鲁汶大学在增材制造研究方面拥有近30年经验，对增材制造的贡献排名全球第三，同时也是全球领先的增材制造学术机构之一。 鲁汶大学增材制造研究小组由鲁汶大学机械制造系教授 Ir. Ing. Brecht Van Hooreweder领导，其正在开展与激光增材制造相关的不同领域的研究活动，包括： 扩充增材制造材料库，包括陶瓷、铝和生物材料； 通过分析微观结构、纹路、孔隙度和热应力，研究与静态和动态机械特性相关的工艺条件； 优化软硬件的机械设计和工艺； 增强对X光、CT、过程监控和后处理的质量控制。 为进一步支持研究活动的开展，增材制造研究小组专门建立了一间实验室，配备了增材制造硬件（包括3D打印机、后处理设备、寿命测试设备、测量设备、粉末生产设备）和软件解决方案，这些软硬件部分由供应商提供，部分自行研发。 开发新一代增材工艺鲁汶大学增材制造研究小组利用3DXpert教育版和3D Systems 的ProX DMP 320金属打印机针对增材制造的打印准备、优化、制造和控制开展大量研究项目。研究人员高度重视与3D Systems合作过程中积累的行业经验，大规模使用3DXpert软件进行工艺设计，更为增材制造研究提供了强有力的工艺设计和流程控制支持。Ing. Jitka Metelkova 表示，其最为欣赏的是3DXpert能够灵活整合所有增材制造流程，包括从设计到制造的所有流程，他是PAM2（Precision Additive Metal Manufacturing）项目的初级研究员、增材制造工程师和玛丽居里博士后。“不管是CAD工具进行简单的设计，还是根据保护气流动设置扫描策略和激光参数，我们都使用3DXpert完成，这样就没必要使用其它软件解决方案了。” “将3DXpert软件和打印机结合起来使用，能够很好地达到我们的研发目标，那就是为整个金属增材制造流程寻找一个综合解决方案。在此之前，我们必须使用独立的软件和硬件产品，导致工作流程十分复杂化，甚至有些重要的流程根本无法实现，”Ir. Ing. Van Hooreweder教授说道。 “ 将3DXpert软件和打印机结合起来使用，能够很好的实现研发目标，这是一个串联金属增材制造工艺研发流程的解决方案。”—Ir. Ing. Van Hooreweder教授 加速新材料工艺参数研发根据PAM²项目框架，鲁汶大学使用ProX DMP 320打印机处理了两种不同的马氏体时效钢粉末（等级300）。他们使用3DXpert软件开展参数研究，为两类粉末开发最佳参数，同时确保较高的密度和较低的表面粗糙度。增减材混合工艺流程鲁汶大学正在对一种新的复合制造工艺进行测试，该工艺将连续激光与脉冲激光结合，以便有选择性的对表面进行精加工。Jitka Metelkova教授表示，“3DXpert支持极其复杂的扫描策略参数设置，如重熔扫掠，使得我们能完成之前必须手工修改的参数设置。”定制网格结构为研究增材制造的Ti6Al4V 网格结构的复杂载荷条件，鲁汶大学的研究人员使用3DXpert设计了一种网格结构几何体，其具有变化的孔隙梯度。研究人员对这种新设计的几何结构进行了准静态拉伸、拉-拉、拉-压和压-压疲劳试验。研究结果《Fatigue life of additively manufactured Ti6Al4V scaffolds under tension-tension, tension-compression and compression-compression fatigue load》发表在Nature出版集团旗下刊物《科学报告》（Scientific Reports ）。 Jitka Metelkova表示，“3DXpert能够快速灵活地设计出所需的定制网格结构，正如本例中的疲劳样品，它具有很好的孔隙梯度，加快了我们的研究进度。” 未来增材制造工程师培养鲁汶大学机械工程系设有一门增材制造课程，讲述了各种增材制造方法对应的主要原理，并概述了增材制造行业的最新研究成果和当前遇到的研究挑战。 为确保未来的工程师能够适应增材制造研究和制造环境，增材制造课程框架中也包含了使用3DXpert软件进行扫描策略设计的教学内容。 助力增材制造行业未来鲁汶大学从一开始就积极参与增材制造研究，也对增材制造技术的未来充满信心。他们也将持续加大投资，解决增材制造技术的应用障碍。 “未来几年我们的目标包括准确预测增材制造得到的金属网格结构的疲劳寿命，研究实体区域和多孔介质区域混合的情况，并确保零部件质量好、可重复性高，”Ir. Ing. Van Hooreweder教授说道。“我们过去与Oqton 和3D Systems的合作非常成功、卓有成效，相信接下去也一定能合作愉快。” 520 Oqton Live Day5月20日，本周五，Oqton与 TCT 合作带来特别版线上Live直播！最新最全的功能展示、行业应用、技术专家实时连线，尽在「Oqton堃腾智能制造」微信视频号！点击或扫码识别，一键预约开播提示： △左右滑动查看更多 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.5月20日锁定TCT Asia…

Sintavia能够为航空航天、国防和空间等领域的客户设计和3D打印先进的推进系统和热力系统。该公司的产品包括火箭推力室组件、高性能热交换器、涡轮机械部件、先进燃料系统和高性能燃烧器组件。随着航空航天工业越来越多的将3D打印技术纳入供应链，Sintavia 已成为这些关键组件3D打印领域的重要参与者。 近日，美国总统推出旨在推动美国3D打印及制造业发展的“AM Forward计划”，并打卡Sintavia，该公司也被选中为AM 供应链的代表之一。 拜登打卡Sintavia Sintavia具有强大的增材制造能力，公司官网显示，其拥有来自GE Additive、TRUMPF、EOS、SLM Solutions等公司的26台多类型、高产量金属3D打印机，能够打印镍、铜、钛、铝和难熔金属。该公司是全球为数不多的仅以3D打印商业航空航天部件为中心建立航空航天质量管理体系的公司之一，也是极少数能够为载人飞行3D打印部件和涡轮机械部件提供认证的航空航天制造商之一。 Sintavia展示的装备清单 以采用SLM技术制造大尺寸部件著称 Sintavia与其商业航天发射和国防客户合作，对推力室组件进行面向增材制造的设计，满足并超越客户的任务要求。凭借强大的增材制造量产能力，Sintavia 能够设计出极具成本效益且功能强大的火箭发动机。Sintavia为Relativity Space 3D打印了全尺寸的铜合金Aeon 1火箭发动机推力室。 国会女议员访问Sintavia时的发动机画面 商用涡轮机械市场同样巨大，随着增材制造的加速采用，Sintavia在3D打印这些关键部件方面的领先地位也会增长。该公司近日展示了3D打印的adv船舶推进系统叶轮部件，直径550mm，高度300mm，重达140公斤，采用SLM Solutions_NA NXG XII 600打印，材料为镍基合金。Sintavia强调，该部件是在美国精密铸锻件供应链完全断裂的情况下制造的。 Sintavia近日展示的大尺寸叶轮部件 Sintavia近日展示的大尺寸叶轮部件 长期以来，3D打印一直被认为是热力学系统（如热交换器和底盘）的极佳的生产工艺，它能够以传统方法无法制造的几何形状创建内部通道。Sintavia在热建模方面的专业知识使其能够制造从250⁰ C-800⁰ C使用的热交换器和底盘，具有更高的传热系数和最小的压降损失。这些热交换器和底盘的内壁可设计为150μm甚至更小，重量比传统型号轻40%以上。 Sintavia近日展示的大尺寸热交换器 Sintavia在2022年4月展示了一件超大尺寸的船用海水热交换器，整个组件的外部尺寸达到406×406×990mm，使用AMCM M4K-4打印，打印时间花费12天，材料使用镍基合金。该部件是当前已知的最大尺寸3D打印热交换器。 美国拜登政府推出的AM Forward计划，不仅仅是为了推动美国中小企业生产3D打印产品，更希望此举能够提高美国制造业的竞争力。计划要求美国的一些最大的制造商承诺从规模较小的企业采购更多3D打印部件。大型企业还承诺帮助培训相关中小企业的员工，并协助制定通用的研发和认证标准。 Sintavia近日展示的大尺寸热交换器 “AM Forward计划”的一些启示 美国对3D打印技术的扶植可谓“动作“不断，尤其是2021年6月10日，美国防部研究与工程副部长办公室发布国防部5000.93指示《增材制造在国防部的使用》。结合此次推出的新计划，可以看出美国政府在促进传统制造行业积极使用这项技术，而不是单纯的给政策去鼓励这个行业发展。只有与其他制造行业互动，才是根本的扶植这项产业，这值得让我们有更多的思考。 然而，与美国相比，中国的国情大不一样。美国基础制造能力较为薄弱，在疫情期间暴露无遗，这也是拜登发出“3D打印技术是不可思议的”这样的感叹的原因。中国则不一样，我们的传统加工手段太发达，传统手段甚至可以比3D打印效率更高、成本更低。过去进行过大额投资的其他领域的制造商，后期设备闲置的太多，除了较为高端的航空航天和医疗，3D打印在国内其他行业中能够发挥的影响力与美国相比不可同日而语。 美国力促将3D打印技术扩展至高科技供应链中的更多企业有助于降低成本、提高美国中小企业竞争力，并减少大型制造商和防务承包商对海外公司的依赖。国内近几年也推出了很多政策和扶持技术发展的专项，然而，3D打印毕竟属于未来强有力的技术，政策的制定也需要考虑怎样将其真正落地。 但实际上从另一个角度去想，本文提到的美国这两项政策，一个明确的是来自国防部，另一个计划也是对通用航空、雷神公司、西门子能源、洛克希德·马丁和霍尼韦尔这样的公司提出的明确要求，这些企业也大都来自航空航天及国防制造行业。对比国内，我们也要思考，增材制造技术，到底应该在哪些行业更为深入的推进落地。 补充资料，均发布于 3D打印技术参考 视频号 欢迎关注 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Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 2.美国白宫发布更新版《关键和新兴技术清单》，3D打印再入其中，确保持续领先 3.NASA“探月”技术走进生活，增材制造技术也将融入民间 4.5月20日锁定TCT Asia Live，期待与您线上相约

增材制造技术突破了传统制造技术难以制造复杂结构及功能的瓶颈，能够实现材料、结构和性能的统一，是彻底从原材料到最终产品的全过程的数字化设计与制造方式。因此，增材制造为复杂零件的宏微观结构和功能的一体化制造提供了新契机，既可用于制造复杂曲面、晶格点阵，也可制造薄壁或空心结构等复杂零件，通过对材料的微观结构和组成成分的设计，还可以实现零件的结构功能一体化。 随着增材制造技术的应用规模不断拓展，工艺和设备的自动化和智能化需求日显重要。与此同时，增材制造技术还远不能满足现代制造业的标准化、自动化生产模式的需求。为促进增材制造技术的自动化和智能化，本文对增材制造的设计方法、材料、工艺和设备、智能结构、生物结构以及在极端环境中的应用进行了全面综述，描述了未来5~10年的技术研究路线图。 图 1 增材制造技术发展路线图 一、设计方法 面向增材制造的设计方法目前研究的主要方向如下： 1）拓扑优化。一种计算机辅助设计方法，用于生成复杂结构的创新设计，表现出刚度可调、梯度特征和优异的轻质性能。通过拓扑优化把多个部件合并成一个部件是常见的优化策略。 2）综合优化。结构设计需要同时满足多个目标和相关约束，例如复杂的载荷条件、耐热性、有限的应力和位移。综合优化不仅包括典型的结构设计约束，也包括工艺的约束，例如材料的各向异性、打印方向和过程参数。 3）微观晶格和宏观结构的梯度设计。 4）数据驱动的集成工艺-结构-性能的设计。以实现多个工艺参数、打印方向和结构设计的并行优化。 图 2 面向增材制造的设计方法（a）飞机机翼拓扑优化；（b）发动机的薄壁晶格填充；（c）耐热结构的双梯度材料和功能设计；（d）带有支撑结构的金属承重结构；（e）和（f）承重结构的无支撑设计；（g）钛合金多层级设计；（h）、（i）和（j）卫星支架的实体-点阵并行设计；（k）连续变化的点阵多层级设计。 未来增材制造设计方法的发展方向如下： 1）结构和多学科拓扑优化。结构设计的综合优化需要考虑宽频振动、循环载荷下的材料疲劳、极端高温和强辐射等极端情况，需要实施外部载荷的多物理量模拟，以增强和拓宽综合优化角度。所设计的部件保持必要的机械性能，并具有其他功能，例如光学、电磁、热性能等；引入多物理驱动的体积设计，将多尺度特征和多类型材料进行数字化整合，实现结构的功能融合。 2）知识库驱动的设计方法。这是智能设计和制造系统的一个重要方面，知识库包括材料数据库、功能晶格单元库、工艺参数组合、以及它们之间的相互影响关系。这些信息可以通过多物理过程模拟、人工智能以及机器学习算法建立。 3）以成本为导向的设计。收集设计、制造和服役期间的真实数据流，支撑面向成本的设计。在数字系统中实现产品设计的迭代过程将显著降低开发成本和时间成本。 4）自动化超材料结构设计。通过模块化、参数化设计方法，创造具有期望性能的超材料。 图 3 增材制造的智能化设计方法发展路线图 二、材料 增材制造技术可使用现有的多数材料，目前发展现状总结如下： 1）金属、聚合物、陶瓷和天然材料已经用于不同的增材制造工艺中。 2）在使用同质材料的基础上，已经开发了使用异质材料(包括各种复合材料和多种材料)的工艺，以便获得更高的性能、更多的功能，包括例如阻燃聚合物、直接金属和陶瓷复合材料。 3）具有某些响应特性的智能材料，如形状记忆的4D打印。 图 4 增材制造用材料的体系分类 增材制造用材料的未来研究方向： 1）完善材料设计理论。通过材料基因组建立专业数据库，实现智能优化选材。通过建立成分、工艺、微观结构与性能之间的内在联系，可以根据材料的性能设计出满足要求的微观结构。 2）对于以目标为导向的多层次、多因素材料设计。对于结构材料，要实现面向材料的增韧设计；对于智能材料，如形状记忆聚合物和合金，要实现可控的变形恢复设计。 3）智能复合材料。先进复合材料的先进制造技术将为实现跨尺度智能复合材料结构的设计和制造提供有力的工具。 三、工艺和设备 增材制造的工艺设备几年取得较大的进步，主要情况如下： 1）正在向智能化转型。在保持一定效益的基础上，在规模化生产效率、质量控制和柔性生产等方面提高核心竞争力。 2）将高端机床和智能工业机器人引入增材制造装备，大大提高增材制造过程的自动化控制水平。 3）设备自动化与数字信息化相结合。基于数据、软件和网络，结合多尺度建模、机器学习和人工智能等先进技术，建立数字生态系统，有效地将信息与物理过程联系起来，激发新制造能力。 4）机器人辅助下的增减材复合制造，可以通过在线识别和实时反馈实现自主路径规划和原位参数调整。 5）创建一个包含机械、统计和控制建模的数字双胞胎，以智能和经济有效的方式认证增材制造产品。 图 5 增材制造工艺装备的智能化和工业化发展路线图 增材制造智能化转型仍处于探索的早期阶段，其未来有如下几个发展方向： 1）开发多机器人协作下的混合增材制造解决方案。以敏捷制造为核心的混合制造结合了各种加工技术的优点，在多材料、多结构和多功能制造方面显示出良好的前景。 2）提高监控和传感设备的功能和集成度。增材制造过程中的信号处理涉及视觉、光谱、声和热，多功能传感器的集成装置将有助于其在行业中的应用普及；同时，通过与数据预处理软件的耦合，将提高物理建模、过程优化和闭环控制中的数据可用性。 3）将工业互联网融合成增材制造数字孪生。工业互联网可以解决数字孪生的核心问题——模型和数据，从而通过云平台共享和分析数据和模型。 4）完善增材制造数字生态系统。集成先进设备或技术，如工艺监控、信息感知、机器学习、人工智能、数据库等。 四、智能结构 增材制造技术在智能结构制造主要表现在以下方面： 1）可集成传感、驱动、计算和通信功能。比如纤维增强复合材料的3D打印使得分层和中空结构的集成制造具有重量轻、强度高和成本低的优点。 2）超材料制造。结合先进的微观结构设计方法，增材制造可制造具备非常规的机械、光学、声学或热性能等的超材料。 3）形状记忆聚合物、液晶弹性体、水凝胶先进材料。如传输或处理信息的新型3D打印电子设备、基于电气组件的具有感测能力的结构、监测心脏组织收缩的组织培养装置、对环境刺激具有动态响应的智能设备。 图 6 具有各种功能的智能结构：（a）具有热收缩性能的人造皮肤；（b）金属墨水直接书写和电子元件的取放相结合的平台；（c）导电和功能材料的电荷编程调幅；（d）可变形结构的4D打印。 智能结构制造的未来方向： 1）融合不同的物理场和多维打印，用于复杂的多尺度结构，基于传感和驱动能力的有效组合对刺激做出动态响应。 2）更多独特功能的材料。 3）在极端条件下的适应性。因此，在结构设计之初，就应该考虑各种不同的工作条件，集成在线诊断、柔性控制、全生命周期设计和自动原型制造的智能系统。 五、生物结构 生物3D打印技术的应用现状主要有以下几个方面： 1）不涉及细胞的3D打印假体和生物可降解支架。 2）活细胞3D打印结构，可以被植入以修复/替换人体中的缺陷组织/器官。 3）导电生物材料和聚合物，能够响应物理、化学和生物刺激。各种生物3D打印工艺也在不断发展，如嵌入式打印技术直接将细胞沉积在缓冲液中，基于光聚合的增材制造技术实现水凝胶储器快速打印，精确的单细胞打印等等。 图 7 生物3D打印技术的代表性进展：（a）悬浮液中基于挤压的生物3D打印人类心脏模型；（b）具有血管化肺泡模型的光聚合水凝胶的高分辨率立体打印；（c）装载细胞的水凝胶3D打印快速制造的组织结构。 生物3D打印技术未来的发展方向： 1）活体打印。3D打印的活体结构在结构和功能复杂性方面还不能完全匹配天然器官。3D打印技术在构建复杂多尺度结构时需要更高的空间分辨率和效率，此外还需要更多与3D打印兼容的功能生物材料。 2）跨学科挑战。有效控制3D打印结构内的细胞生长发育是其成功应用的基础。对于植入的活体结构的生物功能，应进一步建立活体结构和人体之间的相互作用和联系。 3）监管和伦理挑战。3D打印活体构是生物医学行业中的新事物，这些产品涉及伦理问题应受到高度监管。 图 8 生物3D打印技术发展路线图…

2020年，知名动力管理公司美国伊顿宣布，旗下汽车集团(VehicleGroup)正在实施一项金属3D打印计划，通过缩短开发时间、提高效率，来促进实现工业4.0战略。该集团致力于最大限度地减少其工具和夹具生产线的停机时间，以跟上车辆设计的快速迭代和全球对汽车零部件的需求。除了大规模生产，该公司还为全球客户生产一次性定制解决方案。 因此，找出如何快速有效的对生产线进行最佳改造是当务之急，但他们也努力快速、熟练地开发定制零件并进行原型设计，以应对运输挑战。通过实施3D打印计划，Desktop Metal最初的Studio System——一种专为办公空间设计的桌面金属3D打印系统发挥了重要作用。 桌面金属3D打印技术对伊顿的影响是立竿见影的。由于能够快速打印各种工具和夹具——从齿轮倒角过程中使用的一组复杂的气动钳口到相对简单的冲压工具——工程师能够将工具的交货时间从三到四个星期缩短到只有五到十天，效率提高60%以上。同时，3D打印技术参考还了解到，根据尺寸和设计复杂性，与使用减材制造或传统制造相比，打印工具的制造成本降低了40%到80%；此外，公司设计师可以使用增材制造来探索设计复杂性的新水平，并创建包含内部通道的零件。 左右滑动查看更多，图片分别为： •自动装载滚齿机夹具，进行齿轮倒角操作 •齿轮联轴器夹具，在齿轮测量机上测量零件 •用于产品原型的测试夹具 •母线盒安全装置，用于打开和关闭母线盒 •主轴齿轮夹持垫，用于装/卸载自动化设备的磨损接触垫 •轴压板，用于辅助将轴压入轴承内圈 伊顿公司高级工程师Alex Abernethy表示，“在使用增材制造技术之前，我们害怕失败，但自从使用增材制造之后，即便失败了，也可以很快地纠正错误。” 尽管伊顿拥有多年使用聚合物3D打印机的经验，但该公司开始寻找可以支持其车间的金属3D打印系统。该公司之所以选择投资Desktop Metal的桌面金属3D打印系统，是因为它能够显著降低生产工具和其他零件的成本和交货时间，以及其易用性和适合办公室的设计。此类型的系统不使用松散的金属粉末或危险的激光，操作员几乎不需要个人防护装备。 金属桌面3D打印工艺，以金属棒材或丝材为原料，内部混合有金属粉末、蜡和/或聚合物粘结剂，通过打印机的喷嘴热熔挤出得到零件生坯，然后通过脱脂和烧结，可得到致密化的零件。因此，此类工艺通常配备打印机、脱脂炉和烧结炉三个重要部分，3D打印技术参考此前对该工艺的整个流程进行过详细的介绍。 Desktop Metal的金属桌面3D打印系统 伊顿公司指出，该工艺能够更快地满足客户需求并快速迭代零件，金属桌面3D打印系统已成为该公司工程和工具室团队工作流程中的标准配置，并每天用于支持全球运营。 伊顿公司使用金属桌面3D打印系统制造的零件分为四类：夹持组件、测试夹具、工具组件和替换零件。 夹持组件：由于其许多传统机床全天候运行，伊顿工程师努力提高它们的生产力。一种方法是使某些过程自动化，包括在装卸过程中使用机械臂和定制夹具来夹持工件。打印夹具可减少制造提前期和零件成本，同时减少传统制造方法的物流和操作员负担。 测试夹具：金属桌面3D打印系统也被证明是生产定制夹具的有效工具。在将产品运送给客户之前，伊顿会进行定期测试，以确保其产品符合严格的标准并按预期工作。其中许多测试需要独特的夹具，而且几乎总是小批量生产。使用金属桌面3D打印系统制造这些固定装置是一个增值过程，使公司能够节省时间和金钱，并减少与传统制造方法和供应链相关的物流负担。 3D打印的不锈钢机器人夹具用于自动装载滚齿机 工具组件：许多大批量制造工艺依赖于硬工具，而硬工具通常是生产成本更高、更耗时的零件之一。通过使用金属桌面3D打印系统制造这些工具，伊顿缩短了这些工具的交货时间和成本。 更换零件：与其他制造设备一样，伊顿必须不断维护其设备并在零件磨损或损坏时更换它们。为避免在等待更换零件时长时间停机，公司必须保留许多替换零件或支付额外费用通过传统方法快速制造零件。然而，金属桌面3D打印系统提供了另一种选择。使用零件的3D扫描，伊顿工程师能够对没有图纸的几个零件的模型进行逆向工程，并调整现有设计以进行打印。使用3D打印系统，该公司能够在几天内生产替换零件，这比传统制造快得多。打印的零件也比传统加工的零件便宜90%。 左右滑动查看更多，图片分别为： •工业炉门挡 •炉门支架用于打开和关闭炉门的旋转圆柱体 •用于齿轮齿倒角加工操作的气动钳口 • 注油喷嘴，有助于更快的将油填充到产品中 •炉链导轨，用于装卸炉的传送带上引导链条 3D打印技术参考获悉，Desktop Metal最新的金属3D打印系统Studio System2仅包括具有软件控制工作流程的打印和烧结过程。新材料配方使打印部件可以直接放入烧结中，而无需典型的溶剂脱脂阶段。 使用该公司的Fabricate软件，零件创建的所有方面都是自动化的。该公司表示，该软件会自动缩放零件，为打印和烧结过程定向，生成可分离的支撑，并应用专业冶金技术来优化制造。3D打印技术参考了解到，Studio System2还可以在整个支撑结构中自动生成接缝，并在支撑结构和零件之间打印重新配制的陶瓷界面材料，从而可以轻松地用手拆除支撑。新的金属桌面3D打印系统还使用户能够通过按下按钮来更换打印头，并在打印作业期间使用可再填充墨盒系统快速更换材料。 Desktop Metal无疑是业内较为知名的金属桌面3D打印系统制造商，该工艺的国内代表制造商有上海复志（Raise3D）和深圳升华三维。上海复志通过与巴斯夫合作，于2021年推出了全新的金属桌面3D打印解决方案，可与当前MIM行业无缝衔接。5月20日，上海复志将举办线上开放日活动，登陆TCT Live线上展，参观巴斯夫Forward AM增材制造中心，探索金属桌面挤出式3D打印工艺的全流程，并和上汽等整车OEM和关键零部件的行业标杆用户交流，扫描下方图片中的二维码，期待大家参与。 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Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.知识分享：金属和高性能塑料桌面3D打印技术的落地应用 2.设计局限更少，功能驱动更多！铂力特研制船舶发动机冷却器 3.深度好文：讲透3D打印高强铝合金究竟是什么材料 4.拜登政府启动AM Forward计划，亲自为3D打印推动美国制造业发展站台

近日，3D打印技术参考获悉，GE Additive与工业技术的领导企业——美国肯纳金属公司达成合作，就前者的粘结剂喷射金属3D打印技术展开测试。肯纳金属将提升GE Additive在硬质合金碳化钨方面的粘结剂喷射金属3D打印能力，同时继续扩展其端到端金属增材制造解决方案，包括金属粉末、3D打印零件和工具生产。 GE Additive粘结剂喷射3D打印系统series3 美国肯纳金属公司一直是粉末冶金和刀具装置制造业的领袖，是集科研、制造及营销为一体的跨国公司，是有60年历史的世界著名硬质合金刀具生产制造商。该公司的的金属3D打印零件已经在石油和天然气、能源、工业加工和运输等各个行业获得了广泛的客户。肯纳将与GE Additive合作，利用其专有的硬质碳化钨材料，确定、设计和扩展后者采用粘结剂喷射进行特定应用批量生产的能力。 肯纳金属推出的硬质合金粉末 GE Additive继续开发其粘结剂喷射金属3D打印解决方案，促进增材制造成为实现批量生产的解决方案，其目标是每年生产数百万个零件。这一发展的关键是来自GE Additive 的Binder Jet Beta合作伙伴计划成员的持续实践投入。肯纳金属便是其最新的成员伙伴 肯纳金属在碳化钨增材制造领域处于领先地位，2021年9月，该公司推出新型的KAR85-AM-K碳化钨增材制造粉末，其具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，专为石油和天然气和能源行业的3D打印高性能最终用途部件而设计。碳化钨的密度和刚度大约是钢的两倍，杨氏模量在530-700GPa之间，极限抗拉强度为344MPa。碳化钨还具有2870°C的极高熔点，其硬度可与刚玉媲美。以传统方式制造时，这种高性能化合物通常用于工业切削工具、弹药、采矿钻头、手术设备等。 GE Additive粘结剂喷射3D打印系统配备的烧结炉 与标准碳化钨不同，肯纳的KAR85-AM-K粉末采用专有的钴、镍和铬配方，与其他钴基钨牌号相比，该材料具有更高的耐腐蚀性。 GE Additive开发的粘结剂喷射金属3D打印机早期版本的成型尺寸达到390*390*267mm，并与当时GE的各业务部门通力合作，共同支持该技术的研究与开发。GE Additive已经可以打印航空、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。 GE Additive粘结剂喷射3D打印的液压歧管 从GEAdditive给出的最新新闻图片可以看出，该公司已经开发出并在测试第三个版本的机器。虽然曾宣称将在2021年底前推出Binder Jet解决方案，目前看来将会延迟。 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Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.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 2.代替铸造，知名制造商将把3D打印机纳入生产线——为航空发动机等制造精密零部件 3.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 4.重磅：富士康宣布开发粘结剂喷射金属3D打印系统

美国航空航天局（NASA）拥有很多高端的航空航天技术，且随着社会经济的不断发展，通过其技术转移（Technology Transfer）计划，挖掘出在航空航天之外的实用价值，并逐渐向民用领域扩散，造福民众。目前，美国已经形成了较为成熟的军转民、民转军、军民两用技术发展的体制机制，成为世界军民一体化的典范，并培育了大批新兴企业。美国在航天技术转移政策、管理和促进措施等方面都积累了丰富而有价值的经验，在军民两用技术转移转化方面也取得了令世界瞩目的成就。这对我国推进技术成果转化，很有借鉴意义。 本文是安世亚太公司“增材思维 数智未来”系列文章的第五篇内容，阐述DfAM设计思维解决增材制造降本增效问题。 NASA 3D打印在航空航天的应用 NASA多年来一直在探索将3D打印应用于各种航天器应用，因为它加快了原型和新部件的开发和生产时间，并允许替换部件在远离地球的地方轻松制造。3D打印的独特之处在于没有工具，也没有前期成本，这使得制造原型或新零件的速度更快、成本更低。1.3D打印集成飞机零件增材制造是逐层构建组件，因此工程师可以将零件组合在一起成为单个组件，而不是连接多个零件。赫氏公司使用经过NAS测试的聚醚酮酮 (PEKK)的热塑性塑料打印了具有三个开口的风管组件，并将用于管道。具有三个开口的风管组件2.未来的火箭发动机可能包括大规模3D打印美国宇航局的工程师们正在探索一种使用金属粉末和激光进行3D打印火箭发动机零件（如喷嘴和燃烧室）的新方法。这种方法被称为定向能量沉积，比传统的制造方法更快、更便宜。该开发是美国宇航局快速分析和制造推进技术（RAMPT）项目的一部分。这项技术的进步意义重大，因为它让我们能够以比过去更低的价格生产出最困难、最昂贵的火箭发动机部件。定向能量沉积制造的发动机喷嘴2019年，工程师们在马歇尔太空飞行中心试射了一个3D火箭发动机燃烧室。测试火箭发动机燃烧室 增材制造在不断发展的汽车行业中发挥作用 近年来，除了在航空航天领域的应用，3D打印在汽车零部件的加工制造领域也被广泛应用。同时，在“制造 2025”计划提出之后，汽车行业的轻量化、智能化发展问题得到了人们的普遍关注，这也成为未来汽车制造领域的发展趋势。 目前，全球汽车零部件市场的总价值超过了1万亿美元。到2030年，AM在汽车零部件方面的业务潜力将增长到200亿美元，其中电动汽车零部件的生产约占25%。与AM相关的汽车零部件生产的预期收入($USM)来源：3dpbm Research汽车主要由四种类型的部件组成：车身、辅助电子产品、内部和动力系统部件。汽车零部件1.车身部件除了在原型设计方面的明显应用外，AM已经表明它可以在车身零部件市场上发挥作用。3D打印正在实现在某些较小和不明显的连续制造部件，如宝马i8跑车(使用聚合物与惠普MJF技术)和封面展开打开时的敞篷混合动力跑车的屋顶(使用金属PBF)。而电动汽车公司Local Motors已经展示了使用LFAM复合3D打印技术进行3D打印整个车身的能力。2.辅助电气系统和电子设备这个市场包括音频/视频设备、摄像机、低压供电系统、仪表和仪表、点火系统组件、照明和信号系统，以及几种不同类型的传感器、电气开关、线束，当然还有电子外壳，而AM已经在定制的电子外壳和开关的生产中被大量使用。随着内燃机变得更加紧凑，电动汽车变得更加流线型，AM在电子零件生产中的应用，尤其是在外壳和开关方面，预计将迅速增长到批量生产水平。采用高温材料的聚合物3D打印技术已经能够为几种内燃发动机车辆的引擎盖下部件。对于电动汽车和一般的智能汽车，AM的采用预计将更加重要，因为温度变得更不重要（电池之外），而且对复杂电子部件的需求增加。3.内饰部分这个部分包括所有底板部件，仪表板，饰面，配件，当然还有汽车座椅。特别是这最后一个领域，最近激发了一些创新的3D打印方法。主要的汽车制造商已经在探索并将3D印刷内饰汽车零部件推向市场。迄今为止最流行的应用之一是将AM用于汽车座椅组件。2018年，通用汽车公司（GM）和欧特克（Autodesk）采用创成式设计开发了一款3D打印座椅支架。座椅支架由不锈钢制成，既整合了部分零件（从八个到一个）又减轻了重量（减少40%）。据传，惠普还在开发一种新的汽车座椅生产方法，利用复杂的晶格几何形状来修改弹性材料(TPU和TPA)的柔韧性，用于使用多喷射聚变技术生产汽车座椅部分。此外，豪华汽车制造商保时捷在2020年推出了一款全新概念车，采用3D打印车身和全桶座椅。斗式座椅是为跑车设计的，集成了膨胀聚丙烯(EPP)和由聚氨酯材料制成的3D打印晶格层。并且，3D打印层可以根据司机的舒适性偏好进行定制。4.动力系统和底盘1）燃烧动力系统部件随着AM技术变得更加高效，3D打印可用于优化形状和减少复杂部件的子组件，如排气歧管、阀门甚至活塞，同时利用几何形状和新材料改善集成冷却系统的性能。不过除了实验显示模型，迄今为止还没有直接3D打印引擎块的案例。2）混合动力系统部件一些动力系统和底盘部件对于配备内燃机的车辆和电动汽车是通用的，尽管它们可能有不同的形式。其中一些已经以某种形式进行了3D打印，Czinger开发了混合动力超级跑车Czinger21C，集成了许多3D打印组件，包括一个金属底盘。Czinger 21C布加迪，另一家主要的内燃机超级跑车制造商，已经在许多部件上使用了AM，包括革命性的钛3D打印制动卡钳。最近，该公司生产了混合动力部件，如0.5米长的辅助驱动轴，结合碳纤维和3D打印钛合金端部配件，重量减轻了约一半至1.5千克，并由于旋转质量降低而提高了性能。布加迪一直走在汽车应用增材制造的最前沿，其中Bolide可以说是布加迪迄今为止最好和最强大的产品，它也是3D打印次数最多的一个。自从一个开创性的全3D打印钛制动卡钳的发展以来，布加迪已经越来越多地应用仿生学领域的原理，使打印部件具有骨状结构：薄壁，中空的内部和精细的分支。超跑Bolide的很多部件都是3D打印的，包括后翼支架、转向柱支架、螺钉和紧固件、推杆、弹簧减振器、排气管和制动卡钳。Bolide3）电气化动力系统部件电动汽车利用电池中节省下来的电力来循环电机，并产生驾驶所需的动力。因此，电动汽车不需要发动机和变速器，这是内燃机汽车最关键的两个部件。相反，电动汽车携带了几个电力组件：电机、电池、车载充电器和电力控制单元(EPCU)。最近，保时捷和SLM Solutions推出了一个项目，旨在制造一个使用3D打印的电子驱动器的完整外壳。使用增材激光融合工艺生产的发动机-变速箱单元上的3D打印电子驱动器外壳通过了所有的质量和应力测试。在未来，这可能成为一种可行的生产方法。3D打印的电子驱动器外壳如今，电动汽车使用的电池基本上是一排排的数百块小型电池固定在一起，以增加容量。例如，特斯拉85千瓦时电池组由7104个电池组成，大约为AAs大小。借助 3D 打印，无需制造和组装单个电池：可以将模块设计并打印成所需的整体形状。AM还可以改变电池的电极的结构：多孔电极增加了能量密度，而AM 非常适合将电极材料构建成晶格形状，该晶格形状具有更大的暴露表面积以进行化学反应，从而产生更高效的电池。目前，一些主要汽车制造商已经使用AM进行生产，如BMW、Daimler、Stellantis、Ford、GM、JLR、Volkswagen。 总结与展望 总体来看，航空航天技术的民用转化不仅仅提高了这些领域的科技水平，还降低了民用企业的成本，也为国家增加了大量的就业机会，还极大推动了社会经济的发展和社会生活的进步。从航空航天起始，逐渐应用到汽车领域的例子还有很多，其搭载的功能与航空航天技术的结合，可能要比其他领域更紧密一些。尤其在智能汽车时代，智能网联、智能驾驶、材料轻量化等层面都可以为汽车带来全新的体验，诸如线控技术、ACC自适应巡航与碳纤维材料，都是航空航天领域经过成熟应用带来的便利。在很多人看来是“黑科技”的东西，最终也会走入大众，为人们带来普惠。当前，航天技术应用在汽车上已经不是一件新鲜事，但对于国产品牌来说，这个领域或许还有很长的路要走。未来，我们能够预见到的 5G、自动驾驶、智能汽车、增材制造等一系列科技的结合，会不会与导航定位系统一样，创造出一个能让历史铭记的时间点？答案呼之欲出。但首先我们可以确定的是，多源技术融合、各个产业领域及不同头部品牌之间的供应整合型合作，势必会让科技“落地”的时速飙增，成为一股不可忽视的“中国制造新势力”。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.5月20日锁定TCT Asia Live，期待与您线上相约 2.NASA 2022年最新「航天增材制造技术」应用经验总结（中文） 3.BLT-S800助力凌空天行“TXI”系列火箭发射 4.拜登政府启动AM Forward计划，亲自为3D打印推动美国制造业发展站台

2022年3月，美国白宫要求国会在2023年为NASA提供260亿美元预算，使航天局能够维持美国的全球创新领导地位，并通过阿尔忒弥斯计划和其他几项战略任务保持探索前沿。如果获得批准，它将比2021年的预算高出约27亿美元，这是目前为止NASA历史上获得的最高预算。 尽管NASA的资金会用来支持载人航天、空间科学、航空、技术开发和教育方面等多个计划和项目，但一般而言，大约50%用于载人航天活动，30%用于科学研究和机器人任务。随着增材制造技术在主要行业的加速发展，它也在NASA内部发挥了巨大作用。预算请求摘要不仅突出了2021年和2022年正在进行的几个3D打印项目，而且指出了计划在2023年计划实现的3D打印关键成就。 金属增材制造技术正在改变为火箭发动机和运载火箭设计和制造复杂航空部件的方式。自2000年代后期以来，NASA一直在领导增材制造工作，开发用于增材制造的特种合金、推进增材制造工艺研究、制定标准并形成稳定的增材制造火箭发动机商业供应链。NASA于2022年3月公开了最新的技术文件，概述了NASA如何将这些工艺和合金应用于火箭发动机制造，以及增材制造在未来的潜在机遇。3D打印技术参考将内容编译成了中文版本，相关文件在QQ群也可下载。 注：PDF文件已上传QQ群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.NASA研究团队发现金属3D打印孔隙特征大有利用价值并发布可控工艺研究成果 3.金属3D打印的最佳实践NASA新材料3D打印工艺开发备忘录 4.无须高能热源，NASA实现铝和铜等多材料一体3D打印

疫情之下，2022年TCT亚洲展实体展会延期举办，为促进增材制造业的交流与合作，共同探讨行业的新发展、新动向，汉邦科技于5月20日10:00-11:30举办“智造“X”维度，2022汉邦科技LIVE”网络研讨会。此次研讨会更像是3D打印技术与制造创意和应用升级的梦幻连结，我们在碰撞与火花中获得维度升级。“维度”不止是技术的坐标，亦是制造的边界与创新的边界，敢于突破边界，以自身的力量，为增材制造业带来启发与不断进步的动力。在本次研讨会中，您将了解到模具和部分工业领域的金属增材制造技术和应用趋势，汉邦科技最新的产品矩阵，年度新品HBD-E500设备即将揭开神秘面纱！全新金属3D装备震撼来袭，独家前沿的会议内容，敬请期待！

原定于5月开展的TCT， 因为疫情原因延期了。 虽然我们无法线下相聚， 但RAYSHAPE将携手TCT带来 “高性能精密器件光固化3D打印方案介绍” 的线上直播，精彩不容错过， 赶紧扫描海报上的二维码开启预约吧！ About RAYSHAPE 关于RAYSHAPE品牌及其产品 苏州铼赛智能科技有限公司（以下简称“RAYSHAPE”）成立于2019年，公司专注于高性能光固化3D打印技术的产业化应用，利用和放大技术优势、解决细分行业的核心问题。作为业界为数不多的具有3D打印设备、软件、材料、后处理技术、应用工艺等完整开发能力的3D打印技术公司，RAYSHAPE可以在零件的精度、强度、特殊材料特性等多个层面满足细分行业的苛刻要求，实现在不同领域的规模化应用。 在齿科领域，RAYSHAPE的Dental系列产品方案着重于材料与工艺的开发、软件智能化的开发，为诊所解决了易用性、效率和精度的问题，使得普通的护士也可以以很低的上手门槛，轻易地获得高精度的种植导板、正畸牙模、临时牙，实现更高效率、更高质量的临床诊疗效果。 而在工业和医疗领域，得益于在高性能树脂、精密3D打印工艺和大幅面成型工艺领域的开发和积累，RAYSHAPE可以为客户提供精密、高性能和高效率的加工方案，为企业解决精密器件加工成本高昂、周期长的痛点，并大大缩短了产品上市周期。 成立2年以来，RAYSHAPE在目标市场都有行业头部客户案例，包括拜博、欢乐、瑞尔、摩尔、牙博士等牙科客户，以及华为、海思、施耐德、安克、天珑手机等工业客户，和迈瑞医疗、联影医疗、迈普再生、上海九院等医疗客户。2021年，RAYSHAPE更是在疫情的重重阻隔下成功打开海外市场，产品销往美国、德国、英国、澳大利亚、以色列、日本、台湾等在内的10余个国家和地区。 公司创始团队有近10年3D打印行业经验，研发人员占比45%。目前已申请知识产权近30件，其中包括5件PCT专利，已获得国家高新技术企业认定，获得了常熟创业领军人才和苏州创业领军人才称号。同时，已完成数千万A轮融资。

这一两年，在铝合金3D打印材料领域，高强铝可以说是热度颇高，不少行业从业者对这款材料翘首以盼。但就笔者所了解的情况来看，高强铝的实际应用可谓寥寥。造成这种现象一定是发生了什么问题，那究竟是哪里出了问题呢？笔者试图揭示这一状况。 什么是3D打印高强铝 高强铝是相对于普通铝合金而言的。如今，AlSi10Mg的成熟度已经非常高，但该材料的抗拉强度仅300MPa，屈服强度仅200MPa，强度较低。虽然对于一般的应用场合能使用，但是对于高承载应力的结构件应用场合，则不能满足要求。因此，市场上迫切需要高强铝的3D打印材料解决方案。 一个自然的想法是把传统高强度的变形铝合金（如2024、7075等）制成粉末，然后验证看能不能打印。但是很可惜，经过验证，这条路是走不通的。因为硬铝的成分是基于传统制造工艺来设计的，对于新兴的这种增材制造的工艺并不适合。一个重要的原因是，增材制造的熔池在凝固时的冷却速度远高于传统制造工艺（如铸造），这就会带来传统的材料成分设计不能适合这种快速冷却的环境而产生开裂现象。因此，必须为增材制造开发专用材料。 在这种背景下，空客的Scalmalloy应运而生了。这应该是首个专为增材制造工艺开发的且商业化运用较为成功的一款材料，而Scalmalloy正是基于Al-Mg-Sc-Zr体系。应该说Al-Mg-Sc-Zr体系并不是空客率先开发的，因为Al-Mg-Sc-Zr很早就在航空铝材中得到应用，但空客是第一个将这种材料体系应用于增材制造且大获成功的，并将这种粉末命名为Scalmalloy。据称，空客为开发这款材料历时十年。 当然，空客为了能获得商业上的利益申请了多个国家的专利。在某种程度上，这个专利具有太大的宽泛性而让后来者无法规避，这也是当前高强铝3D打印材料面临的困境之一。 话说回来，因为AlSi10Mg的性能不够，所以需要高强铝，因为传统硬铝的成分不能够3D打印，所以必须为3D打印专门开发高强铝的成分。又因为空客率先成功实现了Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的成功开发并采取了专利制约的手段，所以后来者不得不另辟蹊径，开发新的高强铝成分。所以什么是高强铝？从广义上讲，3D打印高强铝是指专为金属增材制造工艺开发的能实现室温下抗拉强度不低于450MPa的一种高强度铝合金3D打印材料，当然延伸率也不能太低（应不低于8%）。至于屈服强度的下限应该设在哪，也是一个仁者见仁智者见智的问题。比如，Scalmalloy将其下限定在470MPa，而宝航的内控标准则将其定在520MPa。 因此，高强铝的屈服强度至少2.25倍于AlSi10Mg，这就会带来应用范围的急剧扩大。甚至在某些场合可以替代钛合金，因为铝的密度仅为钛的约60%。因此，Scamalloy在刚推出时就强调了其比强度与钛相当，而质量更轻的优势。 无论如何，空客走在了前面，后来者想要加入，无非是两条路：一是在Al-Mg-Sc-Zr的体系上继续优化；一是开辟新的成分。 走优化路线的后来者，其实相当于是在前人走过的路上继续走下去。这样成本相对低，风险也小，因为这被证明了是条正确的路，所需考虑的是成分如何优化以及是否事实上造成了侵权。因为空客证明的是一种Al-Mg-Sc-Zr的成分体系，但是在具体元素的含量控制方面并不是没有可做的空间和优化的空间，比如Mg、Sc、Zr具体的成分范围多少合适？要不要加入微量元素？如何保证材料成分的均匀性？做这样优化的工作并不能说后来者没有贡献，空客也不可能一个公司把这个成分体系里的所有成分都研究透。所以后来者沿这条路走是否造成侵权，也是个值得讨论的问题，目前国内多家单位和制造商均采用这个体系。 走开辟新成分者，也取得了一些成果，大体有四个细分派别： 一是纳米强化7075体系，这个最早在2019年就被报导。由美国休斯研究实验室（HRL）开发的锆基纳米颗粒形核的7075材料，被证明能够避免易开裂问题，且强度超过600MPa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。但据笔者了解，虽然该材料体系已经被作为一个新牌号列入铝的国际标准，但在商业化的应用进展上则较为有限。 二是Al-Mn-Sc体系，这个体系由莫纳什大学吴鑫华院士领导的研究团队成功开发。这个材料被命名为Al250C，据称其抗拉强度超过600MPa，屈服强度可达580MPa，延伸率11%，且制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。这个体系在国内也进行了一些开发和应用。 三是TiB2增强AlSi10Mg体系，这个体系由上海交通大学王浩伟教授团队开发成功，可实现抗拉强度530MPa，延伸率达到13.5%，已经在民机项目上得到了应用。该材料体系在商业化的运作上投入较大，成立了专门的公司，建立了生产制造基地。 四是纳米陶瓷增强AlCu体系，这个体系由英国铸造公司Aeromet International推出，被命名为A20X，该材料经热处理后拉伸强度为511MPa，屈服强度为440MPa，延伸率为13%。该材料体系在商业上也获得了较大推广，国外不少设备商将其列为可用材料之一。 总结来看，国外市场高强铝得到应用推广的主要是两种材料，一个是Scalmalloy，一个是A20X。当然也还有一些其他的材料体系（比如俄铝推出来的不含Sc的高强铝），可能也开发出来了，但没被报道或者影响力有限。就国内高强铝的市场而言，主要有Al-Mg-Sc-Zr、Al-Mn-Sc-Zr、AlSi10Mg/TiB2三个体系在形成销售。此外，国内某公司还提出了一种基于Al-Mg-Er-Zr的体系，未知效果究竟如何。 以上就是高强铝3D打印材料的大概情况。 阻碍高强铝应用的是哪些因素 阻碍高强铝应用的原因主要有如下几点： 1）认知问题 阻碍新材料得到应用的一个大问题就是认知问题。因为用户并不知道有这样高性能的材料出现，或者不知道这样高性能的材料具体表现如何（因为市场上总会存在着大量的夸大宣传和夺人眼球的华而不实的东西），或者不知道怎么来用，或者又不知道从哪里购买到。这当然需要行业内真正的从业者来宣传、来推广，来做些切实的工作，也有赖于用户对新材料抱有好奇心，愿意去尝试，去学习新知。 2）专利问题 最主要的是针对Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的专利问题，当然Al-Mn-Sc体系或者其他体系，估计也会存在类似问题。但空客的这份专利问题尤为突出。空客在中国以空中客车防卫和太空有限责任公司为申请人，申请了一份名为：用于粉末冶金技术的含钪的铝合金的专利（专利申请号为：201611272966.6）。其专利对该含钪铝合金成分做了如下规定： Mg: 0.5 -10 %；Sc: 0.1 - 30%；Zr: 0.05 - 1.5%；Mn: 0.01 - 1.5% 当然还有一些其他微量元素。但是这样的一份如此宽泛的范围，可以说违反了材料学的常识。因为如果专利保护的是如此宽广的范围，那材料学所要进行的成分研究可以说毫无意义。实际上材料对成分是极为敏感的，一些元素的极小含量的改变都会造成材料性能的极大变化，这才使得进行材料优化这样的工作具有实际意义。 但是空客的专利无疑是悬在头顶的一把达摩克利斯之剑。你要使用这个材料体系，就绕不过它这个专利。这在某种程度上，是国外先进的公司采取的一种限制竞争者的手段。但我们已经面临太多类似状况了，所以用户不敢轻易使用是可以理解的。但是这里仍需指出这样的专利保护是有问题的，或者至少是不妥的。 3）成本问题 以Al-Mg-Sc-Zr高强铝粉末材料为例，市场上其售价高达1500-2000元/kg，相比而言AlSi10Mg价格则不到400元/kg，而同期TC4的价格已经低至1200元/kg。用户会认为，这个比钛合金价格还高的高强铝真的有应用的必要吗？这里需要解释下Al-Mg-Sc-Zr高强铝粉末成本高昂的原因。 最主要的还是当前需求量少，当期摊销成本就高昂下不来。其次是原材料价格贵，尤其是AlSc原材料，高达几百元/kg，是常规铝材料的几十倍，而且受到国际形势影响，现在铝价也在持续上涨。再次是工艺成本，由于加入了高比例的合金元素，因此会造成成分的偏析和雾化的不顺畅，这就造成产量的低下，单位成本自然过高。与此同时，我们应该客观地看到，钛合金在其应用之初也高达2000-3000元/kg，甚至AlSi10Mg也高达1000元/kg。尤其是在进口商一家独大的情况下，材料价格更是居高不下。反之，正是由于国产材料商的加入和努力，3D打印材料的价格才越来越亲民，与此同时，应用范围也进一步扩大。如果基于这一点，行业也应该团结起来，商量针对Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝专利的对策。 如果未来其市场需求量能达到上百吨级，则笔者大胆预测Al-Mg-Sc-Zr体系高强铝的价格可降至与钛合金持平甚至更低。 4）打印工艺问题 这个问题涉及到实际的使用层面。当然会有一部分先驱愿意去尝试新的材料，但是这种Al-Mg-Sc-Zr材料的打印并不如AlSi10Mg那样简单。虽然其工艺窗口较其他体系的高强铝更为宽泛，但由于其含有较大含量的Mg（Mg是一种极易挥发的元素），因此在打印过程中会产生大量黑烟。在工艺控制不好的时候，还会产生孔洞。最关键的，这种材料在打印过程中还会产生大量细小的黑渣，而这就会在风场控制不好的时候，沉积在打印层的粉末上，从而给后来的成形带来性能隐患。此外，高强铝顾名思义，其强度是很高的，但应力也很大，要如何规避高应力带来的风险？这就涉及零件在打印的时候需要考虑对模型做合适的摆放、需要加入合理的支撑，以及设定合适的热处理制度和步骤。Al-Mg-Sc-Zr体系材料之所以实现高强度，是因为该材料在热处理时生成了大量细小弥散的Al3Sc（Zr）相，其尺寸可达到纳米级。因此该材料又不同于普通的AlSi10Mg。以上这些都是专业的知识，非经大量实际的摸索不足以理解这一材料体系。 从这里还可以看出，材料又和设备是相关的，因为不同的设备会在激光、风场、软件、硬件等配置上存在或多或少的差别，这就造成虽然是同一种粉末，可能打印参数就不一样。这就需要投入时间来根据特定设备做材料参数开发的工作，这需要设备商的参与。 5）前期投入问题 从以上的论述可以看出，高强铝不只粉末材料价格高昂，且在打印开发时还会面临一系列的问题，这都需要不低的前期投入。那对于一般的工业制造企业而言，在未来市场不明确的情况下，贸然投入一笔经费来做新材料的开发确实会很有风险性。尤其是对于一些“老板式”的企业来说，更是如此，必须把每一笔钱用在刀刃上。因此，投入的动力不足也是高强铝遇冷的原因之一。 6）应用范例问题 应用范例是高强铝真正核心的问题。就是作为一款高强度性能的材料，究竟在哪些地方能够发挥它的作用？前面已经谈及这种材料价格偏高，因此必然把它的早期应用，限制在一些对成本不敏感、但对性能有超高追求的领域，如航空航天。目前铝在航空航天的应用仅仅是一些非关键结构件，或者散热件，那高强铝的问世实际使得高强铝具备了承担结构件的可能性。这样的好处是显而易见的，因为首先带来了减重，其次是3D打印工艺能够实现复杂结构和一体化制造，带来多方面的效益。但是这都需要我国的航空航天部门或单位多做一些探索性的工作，多给高强铝一些应用的机会。 有何破解之法 笔者认为对于高强铝，当前面临着四大争论： • 体系之争，这么多体系的高强铝，到底哪一个是能够走通的？ •专利之争，选用Al-Mg-Sc-Zr或Al-Mn-Sc-Zr，会不会造成侵权？ •价格之争，比钛还高的价格，有谁或者什么地方能用得起？真的有必要吗？ •投入之争，前期的投入不低，为什么要自己来投？何不等成熟的时候直接来用？ 这些争论看起来都是难以解决的，但是笔者认为企业向来追求实用主义，这个东西到底有没有用？能不能用？哪个好？拿来实际测试，实际做一做就可知真假了。真的假不了，假的也真不了，关键是能不能解决实际问题？能不能带来实际效果？ 而对于投入问题，笔者看法是这样：对于一个新材料而言，始终存在着前期的投入成本。你敢先前一步去测试、去使用，就快人一步，也许就意味着建立了竞争力。 作为行业内专注于铝合金3D打印材料的专业制造商，宝航一直致力于为用户提供多种铝合金3D打印材料解决方案。高强铝是公司的核心产品线之一。 宝航主要基于Al-Mg-Sc-Zr体系生产制造高强铝3D打印粉末，这是因为公司认为这个材料体系成熟度最高，最具有市场前景性。公司已经能够批量生产制造屈服强度500MPa级、600MPa级的高强铝粉末。 此外，宝航基于Al-Mg-Sc-Zr体系的高强铝已有近三年的材料研发和打印工艺经验。在新用户使用高强铝的时候，公司能够提供打印和工艺参数方面的指导，帮助用户缩短高强铝打印开发的周期，并能尽快实现零件的打印。 公司开发的高强铝在多种金属3D打印设备上均进行了打印测试验证，包括：E-plus M260，E-plus M450，Farsoon M271，BLT S310，LiM M260, EOS M400等，公司正不断的积累高强铝在不同设备上的打印性能数据，以期进一步提升材料的稳定性。 在高强铝的应用开发方面，公司也在积极的同国内的一些设备商、打印服务商和应用单位合作，与某单位合作成功开发了某型号无人作战平台高强铝液压缸缸体零件，实现了零件内部复杂管道的设计和制造，达到设计性能要求，进入服役阶段。公司近日成功实现了某高强铝空心叶轮的打印，成形外轮廓尺寸约为Φ240×100mm，该零件顺利通过了X射线检测的无损探伤。下一步，公司也计划与航空航天等应用部门加强交流合作，推动高强铝的更多应用。 一款新材料要真正得到应用，需要更多的人关注、感兴趣和实际应用，在此笔者也希望国内3D打印的专家、学者、工程师和使用单位能够对这款材料感兴趣，多用它，用好它。 如需更多信息，欢迎联系：刘经理，15210565071。 扫描关注 3D打印技术参考 视频号…