增材制造已在各个追求高质量和可重复性的行业中占据一席之地。医疗和航空航天行业已经开始拥抱增材制造，不仅因为它能够实现高复杂度、高强度和轻量化设计，而且打印的零部件符合监管机构规定的质量标准。尤其医疗行业非常重视增材制造实现定制化生产的能力，同时质量和可重复性也是至关重要的因素。 作为医疗和航空航天行业的全球服务领导者， C＆A Tool 证明了增材制造与传统制造的钛合金产品性能相当，也通过这一过程理解了接受一项新的制造工艺中的障碍。 挑战 目前，对增材制造产品质量认识的缺乏仍然是投资的最大障碍之一，对于增材制造技术的不确定性超过了该技术所带来的好处，特别是在有严格监管要求的行业。因此，增材制造企业有责任强调该技术的真正价值，证明零部件的质量和可重复性能够经得起传统制造标准所遵循的质量要求。使用金属增材制造系统（EOS M290），C＆A Tool 创建了这份验证报告，以证明SLM技术可以达到甚至超过传统的行业标准。 认证参考/使用程序 使用良好的生产规范（GMP）质量控制要求和ASTM测试方法，C＆A Tool 创建了这份研究报告，以使用关键的质量变量（如激光功率）来挑战增材制造过程。目标是证明SLM工艺符合适用于钛合金（ASTM F3001）的力学性能测试和零件密度的 ASTM 材料验收标准。表1和表2列出了本研究中使用的标准程序和 C＆A Tool 操作说明。 方法 在开始质量研究报告之前，C＆A Tool 创建了因果关系（C＆E）研究，以使用实验设计确定过程中的最坏情况变量。该初步研究将激光功率、热处理温度和热处理时间、方向、位置、曝光策略和层厚度视为质量（CtQ）变量的潜在关键因素。 CtQ变量矩阵 EOS参数包括激光功率，层厚度和扫描策略之类的可变量。EOS的这些参数变量可以通过EOSPRINT软件来改变；但是，这些参数在生产过程中必须固定。类似地，曝光策略由程序控制传输到打印系统中。如果改变曝光策略，层厚度或参数组，则可能需要重新认证。 激光功率由每个程序的曝光策略内的参数控制。在这项研究中，激光功率在打印期间受到监控，当瞬时激光功率低于370瓦标称设置的4％（355W）时触发警告。如果瞬时激光功率记录在5.5％（350W）以下，监控设备也会触发警告。 层厚由程序发送至系统来进行控制。在所有参数中，层厚设定为0.06mm。如果厚度从本研究报告中的0.06mm 设置更改，则需要重新认证或证明。 在此协议期间，将设置热处理并且挑战极端情况。在这种情况下，如果改变，则需要进行重新认证或证明。 位置/方向也是影响因素，在该研究报告中，基板所有区域都存在位置或方向的挑战。 图1. 在加工平台上测试位置和方向 质量协议 对C＆E研究的结果进行了审查，并确定了最坏的案例变量：激光功率、热处理温度、热处理时间 图2. 在加工平台上测试位置和方向 在两台EOS M290上进行四个打印任务，在图1中详细描述了工件状态。每个打印任务包括了拉伸测试条和密度立方体，以捕获潜在的变化源，包括打印任务位置和方向（图1）。在C＆E研究中最坏案例变量-激光功率、热处理温度和热处理时间的变量在四个构建作业中是不同的。层厚、材料、曝光策略和机加工在整个方案中保持不变。 所有打印任务均使用一个参数矩阵，其中包括：激光功率、层厚、材料、位置/方向、曝光策略、热处理时间和热处理温度。 验收标准 所有打印任务都按照以下规范进行测试和评估： • 机械性能：ASTM F3001• 化学性质：ASTM F3001• 致密性：ISO3369除验收标准外，表3还详细列出了所有构建作业的平均测试结果，显示它们符合每种机械性能的标准验收标准。 结果及讨论 图3详细说明了增材制造的拉伸试条的拉伸强度，屈服强度等。研究清楚地表明，增材制在工艺超出了医疗和航空航天业界公认的所有适用的力学性能的相关标准。 C&A Tool 总经理介绍，“这些OQ测试已成为我们业务的重要组成部分。我们的研究结果显示了我们一直都知道的事实：AM 生产的零部件不再受限于传统制造和设计的限制，同时还能生产高质量，可重复的零部件。” 图3：与相关标准相比，所有的机械测试结果 近年来，增材制造愈发受到关注。在该研究中控制打印位置，结果显示在下面的图4中。数据表明，在EOS M290设备上使用60微米层厚和前面描述的激光功率变化的参数生产的零部件，其机械强度特性不会根据构建位置而显着变化（象限左上，右上，左下，右下和中间）。 图4：基于打印平台上的样本位置报告的机械特性 与一致性机械测试结果类似，密度测量不会因系统构建位置变化而异。   图5：基于打印平台上样本的位置报告的密度测量 另一个关键变量是打印平台上的零部件方向。下面的图6表明水平和垂直打印的试样之间的机械性能没有显著差异（ASTM E8）。 图6：基于打印平台上不同方向报告的力学性能 结论 该研究对激光功率、打印位置、打印方向和热处理温度这些关键变量进行了测试。结果表明，增材制造可以达到甚至超过相关行业标准，并且零部件致密度在整个平台上也不会变化。 质量验证报告将继续推动增材制造的广泛应用，特别是在医疗、航空航天和汽车等受严格监管的行业。因此，增材制造企业必须继续进行类似于C＆A Tool 完成的QP测试。测试结果会鼓励增材制造业接收怀疑论者的质疑，利用这些强有力的数据来展示EOS解决方案的价值，以生产最高质量的零部件。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.EOS：SLM无支撑制造的可能性和局限性 2.最新研究：调整增材制造工艺参数，控制材料凝固过程，实现性能可控 3.3D打印骨小梁结构的性能与制造稳定性分析 4.一款基于3D打印工艺预测、性能数据库和全动态工艺自适应调整的黑科技软件

3月31日，科技部发布关于组织推荐“科技助力经济2020”重点专项项目的通知。其主要内容为：为贯彻落实党中央、国务院关于统筹抓好疫情防控和经济社会发展重点工作的决策部署，积极有序推动企业复工复产，经按程序报批，国家重点研发计划将启动实施“科技助力经济2020”重点专项，定位于支持一批覆盖国民经济主要行业的技术创新项目，特别是短期内能见到实效、对复工复产有直接带动作用的技术成果转化落地项目，以帮助一批优秀科技型企业克服疫情带来的短期困难。专项采取优化流程、快速响应、分档定额资助的管理方式，项目实施周期均为两年以内。 疫情，对于国内外的3D打印企业，都是一次表现的机会。然而由于各国制造业发展情况的不一致，3D打印企业所发挥的作用却不尽相同。国内疫情期间，本土3D打印企业最为代表性的贡献是制作了一大批口罩扣、护目镜；而正在面临严重疫情的欧美国家，国外的3D打印企业比国内似乎拥有更多发挥作用的空间。 在国外，3D打印技术在“短期内能见到实效”方面表现的尤为突出。面对严重的医疗资源短缺，国外知名的3D打印企业开发了众多解决方案弥补制造短缺的问题，已经使用和正在审查中的3D打印防护产品近180种，包括呼吸机适配器、鼻咽拭子、防护面罩、口罩等在内的多种产品均已获得交付。 相比之下，本土3D打印企业在疫情期间打印的产品似乎单薄了些，但我们也只能感叹，这是因为国内的传统制造能力实在太过强大，给3D打印技术发挥作用的空间太小了些。 巴黎医院安装60台Stratasys F123打印机助力医疗巴黎公立医院集团(AP-HP) 是欧洲最大的医疗系统，3月31日该机构订购了60台Stratasys F123打印机，并在24小时内获得交付，以期使法国医院系统能够在现场和按需生产各种用于救援工作的产品，包括面罩、口罩、电动注射泵、插管设备以及呼吸阀等。 为了支持大规模的3D打印操作，AP-HP聘请了在医学领域拥有丰富经验的3D打印服务商管理生产任务。医院系统还启动了专用的3D打印在线服务平台，从而快速响应巴黎及其周边地区医院对3D打印零件的需求。 这种在内部建立自己的快速响应供应链的措施，无疑能够有效缓解医疗物资供应短缺的问题。 Carbon、Formlabs、HP、Markforged等大规模生产鼻咽拭子鼻咽拭子采样是目前新冠病毒检查的重要方式，检测拭子也因此成为目前最需要的医疗用品之一。 ●Carbon每周生产超过100万支 自上月开始，Carbon开始采用3D打印技术进行此类产品的制造。根据最新消息，其目前正在扩大鼻咽拭子的生产规模，预计每周可生产超过100万支以支持病毒检测。 Carbon与多家医疗机构合作，开发了具有晶格结构的新型拭子结构，这种特殊的设计不仅减少了材料使用量并缩短了打印时间，而且其特殊的纹理有助于提高试样提取效果。然而由于产品需要特殊的认证和生产设备才能确保安全并符合法规，因此该设计文件并未共享。Carbon M2打印机一次可生产数百支检测拭子，这些产品具有适当的强度和柔性，并且能够高压灭菌。 除此之外，Carbon每周还生产超过 18000个面罩捐赠医护人员。 ●Formlabs每天打印超过十万支 上月，Formlabs称其使用250多台内部3D打印机，每天生产多达15万支检测拭子，用于全美医院和医疗机构的病毒检测，这些医院和医疗机构都面临着检测试剂盒短缺的问题。 Formlabs与Northwell Health和南佛罗里达大学共同开发并测试了鼻咽拭子原型。采用Formlabs的3D打印机和高压灭菌树脂，获得了医院的批准以及FDA一级豁免。 ●惠普采用MJF技术打印PA12检测拭子 惠普正在与哈佛大学以及一些知名医疗中心就采用MJF技术生产鼻咽拭子的验证、测试和监管流程进行研究，一旦获得批准，惠普将联合全球合作伙伴使用其工业级的MJF系统和PA12材料开始批量生产测试拭子。 除了鼻咽拭子外，HP还正在验证并最终完成 3D打印口罩、面罩、面罩调节器、免提门开启器和呼吸器零件的生产。 ●Markforged计划将生产规模扩大到每天10万只 Markforged同样加入到了这场鼻咽拭子的制造中，目前其每天可生产10000只，并计划将生产规模扩大到每天100000只。拭子本身由3D打印的尼龙支座和人造丝尖端组成，其设计考虑了许多重要的性能要求，包括柔韧性和承受机械力或扭转的强度等。经过评估，3D打印的拭子在机械性能方面与商用棉签相似。 Materialise开发3D打印PEEP面罩以应对呼吸机短缺问题呼吸机也是目前较为短缺的医疗资源，为了应对呼吸机的短缺，Materialise开发了一种3D打印的连接器，它能够将医院现有的标准面罩转化为无创的PEEP面罩。这个连接器可以接在氧气供应装置上，用于促进新冠患者的呼吸。该方案可以为患者在上呼吸机前争取更多时间，也可以帮助患者更快地脱离呼吸机，从而把短缺的医疗资源留给需求更迫切的患者。 虽然打印的是一个简单的连接器，但是却使得整个组件具备更强的功能性 虽然3D打印使快速的本地化医疗器械生产成为可能，能够更快地为医院提供解决方案，但它必须符合确保患者与医护人员安全的监管条例。Materialise正在快速推进欧洲与美国的监管注册流程。与此同时，Materliase也在进行临床试验，以测试这个装置在新冠治疗中的作用。最初的结果有望在未来两周内公布。 其他知名企业的行动除上述公司的贡献外，其他业内知名的企业也在贡献力量。 GE Additive组织了由供应链、法律和金融领域的十二位工程师和专家组成的团队共同开发解决方案。 3D打印的呼吸面罩、连接器、呼吸机分配器等 西门子则向全球医疗界开放了其增材制造网络平台，以加快医疗组件的设计和生产。 EOS 、3D Systems、Stratasys、voxeljet等公司也在借助自己的平台体系加入到防护产品的生产中。 业外知名公司也在采用3D打印技术生产医疗用品。4月11日，波音向美国卫生及公共服务部交付了一批可重复使用的面罩（降低医院的消耗率），根据波音官方表示，这批面罩采用3D打印制造。首批交付面罩的数量为2300个，目前计划产能为每周1000个左右，待相关供应链和设备完善后，预计产能会逐步提升。此前，大众集团与空客公司以及位于德国的3D打印公司Mobility Go Additive也展开了跨国计划，采用3D打印制造面罩便是其中的一部分。 END 目前看来，国外3D打印企业发挥了更突出的作用，然而这与欧美国家的产业政策不无相关。这些国家多控制着产业链顶端，对于中低端的制造业往往转移到其他发展中国家，故而出现了本土在急需产品时所出现的制造能力短缺问题，这也是国外3D打印企业能够发挥更突出作用的重要原因。 而中国是产业规模最大、门类最齐全、国内市场需求最大的一个国家，巨大的内需市场和庞大的、配套齐全的产业门类，让本土3D打印企业在疫情期间能够发挥的作用有限。 面对疫情，3D打印快速制造的优势确实解决了一些国家产品供应短缺的问题，也让该技术更加深入人心；然而，抛开这一特殊阶段，3D打印的发展和应用终归还是要回到它的本来轨道上，本土3D打印企业则需要有更多的思考。回到文章开始，在国内制造业如此强大的环境下，3D打印企业该如何另辟蹊径？ 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.从设计、材料到工艺，从定制到批量生产，3D打印为抗击疫情贡献力量 2.国内对3D打印医疗器械的生产、应用有哪些严格要求和限制

在2019年法兰克福formnext 3D打印展会上，德国机床制造商通快（TRUMPF）展出了一种新的专利解决方案，其通过对传统的金属SLM打印机进行改造，实现了3D打印基板的自动更换，从而将打印机停机时间减少到最低限度。本期，3D打印技术参考来介绍其实现的过程以及意义。 对于SLM技术来说，打印之前的准备工作非常繁琐且要花费大量时间，这些操作包括了构建板的加热与调平、铺送粉与充气过程等等。如果业务不多，大可慢慢去做；而如果订单紧急，批次打印之间就需要重复进行上述工作，操作人员甚至还得加班；而如果打印过程需要更昂贵的气体保护，那就进一步增加了成本。 通快推出的构建板自动更换技术在原理上其实非常简单，就是把两块板摞在一起，一次任务打印完成时，送粉装置会将上面的基板推送至溢流容器中；随后，3D打印机自动在新的基板上进行构建，系统立即开始下一个打印作业，而无需操作员打开舱门进行粉末清理和一系列的准备操作。 这一功能将为用户节省时间、成本和资源，缓解生产高峰期带来的生产压力，真正实现设备连续不间断自动运行。 该解决方案特别适合订单波动很大的行业，尤其对牙科行业增材技术的工业化具有重要意义。由于牙科打印时间往往较短，且需要频繁更换基板以保证交货周期，如夜间打印完成则只能等待工作人员第二天处理，一些紧急任务则只能拒单。基板自动更换解决方案使机器完全可以在无人干预的情况下满负荷运行，当订单激增时，该方案可以帮助企业履行交付任务，保持行业竞争力。 通快基于其TruPrint 1000的机型进行了设备升级改造。该打印机成型尺寸为φ100*100mm，主要面向牙科和珠宝制造。基板自动更换解决方案因无需补充保护气体还能够节省资源，同时笔者认为该方案集成了基板自动调平功能，并具有良好的基板预热能力。通快声称，凭借TRUMPF打印机的一系列独特设计，TruPrint 1000已成为世界上最畅销的小型3D打印机。 自动化将是金属3D打印未来趋势 在此之前，EOS和SLM Solutions也推出了自动化的解决方案。 由EOS主导的“NextGenAM”新一代增材制造试验性生产线项目于2019年5月取得成功。该项目的实施基于一个复杂、可扩展的增材制造生产线，从数据准备到打印直至热处理、线切割、后处理以及质量检测等过程全部实现自动化，无需人工干预。 点击查看详情 自动化实现的基础是所有机器的网络化，全部由中央自动控制站发出命令并控制。生产线的核心是用于金属工业3D打印的四激光EOS M 400-4系统，它与其他外围设备如粉末站和拆包站等配合使用。无人驾驶运输系统和机器人确保零件在整条生产线间流动。无论实际生产过程如何，它们都可以执行单独的操作，如为新订单进行打印准备、已完成的部分进行拆包、零件机械加工等等。 SLM Solutions于2017年推出的SLM800打印机也在一定程度上推进了零件生产的自动化理念。SLM 800配置了自动化处理站，可以自动处理开箱、预热、冷却、粉末移除和粉末转移等过程。此外，它还集成了永久性过滤技术，熔池监测、多激光功率监测技术，机器控制优化软件和真空可选粉末供料单元等技术。SLM 800可以集成到自动化和全自动化的生产流程中。 SLM 800自动化装备 3D打印作为一种补充性、多功能且相对新型的制造手段，正在如火如荼的发展。如果抛开自动化谈金属3D打印的制造过程，很难界定它是否仍然属于劳动密集型技术，在当前的3D打印生产模式下，人发挥的作用至关重要，有些工作也是非人力所不能及。全流程的自动化不仅仅意味着控制系统以及硬件系统的成熟，更在于它可能解决了一些类似工艺规划、打印失败等关键问题的处理能力，使之更契合工业4.0的发展要求。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.从传统加工的角度谈增材制造解决方案 2.EOS金属3D打印批量生产全自动化解决方案

0 引言 增材制造(additive manufacturing，AM)技术(也称为3D打印技术)是20世纪80年代后期发展起来的新型制造技术。2013年美国麦肯锡咨询公司发布的“展望2025”报告中，将增材制造技术列入决定未来经济的十二大颠覆技术之一。目前，增材制造成形材料包含了金属、非金属、复合材料、生物材料甚至是生命材料，成形工艺能量源包括激光、电子束、特殊波长光源、电弧以及以上能量源的组合，成形尺寸从微纳米元器件到10 m以上大型航空结构件，为现代制造业的发展以及传统制造业的转型升级提供了巨大契机。增材制造以其强大的个性化制造能力充分满足未来社会大规模个性化定制的需求，以其对设计创新的强力支撑颠覆高端装备的传统设计和制造途径，形成前所未有的全新解决方案，使大量的产品概念发生革命性变化，成为支撑我国制造业从转型到创新驱动发展模式的转换。 增材制造已经从开始的原型制造逐渐发展为直接制造、批量制造；从3D打印，到随时间或外场可变的4D打印；从以形状控制为主要目的的模型、模具制造，到形性兼具的结构功能一体化的部件、组件制造；从一次性成形的构件的制造，到具有生命力活体的打印；从微纳米尺度的功能元器件制造到数十米大小的民用建筑物打印，等等，增材制造作为一项颠覆性的制造技术，其应用领域不断扩展。 经过近40年的发展，增材制造技术面向航空航天、轨道交通、新能源、新材料、医疗仪器等战略新兴产业领域已经展示了重大价值和广阔的应用前景，是先进制造的重要发展方向，是智能制造不可分割的重要组成部分。增材制造技术是满足国家重大需求、支撑国民经济发展的“国之重器”，已成为世界先进制造领域发展最快、技术研究最活跃、关注度最高的学科方向之一。发展自主创新的增材制造技术是我国由“制造大国”向“制造强国”跨越的必由之路，对建设创新型国家、发展国民经济、维护国家安全、实现社会主义现代化具有重要的意义。 1 发展现状 2018年，全球增材制造产业产值达到 97.95 亿美元，较2017年增加24.59亿美元，同比增长33.5%；全球工业级增材制造装备的销量近20 000台，同比增长17.8%，其中金属增材制造装备销量近2 300台，同比增长29.9%，销售额达9.49亿美元，均价41.3万美元。以美国 GE公司为代表的航空应用企业开始采用增材制造技术批量化生产飞机发动机配件，尝试整机制造，并计划2021年启用一万台金属打印机，显示了增材制造技术的颠覆性意义。相应地，欧洲及日本等发达地区和国家也逐渐把增材制造技术纳入未来制造技术的发展规划中，比如欧盟规模最大的研发创新计划“地平线2020”，计划7年内(2014—2020)投资800亿欧元，其中选择10个增材制造项目，总投资2300万欧元；2019年，德国经济和能源部发布《国家工业战略2030》草案中，将增材制造列为十个工业领域 “关键工业部门”之一；2014年日本发布的《日本制造业白皮书》中，将机器人、下一代清洁能源汽车、再生医疗以及3D打印技术作为重点发展领域；2016年，日本将3D打印器官模型的费用纳入保险支付范围。 我国增材制造技术和产业发展速度快，规模稳步增长，技术体系和产业链条不断完善，产业格局初步形成，支撑体系逐渐健全，已逐步建立起较为完善的增材制造产业生态体系。根据中国增材制造产业联盟的统计，在2015—2017年三年间，我国增材制造产业规模年均增速超过30%，增速高于世界平均水平；我国本土企业实现快速成长，涌现出先临三维、铂力特、华曙高科等一批龙头企业，产业发展速度加快。 1.1 创造能力在不断提升 增材制造在相关国家科技计划的持续支持下，已为我国航空航天、动力能源领域高端装备的飞跃发展和品质提升作出了重要贡献。目前我国已初步建立了涵盖3D打印金属材料、工艺、装备技术到重大工程型号应用的全链条增材制造的技术创新体系，整体技术达到国际先进水平，并在部分领域处于国际领先水平，如我国采用激光熔覆沉积技术实现了世界上最大、投影面积达16 m2的飞机钛合金整体承力框的增材制造；制造出了长达1.2 m的世界最大单方向尺寸的激光选区熔化钛合金制件，解决了传统方法难以实现的极端复杂结构的多结构、功能集成整体制造难题。同时，我国在增材制造技术的研究和产业发展方面已经形成一定的规模，从增材制造前处理模块产业到中游的设备制造和材料生产产业，再到下游的技术服务商和客户群体，已形成小规模的产业链。 我国于2016年底建立了支撑增材制造技术发展的研发机构——国家增材制造创新中心，旨在开发创新型增材制造工艺装备，专注于服务产业的共性技术研究，推进增材制造在各领域的创新应用，聚焦技术成熟度介于4—7级的产业化技术的孵化与开发，为我国增材制造领域提供创新技术、共性技术以及信息化、检测检验、标准研究等服务。同时一批省级增材制造创新中心也相继成立或宣布筹建，形成了国家级、省级增材制造创新中心协同布局的发展格局，逐渐形成以企业为主体、市场为导向、政产学研用协同的“1+N”增材制造创新体系。 1.2 产业规模快速增长 我国增材制造产业仍处于快速发展阶段，产业规模逐步增长。2018年，中国增材制造产业产值约为130亿元，相较于2017年的100亿元，同比增长30%。根据中国增材制造产业联盟对40家重点联系企业的统计结果显示，2018年，这些企业的总产值达40.63亿元，比2017年的32.83亿元增加7.8亿元，同比增长23.8%。2018年，中国增材制造装备保有量占全球装备保有量的10.6%，仅次于美国(美国的该参数为35.3%)，位居全球第二。 我国增材制造产业已初步形成了以环渤海地区、长三角地区、珠三角地区为核心，中西部地区为纽带的产业空间发展格局。其中，环渤海地区是我国增材制造人才培养中心、技术研发中心和成果转化基地。长江三角洲地区具备良好经济发展优势、区位条件和较强的工业基础，已初步形成了包括增材制造材料制备、装备生产、软件开发、应用服务及相关配套服务完整的增材制造产业链。珠三角地区，随着粤港澳大湾区建设的推进，增材制造产业将得到进一步集聚。中西部地区，陕西、广东、湖北、山东、湖南等省份是我国增材制造技术中心和产业化发展的重点区域，集聚了一批龙头企业和重点园区。 1.3 应用领域持续拓展 增材制造技术应用已从简单的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向发展，各领域应用持续拓展，尤其在航空、航天、医疗等领域的应用更为深入。以北京航空航天大学、西北工业大学、北京煜鼎增材制造研究院有限公司、西安铂力特增材技术股份有限公司为代表的金属增材制造产学研链条高校和企业，已初步建立了涵盖3D打印金属材料、工艺、装备技术到重大工程型号应用的全链条增材制造的技术创新体系，整体技术达到了国际先进水平，并在部分领域居于国际领先水平。除此之外，在航空航天领域，中国航空发动机集团成立了增材制造技术创新中心，旨在推动增材制造燃油喷嘴等零部件逐步走向规模化应用；2018年发射的嫦娥四号中继卫星搭载了多个采用增材制造技术研制的复杂形状铝合金结构件。在医疗领域，目前已有5个3D打印医疗器械获得CFDA(中国食品药品监督管理总局)批准上市，尤其是2019年初，第二类医疗器械定制式增材制造膝关节矫形器获批上市，标志着CFDA认证的增材制造医疗器械正从标准化走向个性化。在消费领域，先临三维科技股份有限公司量产3D打印鞋的数量已超过一万双，显示了3D打印技术在制鞋行业中的应用前景。 2 问题与挑战 从总体研究和产业发展来看，与大多数“一带一路”新兴国家相比，我国增材制造技术处于绝对领先地位，但与欧洲、美国、日本等发达地区和国家相比，我国在基础理论、关键工艺技术以及高端装备等方面仍存在较大的差距。在高端增材制造装备商业化销售市场，美国和德国还占据着绝对优势；我国高端增材制造装备的核心元器件和商用软件还依赖进口；系统级创新设计引领的规模化工业应用还主要在美欧国家。欧美日等发达地区和国家借助资金、人才、技术和市场的优势，在增材制造与激光制造基础理论、核心器件、工艺和装备、产业应用等方面均处于领跑水平。我国增材制造研究及产业发展面临的问题和挑战主要包括以下几个方面。 2.1 原始创新和变革性技术不足 近些年增材制造具有变革性的技术均来源于国外，一些显著影响增材制造全局的重大技术进步都来自于美欧国家，如德国的电子束高效增材制造装备、MIT和惠普的金属粉末床黏结剂喷射打印技术、空客公司的增材制造专用铝合金Scalmalloy等。国内相关技术仍然处于跟跑位置，原始创新能力有待加强和引导。 2.2 自主创新和标准的体系尚待完善 从技术创新层面看，知识产权和专利技术一直是各国抢占战略制高点的主要战场。目前以欧、美、日等发达国家和地区构建的专业技术壁垒对我国企业在增材制造和激光制造领域的布局和研究产生了较大程度的冲击。为打破国外技术壁垒和封锁，拥有一套核心自主知识产权体系是我国发展增材制造产业的重中之重。标准层面来看，技术标准研究往往引领产业发展，如何推行完善的行业准则，使增材制造和激光制造的产品符合商业化的应用是我国增材制造和激光制造标准化发展的瓶颈。因此，建立完善的专用材料、工艺和设备，以及产品的检测和评价规范与标准也是未来所面临的挑战之一。 2.3 增材制造形性主动控制难度大 控形与控性是增材制造工艺的两个重要考察指标。但是，增材制造过程中材料往往存在强烈的物理、化学变化以及复杂的物理冶金过程，同时伴随着复杂的形变过程，以上过程影响因素众多，涉及材料、结构设计、工艺过程、后处理等诸多因素，这也使得增材制造过程的材料—工艺—组织—性能关系往往难以准确把握，形性的主动、有效调控较难实现。因此，基于人工智能技术，发展形性可控的智能化增材制造技术和装备、构建完备的工艺质量体系是未来增材制造面临的挑战之一。 2.4生物增材制造器官功能化困难 生物制造是未来的重点发展方向。现有生物墨水体系仿生度低、可打印性差、种类少，打印工艺稳定性及效率低、与生物墨水匹配性差，打印组织结构存在营养物质输送局限，因而无法实现真正功能化。未来需要攻关的关键核心技术包括：高精度微观仿生设计及单细胞微纳跨尺度建模与组装；多尺度、多组织的生物3D打印高效调控技术；血管自组装与网络建立；保证打印大体积组织的维持、存活的生物反应器的制造。随着生物医用材料从“非活体”修复到“活体”修复的趋势转变，生物制造面临的战略性前瞻性重大科学问题包括：如何实现生物医用材料的活性化、功能化构建，甚至构建功能性组织器官，满足组织器官短缺、个性化新药研发等重大需求。 3 方向发展 过去五年，增材制造实现了爆发式发展，从一个个的研究点发展为一个热点的科学技术领域。目前增材制造研究覆盖了增材制造新原理、新方法、控形控性原理与方法、材料设计、结构优化设计、装备质量与效能提升、质量检测与标准、复合增材制造等全系统，成为较为完整的学科方向。我国增材制造的发展要基于科学基础的研究，面向国家战略性产品和战略性领域的重大需求，瞄准世界先进制造技术与产业发展的制高点，抓住我国“换道超车”的历史性发展机遇，从而为我国2035年成为世界制造强国的重大战略目标提供支撑。为此，要以增材制造的多学科融合为核心，通过多制造技术融合、多制造功能融合，向制造的智能化、极端化和高性能化发展，必须通过自主创新重点掌握如下制造技术与装备。 3.1 加强基础科学问题研究 由于增材制造技术的发展历史较短，随着技术的发展，很多传统的机理研究理论无法应用于增材制造的物理环境和成形机制。从基础科学入手加强增材制造新问题的研究是首先需要面对的科研方向。在近期内需要解决的科学问题主要有： (1)金属成形中的强非平衡态凝固学。由于增材制造过程中的材料与能量源交互作用时间极短，瞬间实现熔化—凝固的循环过程，尤其是对于金属材料来说，这样的强非平衡态凝固学机理是传统平衡凝固学理论无法完全解释的，因此建立强非平衡态下的金属凝固学理论是增材制造领域需要解决的一个重要的科学问题。 (2)极端条件下增材制造新机理。随着人类越来越迫切的探索外太空的需求，增材制造技术被更多地应用于太空探索领域，人们甚至希望直接在外太空实现原位增材制造，这种情况及类似极端条件下的增材制造机理以及增材制造制件在这种服役环境下的寿命和失效机理的研究将是相关研究人员关注的问题。 (3)梯度材料、结构的增材制造机理。增材制造是结构功能一体化实现的制造技术，甚至可以实现在同一构件中材料组成梯度连续变化、多种结构有机结合，实现这样的设计对材料力学和结构力学提出了挑战。 (4)组织器官个性化制造及功能再生原理。具有生命活力的活体及器官个性化打印是增材制造在生物医疗领域中最重要的应用之一，但无论是制造过程的生命体活力的保持，还是在使用过程中器官功能再创机理的研究，都还处于初期阶段，需要多个学科和领域的专家学者共同努力。 3.2 解决形性可控的智能化技术与装备 增材制造过程是涉及材料、结构、多种物理场和化学场的多因素、多层次和跨尺度耦合的极端复杂系统，在此条件下，“完全按照设计要求实现一致的、可重复的产品精度和性能”以及“使以往不能制造的全新结构和功能器件变为可能”是增材制造发展的核心目标。结合大数据和人工智能技术来研究这一极端复杂系统，在增材制造的多功能集成优化设计原理和方法上实现突破，发展形性主动可控的智能化增材制造技术，将为增材制造技术的材料、工艺、结构设计、产品质量和服役效能的跨越式提升奠定充分的科学和技术基础。在此基础上，发展具有自采集、自建模、自诊断、自学习、自决策的智能化增材制造装备也是未来增材制造技术实现大规模应用的重要基础。同时，重视与材料、软件、人工智能、生命与医学的学科交叉研究，开展重大技术原始创新研究，注重在航空航天航海、核电等新能源、医疗、建筑、文化创意等领域拓展增材制造技术的应用，是我国增材制造技术可望引领世界的关键之所在。形性主动可控的智能化增材制造技术和装备的发展将有望带动未来增材制造技术的前沿发展，从而提升增材制造技术应用的可靠性，创造出颠覆性新结构和新功能器件，更好地支撑国家及国防制造能力的提升。 3.3 突破制造过程跨尺度建模仿真及材料物性变化的时空调控技术 增材制造过程中材料的物性变化、形态演化以及组织转化极大地影响了成形的质量和性能，是增材制造实现从“结构”可控成形到“功能”可控形成的基础和关键核心。开展增材制造熔池强非平衡态凝固动力学理论研究、“制造过程的纳观-微观-宏观跨尺度建模仿真”技术研究，以及“微米-微秒介观时空尺度上材料物性变化的时空调控”研究，是提高我国增材制造领域竞争力、突破技术瓶颈的重要基础。 以功能需求为导向，主要研究针对高分子、陶瓷等有机/无机非金属材料，甚至细胞、因子、蛋白等生物活性材料的增材制造工艺，进行兼具成形性能和功能要求的制造过程纳观-微观-宏观跨尺度建模仿真，以及微米-微秒介观时空尺度上的原位和透视观测技术与装置的研究与开发，建立相应的多尺度、多场计算模拟模型，在高时空分辨率下，研究和揭示非金属、生物材料、细胞等在挤出、喷射、光固化等典型增材制造过程中的物性变化、形态演化、组织转化甚至细胞的基因转入等细节过程及其影响因素，掌握工艺现象的本质原理和成形缺陷的形成机制，为改进和提高现有工艺水平、提升制件质量、突破技术瓶颈奠定理论基础。在此基础之上，与人工智能、大数据和深度学习等技术结合，突破先进智能材料、柔性材料、响应性材料、生物活性墨水的增材制造关键技术工艺，研究打印过程中以及打印后材料物性变化规律和调控规律。 3.4 注重发展未来颠覆性技术 太空打印、生物打印(生物增材制造)是增材制造两个具有颠覆性引领性质的重大研究方向，它们既关系到我们的空天科技及生命科学前沿，又直接关系到我们的国防安全及健康生活。 太空打印可以以小设备制造大装置，可以在太空制造巨型太阳能电站，建立月基发射基地，乃至发展成太空装备新材料，实现把制造搬到天空去的美好愿望。太空打印是我们走向太空的阶梯。 生物打印已经在人工心肺制造方面显示了良好的开端，我国应大力发展生物打印技术，实现新一代智能型医疗器械、生物机械装置及体外生命系统等的原创性技术工艺的突破，从而占领基础研究和产业应用的制高点，实现我国新型生物医疗器械领域的自主创新及转型升级。 4 发展思路 增材制造是我国实体经济转型升级的利器。围绕国家制造业强国战略，针对国民经济和国防安全的需求，增材制造应开展新材料、新结构、智能控制、组织和性能调控、精度调控等研究，为增材制造主动形性调控和智能化发展奠定基础。我国在增材制造领域正处在高速发展期，但是与欧、美、日等发达国家和地区相比，我国增材制造技术及设备还处于劣势，所以推进增材制造技术和装备的升级和革新显得尤为重要，这也是我国抢占战略制高点的重要环节。为此要推动高可靠、高性能、高精密增材制造工艺与装备及其配套技术的创新性发展。在生物增材制造领域，聚焦组织器官重建，重点围绕细胞/组织/器官芯片打印等进行生物增材制造核心技术、工艺及装备开发的研究，以攻克组织器官再造技术瓶颈，尽快实现皮肤等软组织修复产品、血管、软骨、膀胱等简单结构组织器官及肿瘤等病理模型的制造，在临床、个性化药物筛选与病理研究、组织再生医疗和细胞治疗等领域初步应用，以期提升我国生物制造核心技术水平，使之实现国际 “并跑”甚至“领跑”。 增材制造的发展将遵循“应用发展为先导，技术创新为驱动，产业发展为目标”的原则。应用方面需结合增材制造工艺特点进行产品设计和优化、创新型应用的开发、个性化定制生产等，以拓展增材制造的应用领域；利用增材制造云平台等新模式拓展增材制造的应用路径；结合增材制造设备和技术的高精高效发展特点，应提高增材制造批量化生产能力，拓展领域规模化应用；结合增材制造设备的多样化生产特点，可推广增材制造产品在社会各行各业的应用。同时，产业可持续发展方面，力求建立健全的增材制造产业标准体系，结合云制造、大数据、物联网等新兴技术及其他基于工业4.0的智能集成系统，促进增材制造设备和技术的全面革新，培育一批具有国际竞争力的尖端科技和制造企业，最终实现增材制造产业的快速可持续发展。生物增材制造需有效促进先进技术转化应用落地，构筑总产值达千亿元的生物增材制造创新产业体系，培育生物增材制造产业国际性领军企业，带动我国再生医学、生物材料、医学工程等多个相关产业快速发展。 作者简介： 卢秉恒，男，1945年生，中国工程院院士，西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室教授、博士研究生导师，《中国机械工程》第五届编委会主任。研究方向为先进制造技术。

本文所讲述的案例亮点在于，火箭发动机完全使用人工智能驱动设计，并采用3D打印将燃烧室和表面冷却流道等多组件实现一体式构建。在此基础上，我们将讲述AI如何融入增材制造的前后端制造链。 火箭发动机在燃烧过程中，燃烧室喉部燃烧温度高达3500℃，内壁温度超过 1000℃。为防止材料失效，结构设计就非常关键。为了达到这一目的，火箭发动机会采用再生冷却结构，液体燃料在进入燃烧室前，会通过燃烧室壁上的冷却管道向上输送，这个过程一方面降低了燃烧室的温度，另一方面燃料吸收的热量又回到燃烧室得以“再生”。 在传统生产方式中，冷却管道是通过在毛坯上钻孔，随后再通过多个繁琐的工作步骤进行密封得来，结构设计受到传统制造手段的诸多制约，燃烧室的冷却效率也因此受到影响。近些年来，采用选区激光熔化技术来制造火箭发动机的案例已经非常多，其最典型的优势就是实现了多个结构的一体化制造。在此情况下，结构设计相比制造本身而言，就更加重要。 AI突破人类思维，创建全新设计概念 总部位于德国的软件开发商Hyperganic，通过采用尖端技术和算法来生成结构复杂且功能强大的设计。其团队借助AI驱动的设计平台生成了具有整体优化设计的火箭发动机原型，与传统火箭发动机需要进行零件单独设计然后组装的形式不同，通过AI设计的发动机将燃烧室和表面通道等多个组件自主集成到了一个结构中。 在发动机创建过程中，设计人员在软件中输入了发动机的核心功能，包括燃烧室的形状和冷却性能要求。基于此数据，算法生成了符合所有规格的几何图形。 借助AI设计零件提供了一个新的视角。虽然设计师可以跳出框架进行思考，但设计过程通常需要重新考虑现有设计或使用参考框架。但AI却不会有人的这些心理约束，它可以自由的创建全新的设计概念，同时仍然满足性能要求。这个过程中，设计师的角色更多的转变为对结构功能等的设定。 简化设计，减轻重量，提高散热效率 Hyperganic的创新设计为传统火箭发动机提供了整合的替代方案。Hyperganic设计总监表示，这种简化的设计还可以减轻重量并提高散热效率。轻量化的实现部分是通过将多孔几何形状集成到发动机外部来实现的，同时内部结构仍保持坚固。 该设计由EOSM290进行打印，采用IN718高温合金，研究人员将对测试结果进行分析并将其反馈到设计软件中，以进行设计迭代。Hyperganic目前正在与多家航空航天公司就其发动机设计方法进行谈判。 借助AI进行先进结构设计确实更为先进，这对于发挥3D打印的优势更是显而易见。然而，去年欧洲专利局拒绝了针对AI设计产品的专利申请，并指明，发明人必须是人类。虽如此，AI几乎已经全面融入3D打印。 AI几乎已经全面融入3D打印 材料设计 在材料设计领域，机器学习和预测建模是AI的一个强大子集，它可以加速新材料的设计过程。设计人员只需在程序中输入所需的材料属性，算法就可以预测哪些化学元素可以在微观层面上组合，从而创建具有所需功能和属性的结构。 德国Fraunhofer IWS的工程师联合其它五家研究所执行了一项名为futureAM的项目，即借助AI和3D打印来寻找超级合金的合适配方。项目人员通过使用人工智能和机器学习来研究大量监测数据与实际工艺效果间的联系。例如，特殊分析算法将测量的传感器值与研究所的粉末数据库相关联，通过评估工艺参数，机器将自己做出决策并选择出合适的工艺组合。使用激光粉末堆焊技术，结合优化出的工艺参数，可以同时或连续地将不同粉末送入加工区，精确调节进给速率，性能最好、最昂贵、高抗性的材料只在最需要的位置释放，其他非关键区域可采用价格较低的材料。 工艺预测 金属3D打印对人的依赖性极大，一键打印的畅想仍停留在概念阶段。在不考虑零件设计的前提下，仅打印零件的摆放、支撑添加，打印过程中遇到问题的解决，均离不开专业人员的干预。而这些专业人员还须具备丰富的材料学经验，这无疑对技术普及应用带来了极大不便。 在去年的波士顿人工智能峰会上，GE全球研究中心增材制造项目负责人Brent Brunell谈到，在工业金属3D打印的背景下，对AI的需求正在呈现日益增长的趋势，这一过程通常又与仿真相关。GE研究人员将人工智能与仿真结合，推进计算结果的准确性和有效性。Brent Brunell提到，这是金属增材制造实现广泛工业化的重要保障。 GE的研究人员正在努力将AI集成到工业3D打印机和过程中，目前已经可以借助人工智能确定零件打印的正确参数。未来，GE希望提高计算速度和计算能力，实时处理打印过程中出现的问题。 未来智造 人工智能显然可以集成进入3D打印工厂，并改变制造业的未来。 位于伦敦的AI Build公司，开发了一种基于AI的自动3D打印技术。其设备配有智能挤出机，能利用机器视觉算法分析正在打印的结构，可以检测缺陷问题，并能做出自主决定。它是一个使用工业机器人和机器学习软件的大型3D打印平台。 自动3D打印工厂的可能性现在已成为现实，这将大大节省时间并降低人工成本。事实上，使用打印机和人工智能可以自行决定并打印可行的部件，工厂的时间和资源可以专注于更多其他任务，这是一场真正的革命。 AI Build正致力于机器自动识别、自主学习错误并创建真正错综复杂结构的打印机，这将帮助增材制造技术走得更远。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化须受益于人工智能 2.采用人工智能和3D打印设计超级材料 3.金属3D打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法

近年来，金属3D打印正迅速成为最受欢迎的工业制造技术之一。它可以生产传统工艺无法制造的形状和特征，包括晶格、有机拓扑和复杂型芯结构以及冷却流道等。激光粉末床熔融技术（SLM）通过有选择地逐层熔化金属粉末直到形成零件，可生产出具有良好表面光洁度的铝、钢、镍以及钛合金零件。 SLM技术制造的17-4PH不锈钢皮带齿轮 SLM技术在航空航天领域具有可观的应用价值，并具有广泛的应用案例，波音777X所配备的GE9X发动机上面有数百种金属3D打印零件（点击）。3D打印部件比其前代产品具有更好的性能，更轻的重量和更少的组装部件。仅燃料成本的节省就足以证明GE Additive对金属3D打印基础设施、研发和质量保证的投入是完全合理的。 对于GE而言，这不是一夜之间的突然成功，而是研究、测试和工程的战略协调结果。在过去的十年中，GE收购了主要的金属3D打印服务商、原始设备制造商以及原材料供应商，以确保其供应链的安全。但是，那些没有能力进行收购行为的公司如何尽快的使用金属3D打印来增加工业附加值呢？当前，最好的方式是采用该技术为工业装配的内部组件增加价值。 复杂形状可能很难用传统工艺生产，但对于3D打印而言则相对简单 SLM技术多用于具有较高准入门槛的行业，也是所有3D打印技术中产品化最为复杂的技术。它对金属粉末的规格以及操作人员的个人防护有特定的要求，对成功完成打印和后处理需要有稳定的惰性气体供应以及一系列的设备要求。由于这些额外的费用和附加设备，许多公司采用外协来使用该技术，自己只提供设计。 除了快速原型制作之外，SLM技术多用于创建专门设计的轻量级组件。对于应用领域，3D打印定制组件是一种简单的方法。采用3D打印制造的铝合金，可以直接替代传统的金属铸件。对于泵和压缩机壳体，3D打印的替代品通常可以使用相同的设计文件，并在1-2周内按需生产单个零件，而如果交给铸造厂生产则需要数周甚至数月。 金属3D打印可以直接替代铸造部件，图为SLM打印的铝合金泵歧管 SLM技术的另一个优点是部件几乎完全致密而不需要微孔浸渍密封工艺。与工业金属铸件相比，SLM技术具有更多优势，原型和设计修改可以使用与最终产品完全相同的材料进行打印，这样可以快速进行产品验证，加速迭代。 金属3D打印的零件通常隐藏在整个组件中，用来提升整个产品的性能。无论是工业外壳、组合式支架、复杂歧管还是其他特定用途的组件，都可以进行3D打印可行性评估并制定可行的解决方案。工业部件的生产方式正在从传统工艺过渡到金属3D打印。 本期上传： 3dpbm-医疗增材制造-2020调查报告 3dpbm-汽车增材制造-2020调查报告 3dpbm-消费品增材制造-2020调查报告 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.传统加工技术的代表企业GF推出更加完整的增材制造解决方案 2.发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：工业生产：从传统工艺过渡到金属3D打印

随着材料技术的进步，增材制造行业已经从快速原型制作过渡到最终产品直接制造的发展阶段。然而真正产品化却远比我们想像的复杂：在产品的制造过程中如何确保各工艺的顺利衔接？如何减少后处理过程中的大量人工操作？如何保证在此过程中稳定一致的产品质量？增材制造能否可以进一步提高效率、降低成本？ 对此，精密加工界的知名品牌GF与3D Systems合作率先推出了面向增材制造的整体解决方案，以推动传统技术与增材制造高效整合和各工艺环节的无缝衔接。 本期，3D打印技术参考来介绍GF的增材制造解决方案及其背后思考。 ▎整合增减材加工工艺的GF增材制造解决方案完整的金属增材制造流程包括了从设计、材料、工艺到后处理的所有制造环节。采用增材制造技术生产的零件，尤其是金属零件几乎都需要经过后处理才能使用，而这在前端设计的时候就需要考虑到工件在不同工艺之间流转会遇到的加工余量、结构倾斜以及应力避免等问题，复杂零件的CNC加工也需要运用专门设计的夹具。这实际上要求应用端的从业者既要懂得传统机加的特点，又要懂得增材制造。 接下来我们以法国宇航公司TAS的卫星天线支架为例阐述GF如何解决上述问题，并帮助终端用户真正生产出高品质的金属3D打印零件。 TAS的卫星天线支架重新设计并3D打印 卫星在发射过程中为防止天线结构振动断裂会将其固定在支架上。对于此类用量并不会很大的零件，采用3D打印制造的成本自然要比传统技术低很多。然而直接按照传统加工的习惯去设计和制造支架，就无法体现金属增材制造的优势，在打印过程中还会有出错的风险，而且也要考虑到后续的铣削加工和零件的功能。对此，GF提出了从软件设计准备，到设备打印，再到质量控制，以及后续铣削加工和线切割的7步走方案，决议采用全流程思维重新定义零件制造。 -- 设计 -- 面向增材制造的设计需要我们从增材的工艺需求出发，摒弃机加工设计时的惯性思维。在此案例中我们就可以看到多项设计思维上的调整，包括将水平悬垂调整至45°，为避免应力将尖角进行倒角，为减少铣削时间同时减少干涉进行铣削设计，以及为提高整体刚度进行的功能性改进设计等等。 依据增材思维设计的零件，可以尽量多的避免支撑结构，获得更好的局部表面质量，并降低应力集中的风险。 -- 打印准备 -- 打印准备过程包含了支撑添加以及零件排布等工作；特别值得一提的是GF在基础打印基板之上设计了16块专利的换装夹具（小基板），零件可以直接在上面进行打印。 在机加过程中，小基板可帮助迅速找到零点，而且便于快速装夹，提高了增减材之间的衔接效率，确保零件批量生产时获得一致的精密度，这一步也为未来的自动化奠定了基础。 -- 打印-- 打印此卫星支架所用到的DMP Flex350是为高精度直接金属打印而设计，利用其业内含氧量最低的真空打印仓及改进的气流技术确保每一个零件打印出来的致密性和力学要求。 -- 质量控制 -- 打印过程的关键之处在于质量控制和可追溯性，GF专门针对复杂和重型金属部件的关键应用进行了优化，同时会记录材料特性和完整的打印过程。 -- 后处理 -- 增材制造的后处理通常是指线切割、零件抛光和机械加工。与目前常见的垂直切割方式不同的是，GF的CUT AM 500采用水平切割的方式，完全避免了零件切割时发生碰撞的可能性，有效提高了去除底板的效率及可靠性，特别适合大型零部件和批量生产的工件。 CNC文件的准备如规划加工高质量的曲面区域、钻孔、攻丝或修整孔等，在最初准备打印文件的3DXpert软件中就可以完成，其CNC加工能力完全承自传统行业使用的Cimatron软件。在机加工过程中所面临的余量设计，实际上也在上述软件中进行预留，零件的底部也配合了System 3R零点定位系统，可以进行快速装夹，实现自动化生产。 END 总结以上步骤，我们可以看到，增材制造技术更适合生产难加工、需要大量切削的零件，如何高效整合和连接各个工序是增材制造方案是否出色的关键。增材制造必须与其他传统制造工艺相结合，才能成为创造制造业附加值的“利器”，才能成为制造产业化的主旋律。 GF加工方案推出的行业领先的整体解决方案，无论是在传统减材行业还是现在市面上常见的3D打印大玩家们都不具备的，我们有理由相信这一前瞻性的探索会极大的推动增材制造的批量化生产应用之路。 注：报名参加GF 加工方案增材制造在线研讨会 https://wj.qq.com/s2/5684484/9dc9/ 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.西门子端到端增材制造解决方案 2.当前工业企业对于增材制造的五大误解 3.【增材制造】保证产品质量及批量生产的稳定性-FAA是怎么做的 4.专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：传统加工技术的代表企业GF推出更加完整的增材制造解决方案

在《SLS的演变：新技术、新材料和新应用》上篇中，我们介绍了EOS、华曙高科以及Aerosint等公司的新型 SLS 3D打印工艺，并阐述了桌面激光烧结工艺对3D打印行业产生的影响。本期，3D打印技术参考继续介绍下篇内容，包括SLS新材料的演变、后处理技术以及SLS新应用的发展。 SLS新材料的演变 最早的激光烧结技术最常用的材料是尼龙，它是一种流行的工程热塑性塑料，也称为聚酰胺（PA），以质轻、高强、耐用和抗冲击著称，非常适合快速成型和生产。 SLS 工艺打印的尼龙材料 如今，尼龙仍然是最受欢迎的SLS材料。但是，随着3D打印工艺和材料技术的进步，逐渐出现了尼龙基复合材料，如掺杂碳纤维、玻璃纤维和铝等材料，进一步增强了尼龙的机械和热性能。 除尼龙外，当今可用于SLS的材料还有柔性TPU、阻燃聚合物、抗静电聚合物以及PP、PEEK和PEKK等。高性能材料的可打印性与技术创新紧密相关，如EOS首先需要创建高温3D打印机，采用可能打印PEEK等材料。 EOS PEKK 3D打印产品 SLS新材料的开发速度非常迅速，意大利3D打印公司CRP Technology不仅提供一系列的尼龙基复合材料和橡胶塑料粉末，旗下最新产品还包括Windform FR系列阻燃复合材料，可适用于飞机（如内部零件、驾驶舱组件、风道和出气阀）、汽车（如内饰和外壳组件）消费品以及电子产品（照明和电器）等。 化工公司帝斯曼在2019年发布了PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）粉末，它也是第一种商业化的激光烧结用PBT粉末。作为一种热塑性工程聚合物，PBT由于其绝缘性能可在电子工业中得到应用。 DSM PBT材料可用于汽车和电气行业高精度组件打印 此外，化学巨头巴斯夫旗下子公司Forward AM还开发了激光烧结用Ultrasint系列阻燃材料。PA6 FR是该系列的最新材料，具有高刚度和良好的热稳定性，目前已被用于生产具有防火要求的车辆零部件。 不久前，巴斯夫和帝斯曼均从法国制造商Prodways处购买了SLS打印机，此举将进一步加速两家公司用于研发、零件生产和材料测试的步伐。 SLS后处理技术的自动化 尽管SLS技术消除了对支撑结构设计和去除的需要，但它并非不需要面对后处理挑战。其中最大的一点是需要清除残留在零件表面和内部多余的粉末，当前多是通过手动清理以及传统的喷砂、气吹等技术解决。 当前SLS技术的后处理方式 但是，这些方法需要大量的人工操作，从而增加了损坏易碎结构和造成最终零件不一致的风险。对于表面精加工，SLS零件通常使用不是为3D打印而设计的半自动化设备进行处理。这些方法不利于充分利用SLS设备的功能并扩展到更大的生产量。 值得庆幸的是，一些行业参与者正在为SLS工艺后处理开发自动化的解决方案。后处理技术专家PostProcess Technologies通过其Fusillade（TAF）技术提供粉末解决方案，该技术采用两个垂直的单轴射流（包括压缩空气，清洁剂和悬浮固体）进行有针对性的喷砂，同时零件可以360°旋转以获得最大的表面暴露。此外，英国公司AMT也将于今年晚些时候推出自动化的后处理解决方案。 Fusillade（TAF）技术原理 从手动清粉到自动清粉将不仅减少人工劳动时间，还可以使公司更有效地扩展SLS生产，从而将以一种重要方式帮助优化SLS 3D打印工作流程。 SLS新应用：在生产中的使用越来越多 尽管SLS技术此前多用于原型制作，但它在功能部件测试以及最终部件生产中的应用也越来越多。 航空 航空航天领域可以使用SLS技术制造飞机内部零件。一个典型的例子是阿联酋最大的航空公司阿联酋航空与3D Systems合作，使用DuraForm ProX FR1200尼龙材料生产视频监控罩，该材料满足航空航天工业对内部机舱零件的要求；采用SLS工艺生产的通风口格栅已经通过认证并安装在飞机内部。 阿联酋航空3D打印的通风口格栅 消费品 在消费品行业，香奈儿率先将SLS 3D打印用于睫毛膏刷生产。使用该技术生产的睫毛膏刷结构设计得到了优化，使用SLS技术生产的刷子具有粗糙、颗粒状的纹理，可改善睫毛膏对睫毛的附着力。 香奈儿睫毛膏刷 除美容产品外，SLS还越来越多地用于医疗和鞋类领域，可以生产定制的鞋垫和运动产品。 赛车运动 在赛车运动中，该技术可以帮助赛车队创新汽车设计并比传统技术更快地对其进行测试。意大利汽车制造商阿尔法·罗密欧的索伯F1车队一直在使用SLS技术，每天生产多达300个部件，已成功地制造了用于风洞测试的内部管道、手偏转板和发动机盖等部件。 索伯F1 Alfa Romeo汽车的SLS应用 SLS：聚合物3D打印的最佳选择之一 SLS 3D打印市场处于不断发展的状态，通过引入紧凑且价格合理的台式机，该技术将更加亲民。同时，工业SLS设备的制造商更加关注将SLS确立为最终生产工具的解决方案。 SLS技术的应用正在稳步增长，根据著名的3D打印服务供应商Sculpteo的报告， 2019年超过75％的3D打印项目使用了SLS工艺，该技术被认为是聚合物3D打印的最佳选择之一。SLS工艺的新技术、新材料和新应用将继续发展。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.SLS的演变：新技术、新材料和新应用 2.惠普多射流熔融技术与激光烧结技术谁优谁劣，该如何选择 3.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（聚合物篇） 4.中国高分子材料3D打印发展现状概览

Wohlers Reports 2019报告显示，预计2019-2025年3D打印的复合年均增长率将达到21%，远超国内制造业6%的年均增长幅度。高速增长的市场使得制造业的巨鳄们嗅到了机会。 全球3D打印逐年市值（来源：Wohlers Reports 2019） 诸如DMG MORI、SODICK、山崎马扎克等传统机床设备商以及阿博格、伊之密等塑料机械厂商纷纷宣布进入增材制造领域，而新兴技术如CLIP、MJF等又不断加速技术迭代。市场变化如此之快，我们的技术会被取代吗？制造原件、增材制造设备、打印服务、配套软硬件，哪个领域迭代最快？ 低迭代速率——设备原件 3D打印产业链的上游零部件，主要包括激光器、振镜、挤出头、丝杆导轨和传动系统等，由于其通用性，除供应3D打印企业外，上游企业同时也供应其他行业客户。 就总体产量而言，增材制造并非其核心业务板块，因而较少发生大规模迭代。为EOS提供激光器的行业龙头企业IPG表示，在中国市场做一套富士康产线用的激光器数量可能超过整个中国增材制造市场使用的激光器总和，由此可见该行业的市场规模。 2018年工业激光器市场，增材制造占比仅为3% 中高速迭代领域：增材制造材料 对于金属材料而言，受限于粉末的流动性等物理化学特性，金属粉末的产品迭代其实并不迅速。在成型过程中，模型设计、打印路径优化等工艺问题是最为关键的。 相比而言，工程塑料和树脂材料的改性和迭代呈现高速增长。目前包括巴斯夫、杜邦、陶氏、汉高、路博润、阿科玛、科思创等全球50强化工企业宣布推出3D打印材料的占比达到35%，所进行的改性塑料包括PA6、PEEK、PC、ABS等。畅想一下，当今SLS技术使用量最高的尼龙材料，未来也有可能会被新的材料所取代，从而改变其在粉末浪费方面的不足。 3D打印材料种类不断丰富 颠覆性创新：增材制造设备 对于增材制造设备而言，由于技术不断创新发展，早期的大企业在工艺创新和设备创新的过程中较早地形成了专利保护体系。 竞争者差距分析图，气泡大小代表专利数量（横坐标代表技术综合指标、纵坐标代表企业实力指标） 2015年3D打印行业巨头3D Systems与新兴桌面3D打印机制造商Formlabs选择对专利诉讼进行庭外和解，Formlabs将在专利有效期内向3D Systems支付其销售额的8%作为专利费。 巨额的专利索赔，使得颠覆性创新成为设备的主要突破口。LCD、CLIP、微纳打印、多射流熔融等一系列技术创新，使得当一种新技术开始商业化，甚至准商业化的时候，所有人都屏息凝视，生怕自己多年的技术积累毁于一旦。 HP 3D打印设备推出时曾传言SLS将被很快取代 迎合增材制造技术的发展前景 随着各个领域对增材制造技术的广泛应用，促使增材制造市场的规模不断壮大，但是增材制造技术的发展实践较短，当前仍然处于发展中阶段，技术本身还将继续不断创新和提高，具体可以从三个方面进行分析。 第一，增材制造技术和其他工艺技术相比，生产成本较高，另外与传统切削加工技术相比，产品生产中的尺寸和质量也有着明显的差异性。发展经济实用、高效的增材制造设备对技术的推广有着很大作用，它不仅能够降低制造成本还能使生产企业更容易接纳该技术。 第二，工业生产所需的材料太过广泛，3D打印可成型的材料种类还比较有限。即便金属材料的迭代速度较慢，但也呈现出针对专门应用开发专门材料的趋势。降低成型件生产制造受材料的影响程度，就要不断根据市场需求研发新材料，生产企业要对当前技术背景下的材料不足和应用需求做出更敏感的反应。 第三，3D打印制造成本过高，不利于市场推广和发展。而实际上目前对任何一种可打印的材料，都有不止一种的打印工艺可提供选择，所有技术都有着不同的优势但又并不尽善尽美，所以这里面大有文章可做。 总之，增材制造技术在发展过程中需要不断创新和研发，企业正视并不断解决技术本身存在的问题，迎合客户日益增长的需求，才终究不会被取代。（注：本文话题和部分内容来自TCT） 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性 2.SLS的演变：新技术、新材料和新应用 3.你应该知道的3D打印行业40+统计数据[2020] 4.中国3D打印的世界地位 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：我们所钻研的增材制造技术会被取代吗？

赛迪顾问邀您阅读本文要点 一、全球3D打印产业概述（一）全球3D打印产业规模（二）全球3D打印产业结构（三）全球3D打印产业区域结构二、中国3D打印产业概述（一）中国3D打印产业规模（二）中国3D打印产业结构（三）中国3D打印产业区域结构（四）中国3D打印产业细分领域 一、全球3D打印产业概述 （一）全球 3D打印 产业规模 2019年，全球3D打印产业规模达119.56亿美元，增长率为29.9%。（二）全球3D打印产业结构2019年，全球3D打印产业结构中，3D打印设备产业规模52.97亿美元，占比最高，达到44.3%；3D打印服务产业规模37.78亿美元，占比第二，达到31.6%；3D打印材料产业规模28.81亿美元，占比24.1%。（三）全球3D打印产业区域结构2019年，美国产业规模占全球比重40.4%。德国是仅次于美国的世界第二大3D打印设备供应商，也是仅次于美国的第二大3D打印材料和服务的提供者，产业规模占全球比重约22.5%。中国整体产业规模略低于德国，占全球比重约18.6%。日本和英国在3D打印材料和设备领域也有一定规模，分别占全球产业规模的8.2%和6.3%。 二、中国3D打印产业概述  （一）中国3D打印产业规模 2019年，中国3D打印产业规模达157.47亿元。预计到2022年，产业规模将达到348.46亿元，保持28.6%的快速增长。（二）中国3D打印产业结构2019年，中国3D打印设备产业规模70.86亿元，占比最高，达到45%；3D打印服务产业规模45.67亿元，占比29%；3D打印材料产业规模40.94亿元，占比26%。预计2020－2022年，3D打印设备依旧占据最大份额，占比逐年小幅下降，2022年，产业规模为153.67亿元，占比达到44.1%。3D打印服务占比逐年扩大，2022年，产业规模为121.26亿元，占比为34.8%。3D打印材料未来三年占比将逐年下降，2022年，产业规模为73.53亿元，占比21.1%。（三）中国3D打印产业区域结构1、产业资源分布情况2019年，华东地区为中国3D打印企业主要聚集区域，占据全国42.4%。中南、华北、西南等地区也有优秀企业集聚，分别占据23.8%、13.9%和8.4%的企业资源。2、产业规模分布情况2019年，中南和华东地区由于3D打印设备与服务能力突出，产业规模分布位居全国第一、第二，分别占比37.2％和32.6％。华北地区则由于3D打印材料和服务能力突出，产业规模位居全国三位，占比12.4％。（四）中国3D打印产业细分领域1、3D打印设备（1）产业规模 2019年，中国3D打印设备产业规模达70.86亿元，比2018年增长28.3%，在3D打印产业中占比45%。（2）产业结构 2019年，中国3D打印设备产业结构中，专业级3D打印设备产业规模57.11亿元，占比达到80.6%；桌面级3D打印设备产业规模13.75亿元，占比19.4%。2、3D打印材料（1）产业规模 2019年，中国3D打印材料产业规模达40.94亿元，比2018年增长26.2%，在3D打印产业中占比26%。（2）产业结构 2019年，中国3D打印材料产业结构中，非金属材料产业规模25.38亿元，占比最高，达到62%；金属材料产业规模15.56亿元，占比38%。3、3D打印应用服务（1）产业规模 2019年，中国3D打印应用服务产业规模达45.67亿元，比2018年增长40.8%，在3D打印产业中占比29%。（2）产业结构 2019年，中国3D打印应用服务产业结构中，工业领域应用服务产业规模29.23亿元，占比达到64%；消费领域应用服务产业规模16.44亿元，占比36%。 作者： 杨岭 赛迪顾问股份有限公司 智能装备产业研究中心高级分析师