还能够利用公司现有的材料工艺库。 3D Systems还将六台高对比度单镜头反光（SLR）摄像机集成到机器的构建室内，从而可以进行现场监控。摄像机提供了自顶向下的视图，这意味着用户不需要执行图像处理过程。除了粉末床图像外，该系统的固件还可以捕获传感器数据、位置数据和熔池数据，并将所有数据整理到SQL数据库中，以待全面了解零件质量。 3D Systems的联合创始人兼CTO Chuck Hull补充道：“ 3D Systems秉承创新精神，我们的客户在推动这一过程中发挥了关键作用。我们与ARL的合作使我们能够加大研发力度，在使ARL达到其目标的道路上实现了许多行业首创。我们在该项目的第一阶段所取得的成就将为下一阶段提供动力，这将有助于我们帮助ARL扩展其能力并巩固其供应链。” 提高材料效率 与传统的PBF 技术不同，3D Systems将采用选择性粉末沉积工艺，仅通过在需要的地方沉积材料来减少粉末的使用。3D打印技术参考猜测该技术可能与Aerosint混合材料铺粉系统类似，其在打印过程中采用两种不同的粉末，其中一种廉价粉末用作支撑材料，这种方法可以减少在打印非常大尺寸零件时所需要的金属粉末的用量。该系统的打印基板同样可以预热，以减少热应力并提高沉积质量。 Aerosint选择性粉末沉积技术使用特殊装置来沉积两种或多种材料 3D Systems在打印前对构建室抽真空能够排除粉末中的氧气 此外，该公司将继续采用真空构建室，氧气含量保持在25ppm以下（大多数传统金属3D打印机中氧含量约为500-1000ppm），氩气的消耗大约相当于其他类型金属3D打印机的十分之一，从而使零件具有较高的化学纯度，还可以显著降低机器运行期间氩气的总购买成本，并通过提高粉末的可重复使用性来节省总成本。 该项目自2018年10月就已启动，但官方并未指出项目何时结束。从目前的趋势来看，多激光、超大型金属3D打印的时代或已到来。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.中文视频：SLM Solutions上市12激光、20倍速NXG XII 600金属3D打印机 2.重磅：Velo3D 推出8激光器超大幅面金属3D打印机 3.GE增材：金属3D打印中气流（风场）设计的重要性 4.中国航天科技集团首席信息官：金属增材制造技术在航天领域的应用(视频)

对于粉末床激光熔融金属3D打印技术，用户对于零件的机械性能、设备使用率、相关工艺，甚至设备的整体设计，都期望能够达到最高的品质。然而对于打印过程中的烟尘、飞溅却可能重视不足，GE旗下增材制造部门认为，这些“副产品”是影响零件质量的关键因素。 SLM Solutions 12激光同时打印产生大量烟尘及其全新优化的风场舱室设计和多孔风墙专利技术 在SLM Solutions刚刚发布的12激光金属3D打印机视频中，我们看到多激光在同时打印过程中产生了大量烟尘，如果没有好的风场和气流设计，便难以保证加工过程的顺利进行。在过去几年里，对熔融过程和气流重要性的理解一直在进步。如今，设备商通常可以对成型仓中的气流进行专门的设计优化，来确保成型过程的稳定。本文重点介绍熔融过程中的物理机制，以及GE Additive如何对Concept Laser M2进行气流优化来改善成型过程。 为什么加工基板上方的气流对激光增材制造过程如此重要？ 在3D打印过程中，金属粉末吸收激光能量所产生的熔池温度会超过粉末材料的沸腾温度，这会在熔池表面形成强烈的对流和蒸汽反冲力，气化的金属和夹带的粉末会从熔池和周围粉末中喷射而出。金属蒸气会逐渐冷凝成黑色烟尘，夹带的粉末在喷射后会部分聚集在粉床表面。 如果没有优化的气流设计，烟尘颗粒甚至可能到达成型仓顶部的激光窗口。当这种情况发生时，烟尘-激光相互作用可能导致激光束的折射和吸收，并因此导致到达粉床表面的激光功率降低以及光束形状失真。 激光熔池与激光束相互作用的物理过程（撞击粉末床的功率分布呈现高斯形状）：粉末、激光和烟尘相互作用（左）；显示温度分布的模拟结果（右） 此外，落在粉床上的夹带粉末和飞溅颗粒可能会导致下一层熔融不充分，从而形成孔洞。上图描述了激光-粉末相互作用的多种机制，以及气流如何有助于改善这种情况。在气流的作用下，烟尘和飞溅物等可以被带离成型仓，从而确保上述杂质不会影响打印过程，进而可以保证较高的成型效率和质量。但如果颗粒太大，气流也无法将其有效带离。 为此，GE增材已经开发了多种有效解决方案来减少这类颗粒。研究发现，通过在风速和风场分布方面改善气流，可以显著改善零件密度和表面粗糙度（见后文）。 熔融过程中烟尘和飞溅形成的基本原理 通过对金属粉末与激光相互作用的物理过程的分析，可以帮助优化气流系统，改善增材制造工艺。 根据粉末材料特性、激光功率、光束形状和扫描速度，熔池会呈现某种特征形状。当光束在粉末床上方移动时，熔池尾部的对流、反冲压力形成的凹陷等都会影响激光功率吸收以及熔融金属中涡流的形成。 在凹陷表面，局部温度会超过金属的沸腾温度，导致材料蒸发。凹陷越深，尤其当锁孔出现时，局部表面温度就越高，甚至可以达到几千度，这也与非常高的局部压力有关。蒸发的材料被推离熔池表面，形成高速射流，该高速射流与从熔池带走的三种不同类型的喷出物相关联。 打印过程中零件边沿的飞溅 1. 高成型速率下，假设熔池温度很高，形成金属蒸气射流，其以接近局部音速的速度喷出。由于这种射流的动量很高，气流无法将喷出物带离熔池正上方。蒸气射流上升十几毫米后动量在那里减少，并充分冷却形成黑色的纳米颗粒（或所谓的烟尘）。此时的烟尘可以很容易被气流带走。 2. 喷射出的小熔融液滴在冷凝落回粉床前可以被气流尽可能带向基板边缘，但大于100微米的冷凝颗粒与气流相比会显得太大、太重，最终会落到离起点只有几厘米远的粉床上，无法以有效的方式被带走。 3. 最后是被热蒸气射流夹带的未熔化粉末颗粒。这些粉末颗粒可能与其他颗粒聚集在一起，这取决于射流中的温度以及与激光束的接近程度。如果这些颗粒变得与上述熔滴一样大，也很难被气流带走。 因此，良好的气流设计应当保证： • 可以有效地去除烟尘，防止烟尘在成型室中扩散、到达激光窗口或对激光构成持续威胁。 • 与扫描策略相配合，尽量避免副产品的产生，并防止与激光束的接触。 对传统风场进行升级改造 Concept Laser M2此前的风场设计如下图所示，首先气流会冲刷激光窗口，然后在粉床上方形成回流将飞溅和烟尘带离成型仓。由于以前对熔池物理特性和参数开发的理解不如现在先进，这种系统当时也被认为可行，并可以稳定打印。 Concept Laser M2原有气流设计（a 和 b）以及新的气流设计（c 和 d） 但随着对相关物理学有了更多理解以及一些参数的进一步发展，研究人员发现在成型仓中心的回流区域产生了潜在的烟尘区，积聚的烟尘会与激光束相互作用。特别是在加工基板的中心（回流区域就位于其正上方），在高能量密度的情况下，烟尘就可能在打印区上方聚集。 由气流偏转引起的复杂流线曲率使得很难在整个加工基板上获得均匀的气体流速分布，烟尘有可能会出现局部堆积，从而对铺粉造成影响。不过尽管如此，该设备当时还是提供了稳定的结果，但是为了进一步降低表面粗糙度和提高可重复性，GE Additive与通用电气全球研发中心 (GE Global Research) 的流体分析和优化专家合作，实现了新的设计： • 第一步，成型仓中的气流方向从右向左均匀设置，消除导致回流的反向流动。 • 第二步，对于已知的烟尘流向，评估所需气流的速度，成型仓因此被分成两部分。 a)从 Generation 3到Series 5（从左到右）基板表面气流速度的进步。可见气流分布质量显著改善；b) 成型仓中气流测量的实验结果，切片显示成型仓中以及加工基板上方的均匀速度分布 通过几个周期的数值模拟、机械设计与实验评估，发现在成型仓的上部（更加远离加工基板）需要低气流速度（大约1米/秒），但气流需要均匀分布，因为烟流速度也相当低；相反，设计的重点被放在保持激光窗口清洁并防止成型仓中出现回流区，需要不惜一切代价避免上部气流中的较低速度导致回流区。成型仓的下部采用高速气流，主要解决加工基板上方的烟尘，以尽可能有效地将其带离激光路径，实现永久的烟尘去除，并保持平均烟尘浓度尽可能低。由于烟尘的动量很大，下方气流如果太稀薄几乎不会影响烟尘。而成型仓上部的气流，这里远离加工基板，气流设计不必用于移动高动量颗粒，只需将烟尘吹走即可。 升级改造后的风场气流环境中的烟尘颗粒流向和速度分布。顶：侧视图，下：顶视图。 采用新风场设计的打印机所制造的零件具有更低的表面粗糙度 与此前的版本相比，最新的机器具有高得多的流速，这是有效排出熔融过程中的烟尘和飞溅物所必需的。实验结果显示了成型仓中上下部气流的均匀流速，均匀流场使扫描策略可以保持一致，从而将整个构建板上方的烟尘风险降至最低，使零件之间的差异减小，排除零件性能的位置差异性。 对风场的模拟结果也显示，由高能量激光引起的烟尘被有效地带到下游，而没有出现在基板上方。这种情况表明，新的风场设计可以保证烟尘不会上升到底部气流以上，其在到达成型仓上部区域之前就被偏转并带到出口。 气流和风场的设计需要优化，我们也曾看到一些设备风速设计很大，但把粉末吹走了很多。 本期上传：GE Additive气流设计的持续改善中英文版本PDF。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：具有增强后处理和质量控制的金属3D打印 2.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 3.GE Additive：连续增材生产是一场马拉松，而非短跑冲刺 4.美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特？

昨日，SLM Solutions 12激光金属3D打印机正式发布，型号命名为NXG XII 600。这台备受期待的设备配备了12台1千瓦的激光器和600x600x600mm的成型舱室。NXG XII 600是目前市场上打印效率最快的设备，比SLM ®280单激光设备快20倍，同时使用光学变焦等创新技术，使其能够达到最佳的生产效率和稳定性。此设备主要用于大尺寸零件的批量化生产，为汽车和航空航天等行业新应用带来更多的可能，为工业级的批量化生产开启新的篇章。NXG XII 600配备多种创新技术，全自动化运行，让生产力上升至全新的高度。激光的使用效率在成型过程得到了根本性的优化，从而使打印速率达到最高。此设备为实现批量化生产重新设计了全新的光学系统，基于定制化的激光扫描系统最适合打印分区实现大面积搭接。所有12套光学组件可以通过“缩放变焦功能”的双透镜系统提供光斑尺寸快速定义，使客户能够在焦平面中选择不同的光斑尺寸，使打印速率提高到1000cc/h及以上成为现实。最终实现单次打印作业的超高零件产出，同时降低批量生产的成本。 12激光同时烧结，烟尘很大，如果没有好的风场，问题会很严重 轮廓与填充采用不同尺寸光斑 SLM Solutions的首席运营官SamO'Leary强调该设备的发布意味着增材制造的新时代已经开始，他提道，“NXG Xll 600是一场工业制造业的革命。到目前为止，一直被外界认为没有办法突破四激光系统的限制——可是今天的12激光系统，不仅对于增材制造业来说是一个颠覆性的突破，对于整个制造业来说也是一个重大的进步。这台设备将为用户带来前所未有的增材制造体验，它能在提高生产力的同时很大潜力降低生产成本，用户可以将真正的批量化生产完全集成到供应链中。” NXGXII 600打印的大尺寸IN718中框组件 NXGXII 600打印的大尺寸铝合金引擎机壳 NXGXII 600打印的大尺寸零件 为了便于将NXG XII 600集成到工厂和供应链中，解决方案中包括几个自动化功能，如自动成型缸替换、自动打印开启以及外部预热站和外部除粉站。 为了实现全平台上零件特性的统一，SLM Solutions采用全新优化的风场舱室设计以及成熟的烧结多孔风墙专利技术。客户还可以通过为风场重设计的双向铺粉专利技术，实现更加紧凑的腔室布局和风场的优化。 NXG XII 600采用全新优化的风场舱室设计以及成熟的烧结多孔风墙专利技术 NXG XII 600具有可靠的热管理设计理念。减少温漂移的同时，以实现及保证客户多达12个激光打印的无缝搭接。此外，该设备还提供全新的用户操作界面，此界面可为操作人员优化工作流程且减少培训需求。SLM Solutions为客户提供了最高的设备生产力、稳定性及安全性。 该设备有两种不同的粉末处理选项：一个是基于重力的粉末加载方式，另外一个则基于粉末真空自动运输加载方式，这两种解决方案都将每个打印作业之间的停机时间保持在最小。 设备功能概述 成型尺寸: 600x600x600mm 12台激光器，每台1KW 缩放变焦功能 集成打印扫描分区，均匀分布所有12个激光器的打印工作 自动成型缸更换 自动打印开启 外部预热站 外部除粉站 通过降低每个零件的成本和总的制造时间来降低生产成本 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.SLM Solutions将推出12激光金属3D打印机（附解析） 2.重磅：Velo3D 推出8激光器超大幅面金属3D打印机 3.GE增材：具有增强后处理和质量控制的金属3D打印 4.顶刊综述：3D打印金属材料的缺陷种类及其对疲劳性能的影响

按照传统制造工艺，在最终用途零件进行批量生产之前，通常首先采用CNC加工来制造金属原型来进行装配和功能测试，然后再通过其他工艺进行批量生产。金属3D打印作为一种新型便捷的制造工艺，加工出来的零件性能与传统零件相当，甚至更好。GE Additive开发的3D打印燃油喷嘴就是最为知名的应用案例。它将20个零件组合成一个单元，几何形状过于复杂以至于无法通过传统工艺制造，3D打印将其实现了一体化成型，并减轻了25％的重量。3D打印仅是整个制造过程最前端的环节 然而，3D打印仅仅是整个制造过程的其中一环，将金属3D打印提升到更高生产水平的一个重要要素是后期处理，包括后期加工选项、材料可追溯性、检验报告以及相关认证，以确保高质量零件符合最终用途和行业标准。 通过机加工满足关键特征要求   3D打印后的CNC加工可以实现高要求零件所需的更严格的公差，同时还能满足增材制造的设计自由度。 通常，SLM打印的零件公差为±0.003英寸（0.076毫米），经过后处理CNC精加工后可达±0.001英寸（0.0254mm）。与大多数3D打印过程一样，使用线切割机床或带锯将零件从构建基板上取下，并用手动工具去除支撑，对于需要更严格公差的关键特征，机加工能够满足要求。 与SLM打印后的情况相比，精密加工可在制造后实现更严格的公差和更好的表面质量 此外，后期加工也可用于提高表面质量。3D打印金属零件的标准表面粗糙度范围为5-10 µm，具体取决于方向、材料和层厚度。后期加工可以实现最高2μm左右的表面粗糙度。CNC加工的更高精度非常适合制造精确的孔和螺纹。 通过粉末分析和材料可追溯性进行质量控制   随着航空航天和医疗等受到严格监管的行业将3D打印作为最终用途制造工艺，对于粉末材料的分析和可追溯性变得至关重要。 通过按照ASTM标准采购材料并实行单批次跟踪，材料质量控制在打印过程开始之前就开始了。材料采购后还将进行频繁的粉末测试确保符合ASTM规定的化学成分。除遵循这些流程外，粒度分布测试也被包括在其中，同时也会记录源粉末的分析和机械测试数据。 通过热处理强化零件   对3D打印的零件进行热处理可以消除应力、降低潜在的变形和开裂风险，同时还可以使最终用途部件韧性更好、更加耐用，提高材料的综合力学性能。常用的热处理手段包括去应力退火、热等静压、固溶退火和时效处理。 SLM过程中发生的快速加热和冷却可能会增加零件内部应力，因此每个SLM零件都需要按照ASTM 3301标准进行应力消除处理。专门的热处理技术如热等静压（HIP），通过在高温条件下施加均匀的压力可以消除大部分零件内部空隙，为减少故障提供了另一种控制方式，这是航空航天应用的普遍要求。 对3D打印的零件进行热处理 退火是最终用途SLM零件的另一种热处理选择。此过程将零件加热到高温，然后迅速冷却，从而改变了零件的实际微观结构并提高了延展性。时效提高了零件的疲劳强度，使其可与锻造材料媲美。 机械测试可以在热处理后进行，确保生产零件的机械要求得到满足。相关测试通常包括拉伸强度、洛氏硬度、疲劳和振动等。 质量保证和检验报告   为了确保具有高要求的零件符合严格的标准，需要提供许多质量检查选项来评估零件的几何结构、材料组织以及尺寸特征，检查零件是否在公差范围内并具有所要求的内部结构。根据具体零件和注意事项，可以通过坐标测量机（CMM）、光学、CT扫描以及X射线来实现。质量报告和认证有助于根据行业标准验证零件，这在具有行业特定要求和高度安全考虑的行业（如航空和航天）至关重要。 GE Additive指出，航空和航天是增材制造应用最为激进的领域，其产品以具有很长的寿命周期和极高的安全要求而闻名。有些零件在起飞和着陆期间，或在遭遇空气湍流的情况下将面临高水平的热负荷或机械负荷，这也是大多数部件要求制造档案的一个重要原因。 3D打印的航空发动机部件与传统制造部件对比 这些高安全性和质量标准通过AS9100（航空器、航天和国防工业的国际管理标准）进行监管。该标准为供应商提供了全面的质量体系，以向航空航天和军事实体提供安全可靠的产品。制造商可以按照AS9100质量管理体系的AS9102报告进行SLM生产零件的首次物品检验（FAI），验证最终零件是否符合原始图纸、采购订单以及其他注明的规范。 总而言之，金属3D打印的后处理可改善尺寸精度、表面粗糙度和机械性能。生产高质量零件不仅限于3D打印的制造过程，附加的后处理为高要求的最终用途零件提供了高级选项。 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.GE Additive：连续增材生产是一场马拉松，而非短跑冲刺 2.美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特？ 3.从磨削到精加工：增材制造的后处理解决方案 4.快速热处理 | 可平衡3D打印钛合金的强度和延展性，大幅提升塑性