作为高附加值产品产业，航空航天工业一直对先进制造技术开发和采用具有强大推动力。随着航空业对节能减排、轻量化、可靠性和舒适性的要求越来越高，飞机制造需要越来越多的高性能材料和新设计。传统的制造工艺已经达到了满足要求的极限。 增材制造在航空航天工业中的市场趋势 增材制造的快速发展为满足这些行业需求提供了可能性，因为增材制造提供了独特的优势和可行性，可以克服几何形状、材料、性能和功能方面的限制。它为制造具有高精度复杂、复合和混合结构提供了前所未有的设计自由，这是传统制造路线无法实现的。增材制造的上述优势在航空、汽车、电子、医疗、军事、建筑等领域的广泛工业领域正在得到应用。全球增材制造市场规模从2013年的约30亿美元迅速增长，至2021年市场规模达到152.44亿美元。3D打印技术参考根据历年来的Wohlers报告，随着增材制造行业市场规模的不断扩大，增材制造技术在航空航天工业中的市场规模也迅速增长，在该领域所产生的市场价值所占整个增材制造市场规模的比例在2019-2021年分别为14.7%、15.9%和16.8%，到2021年，达到25.6亿美元。   增材制造在航空航天工业中的制造优势 由于以下优势对该行业的适用性，增材制造在航空航天工业中的应用是整个增材制造市场最重要的组成部分。 (1)几何设计和优化自由。增材制造能够将材料转换为自由形式的3D组件，例如复杂的外部形状和内部几何结构，还允许拓扑优化制造轻质组件，通过使用晶格结构，可实现同等甚至更高的机械性能。 (2)功能整合和零件整合。增材制造能够生产具有定制材料组成的集成多功能部件，如功能梯度材料。由增材制造工艺生产的功能性多材料燃烧室，通过将镍基高温合金沉积在铜合金表面，可以简化传统制造工艺，同时增强部件功能。此外，增材制造也可实现零件整合，在功能集成的同时提高了可靠性和性能。复杂的航空航天部件传统上由多个简单部件组装在一起，与激光增材制造整合部件相比，这可能会降低可靠性和几何精度，同时增加维护成本。3D打印技术参考曾经介绍，Launcher采用SLM技术制造了世界上最大的单体燃烧室，为小型卫星发射提供最低的推进剂消耗和发射成本，将多个部件合并为一个部件可以降低成本并实现高性能的再生冷却设计。此外，伯明翰大学的AMP实验室还研究了使用SLM技术将数千个发动机部件整合成几个部分的可行性。 (a) 铜-镍多材料燃烧室(b) SLM打印的Launcher E-2大型单体燃烧室，高 86 cm，喷嘴直径41 cm (c) 伯明翰大学AMP实验室SLM制造的引擎；(d) GE 3D打印的喷嘴和(e)燃烧器；(f)SLM技术生产的In718 喷嘴环 (3)材料和能源效率。在材料使用方面， SLM技术的材料浪费约为 5%，远低于传统减材制造，后者可产生高达95%的材料浪费。GE基于SLM技术设计和制造了燃料喷嘴，重量减轻了25%，并降低燃料消耗，成本效率提高了30%。GE采用激光增材制造的燃烧器和喷嘴环是典型的近净成形的节材案例，与传统的锻造钢锭加工相比，后者将浪费大部分材料。此外，使用激光增材制造实现飞机部件的轻量化是降低油耗的非常有效的措施。据报道，商用飞机每减轻一公斤重量，每年大约可节省价值约3000美元的燃料，并大量减少碳排放。 (4)定制和小批量生产。与传统制造工艺相比，激光增材制造的大批量生产成本往往更高。然而，考虑到模具制造、加工工具和库存的高投资成本，该工艺对于航空航天工业中常见的小批量定制零件更具成本效益。 (5)缩短制造周期。近净成形激光增材制造组件所需的加工时间较短，可以减少产品制造提前期。罗罗报告称，使用激光增材制造可以节省 30% 的生产时间，而波音公司声称零件数量的减少将使总安装时间减少50%。利勃海尔航空航天用增材制造部件取代了传统的主飞行高压液压阀块部件，重量减轻了35%，部件数量减少了10个，所需的制造时间减少了75%以上。 增材制造在航空航天工业的应用范围和研究现状 在上述优势的推动下，航空航天业一直在探索使用增材制造生产飞机零件，包括各种铰链、支架、内部组件、轻量化机身等，甚至发动机部件，如带有内部冷却通道的涡轮叶片、燃料喷嘴和压缩机以及集成管道系统。值得注意的是，航空发动机是飞机的心脏，也是现代工业皇冠上的明珠。 波音787飞机的GE CF6涡轮发动机中的材料分布 航空发动机使用最广泛的高价值材料主要包括钢、镍基高温合金和钛合金，对后两种材料，3D打印技术参考也曾进行过详细介绍，尽管增材制造学术界对这三种材料进行了广泛研究，但没有对增材制造高强度钢进行全面审查，也没有对钛合金和镍基高温合金的最新进展进行审查。例如，最近对镍基高温合金的评论仅集中在In718，新开发的镍基高温合金，如WSU 150和单晶高温合金还有重要的研究机会。尽管已有大量关于Ti6Al4V增材制造研究，但对于这种材料和其他钛合金的典型微观结构、静态力学性能和疲劳性能仍然缺乏更广泛和全面的总结。此外，激光增材制造钛合金中的一些最关键的问题，包括如何在打印态下实现高延展性以及等轴β和α结构的形成机制通常未被考虑。 飞机机身的主要材料：铝合金、钛合金、复合材料、高温合金 激光增材制造过程中复杂的激光-材料相互作用使得难以概括不同航空发动机材料的工艺参数-微观结构-机械性能之间的关系。深入了解不同航空发动机材料的这种关系，可以推动优质高价值航空发动机材料和先进尖端设备的开发。然而，现有的评论往往集中在这三种广泛使用的航空发动机材料中的一小部分。 因此，需要对这些特定高性能合金的激光增材制造进行严格和专门的审查，总结其进展，并确定研究机会和差距。对航空发动机材料，包括先进高强度钢、镍基高温合金、钛合金进行详细综述，绘制这三类航空发动机材料在加工窗口、强度-延性组合、疲劳性能、室温/高温性能等方面的材料性能属性图，将为研究人员提供关键航空发动机材料激光增材制造的完整最新信息，并鼓励在新型先进航空发动机材料激光增材制造方面进行更具启发性的科学研究，促进该技术在航空发动机行业的应用。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请依据转载须知。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.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext解锁增材智造新技能！ 2.视频看懂Launcher 火箭发动机多部件采用3D打印制造 3.8本3D打印行业应用报告，覆盖航空航天、汽车、生物医疗及服务等多领域 4.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用

6月13日，易加三维宣称将发布公司新一代SLM金属3D打印机——九激光、超米级的M1250，其净成型尺寸可达1250x1250x1250mm³，Z向尺寸可定制至2000mm，适用于超大尺寸、高精度、复杂金属结构件的直接制造。据3D打印技术参考了解，这不仅是该公司最大成型尺寸的金属机，更是国内为数不多的、三轴方向均达米级的超大成型尺寸粉末床激光金属3D打印机。 M1250配置九激光、九振镜，采用多激光精准定位+拼接区精度控制技术，保证了高效生产和打印品质的均一稳定。可打印钛合金、铝合金、不锈钢、高温镍基合金、模具钢、钴铬钼等金属粉末材料。 除了突破大成型尺寸核心技术外，易加三维同时攻克了设备安全控制，打印零部件质量、精度稳定可靠，工艺设计结构优化，生产效率大幅提升等一系列关键技术，是可作为长期生产力工具的增材制造设备。 目前，易加三维已成功交付3台套M1250九激光增材打印系统，均实现长时间稳定高效大尺寸零部件打印，成型零件表面性能、几何性能、机械性能优越。 设备运行稳定可靠，零部件成型质量高 光学系统稳定可靠：高端定制光纤激光器（500Wx9），卓越的高光束质量（M2≤1.1) 及细节分辨率，有效保证激光能量输出高效、准确；自主研发九激光九振镜控制系统，实现多振镜协同工作、互不干扰，多激光精准定位，实现打印拼接区成型尺寸误差小；完善的多激光工艺控制，可保证九激光能量输出的均匀一致，保证了打印零件的成型精度及力学性能，可有效控制金属打印件的致密度 >99.9%，力学性能波动性 <5% ； 风场结构优化设计：根据多年增材制造经验及风场仿真设计，自主研发的风场控制系统可有效去除打印过程中的烟尘及飞溅，在超长时间的打印过程中保证零部件成型均匀一致 ； 铺粉系统高效均匀：采用双向刮刀铺粉，有效缩短铺粉时间，铺粉层厚可控制在20-120μm，打印效率最高可达240cm3/h。 自主研发软件控制系统，设备智能化程度高 EPHatch工艺规划软件：支持对SLC/CLI切片文件进行加工路径填充，具备不同特征区域智能识别、工艺参数丰富、开放可调的特点，能满足不同类型零件的打印工艺需求。   EPlus 3D控制软件：可完成从数据到零件加工成型的整个控制过程，同时具备过程监控及物联网等相关功能，可满足智能车间的生产管控需要。该控制软件主要由调机页面、排版页面、加工页面、报告页面构成，具备易操作、流程化、智能化等特点，用户按操作指引即可轻松完成打印任务。 设备长期运行安全可靠，操作便捷 过滤系统优越：配备永久滤芯，省去频繁置换滤芯的人工成本，配置双级过滤，可实现滤芯反吹清灰，减少材料浪费，保障设备稳定运行； 打印舱室多重防护：舱室气密性好，最低氧含量≤100ppm，打印过程中舱室压力稳定，波动小； 环境监控护航操作人员安全：设备配置工作环境和气源状态实时监测系统，可预警周围环境变化，保障操机人员人身安全。 用户界面友好，操机简单便捷：设备支持一键打印功能，操机人员可一键打印操作，实现一人多机操作运行；同时打印过程中设备信息实时显示，打印完成后自动生成电子版打印报告，整个过程参数可追溯，方便检测打印过程实时画面及数据。 此外，易加三维还提供完善的技术服务，包括24x7小时提供及时有效的技术支持、全方面培训、快速光学系统校准、专业的售后工程师定期跟踪检查等等，全方位保障用户使用机器。 END 根据3D打印技术参考的了解，当前市场范围内已经有多款成型尺寸达到米级的金粉末床金属3D打印机，但多数情况下，多有一个方向保持在一米尺寸以内。易加三维此次推出的M1250，是国内为数不多的、三轴均超过一米且交付用户使用的SLM金属3D打印机。 得益于我国航空航天领域的快速发展，运载火箭、空间站、大飞机等关键行业对大尺寸、一体化、高精度零件具有重要的需求，激发了国产金属3D打印装备制造商不断完善优化产品，研发制造更大成型尺寸的装备。这不仅仅是公司技术实力的体现，更能够快速占领大尺寸金属3D打印零部件的市场制高点、拓展业务增长点、填补应用空白。 易加三维是国内技术实力领先的工业级3D打印设备综合服务商，核心技术团队已有30年的增材制造技术沉淀，在金属3D打印装备制造领域的开拓创新代表了该技术领域的国货之光。 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.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.铂力特发布12激光SLM设备BLT-S1000，可实现超大尺寸零件一体成形 3.6激光+移动式扫描系统，国产2×2×0.65m金属3D打印机重磅发布 4.发布仅两月，12激光器金属3D打印机获5台订单

将3D打印技术用于民航飞机备件生产已有多年时间，但绝大多数是塑料制成的，金属部件甚至是承重部件则受到严格管制。近日，3D打印技术参考获悉，欧洲航空安全局批准了第一个在飞机上使用的3D打印承重金属部件——用于IAE-V2500发动机防冰系统的“A-Link”，该发动机为空客A320提供动力。 A-Link（A形连杆）由3D打印服务提供商Lufthansa Technik和空客子公司Premium AEROTEC开发，其作用是在发动机进气罩上固定一个环形热空气管道，后者可防止在飞行操作期间结冰，一台发动机上总共有九个A-Link零件。然而，发动机在运行过程中发生的振动会导致A形连杆在其安装孔处磨损，因此每隔几年就需要更换备件。 由于A形连杆需要暴露在高达300摄氏度的温度下，因此采用钛合金制成。最初，该组件通过锻造工艺制造，以满足对材料性能的最高要求。然而，制造团队所开发的新制造方案通过激光粉末床熔融金属3D打印逐层制造，在生产时不需要夹具或模具。此外，该过程可以节省材料，在3D打印之后，仅需要在某些功能表面上进行非常小程度的材料去除。 在金属增材制造方面，零件的机械性能受到打印参数的严重影响，因此，工艺认证是一项复杂但至关重要的过程。为了验证A形连杆的3D打印工艺，Premium AEROTEC使用原型样本进行了“大量”打印测试，以微调构建的可靠性和可重复性。在增材制造中，相同部件之间的尺寸差异始终存在问题，但欧洲航空安全局认为A-Link在这方面是安全的。测试的目的之一是与锻造工艺的性能相匹配，Premium AEROTEC所打印的零件最终证明抗拉强度优于传统制造的同类产品。 作为认证过程的一部分，Lufthansa Technik扩展了其为欧洲航空安全局提供服务的能力，其中包括金属3D打印。Premium AEROTEC首次向空客集团以外的客户提供系列3D打印组件——第一批A形连杆零件将用于汉莎航空机队。 汉莎航空技术公司首席运营官表示，多年来他们一直在使用3D打印为飞机机舱生产部件，其中绝大多数是塑料制成的。使用金属3D打印零件用作飞行承重部件则是首次，通过这种方式，不仅节省了相关组件的成本，而且还定义并验证了将这种开创性制造方法应用于结构相关金属部件的所有必要流程。 因为A形连杆零件的几何形状仍与原始零件基本一致，因此，承重金属备件的首次航空认证目前仅代表双方合作的第一步，未来还将利用增材制造的优势对几何形状进行有针对性的优化。从理论上讲，增材制造组件的成型没有限制，因此它们可以更容易地生产，使用更少的材料，同时保持相同的强度和功能。双方都打算在不久的将来进一步开发这些可能性。 注：本文内容来由3D打印技术参考整理编辑，转载请依据转载须知。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.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.年消耗5.4吨钛合金，成功用于陆、海、空、太空的金属3D打印解决方案 3.南洋理工综述：金属增材制造资质鉴定与认证 4.看东方航空如何将增材制造运用到民航维修改装领域

液体火箭在工作过程中，会将推进剂燃料通过喷注器推进入燃烧室，通过雾化、混合、燃烧，产生高温高压燃气，将化学能转化为热能，再转化动能，产生推力。燃烧室喉部燃烧温度高达3500℃，内壁温度超过1000℃，任何金属材料在此温度下都已接近熔化，而且材料还要经受腐蚀性高压高速燃气的侵蚀。 为了有效的将热量导出，正常发挥效能，推力室的结构设计和材料选择就非常重要。液氢液氧火箭发动机推力室采用再生冷却式结构，结构由内、外两层壁构成冷却夹套，约有360个冷却槽。发动机工作时，内衬一侧为高温燃气，另一侧为装载液氢液氧的冷却管道，通过液氢液氧降低火箭发动机燃烧室内壁温度保持在熔点以下，以保证材料能正常服役。推进剂组元流经冷却套冷却壁面，自身受热升温后流出冷却套，再经喷注器进入燃烧室，使通过内壁传出的热量又回到燃烧室得以“再生”，故称再生冷却。 推力室再生冷却结构形式多样，随着发动机技术及制造工艺的不断发展，推力室从最早的双层夹壁结构发展到变直径、变厚度的管束式结构以及波纹板钎焊夹壁结构，然后采用锆铜合金铣槽内壁、电铸或钎焊成形的外壁结构，使得推力室推力逐渐增大。 再生冷却推力室 推力室制造工艺经历了由钎焊发展到内壁沟槽结构的数控铣切、外壁电铸镍以及管束式液压填充冲压成形和高温真空钎焊等制造技术，使推力室内壁的冷却效果逐步提高。在工艺选择上，欧洲火神系列低温发动机的推力室采用在铜内衬上铣削冷却通道，然后用电铸工艺覆盖通道，而俄罗斯是用钎焊工艺密封通道。美国和日本除采用整体结构之外还采用管状结构，如冷却结构是由液压形成和捆扎管组成，电铸或钎焊技术覆盖冷却通道用做承受载荷的附加装置，这点与俄罗斯和德国相同。 神州十四号发射 如上文所述，传统的推力室再生冷却结构制造工艺看起来很细致，同时又很复杂。其制造过程动辄数月甚至更长时间，并且容易导致不同部件的质量水平不同。高昂的制造成本以及漫长的等待时间让航天发射对增材制造的关注越发迫切。 2015年，NASA通过3D打印制造了第一台全尺寸的火箭发动机；2017年，私人空间探索公司Aerojet RocketDyne发布SLM制造的RL-10火箭推力室；2018年，航天初创公司Launcher成功发射EOS为其打印的火箭发动机，2022年4月，Launcher 3D打印的E2火箭发动机完成新一阶段测试；2019年2月，欧洲航天局ESA完成了全尺寸3D打印火箭引擎的第一次试运行；此外，NASA在RAMPT的项目支持下，采用激光能量沉积3D打印技术制造了直径1米、高度0.9米的一体化冷却通道推力室。 采用3D打印制造带有复杂冷却流道的推力室，同时满足了对复杂设计、低成本和快速交付的要求。采用多种优化的材料和增材制造技术相结合生产火箭推力室，体现了3D打印的巨大生产优势。它将推力室的制造时间由数月缩短到了几周甚至几天，而且对于制造满布冷却流道的结构更具优势，成本也具备经济性。航天部门无法拒绝它兼具效率和经济性的制造特点，而一系列的测试也将其安全性不断向前推进。 关注视频号了解最新技术应用注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请依据转载须知。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.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext解锁增材智造新技能！ 2.视频：国家增材院10米超大型铝合金火箭连接环3D打印制造技术 3.美军工商将3D打印用于最新高超声速武器和新型太空发动机关键部件制造 4.为大型、重型3D打印零件自动清粉，国产解决方案比人工省时90%

Aerospike发动机，又称气动塞式火箭发动机，可以说是为火箭单级入轨而生（单级入轨：是指从地面起飞并能加速到第一宇宙速度直接把有效载荷送入轨道并返回地面可重复使用的单级火箭），能够在高海拔范围内保持效率。使用气动塞式发动机的飞行器可以在低空飞行时节省25-30%的燃料。然而，迄今为止，虽然有一些大规模的气动塞式发动机正在测试，但还没有商业化生产。 Aerospike发动机可以说是一种高效的新型火箭发动机，它的长度只有常规钟型火箭发动机的四分之一，重量只有航天飞机一个主发动机的三分之二。由于喷嘴的独特设计，排气气体总是最优化地膨胀。也有研究指出，与目前使用的喇叭形喷嘴相比，这种独特的性能使效率提高了15%。换句话说，只需要少15%的燃料就能将同样的质量送入轨道。 澳大利亚陆军3D打印的 In718 Aerospike发动机 3D打印技术参考查询资料发现，自20世纪50年代第一次提出气动塞式发动机理论以来，其一直是火箭科学家追求的“圣杯”，但没有一个曾经成功飞行。美国国家航空航天局、美国空军和Rocketdyne在20世纪50年代、60年代和70年代总共花费了5亿多美元开发气动塞式发动机，并在80年代和90年代进行了数十次热火测试，然而由于各种原因，项目都被取消。制造方法是重要的限制因素，此外，制造这种发动机的成本非常高，对制造方法硬件的可靠性要求很高。 近年来，一些研究机构和商业航天公司采用金属3D打印技术设计制造了具有再生冷却系统的Aerospike发动机，3D打印大大降低了成本，同时赋予了更多设计自由，成功制造了以前无法制造的结构。 3D打印的Aerospike 发动机的结构 2017年，来自澳大利亚的莫纳什大学的工程师团队在短短四个月内成功地完成设计、3D打印、组装和测试了Aerospike发动机。 2021年 11 月，欧洲小型运载火箭初创公司Pangea Aerospace宣布成功测试了一种小型的由甲烷和液氧驱动的Aerospike发动机，该发动机采用NASA开发的GRCop-42铜合金3D打印，由Aenium公司提供制造服务。 Pangea Aerospace开发的3D打印Aerospike发动机 2022年5月，3D打印技术参考获悉EOS与 Hyperganic合作，通过计算机算法和人工智能创建了一件结构极其复杂的Aerospike火箭发动机。EOS 分别使用M400-4和AMCM M4K系统打印了IN718和铜合金的Aerospike火箭发动机，发动机高80厘米。 EOS与 Hyperganic合作创建的Aerospike火箭发动机 发动机细节部分 发动机细节部分 通过展示可以看出，这款发动机的结构极其复杂，具有大长径比的薄壁、蜂窝点阵及再生冷却流道。两家合作伙伴都表示，将这种设计复杂性与这种规模的可靠打印能力相结合，将推动新的创新。 气动塞式发动机是火箭推进领域的巨大进步，但其结构通过传统制造技术很难构建，通过3D打印技术，可以创造复杂的几何形状，包括机加工容易形成干涉的部位通过3D打印技术可以得到有效的解决。3D打印自由制造的特点为该新型火箭发动机的研究与制造掀起了新的热潮。 关注 视频号 了解最新技术应用 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请依据转载须知。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.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext解锁增材智造新技能！ 2.增材制造研究机构鲁汶大学使用集成化的3DXpert来减少对其他软件的依赖 3.拜登打卡以采用SLM 3D打印大尺寸金属部件著称的Sintavia，及新政策启示 4.增材制造路线图：迈向智能化、信息化和工业化

近十年来，金属增材制造不仅是增材制造行业中增长最快的领域，在可预见的未来，它还会继续快速增长。以PBF（粉末床熔融）和DED（定向能量沉积）为代表的两大类“传统”金属增材制造技术随着工艺的成熟、自动化程度的提高，似乎即将进入爆发式的规模化应用阶段。随着融合了PBF、DED和CNC的增减材复合制造的应用市场不断扩大，全球大型传统机床制造商开始将金属增材制造视为下一代关键的制造技术。在这一切正在发生的同时，一些新工艺似乎也在以更为颠覆性的方式革新我们所认知的3D打印技术。例如，所谓的区域金属3D打印正在突破激光逐点扫描的对速度的限制，无支撑金属3D打印则进一步突破了对设计复杂性的限制；材料喷射和基于光刻的金属3D打印工艺在超精密零件生产方面有特殊优势；粘结剂喷射工艺则将金属3D打印提升到批量制造的水平；由冷喷涂、搅拌摩擦焊以及超声波焊接发展起来的新3D打印形式在多材料、大尺寸零件制造方面充满潜力。 大量金属增材制造新技术、新工艺正在不断地开发出来，这使得金属增材制造市场呈现出日益多样化、生机盎然的景象。本期，3D打印技术参考着重介绍这些新的工艺形式，其中很多种国内尚未有研究进展。 传统激光粉末床熔融技术的新发展 所有金属增材制造技术中，PBF的工业化应用研究最多，工艺的标准化和成熟度也最高。经过近十年的增材制造服务商的代工生产，PBF技术已经证明了其可以使用最多种类的金属合金。今天金属PBF技术虽然已经实现了高度的自动化，但是仍然存在许多挑战：一是新建PBF增材制造生产线需要很高资本投入；二是金属增材制造零件的质量保证和过程有效监控还缺乏有效手段；三是可用的金属粉末原材料成本还比较高，成形件支撑结构的去除和表面抛光等后处理过程费时且难以实现自动化。 除了金属PBF技术的传统领导者，如EOS、SLM Solutions、3D Systems和GE Additive，目前还有一些初创公司正在不断开发新的、有效的金属PBF工艺，如荷兰Additive Industries开发了一种多工位模块化集成的PBF激光增材制造设备，提高了自动化程度。 作为粉末床金属3D打印工艺的重要形式，面区域金属3D打印与无支撑金属3D打印备受瞩目。 面区域金属3D打印通过光学设计，将200多万个激光点融合为一束激光，每个激光点的能量均可以通过切片图像的像素设计控制能量，一次可以实现2×2mm甚至15×15mm的区域曝光熔化，此举大大提高了成型效率。该技术的代表企业为美国Seurat公司，据3D打印技术参考了解，国内某知名金属3D打印制造商也在开发工艺。 而无支撑金属3D打印，通过非接触送粉、变化的能量输入以及实时反馈机制实现了相比传统SLM技术更大倾角的无支撑打印。该突破对于制造更为复杂结构的零件至关重要，因此尤其被航空航天制造商所看重。该技术的代表企业为美国Velo3D公司，国内尚无公司进行对标技术的开发。 作为粉末床金属3D打印技术的另一条赛道，增减材技术的发展似乎并未达到预期中的革命性发展。Matsuura和Hermle两家公司此前推出了增减材一体的PBF激光增材制造设备。 有热源制造大尺寸、多材料零件的金属3D打印工艺 DED金属增材制造技术是使用激光束、电子束、电弧等能量源熔融金属粉末或线材，逐层制造、累积成形的一类技术（LENS、EBAM、WAAM）。这类DED技术通常还需使用CNC对成形件进行切削加工，以获得具有较好精度的最终零件。 这种增减材复合工艺比单纯的CNC或金属3D打印成形效率要高很多。除了成形效率方面的优势外，最重要的是这些增减材复合工艺还能制造长度可达几米的超大型金属承力结构零件。DED金属增材制造技术与成熟的数控机床系统相结合，能够通过整合工艺流程，大大提高制造自动化程度和生产效率。 多种增材工艺结合以及将增材工艺与传统制造工艺结合，制造出多材料部件，已经成为这些手段的重要应用形式。NASA已经采用选区激光熔化、DED并配合CNC技术制造了铜-镍复合的双金属材料燃烧室。 从事该工艺的企业主要分为两大类：一类是采用增减材复合制造的传统的高端机床制造商，另一类是开发新的DED技术的初创公司。DMG Mori、TRUMPF和Mazak是从事该技术开发传统制造代表企业。另一方面，Sciaky、BeAM和Optomec则是首批开发和应用DED技术的增材制造公司，Sciaky是唯一一家使用电子束焊接进行金属增材制造的公司，Norsk Titanium在该领域已经取得了重要成就。 无热源制造大尺寸、多材料零件的金属3D打印工艺 固结是粉末冶金行业中的常用术语，是指将合金粉末预成形的毛坯进行压制、烧结、锻造或热等静压等处理获得高密度的零件毛坯的一种制造工艺。金属固结增材制造技术(Metal Consolidation)是指在室温下使用各种能量形式（如超声波、摩擦、高速喷射等）将金属粉末、线材或薄膜逐层固接、累积成实体的一类增材制造技术。这类技术的优点是能够高效地制造多种类的金属合金零件。此类技术中最早开发出来的是超声波焊接增材技术，它使用金属箔材料，工件在一定的压力下将弹性体振动能量转变了工件间的摩擦功、形变能以及有限的热能，从而在不发生熔化的状态下实现箔材料间的冶金结合。金属超声波焊接增材技术的优点是能够适用于各种金属材料的焊接增材、且焊接过程无高温污染、无损伤缺陷等，但是由于焊接功率随着箔材厚度增加将呈指数级剧增，因此主要用于丝、箔以及小型零件。 搅拌摩擦增材制造的基础是搅拌摩擦焊技术，它利用搅拌针与连接件的搅拌摩擦产生热量软化连接处的材料，再通过轴向的压力使得材料连接在一起。这样的焊接方式没有经过金属的熔化与凝固，只是经过塑性软化和轴向的挤压，连接处在材料性能上存在一定的优势。 喷射沉积固结（冷喷涂）也是金属固结增材制造技术技术中较常见的一种，它将金属粉末以超音速喷射、沉积在基材表面，从而实现逐层制造。这种方法的关键优势在于能够快速、较低成本地生产大型金属零件，且可使用非球形粉末，制造多材料金属零件。 目前世界上开发实用的超声波焊接和摩擦焊接增材制造技术只有两家外国公司。Fabrisonic公司的UAM技术(超声波增材制造)主要应用航空航天，该公司的部分资金来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)。MELD是一家具备摩擦焊接增材制造技术的制造性企业，能够提供增材制造服务或摩擦焊接增材制造设备。喷射沉积固结技术，可能是目前冷固结工艺中应用最广泛的工艺，它最初是由两家澳大利亚公司SPEE3D和Titomic推出，前者专注于铜和铝等材料，而后者几乎完全专注于钛及钛合金。最近德国Hermle、美国GE Additive也都在内部开发冷喷涂增材制造制造系统。 基于烧结的粘结剂喷射、挤出及光固化金属3D打印工艺 依赖于烧结成形的金属3D打印技术已经成为金属增材制造技术一个重要门类，它使用聚合物材料将金属颗粒粘合在一起、然后再烧结成形最终部件。在具体的工艺形式方面，包括粘结剂喷射以及将掺有金属颗粒的丝材挤出和浆料光固化的工艺。 粘结剂喷射工艺，被认为是一种最有可能的规模化、数字化、低成本的金属增材制造技术。该公司所使用的的材料可选择传统注射成型的金属粉末，相比基于激光的粉末成本更低，以面成型的工艺特点极大提高了打印效率，初始无热源的成型方式使其在复杂零件制造方面也显优势。但该技术未获得广泛应用的主要问题是零件质量，特别是与最终应用相关的后烧结变形、开裂以及力学性能，在面临最终应用时存在挑战。 在金属粘结剂喷射技术领域，ExOne是唯一取得较大规模商业化应用的金属增材制造公司。虽然ExOne是该技术的早期领导者，但该技术的规模化应用最近才开始显现，如今ExOne已被Desktop Metal高调收购，引领了该技术的快速发展。惠普（HP）和通用电气(GE)这些国际大型公司也在前几年前进入了该领域，并在批量化、规模化应用方面取得了较大进展。 采用材料挤出和光固化成形技术的增材制造公司也能使用低成本的丝材或浆料来制造金属零件，国际化工巨头BASF因此开发了适用于该工艺的金属丝材。金属材料挤出工艺适合于制造工装、夹具以及零件原型，目前已在汽车领域获得应用。从事该技术的知名公司有Desktop Metal以及国内的Raise3D、纵维立方等。 基于光固化的金属3D打印，根据光聚合原理生产高精度零件生坯，其原料为金属粉末和光敏聚合物的混合体。通过掩模曝光，可以精确快速地成型整个层面，聚合物粘结剂选择性的在局部交联，将金属粉末粘结在一起。打印完的生坯经历脱脂和烧结后可以形成致密化的零件。这种制造方式特别适合小尺寸金属零件的3D打印，并能实现从医疗到汽车、航空航天到奢侈珠宝等广泛应用的复杂零件的精确、高质量生产。目前，从事该技术的公司主要有MetShape和Incus。 金属材料喷射技术（MJ） 一般来说，材料喷射技术被认为是精度最高、技术最成熟的增材制造技术，这是因为它采用了传统的喷墨打印技术、从而能够精确控制成千上万的数字控制喷嘴来喷射材料。然而，在金属增材制造领域中，材料喷射是一个原材料种类非常有限的增材制造工艺，因为喷射使用的液态金属难以制备。 尽管如此，这一细分市场仍是创新和技术突破最可行的领域，因此我们将其作为一个独立的金属增材制造技术来对待。目前可用于金属材料喷射技术的材料只有两大类：一种是已经商业化的、利用金属纳米颗粒与液体混合形成的纳米墨水；另一种是正在研发的、使用电磁场驱动喷射的熔融液态铝。 虽然许多金属粘结剂喷射公司也宣称自己能够使用纳米金属墨水打印金属零件，但唯一能够真正开发纳米金属墨水并实际应用的公司目前仍只有Xjet，其使用材料喷射技术来制造陶瓷和金属零件，如钢和银。遗憾的是，该工艺推出了多年，但在商业化和应用方面，似乎一直未有太多起色。 与Xjet材料喷射工艺类似的，中国梦之墨公司推出的液态金属3D打印机专注于电子电路打印，并取得了一定的成绩。除此工艺形式之外，施乐公司收购了一家发明了使用熔融铝线制造金属零件的初创公司，其每秒可喷射1000个液滴，用于零件的堆积制造，这也是目前使用材料喷射技术高效率、低成本制造金属零件的可用解决方案。 END 金属3D打印技术经过几十年的发展，制造局限获得了极大突破，制造形式更加丰富多样，制造效率也大为提升。尤其值得注意的是，本文所提到的绝大多数工艺形式是金属3D打印技术的新发展，国内在很多方面有的还未涉足、有的则仍处于研究阶段。在新技术发展领域，以美企等为代表的国外先进制造商具有领先优势。 3D打印技术与国内的发达的传统制造技术相比，在很多领域可能并不具备成本优势，但作为一项重要的未来生产力，技术储备不可或缺。我们期待，国家能有重大的科技专项能扶持新技术的发展，让先进技术在未来重要的领域发挥作用。 关注 视频号 了解最新技术应用 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Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022最新金属与非金属增材制造技术全景图（中文版） 2.王华明院士《科创中国》演讲视频：3D打印，重大装备制造业的新机会 3.深蓝航天3D打印整机制造火箭发动机搭载试验箭完成「公里级起降回收」 4.视频：国家增材院10米超大型铝合金火箭连接环3D打印制造技术

5月12日-5月15日期间，中科宇航自主研发的“玄鸢一号”20吨级液氧煤油火箭发动机通过长程试车考核圆满成功。 3D打印技术参考根据中科宇航发布的消息，“玄鸢一号”发动机主要由推力室、燃气发生器、涡轮泵、各类阀门、管路、传力装置等组成，其中涡轮泵、推力室、气瓶等关键组件大量采用了全3D打印技术，大幅提升了生产效率、降低了研制成本，能更好地适应商业航天市场低成本、快速灵活的产品需求。 通过大量的引入新技术、新工艺，立足于自主创新，中科宇航逐步探索出了低成本、高可靠商用液体火箭发动机的设计、生产、试验的研制及组织模式，为未来早日实现商业发射提供了强有力的支撑。 “玄鸢一号”发动机秉持“高可靠，低成本，快速迭代”的设计理念，可年产100台。作为小型运载火箭一级，中型运载火箭二级/三级，亚轨道飞行器等主动力，满足液体火箭回收的需求。2022年6月-10月期间，将陆续开展100s250s500s可靠性试车，累计时长3000s, 2022年11-12月，将开展6次合计1500s联合动力系统试车。 本次发动机长程试车的成功标志着“玄鸢一号”发动机全面进入了工程样机研制阶段，为2022年底即将首飞的亚轨道飞行液氧煤油探空火箭和2023年验证的100公里级亚轨道可重复使用技术验证平台、2024年底首飞的液氧煤油二级入轨火箭的设计提供了设计支撑和研制基础，同时也为后续亚轨道旅游、可回收液体火箭等重大任务奠定了基础。 注：本文内容来自中科宇航。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.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.深蓝航天3D打印整机制造火箭发动机搭载试验箭完成「公里级起降回收」 3.中国民营航天星河动力将3D打印技术用于火箭发动机制造 4.预告：8场航空航天增材制造先进设计与工艺仿真讲座

点击上方「增材制造技术前沿」快速关注3D打印综合、全面、专业的微信平台 Norsk使用的快速等离子体沉积工艺（RPD）是一种经过FAA认证的OEM合格的增材制造工艺，通过使用钛丝转变为适用于结构和安全关键应用的复杂组件，可为航空航天、国防和商业客户节省大量的交货时间并节省成本。 钛丝、氩气、等离子体电弧和过程控制是RPD工艺的核心因素，可以实现在快速打印的同时达到锻造强度，能够满足航空航天级的应用。Norsk成熟的生产能力可降低成本、减少机加工和材料消耗并缩短交货时间，旗下MERKE IV ™系统是当今商业生产中最快的钛金属打印机，它比基于粉末的增材制造设备快50-100倍，而钛的使用量则比传统锻件少25％-50％。 使用Norsk的快速等离子体沉积（RPD）工艺，Norsk的工程师设计了Ti6Al4V毛坯，将原料需求减少了40％。利用RPD的工业流程，Norsk可以创建接近最终形状的设计，同时保持波音飞机结构应用所需的严格流程控制和材料特性。 从2021年开始，Norsk与General Atomics Aeronautical Systems展开合作，双方共同探索Norsk的RPD技术在通用原子产品的重要结构应用。近日，双方成功完成了组件级测试，所选起落架部件的初步测试结果表明，其性能令人鼓舞。 这项工作是Norsk向国防市场扩张的一部分，Norsk Titanium US使用专利增材制造技术生产测试组件。通用原子增材制造和结构工程团队进行了检查和功能负载以及材料测试。 这项测试是为了支持通用原子公司实现和加速增材制造技术集成到其设计和制造操作、流程和产品中，从而最大限度地提高公司及其客户的购买与飞行比率。 “我们要感谢GA-ASI对我们技术和整个增材制造行业的支持，”Norsk Titanium商业副总裁Nicholas Mayer表示。“我们相信，我们的技术非常适合GA-ASI应用，这些应用传统上需要较长的交货时间，我们的团队已准备好继续支持GA-ASI，并持续进行资格认证，进一步开发DED增材制造技术应用。 注：欢迎加入硕博千人交流QQ群（867355738）

5.20日，3D打印技术参考在TCT Asia Live线上展会获悉，铂力特最新推出了12激光SLM设备BLT-S1000（文末可查看发布会视频），可实现大尺寸零件一次性高效率生产。 2021年，铂力特在TCT展会上发布了十激光设备BLT-S800。一年来，铂力特未停止对设备研发和设备升级的探索，铂力特的设备不断向着大尺寸、高效率、智能化、品质可控的方向发展。 航空航天领域的大尺寸零件存在无法一体成形或加工后内部性能达不到应用标准的问题，一些较大尺寸零件由于项目时间紧张，必须同一台设备同一批次打印以节约制造时间，所以更高的成形质量、更高的成形效率成为客户一直以来的追求。 基于前述的几种生产痛点，铂力特创新研发了BLT-S1000，可为客户提供大尺寸、高品质、一体化成形的解决方案，出品精良制件，提升效率。 多激光、大幅面，助力超大零件一体成形 超大型激光粉末床熔融3D打印设备BLT-S1000增大了成形舱的尺寸，成形尺寸可达1200mm×600mm×1500mm（不含170mm厚基板），能够满足更大零件的制造需求。 BLT-S1000为铂力特首次发布的12激光设备，该设备标配8激光，可选配10激光和12激光。同一零件，在选配12激光时的成形效率可达300cm3/h。 BLT-S1000光路可靠，可实现多光束无缝拼接，多激光光斑尺寸、能量密度一致，光斑尺寸偏差不超过5%，能量密度偏差不超过10%。设备各区域力学性能、粗糙度一致性高，偏差范围在5%以内；全幅面一致性高，满足批量生产需求。 同时BLT-S1000可针对同一种材料分别适用高效率、高质量和智能打印等不同的打印策略，为客户提供更优化的打印方案。 全面的质量监控手段，为打印过程保驾护航 BLT-S1000对零件的打印质量进行全方面的监控，在质量监测方面BLT-S1000呈现出多个亮点，设备的零件高度自检、粉末质量监控、三维重建等功能全方位为零件质量保驾护航。 零件高度自检功能通过实时对比平台位置和模型理论高度，可以避免意外操作和中途接刀导致的高度丢失，提高零件的一次打印成功率。 零件三维重建可以通过三维数据直观理解成形过程，具有及时、高效的特点。三维重建功能可在打印过程中实时比对，智能识别成形缺陷，实时显示已成形部分，为用户带来更好的可视化体验。 智能智造，搭载BLT-MCS/BLT-MES BLT-MCS为设备构建诊断系统，能够进行故障检测分析，对不同故障进行分级、智能处理。在设备工作过程中实时监测，并完整记录操作记录或过程参数，实现 24 小时无人值守打印。 BLT-MES可实现厂房能源监控及设备集中管控，助力批量生产。厂房能源监控在线采集厂房能源参数和设备打印过程环境参数，通过异常信息告警与异常数据分析及时发现问题，在后续生产中提前规避。设备集中监控可以远程集中监管设备运行状态、打印状态、打印进度等，及时获取异常信息，减少人员现场巡检，降低无效工时。 根据3D打印技术参考对金属3D打印技术发展情况的观察，截止到2020年底，增材制造市场陆续推出了多款具有多激光的大尺寸金属3D打印机，配备的激光数量有5/8/9/10等等，然而成型尺寸多聚焦在600mm左右，能够达到1000mm成型尺寸的多为原型机；这种配置相比此前多流行的400mm，已经算是上升一代。当时，通过增加更多的激光数量来提高制造效率还并未成为国内制造商的关注焦点，依赖质量追踪手段来摆脱技术落地应用痛点的努力也稍显不足。 然而，经过不到两年的技术积累，国内同类产品发展突飞猛进，从激光数量到成型尺寸，如今的产品突破了人们对金属3D打印机（SLM）设计极限和制造极限的认知，国内产品也在国际同类产品中表现出领先的迹象。在粉末床激光熔融系统中，大型组件的质量保证至关重要，任何制造失败都会造成严重的经济损失，而集成化的解决方案已经证明可以生产出更高产量的高质量零件，这一点也已经在国内设备上得到了解决。 BLT-S1000应需求而生，为用户带来了大尺寸、高质量、高效率的解决方案。未来，铂力特也将持续精进金属3D打印技术，为客户提供更高品质的技术服务，助力更高更远的探索，助梦更宏大、更磅礴的征程。 ‍ ‍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.中国航天日 | 细数铂力特航天领域专用3D打印装备 2.“铂”之重器——铂力特推出十激光器BLT-S800 金属3D打印机 3.专题：2021，多激光、超大型金属3D打印的时代已经到来 4.综述：SLM制造过程中的信号类型及其监测手段

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