金属增材制造技术在加工精度上与传统加工相比较低，因而受到极大限制。将增材制造与传统加工工艺有机地集成起来，成形件加工完成后无需后处理即可直接投入使用，大幅缩短了制造时间和生产成本，还可拓宽原材料范围，减少生产过程中切削液的使用，实现绿色加工。近年来，增减材混合加工工艺与装备不断涌现，在提高制造精度，增大制造尺寸、提高生产效率等方面取得多项进展。 ▌洛马公司建造世界首台多机器人增减材混合制造系统 几年前，洛马建成了世界上首台“多机器人增减材混合设备”，该设备由两个机器人串行工作，具备增材制造、减材加工和工艺过程监测、尺寸检查、热测量等多种功能，适用于多种材料加工，能够显著提升大型复杂结构的制造效率，降低制造成本。 洛马公司多轴激光束沉积打印机 洛马公司增减材制造的卫星燃料箱体 2018年，洛马公司使用电子束增减材制造技术生产了迄今为止最大的3D打印空间零件—卫星燃料箱体。采用该工艺，使部件减少了超过80％的材料浪费，并将总交付时间从两年减少到三个月，同时部件经过了严格的质量测试，使其能够承受严峻的发射和长达数十年的空间真空任务。目前，该部件已作为标准件用在了LM 2100卫星平台上。 ▌Fabrisonic公司开发出能在现有超声波增材制造设备中协同定位增减材单元的专利技术 2017年，美国Fabrisonic公司获得一项新的专利（源文件已上传QQ群），它涉及一种能在其已有超声波增材制造（UAM）设备中协同定位增材、减材单元的技术。该公司以超声波增材制造技术而著称，宣称此项专利进一步提高了其金属混合3D打印设备的能力。 点击查看3D打印“铣床”工作过程 新技术将超声波增材制造焊接头转变为一台标准数控铣床刀库中的一个工具，通过协同定位数控铣床中的焊接和铣削功能进行零件加工制造，成形速度可达245.8cm3/h，同时可提高加工精度，增大零件制造尺寸。 ▌GE公司大力推动增减材混合制造工艺发展 GE是与增材制造（AM）的进步最密切相关的主要“玩家”，最经典的当属LEAP喷气发动机的燃油喷嘴案例。2015年GE收购阿尔斯通电力公司后，还获得了通过Hamuel的混合增材制造设备来修复涡轮叶片的技术。 通过混合增材制造，GE提高涡轮叶片修复效率 该技术也是采用激光沉积焊接系统来实现增材制造，结合五轴加工、检验、抛光和激光打标于一体。特别是在修复磨损叶片和叶盘方面有着优秀的加工能力。GE采用该工艺不仅用于部件修复，还提升了部件性能。 END 目前，该应用方向开展的关键技术研究主要包括：零部件再设计、增减材混合制造系统开发等。随着航空航天等领域对高性能复杂零件需求曰益突出，如何兼顾零件复杂成形和高精度加工将受到广泛关注。未来，增减材混合制造系统将不断涌现，极大提高了成形效率和质量，将有力推动增材制造技术在批量化生产中的应用，将武器装备研制生产的周期缩短一半以上。 欢迎转发 延伸阅读： 武器：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 将电子器件打印至武器装备中，实现结构功能一体化 大尺寸金属制造（二）--激光熔覆制造技术 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

今年，汉邦科技推出了一项称为激光增材微切割混合制造的新技术（Laser Additive & Cutting Manufacturing，简称LACM），其将选择性激光熔融和超快（如皮秒、飞秒）激光切割技术结合，在每一层打印完成后采用超快激光对零件轮廓进行精细化加工，从而直接制造出高表面质量的零件。这是继3D打印和传统机械减材混合制造之后又一种新的技术整合。 LACM技术工艺过程，包含选择性激光熔融和超快激光切割两步 本期我们介绍的重点就在于SLM与超快激光切割技术的结合所能达到的工艺效果和潜在的应用情况。 基于SLM的增减材混合制造的应用背景与形式 即便SLM在所有金属打印中已经是具有较高精度和表面质量的工艺，但对于很多应用来说，SLM打印出的零件表面较为粗糙，很多时候需要进行二次加工才能得到高精度表面。对于具有复杂内部流道的零件，如随形冷却水路、冲压发动机和火箭发动机再生冷却流道，难以实现对内部表面的有效再处理。笔者在一次交流会上听到航天系统的有关人员介绍，现在SLM所制造的带有内部流道的结构，只能是凑合用。 推力室复杂流道结构 这实际上对SLM制造的精度和表面质量提出了更高的要求，而基于SLM的增减材混合制造设备目前已知的品牌并不多，国内更是鲜见。将数控加工与增材制造进行有机集成，可实现打印与精加工和表面处理同步完成，它直接带来了3D打印精确度和表面质量的提高。 SLM+数控加工混合制造过程 然而目前看来，数控加工与增材制造的结合仅是增减材混合制造的一种形式。将超快激光切割技术与SLM相结合，则成为一种新的探索。超快激光切割材料时，每一个脉冲与材料相互作用的持续时间很短，避免了热扩散，属冷加工过程，基本上消除了类似于长脉冲加工过程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤，具有极高的的加工精度。 LACM技术特点 • 屏蔽掉圆角，塌角等问题； • 可实现高薄壁的结构，可达80微米壁厚； •零件可以直接使用，或简单加工后使用； •成型精度达微米级，大幅降低粗糙度。 连续激光与超快激光的热影响区，其中SLM过程实际上对应连续激光 与数控加工相比，超快激光微切割，避免了频繁的换刀过程以及切削造成的粉末污染和铺粉质量问题，更不存在刀具磨损，能够显著提高加工效率；同时，超快激光的冷加工和柔性加工特点，避免了机械加工过程中的应力产生；此外，激光切割无切削力，加工无变形，可加工不能承受刀具切削力的精细结构和受刀具大小限制的结构，在一些应用领域能达到更高的制造要求。 技术优势• 激光增材、激光减材； • 可加工深内锥孔零件； •激光减材不影响粉末污染及铺粉质量； •可加工刀具大小受限的零件； •可加工光洁面薄壁件，光洁面内腔件； •可加工不能承受刀具切削力的精细结构； •减材效率高，无需对刀，无需刀具冷却； •可加工超高径深比孔，孔深几乎不受限； •可选配上表面、台阶面机械铣平功能，高效快速一步到位生产各种精密终端零件。 实现高精度、高质量金属3D打印 激光增材微切割金属3D打印混合制造技术理论上可以达到更高的精度，并能制造非常薄的金属部件。据汉邦科技介绍，采用100*100*100mm的打印设备，LACM工艺可以将零件一次成型的精度控制在0.02mm以内，最低成型壁厚达到0.08mm，典型的粗糙度也可控制在3μm，零件无需后处理或者经简单加工即可直接使用。这些数据笔者也与相关负责人经过了反复确认。 采用LACM工艺直接打印的未经处理的零部件 采用LACM工艺直接打印的高表面质量零部件 良好的表面质量势必能够满足更多的应用需求，据汉邦科技介绍，LACM技术未来可以有效应用于精密模具、医疗齿科植体、精密内腔终端零件以及微结构零件等制造领域。 采用LACM工艺直接打印的高表面质量零部件 将增材制造与超快激光切割相结合的混合制造方式，在国际范围内并不多见，比较有名的是2017年美国PolarOnyx公司将飞秒激光既用于增材也用于减材，其专有的技术为航空航天、国防、生物医学、传感器和通信等许多快速增长的行业提供了各种机会。 此外，汉邦科技总经理提到，该公司激光增材微切割技术从2013年开始研发，到初步应用于产品，经历了6年时间，这也得益于公司早期在精密激光切割领域的耕耘。笔者认为，对于技术本身来讲，两种技术的结合非常新颖，但如何让超快激光发挥更显著的作用，达到更好的表面质量，可能还需要更多的探索。我们期待汉邦科技能够在此项技术上继续深耕，开发出更多创新应用。 欢迎转发 延伸阅读： 从气流和零件摆放角度探讨SLM打印表面质量 金属选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 金属3D打印：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录 金属打印成本结构分析（上） 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

高温合金通常的工作温度超过600℃，在高温下的强度、延展性、抗蠕变性能以及抗腐蚀能力都很强。对于高温合金零部件，增材制造技术不仅能够缩短生产时间、降低生产成本，还能优先考虑功能设计，非常适用于制备航空发动机及燃气轮机喷嘴、叶片、燃烧室等热端部件，以及航天飞行器、火箭发动机等复杂零部件。近年来，高温合金增材制造技术发展迅速，已在航空航天领域实现了多项应用。 ▌航空发动机采用镍基合金增材制造零部件 赛峰集团是航空发动机市场中涡扇发动机和战斗机发动机的主要制造商之一。该集团eAPU60微型涡轮发动机采用了增材制造的镍基合金喷嘴，并作为AW189型直升机的辅助动力装置的核心部件之一。 eAPU60涡轮喷嘴采用选区激光熔化3D打印工艺制造，采用镍基合金X代替传统上使用的铬镍铁合金铸件。传统的涡轮喷嘴由八个组件组成，通过3D打印允许将其切割成仅仅四个部件，使得喷嘴比原来轻了35％。采用3D打印技术制造涡轮喷嘴也缩短了开发时间，3D打印组件可以在几天内就完成制造。 XWB-97拥有有史以来首个最大的3D打印民用航空发动机组件 罗罗公司通过与英国制造技术中心（MTC）合作，在XWB-97发动机中采用3D打印制造了镍基合金前轴承座结构件，该部件直径1.5米、厚0.5米，大小类似于拖拉机轮胎。该组件并非整体，其包含的48个气动形状的叶片组件也是采用増材制造技术制成。 ▌巡航导弹等高超声速武器使用高温合金增材制造燃烧室   超燃冲压发动机是高超声速武器的源动力之一，其整个结构在工作过程中整体会处于非常高的温度状态，当飞行速度为6倍声速时，燃烧室温度达2700 K左右，进口处的温度甚至也达到1500K。 高超声速武器发动机再生冷却结构（点击查看） 如此高的温度普遍使用主动冷却系统，即再生冷却结构，其水力直径约2 mm，比火箭发动机的冷却通道尺寸更小。2016年，美国ATK公司采用激光粉末床熔融技术，实现了燃烧室的一次性整体成型，不仅大幅降低了设计与制备难度，而且有效提高了燃烧室的整体性能，而高温合金就是制造燃烧室的主要材料。 ▌增材制造镍基合金用于火箭发动机部件 2017年，美国洛克达因公司与美国空军合作开发了价值约1.15亿美元的AR1火箭发动机，旨在取代俄制RD-180发动机。 AR1火箭发动机采用3D打印制造了一种高强度、耐烧蚀性好的镍基超金属合金材料(Mondaloy200™)，用于制造转子和流体之间传递能量的发动机部件，此前俄制RD-180发动机部件需要金属涂层，而这种新材料则无需涂层。 ▌空客部署高温合金大型工业级金属增材制造系统 2016年，西亚基公司向空客交付的电子束增材制造(EBAM)110系统，能够在打印过程中实时监测和控制，可用于许多金属和难熔合金，如铁、钽、铌、钨、镍和不锈钢等。 EBAM 110系统建造尺寸为1778×1194×1600 mm 从诸多报道也可以看出，当前电子束3D打印正普遍用于高温合金的成型，除了上述案例，最为知名的当属GE在近两年大批采购和使用ACRAM EBM打印机，其生产的钛铝合金叶片已经应用于GE9X发动机，相比传统使用的镍基合金轻50％左右，具有更加优异的强度重量比。 GE9X发动机低压涡轮TiAl合金叶片（点击查看） END 高温合金增材制造作为目前的研究热点与前沿方向，主要围绕钛合金、镍基高温合金、钴铬高温合金等材料开展大量技术与应用研究。该应用方向主要开展的关键技术研究包括：开发模型、性能预测、高温合金增材制造标准化等。未来，高温合金增材制造将成熟用于航空发动机、军用发动机、燃气轮机等装备，主要在燃气式、涡轮叶片、涡轮盘等核心部件的制造中使用，有望大幅降低武器装备的生产成本，缩短生产周期。 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 国内空天动力部门对3D打印高温合金的有哪些要求 突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 发动机涡轮叶片的传统与3D打印制造过程 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

近年来，随着设备制造商推动传统金属粉末生产商提供专为航空航天、国防和生物医学领域应用而设计的特种粉末，使得高端材料增材制造的成本持续增加。基于此，粉末的可回收性和循环使用就变得更加重要。在本篇文章中，3D打印技术参考将具体阐述在金属增材制造过程中，粉末回收与循环使用存在的一些挑战。 ▌了解粉末降解行为的差异性 在一个或多个打印周期后，不同类型的粉末会出表现出不同的性能变化。Inconel 718在循环使用过程中具有较好的化学稳定性，但在评估可重复使用性时会受到形态和流动性的物理特性限制。这些材料在较高温度下熔化时，熔体周围的材料变形并烧结在一起，这会使粉末颗粒变大并且不可用。而钛合金粉末则更容易吸收氧，粉末较高的氧含量会导致打印失败，因此，必须时刻关注粉末的氧化情况，其使用次数也会受到很大限制。 了解不同类型粉末的降解行为对于制定至今尚没有的粉末再循环性标准是重要的。 金属粉末多次循环使用后的降解情况 在一项高温材料可回收性研究中，研究人员通过对多次SLM打印循环的粉末进行分析，以了解对粉末和零件性能的影响。在多次打印过程中，附着在较大粉末颗粒上的卫星粉开始分离，形成较小的单个颗粒。同时，粉末颗粒开始熔合在一起形成团聚体，其中的颗粒破碎成不完整的细颗粒。所有这些都影响了粉体的流动性和堆积密度，使粉体粒度分布变宽并且粉末的氧含量增加。然而，在使用相同批次的粉末连续13次循环之后，粉末仍符合成分规范，满足可重复使用的要求（研究详情已上传）。 ▌两种方法提高粉末的可重复使用性 提高金属粉末的可重复使用性，需要确定合格的技术来修复不合格的粉末并使其可重复使用。目前一种比较流行的方法，是在每次构建之前将新粉与旧粉进行混合。它可以降低粉体中的氧含量，还可以调控粉末粒度分布、松装密度等物理性质。但是，目前尚没有确定的混合标准，用户多凭借经验来确定最佳比例，这些尝试通常根据使用的材料和制造的零件类型而有所不同。 另一种合理的修复技术是使用感应等离子体工艺，它能够将形状不规则、流动性较差的粉末通过送粉器送入感应等离子体中，利用高温使其迅速加热并熔化，形成液滴，在表面张力作用下团聚成球形，在下落过程中发生重新凝固，从而获得球形粉末颗粒。该方法可以改善粉末流动性和堆积密度等特性。 感应等离子体工艺处理前后对比 通过重熔和固化粉末颗粒来降低孔隙率，提高粉末密度，通过提高等离子熔炼温度和修改保护气体可以选择性的去除杂质提高粉末纯度。研究机构EWI已经使用这种方法进行了一些早期研究，但必须进行进一步的测试才能评估粉末修复的可行性。 ▌制定行业准则以提高可追溯性 在粉末修复技术方面仍有很多工作要做。例如，虽然新旧粉末混合可以降低粉体中总的氧含量，但粉体中仍旧包含具有高氧含量的颗粒，如果这些颗粒最终进入零件，则可能发生灾难性零件故障。一些研究表明，在Ti-6Al-4V粉末中，较高的氧含量会导致零件的拉伸强度降低。 在高端应用方面，制造商倾向于使用新粉末进行关键部件的的3D打印，从而保证制造部件性能的一致性并将风险降至最低，这种做法产生了大量的“不合格”粉末，代价高昂。随着增材制造生产和粉末消耗的增加，粉末可追溯性将持续受到关注，这将导致与增材制造过程相关的成本增加。 END 为了使3D打印材料在技术发展中可负担得起，最重要的是开发标准的方法，不仅可以对粉末进行翻新处理，还能对粉末进行鉴定并重新投入生产。目前国外EWI正在通过其增材制造协会以及ASTM AM卓越中心来制定指南，国内也有高校和研究结构进行相关研究，详细的研究资料已上传QQ群，另请关注延伸阅读内容。 欢迎转发 延伸阅读： 国内空天动力部门对3D打印材料发展的有哪些要求 粉末一致性对3D打印的意义 粉末粒度分布和微量元素差异造成的金属3D打印质量问题 金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

传统的电子元器件通常是坚硬的，而柔性电子器件以其独特的柔性和延展性，在武器装备中具有广泛的应用前景。采用增材制造技术，将超薄的导电油墨等材料直接打印到柔性基底材料上，可实现武器装备的结构功能一体化。近年来，外军积极利用增材制造技术改进装备设计，实现结构功能一体化。 ▌将电子器件直接打印到武器装备上，提高装备性能 美国陆军尝试采用增材制造技术将电子器件打印至头盔、战服、无人机和火炮等装备上。研究人员使用喷墨打印机和电流传导油墨来打印电子器件。 3D打印的柔性电路板 3D打印的无人机电路板 这一工艺使工程师可将传感器直接打印至武器或一件衣服中。例如，将由银纳米粒子构成的无线电天线打印至一个灵活的聚酰亚胺衬底上，然后嵌入士兵的头盔中，取代目前附着在头带上的天线。或者，电子器件可打印至火炮旁侧，从而释放更多空间。 ▌开发新型3D打印可穿戴天线，可用于战场通信和监控等 印度军方开发出一种轻量、灵活和防水的3D打印天线，可以植入士兵们的军服中，该设计（由环氧树脂基板和薄铜膜组成）比传统的天线模型要更加灵活。 通过智能材料和结构实现功能性 3D打印天线长约3厘米，宽约4厘米，设定的工作频率在3.37 GHertz左右，可以嵌入纺织品，从而实现WiMAX（全球微波接入互操作性）应用。除了军事应用，这种天线也可用于远程医疗和环境监测。 ▌利用3D打印实现发动机叶片的监测功能 喷气式飞机的维护费时费钱，但将传感器打印到航空航天部件上的一种新的3D打印方法有助于优化这一过程。英国利用气溶胶喷射技术，能够将应变及光学蠕变传感器直接打印到喷气发动机压气机叶片表面上。 在涡轮叶片结构上直写传感器和电路 利用传感器的激光检测系统和光学测量功能，研究者们能确定10纳米内的元件蠕变。这使得人们可以实时监测叶片工况，有助于提高燃油效率和发动机工作温度，降低航空航天器维护成本。 END 目前，该应用方向主要开展了结构功能一体化设计、增材制造新材料开发、多材料3D打印等关键技术研究。未来，雷达、天线、探测器等电子器件将更多采用增材制造技术生产，而柔性电子器件的增材制造是未来发展的热点。此外，还将实现可穿戴式传感器、嵌入式电子器件的高效、低成本制造，大幅提升装备性能。 欢迎转发 延伸阅读： 阅兵式：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 外军：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

近年来，增材制造技术呈现出持续快速发展态势，军事强国围绕增材制造技术进行研究攻关，加速推进其在各类武器装备研制与维修保障中的应用。随着制造工艺、适用材料、设备加工能力、技术标准等不断优化和完善，增材制造工艺将获得更加广泛的应用，并扩展到更多的武器装备及其关键零部件设计及研制生产中。 综合分析近年来增材制造技术的研究进展，以及外军増材制造应用的典型事例，可以预见，未来将在八个方面将取得显著突破，成为武器装备增材制造技术应用的主要方向。本期我们介绍第一方面：突破发动机等复杂系统的设计局限，改进武器装备性能。 随着航空航天领域的发展，发动机等复杂系统的性能要求越来越高，产品研发难度也将显著增大，采用传统设计制造模式难以满足需求。增材制造技术在复杂系统设计及制造方面的优势将使其在发动机等装备研发生产中获得广泛的应用。近年来，外军已将增材制造技术用于火箭发动机、航空喷气发动机等复杂系统的制造，不仅简化了设计流程，并且实现了传统制造手段无法满足的设计要求，大幅缩短了生产周期，降低了生产成本，同时提升了武器装备性能。接下来我们介绍几个典型案例。 ▌实现世界首台电动液体火箭发动机快速低成本研制 2016年，美国火箭实验室公司开发出世界首台采用电动泵输送推进剂的液体发动机——＂卢瑟福”，其75％以上的部件采用增材制造，可3天完成生产。由于减少了燃气涡轮泵系统中大量复杂的管路、阀门，及燃气发生器等装置，可大幅降低复杂度和制造成本，提高可靠性，便于快速批量生产。截至7月份，该公司已打印了100台卢瑟福火箭发动机。 Rocket Lab首席执行官彼得•贝克与3D打印（EBM）制造的火箭引擎▌实现火箭发动机喷嘴创新设计 火箭发动机喷嘴的外部结构看起来简单，但其内部结构非常复杂。2018年，NASA马歇尔太空飞行中心采用激光直接沉积金属丝材（LWDC）的方法，实现喷嘴冷却液通道的精确封闭，同时在适当的位置形成支撑结构，实现了火箭发动机喷嘴的创新设计，将喷嘴的制造周期从几个月缩短至几个星期。 NASA采用LWDC制造的多材料复合再生冷却推力室关于该工艺及产品的具体研究资料已上传QQ群▌GE公司将增材制造技术作为发动机设计制造的重要手段 2017年，GE公司采用面向增材制造的设计和制造方式完成了T901-GE-900涡轮轴发动机样件的生产，该发动机中使用了大量的增材制造零部件，其中一个零部件是由原来需要51个子部件组装而成的，使T901发动机的重量降低了20%，经过测试，其性能也获得了提升。 阿帕奇和黑鹰直升机使用T901动力 END 目前，该应用方向主要开展了复杂结构件设计、面向增材制造的设计、蜂窝结构设计优化、增材制造可靠性提升等关键技术研究。未来，火箭发动机、航空发动机等复杂系统将大量采用增材制造设计和生产，并且更多的复杂系统将逐渐采用面向增材制造的设计，突破传统设计局限，实现性能提升和创新式发展。更多内容，请关注延伸阅读。 关于NASA采用LWDC制造的多材料复合再生冷却推力室的具体研究资料已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例 3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

当前以SLM为代表的金属打印技术面临的一个重要问题是打印速度太慢，而慢的主要原因来自于刮板漫长的铺送粉和打印过程。针对于该问题，一些设备商对打印机进行了改良，即实现了双向送粉及多激光同时打印，此举将金属打印的速度提升了一定规模。 这似乎已经到达了改良的极限，然而由Aurora Labs研发的多层并行打印技术（由于传统多激光器打印机可实现激光同时打印因此称其为多点同时熔化并不准确）将金属打印的速度实现了一次新的飞跃，并达到传统SLM打印速度的8倍。接下来，请跟随笔者从动画和实际打印过程的角度揭示这项技术的神奇与潜在不足之处。 多层并行打印技术动画演示 多层并行打印技术的特点 这项被称为RMT的技术由澳大利亚金属打印机制造商Aurora Labs研发，其打印速度可以实现每天1.96kg钛合金成型，号称能以市场55倍的速度提供零件，其依赖的关键便是多层并行打印，即刮板一次往复便实现多层铺粉和成型。（今年2月份该公司称其在测试中已实现113公斤/天 的打印速度。今天，该公司最新的测试数据已经到达350kg /天，材料不详） 过程立体演示 送料结构俯视图 从刮板结构我们可以看到，它区别于传统的SLM刮板，整个刮板几乎可以覆盖整个成型缸，因此可以称为送料机构。上面分布多个料槽，期间有多条空隙，该空隙即激光打印区域。在工作过程中，设备采用上供粉的方式分别给每个料槽提供足量的粉末，在送料机构运动过程中，激光同时进行零件相应截面相应位置的打印。 供粉、铺粉与打印过程并行 该技术的神奇之处还在于零件不同位置可实现不同高度的同时打印（即多层并行），先行铺粉的位置首先开始打印，后面的料槽在新打印完的位置铺粉后可继续进行下一层打印；同时前面的料槽在前行方向上相应位置铺粉后也开始打印，即不同位置，打印高度不同。 不同位置打印的高度不同，也可清晰看出料槽深度的逐渐变化 多层并行打印的问题 通过对打印过程的分析我们可以知道其料槽的深度应该是进行了不同设计，使每个料槽恰好能够实现对已打印部分的单独铺粉。但同时笔者也发现了一个问题，即如何实现打印平面即焦平面。在一个循环周期内成型缸Z轴保持不动的情况下，这种打印方式势必造成不同位置因为高度不同导致激光焦点位置的改变。笔者猜测该技术的光学设置是在一个循环周期内覆盖了正负离焦的状态。 实际打印过程 配合实际的打印过程可以更好地理解其技术原理，笔者从中看到了4个料槽，即一个周期它可以打印4层。除了送料机构的回程时间外，激光几乎一直处于扫描状态，这确实比传统的SLM要快很多。除此之外，实际送料机构的运动速度需要满足激光在间隙位置有足够的时间完成熔化；至于多点同时熔化，极有可能是设置了多台激光器。 使用RMT技术创建的发动机尾喷管 使用RMT技术创建的不锈钢菱形球表面 另一方面，速度快意味着其他方面要做出一些牺牲，上面提到的激光焦平面问题导致的性能问题存疑；另一个就是其表面质量，至少目前看起来是存在不足的。 END Aurora Labs已于今年夏天通过完成构造并开始进行实时Beta测试，其成型尺寸为φ450 mm x 400 mm，每小时可打印30公斤材料（未知粉末）。目前正在进行一系列的机器校准、打印调试和测试。不过笔者认为该技术尚属于小众范围，并不会引起业内同类竞争现象。 注：文中若有不正确之处还请指出，联系方式见下方。 欢迎转发 延伸阅读： 多光束下的激光打印系统 正面PK：HP Metal Jet和SLM谁更快，更具性价比 金属选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 多激光无缝拼接的大尺寸粉末床激光熔化自动化设备是怎么工作的？  

轻量化的实现途径主要有三大方面：一是材料的优化设计和应用；二是产品结构的优化设计；三是先进制造技术的开发应用。三者相辅相成以实现最终产品的轻量化制造，而这其中产品结构优化设计和材料的优化设计具有广大的研究和开发空间。本期我们讨论的重点是3D打印轻量化制造的第一部分，材料和工艺。 轻量化材料就是可以用来减轻产品自重且可以提高产品综合性能的材料。材料轻量化，指的是在满足机械性能要求的前提下，通过采用轻量化的金属和非金属材料实现重量减轻的方法。在当前的轻量化材料中，钢铁仍然保持主导地位，但钢铁材料的比例逐年下降，铝合金、钛合金、镁合金、工程塑料、复合材料等材料比例逐渐增加。这些材料在汽车制造领域的应用尤其广泛，我们讨论的重点也在该领域。 ▌金属轻量化材料 铝合金 汽车上常见的合金材料大多为铝合金、镁合金。其中铝合金是现阶段应用最广、最为常见的汽车轻量化材料，曾有研究表明铝合金在整车中最多可以使用540kg，这样的情况下汽车将减重40%，奥迪、丰田等的全铝车身就是很好的例子。 目前铝合金3D打印材料种类主要有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi12等，其中AlSi10Mg几乎占据绝对主流。针对AlSi系列合金的力学性能不高，无法满足高强度要求的现状，目前开发出的高强铝合金有空客的Scalmalloy、英国铸造公司Aeromet International的A20X、长沙新材料产业研究院的AlMgSc系以及苏州倍丰的Al250C等。 奔驰汽车3D打印的铝合金恒温器盖 2017年，梅赛德斯-奔驰在制造业转型中迈出了重要一步：使用3D打印技术生产金属部件，其中就包括采用铸铝合金3D打印的奔驰卡车的恒温器。不仅如此，梅赛德斯-奔驰表示，该环节通过了所有严格的质量测试。 钛合金 钛合金的主要优点是低密度、高强度密度比和优异的耐腐蚀性，另外即使在温度升至500°C时仍能保持很高的强度。钛合金用于汽车与钢、铝合金以及镁合金相比的主要缺点是成本高，但其在汽车其他方面的应用具有轻量化的潜力，可用于制造悬架弹簧、排气系统等部件。 采用3D打印制造的布加迪跑车钛合金卡钳，重量由4.9公斤减少至2.9公斤 一个典型案例是布加迪对传统的刹车盘的设计优化，其采用高强钛合金代替传统铸铝，虽然材料的密度有所提高，但材料性能得到大幅提升，配合结构设计，最终通过3D打印制造的卡钳重量减轻了40%。除此之外，钛合金作为一种高强轻量化材料，在航空航天领域具有极大的应用空间。 镁合金 镁合金也是一种强度较大的合金材料，现阶段我们可以在汽车轮毂、离合器等部件上看到它的身影，尽管它比铝合金更轻，但在汽车上的用量却很少，从目前来看世界一流的汽车上镁合金用量也仅为10kg，而自主品牌汽车镁合金用量则更少，仅为3kg左右。想要大规模的使用镁合金，还需在技术和成本上有所突破。关于镁合金的3D打印应用，目前多见于研究，公开报道的案例非常少见。 镁合金在汽车中的应用 ▌非金属轻量化材料 碳纤维 除了合金以外，近些年汽车上也出现了一些新型轻量化材料，碳纤维就是其中之一。有研究表明，如果用强度可靠的碳纤维替代钢材，车身、底盘的质量将下降40%-60%，轻量化效果可见一斑。 多材料空间框架：铝合金+超高强度钢板+碳纤维增强复合材料 碳纤维目前无法直接用于3D打印，通常作为增强材料使用，包括基于激光烧结的短纤增强和基于FDM的长纤增强两种。将碳纤维嵌入到常规材料中，可以使部件强度提升几十倍，其强度重量比甚至超过很多金属材料。这种制造工艺更类似于新的材料设计，因此在轻量化方面有非常广的应用空间。 碳纤维长纤增强3D打印：左测基材，右侧增强材料 福特3D打印的碳纤维进气歧管 在2015年的托纳汽车耐力赛期间，福特采用碳纤维3D打印制造了赛车增压室进气歧管，部件的制造仅一周时间，从而为汽车开发工程师提供了更多的测试、调整和完善时间。除此之外，福特车队的赛车还包含众多其他的3D打印部件，为赛车的轻量化、快速制造提供了保障。此次比赛，该车队也赢得了冠军。 工程塑料 另一种轻量化的材料是工程塑料，多用于制造汽车内饰件、电器件、进气歧管、控制面板等部件，既可以用作原型验证，也可直接制造最终功能部件。武汉萨普曾采用尼龙材料打印了2*0.5*0.7m的大尺寸汽车仪表盘，可对抗高温和高频振动，研发周期缩短了47%，制造成本降低了54%，而且还实现了轻量化。 3D打印的尼龙材料2*0.5*0.7m的大尺寸汽车仪表盘 奥迪汽车3D打印一次成型彩色透明尾灯盖玻片 特种塑料的3D打印市场在近年来呈现增长趋势，这不仅体现在用于3D打印的特种材料的丰富，还包括打印设备、工艺以及应用的多样化。知名的特种塑料3D打印制造商还有Stratasys，其针对航空航天、汽车行业开发了专门的打印机和高性能材料，有的甚至已经获得了航空认证。 3D打印的汽车特种材料零件 特种材料的3D打印区别于传统的塑料打印机，它往往需要更高的打印温度和保温环境，在设备开发过程中往往具有一定的门槛。目前较为知名的FDM品牌有markforged、Roboze、Apium等，国内方面有一迈智能和上海远铸等公司。这些特种材料一般包括PA、PEEK、PEKK以及PEI等。 ▌轻量化材料与先进制造工艺结合 轻量化材料的使用必须与产品设计和制造工艺相结合，只有这样才能达到有效的目的。开发适应轻量化材料的新工艺不仅可以加速新材料在汽车上的使用，同时还可以降低材料成本，有利于扩大应用。据汽车界人士预测，在今后十年中，汽车自身质量还将减轻20%，除了大量采用复合材料和轻质合金外，新材料的集成制造工艺会显著降低车身部件数量，车身设计方法也将发生重大变化。 3D打印作为一种先进的新型制造工艺之一，受到了来自汽车制造商的广泛重视，它的优势体现在增量制造所带来的材料浪费损失的降低，以及集成制造带来的轻量化效果的大幅提升。即便3D打印可直接制造的材料仍然有限，但在轻量化材料直接制造方面似乎并未遇到太多阻力。 目前，成熟的3D打印工艺和材料受到了很多汽车制造商的重视，大众、福特、宝马等汽车厂商均设立了包括增材制造在内的先进制造中心，这无疑为汽车的轻量化制造带来了更多机遇。 欢迎转发 延伸阅读： 奥迪实现高效3D打印产出的应用经验 大众汽车：在生产线上使用3D打印机进行车辆生产 福特汽车：借助3D打印技术重塑汽车生产线 FDM 3D打印技术如何助力汽车行业应用 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

一双运动鞋究竟能有多贵？坎爷（Kanye West)和阿迪达斯（adidas)联手发布的运动系列Yeezy刷新了我们对于鞋子的认知，一双普通款也要将近2,000元，联名款、红椰子、限定款则动辄上万。仿制的巨大利润使得高仿的Yeezy鞋从福建、广东及越南等地不断流入市场，真伪核验成本又极高，一直是困扰adidas公司的问题，而Futurecraft 4D将可能在当下解决这一问题。 无法复制“未来”？ 2018年3月Adidas正式发售10万双 Futurecraft 4D跑鞋，每双价格为2,600元。与以往技术所不同的是，这次的鞋底采用了硅谷3D打印技术的独角兽企业Carbon的CLIP技术进行生产。 Futurecraft 4D 10万双发售后很快售罄 “现在主要的生产在常熟工厂，我们和adidas有协议，同时adidas也是我们的大股东，所以没有办法销售给其他鞋类企业”，一位Carbon的高层人士告诉TCT。“目前我们的设备还没有供给其他国内企业，就算有的话，也很难出现仿制，因为打印的整个过程是需要联网操作的，材料需要使用我们的材料，打印制作的参数全部存在云端，只有打印时候才会将这种材料的参数下载下来，而同时打印作业也需要上载模型到云端，一旦发现鞋类的相关产品打印机可以进行设备停机。双重保障之后，就算有厂子可以从其他渠道拿到生产设备，也没有办法生产鞋底。“ 视频Carbon 3D打印宣传视频 “高仿“不再有 随着futurecraft的上市，仿制款也悄悄地开始进行开发，之前运动鞋行业就有传言2018年年底就会出该款的版型，不过时至今日还没有看到高仿的踪迹。目前在某网上平台上搜索得到近似的仿制产品，价格仅仅为60元左右，在产品示意图上完全照搬了adidas的鞋底设计。 拼*多的网络图片 实际到手后仔细观察以后则会发现这个打印完全是注塑完成，中间做的发泡的实心结构，根本不是中空的结构。 拼*多售卖的鞋中间做的发泡的实心结构（TCT Asia供图） 根据了解目前仿制这款鞋子最大的难度在于材料和工艺。Carbon在技术上并非独此一家，目前国内也有不少企业购买了如联泰、中瑞、金石等光敏树脂类3D打印设备，用以制作鞋模，其原理和Carbon基本相同，但是与鞋模不同，生产直接使用的鞋底需要保证鞋底的弹性和韧性，这两种特性是普通光敏树脂材料很难达到的。 3D打印的鞋模产品 国产品牌的3D打印之路 国内运动鞋两大品牌李宁和匹克在2012-2013年就开始着手研究3D打印技术对于未来运动鞋的发展情况，李宁（中国）运动研发中心技术总监林永佳先生告诉记者，他们是德国EOS激光烧结型3D打印机国内最早的客户之一，目前他们拥有了三台不同技术的3D打印设备，3D打印面向生产级的开发将是他们的下一步计划。 2018年李宁在巴黎时装周发布了首款实现定制化的3D打印跑鞋 相比之下匹克的动作则更为迅速，是目前国内最早开始生产3D打印运动鞋的企业。 2017年与北京易加三维合作，开发了3D打印运动跑鞋，和adidas采用的策略不同，匹克使用的属于激光尼龙烧结，技术路线和另外一家国外大厂Under Armour的策略基本一致。 Under Armour推出的3D打印鞋 两种技术上各有优缺点，从生产的角度而言Carbon的设备面向大规模生产，在打印速度上是快于尼龙烧结，但是由于是收到紫外光的固化成型，在使用过程中长时间的暴露在阳光中比一般的塑料更容易脆化。而激光烧结主要则是打印时间相对较长，应对小批量的生产足矣，但是对于大批量的经销商囤货就很难处理。目前匹克的这一款鞋也主要在线上进行直销可能也有一定的关系。 匹克新款3D打印鞋 10月在深圳举办的TCT将为鞋履行业带来更多解决方案 作为全球最知名的3D打印技术的专业展，在英国伯明翰已经举办超过24年，今年10月15-17日TCT将首次登陆深圳会展中心，和在上海成功举办的TCT亚洲展的有所不同的是，TCT深圳将更多聚焦在华南地区的技术应用方面，其中鞋履将作为重点被关注。除了中瑞等一批鞋模类型的3D打印企业以外，您还将看到其他企业还有： REVO塑成，展位号 E34 3年磨一剑，塑成公司公司将展出其设备和携带以及使用其设备打印出的Revo 3D打印跑鞋。 塑成3D打印跑鞋 PACE X 塑成公司成立于2016年，创始人海伦博士毕业于美国弗吉尼亚理工大学高分子科学与工程专业实验室的。和Carbon的创始人Joe DeSimone师出同门，回国创业后以最初以材料开发为主，3年以来，不断专注于打通软件、设备和材料，此次将首次展出利用其设备。 Formlabs，展位号 H22 同样为光敏类成型的设备，Formlabs比Carbon成名更早，早些时间以Form级小型桌面级3D打印设备成为全球第一家3D打印的独角兽，目前其已经向市场推出了新一代小型3D打印设备form 3和大型的面向生产级3D打印设备 Form 3L。 Form 3L设备 目前form 3的设备生产已经迁移到深圳本地生产，其服务本地化的能力也将比以往进一步加强，其与New Balance推出的990 Sport TripleCell 3D打印鞋也证明了其提供光固化打印鞋底的产品能力。 New Balance 与Formlabs 合作，推出TripleCell 990 Sport 3D打印限量款运动鞋 10月16日TCT深圳展同期还将举办TO C设计论坛，演讲嘉宾包括： 预约参观TCT深圳展通道现已开放，现在预约完成参观，我们将从本条推送的评论中抽取两位幸运观众，赠送一张TCT深圳论坛论坛单日门票，含所有参会资料、餐饮和茶歇。扫描下方二维码立即预约参观。 欢迎转发 延伸阅读： Carbon公司会来中国吗？它的商业模式如何？应用市场发展情况怎样？ Carbon已来中国，及可能面临的问题 五大鞋类领导品牌使用3D打印引领鞋业制造的未来 从先进制造的角度谈3D打印鞋垫的成本问题 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738

此前，增材制造的零部件并没有完善的测试手段，金属打印的部件常采用无损检测（如染料渗透检测、X射线和计算机断层扫描等）检查内部缺陷。这些传统的测试方法一度成为认证组件的有效方式，但它们往往非常昂贵，而且能够提供服务的机构也非常少。在这种情况下，质量保证的成本可能比生产成本高出许多倍。 金属打印计算机断层扫描检测 然而为航空航天业生产部件必须满足严格的质量标准，特别是在批量生产中，工艺稳定性和可重复性要求会很高。 在上周航空展论坛上，航天海鹰的负责人员提到，在3D打印制造过程中，第一次打印的零件缺陷出现在这个位置，而且是通过破坏性的手段找到的；通过一些手段处理后，在第二次的打印过程中规避掉了上一次的缺陷，但其它位置又出现了新的缺陷。这样造成的制造成本相当高昂，那么还要不要进行第三次的制造，即使再次打印，能否保证这一次就没有缺陷？这便是制造稳定性和重复性的问题，是金属打印面临的重要问题。同时他也提到，采用无损检测的手段的成本相当高昂。 金属打印钛合金航天阀体的制造成本同样非常高昂 那么有没有成本低廉的无损检测手段？本期我们要介绍的便是，采用在线监测保证金属打印产品质量的有效性，以及它所带来的质量检测方式的重要转变。 ▌批量生产过程中的端到端监控 由于对安全认证的要求极为严格，新的增材制造工艺在发动机制造领域面临重大挑战。从原材料到最终产品，必须对任何预定飞行的部件进行持续监控，确保其完全没有故障。这意味着工业3D打印的质量保证——测试技术、过程控制和文件记录——需要新的方法和经济理念。 全球第5大航空发动机制造商MTU一直致力于使用增材制造开发金属发动机部件的质量保证措施。该公司于2013年开始开发光学层析成像技术，以期为增材制造工艺提供100％的监控和记录。多年前，MTU与EOS已签署框架协议，共同开发其技术战略。 eos熔池质量监控 由MTU开发的光学层析成像(OT)，是EOS模块化监测产品EOSTATE ExposureOT的强大补充。除了监控一般系统状态的多个传感器外，OT技术使用sCMOS工业相机监控整个制造环境，并以高分辨率测量熔化过程的热量排放，始终控制材料的扫描过程和熔化特性，确保最佳的铺送粉和成型质量。同时，可配置软件将记录每层打印质量的详细信息。 铺粉质量质量 MTU光学层析成像可以再现监控过程，并提供整个制造过程的质量分析方法，从而能够逐层和逐个地对金属增材制造过程进行更全面的质量控制。以前在下游进行的质量控制过程的很大一部分（无损检测）现在可以在制造过程中进行，从而显著降低与质量保证相关的成本。这同时能够满足批量生产中客户的要求。 ▌光学在线检测与传统无损检测的有效性比较 多年来，MTU一直在增材制造中使用EOSTATE Exposureot监控模块，为最新一代空客A320neo涡扇发动机的部件的工艺开发和制造提供保证。公司在质量保证过程中获得了丰富经验，并在此基础上与其他非破坏性技术进行了比较。 用于空客A320neo的齿轮传动涡轮风扇发动机的管道镜凸台的增材制造 对比一：在线检测与无损检测的有效性对比 MTU对金属打印的部件，分别使用常规射线和光学断层扫描技术进行检测，并与光学层析成像技术进行系统性的对比。对比的依据在于，EOSTATE ExposureOT能否像传统测试方法一样可靠的检测出每种可能的缺陷类型，包括孔洞、孔隙、固体夹杂物或不完全熔合；以及在线监控能否实现更高的检测概率。 对比二：在线检测与破坏性检测的有效性对比 MTU还系统性的进行了与破坏性测试的比较，如对样品横截面的显微镜检查等。 结果 与常规X射线检测、CT断层扫描以及破坏性测试相比，在线监控技术可以实现更高的缺陷检测概率，特别是对于不完全熔合的缺陷。这意味着采用常规检测方法发现的任何缺陷，在光学层析成像监控的帮助下都清晰可见。 熔化过程再现 MTU增材制造技术主管介绍，EOSTATE ExposureOT能够可靠地发现部件何时何处产生缺陷。这使他们能够在管道镜凸台系列的生产中完全不必再使用X射线和CT检测，这节省了巨大的成本。未来，MTU将会把EOSTATE ExposureOT从简单的过程监控技术升级为官方测试方法。 打印完成的内窥镜凸台 对过程控制的统计可以大大简化评估结果，分析软件会根据几个定性的无缺陷制造工作设置可容许偏差的可靠性曲线，只有在观察到偏差时才需要进一步测试。 END 研究结果显示的可靠性逐渐增强了人们对新技术的信心，并导致MTU质量保证方式的转变。使用光学层析成像对制造过程进行逐层实时监控，是进行增材制造部件质量保证的首选方式。 在过去的文章中，笔者也曾介绍过雷尼绍的在线监控能力，工程师借助LaserVIEW和MeltVIEW的模块，可以比较每个传感器的数据并发现任何可能的变化，从而对缺陷进行原因分析。 对于国内的打印机来说，已经开发在线监控并具有数据分析能力的制造商目前几极少，但拥有这一能力，无疑将是该企业研究水平的重要体现。 监控系统详细功能已上传QQ群。 欢迎转发 延伸阅读： 金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 X射线显微CT在增材制造技术中的应用 增材制造实时监控与工艺过程仿真 【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 长按复制 联系笔者：2396747576 工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738