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…

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

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…

2022年5月6日，深蓝航天自主研发的“星云-M”1号试验箭完成了1公里级垂直起飞及降落（VTVL）飞行试验，火箭在爬升和下落的过程中同时进行了横向移动，最后降落至着陆场“靶心”位置不足0.5米的点位，“星云-M”试验箭成功回收。 此次执行公里级试验所使用的箭体依然是“星云-M”1号试验箭，已经执行3次飞行任务、7次地面静态点火，真正做到了液体运载火箭的可回收复用；其所配备的“雷霆-5”发动机，是国内首型使用3D打印技术实现整机制造的针栓式液氧煤油发动机。此次飞行任务的完成宣告了深蓝航天在中国可回收复用火箭历史上又攀登上了新的高度，离成功实现入轨及回收又迈进了坚实一步。 2021年7月-10月，“星云-M”试验箭先后完成了十米级、百米级VTVL垂直回收飞行试验，实现了国内液氧煤油火箭两次零的突破。2022年5月，还是同一发火箭，又一次刷新了新的试验高度。深蓝航天成为目前全球除美国以外研发回收复用火箭速度最快的中国商业航天公司。 本次公里级VTVL垂直回收飞行试验，标志着深蓝航天仅用10个月3次发射试验就达到2012-2013年SpaceX用一年多的时间8次的发射试验达到的同等级试验成果。深蓝航天成为了全球第二家完成液氧煤油火箭垂直回收复用全部低空工程试验的公司（第一家为美国的SpaceX)。 深蓝航天火箭发动机制造技术在国内独树一帜，由于传统的加工手段在复杂部件的制造能力、生产效率和综合成本方面皆无法与3D打印相比，深蓝航天在产品设计之初就采取了增材设计思维。其自行研制的“雷霆-5”和“雷霆-20A”液氧煤油火箭发动机在方案设计时就优先选用激光粉末床熔融金属3D打印技术，与传统的设计方法相比，增材设计思维减少了出图数量，提高了设计效率，同时为产品制造争取了周期。 搭载“星云-M”1号试验火箭成功实现公里级回收的雷霆-5发动机全机85%重量的零件都由3D打印技术制作。采用传统工艺制造的液体火箭发动机涡轮泵用离心轮、涡轮盘等复杂结构产品，涉及五轴机加工、焊接、电火花等多种工艺，存在生产流程长、加工效率低等问题。3D打印技术本身具有对产品结构复杂性不敏感的特性，深蓝航天采用3D打印制造涡轮泵离心轮、涡轮盘等产品实现了尺寸和性能一致性好，整体生产效率高，综合总成本低的优势。 在产品的集成化制造方面，3D打印同样为深蓝航天提高了产品质量和制造效率。点火器在传统制造方案中由多个机加工零件装配焊接而成，对产品组件的装配质量、焊接质量要求极高，工艺过程复杂。采用3D打印技术制备的点火器仅有一个零件，仅需要数控加工连接接口即可交付装配；且一次可打印多个零件，打印周期仅需一周左右，缩短了产品交付周期，规避了很多质量风险。 在3D打印技术参考对深蓝航天的专稿介绍文章中，深蓝航天表示，与传统的液体火箭发动机制造技术相比，3D打印技术助力深蓝航天达成了以下目标： • 突破传统设计思维与制造的局限性，为设计人员提供更大的设计自由度；•优化零件流道流动性能，为燃料和冷却剂通过多腔道/多流道分配提供新的可能性；•降低零件装配错误风险，提高产品的质量稳定性、一致性；•减少加工步骤，省略中间环节，提高生产效率；•缩短产品研制周期，使产品研制总成本更具竞争力。雷霆-5型液体火箭发动机，是国内首型使用3D打印技术制造的针栓式电动泵液氧煤油发动机。3D打印技术的应用加速了设计-制造-设计的迭代。在2020年初，雷霆-5液氧煤油发动机进行了首次整机变推力长程试车，试验成功。雷霆-5从方案设计到整机试车仅仅用时8个月。目前已有20余件3D打印产品应用于深蓝航天液体火箭发动机总装、总测。 END 在这个商业航天迅猛发展的时代，大航天时代空间资源的抢夺、火箭作为空间往返运输工具的先进性和火箭商业用途多维场景的需求，可回收复用火箭的必要性与紧迫性可见一斑。未来，深蓝航天将继续秉持轻量化设计、一体化设计等先进的设计思想，为液体火箭特有构件一体化快速成型、超大幅面精密结构件轻量化制造等3D打印技术提供工程应用场景。 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.专访 | 3D打印技术如何助力深蓝航天快速成功实现火箭垂直回收 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.国家增材创新中心助力航空航天创新发展成果汇总

本周五，美国总统拜登在考察俄亥俄州汉密尔顿当地企业时就启动旨在推动美国3D打印及制造业发展的“AM Forward计划”和《两党创新法案》发表公开讲话。 在此次访问前，白宫发布了启动“AM Forward计划”的情况说明。“AM Forward计划”是“推进增材制造”（Additive Manufacturing Forward）的缩写。这是一项自愿参与的公私合营协议，将扩大美国中小型供应商的3D打印使用范围以提高供应链的弹性。 白宫网站文件 截至目前，通用航空（GE Aviation）、雷神公司(Raytheon)、西门子能源（Siemens Energy）、洛克希德·马丁（Lockheed Martin）和霍尼韦尔（Honeywell）已同意参与该计划。白宫强调，任何设备制造商（OEM）均可参与该计划。只要相关公司愿意公开承诺支持其供应商采用3D打印技术，即可得到非盈利组织应用科学与技术研究会（ASTRO）的支持。 拜登在讲话中指出，新冠疫情大流行以及俄乌冲突加剧了供应链危机。过于依赖海外供应致使美国经济无法对抗通胀问题，而3D打印技术的发展则为美国制造提供了扭转局面的可能性。 周五，拜登总统考察俄亥俄州汉密尔顿的企业（美联社图） 他解释说：“3D打印技术是不可思议的。它可以大幅度削减零件成本以及交货期。尽管并不总是如此，但有90%的公司可以通过3D打印技术将材料成本削减90%，并把能源消耗减少一半，这些都有助于降低成本。” 根据白宫的说明，拜登政府将为推动“AM Forward计划”制定一系列联邦政策，包括为中小企业制造商发展3D打印技术提供融资渠道和技术援助、投资3D打印领域的劳动力培训、制定相关的行业标准等。 除了为“AM Forward计划”进行宣传外，拜登还在当天再次呼吁国会尽快推进目前陷入僵局的《两党创新法案》。他重申了该法案对于加强美国在21世纪全球竞争力尤其是对华竞争能力的关键性作用，并强调美国必须重新占据全球科技投资和先进制造业的“领军地位”，以此解决供应链和美国家庭所面临的严峻挑战。 注：本文内容来自美国在线。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.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.增减材混合增材制造被美禁运，国内也已将其纳入“限制出口目录” 4.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策

5月5日，Velo3D宣布旗下Sapphire系列打印机完成了针对GRCop-42铜合金的认证。该材料是由NASA开发的一种具有高强度和高导热性的航天增材制造专用铜合金，由于合金中使用了铬和铌，使其在高温下仍能保持强度，同时具有优异的抗蠕变性能和低周疲劳寿命。所有这些特性对于火箭发动机部件具有重要价值，特别适合制造喷油器和再生冷却燃烧室衬里。 铜合金是用来制造散热及导电器件的关键材料，是航空航天、武器装备等某些应用场合的必选材料。在航天领域，用来打印推力室的铜合金材料均来源于经过验证的传统合金。2019年，NASA研究人员宣布成功完成GRCop-42（Cu-4 % Cr-2% Nb）粉末的改造和工艺开发，该材料旨在替代此前的GRCop-84，它可以在保证同等高强度的前提下，大幅提高导热系数，而且比当前燃烧室内衬用合金NARloy-Z的导热率还要高。 3D打印技术参考曾详细介绍过该材料的工艺开发过程，研究发现，GRCOP-42是一种易于打印的合金，可以制备完全致密的部件。Velo3D给出的材料性能显示，在50μm的打印层厚下，材料密度为8.79g/cm³，致密度超过99%；打印态（垂直方向）室温拉伸强度533Mpa、屈服强度296Mpa，延伸率23.8%；经热等静压后，拉伸率达到34.1%（其他详细的数据可在QQ群下载材料手册）。 Velo3D以近乎无支撑的金属粉末床3D打印技术而著称，使用该技术可以实现相比传统SLM更大倾斜角度的特征制造，进一步提高设计的自由度；同时大幅减少后处理步骤，以及由此带来的成本。这些优点成为其快速发展的关键，其客户涵盖了众多知名的航天、军工及普通制造企业，如SpaceX、Launcher、BOOM、霍尼韦尔、洛克达因、美国空军等。 基于强大的制造能力，2021年Velo3D售出23套设备，相比前一年增长77%，新客户增加10个，全年营收2740万美元；按照预期，2022年其新客户数量将再增长24个，发送47-49套新系统，营收将达到8900万美元。届时，Velo3D打印机的平均售价将高达上千万人民币，但高售价似乎不能阻挡美国制造企业对突破产品制造极限的迫切需求。 2021年10月，Velo3D推出了新一代具有“超大容量”的Sapphire XC 3D打印机，φ600x550mm的构建体积以及八台1000W激光器的配置，使其比上一代φ315x400mm的成型尺寸和双激光器的配置相比，吞吐量提升了五倍，并且能够将零件的制造成本最高降低75％，可实现更高的生产率和打印速度。与此同时，这台打印机的成形尺寸能够满足小型火箭发动机燃烧室的成形。 请扫描关注 3D打印技术参考 视频号 查看铜合金燃烧室热试车 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 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.增材制造用铜及铜合金材料发展现状概述 3.金属3D打印的最佳实践(一)：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录 4.延伸率32.4%，无须热等静压，一种专有的铜合金3D打印技术

国家增材制造创新中心面向以卫星导航、载人航天、深空探测等为代表的国家重大战略需求，重点攻克航空航天应用领域所面临的高精度、高性能、复杂结构零件一体化制造以及金属大型结构件高效制造等难题，在关键工艺和重大装备制造方面取得了显著成果，推动了增材制造技术在航空航天领域内的广泛应用。 金属大构件高效增材制造 以增材制造技术突破结构件的轻质、高刚度、高强度、整体化成形等关键技术，实现航空航天大型铝合金结构件高效增材制造，如直径3-10米火箭转接环、燃料贮箱及飞机机翼等。 2021年1月19日，国家增材制造创新中心卢秉恒院士团队利用电弧熔丝增减材一体化制造技术，制造完成了世界上首件10m级高强铝合金重型运载火箭连接环样件。 燃料贮箱 方形框架结构件 精密复杂零件增减材复合快速制造及修复 有效结合增材制造适用于复杂零件成形及减材加工保证加工精度和表面质量的优点，成功实现航空发动机匣、航天发动机螺旋叶轮等复杂零件的增减材一体化制造。 机匣 螺旋叶轮 无人机用微型涡喷航空发动机 攻克微型涡喷、微型涡轴发动机自主创新设计及制造技术，开发出5种不同型号无人机微型涡喷发动机，零件总数减少80%，总重降低5-8%。 专用材料开发与关键组合件的成形制造 开发出耐高温新型复合陶瓷材料体系，实现了航空航天领域导弹天线罩、发动机涡轮叶片、燃烧室等耐高温结构件的快速制造。 梯度结构天线罩 发动机涡轮叶片 燃烧室结构件 装备推荐 由国家增材制造创新中心（简称：国创中心）自主研发的RC300环形铺粉设备突破了传统SLM设备逐层切片、刮刀往复铺粉的技术壁垒，通过螺旋连续切片、环形连续铺粉的方式实现激光扫描和铺粉过程同步进行，从而节省铺粉等待时间，成形效率提升30%以上，能够满足航空航天、军工等领域环形薄壁复杂构件的一体化高精度高质量成形需求。 目前，国创中心已成功开发5款SLM设备，设备长期运行稳定且通过应用验证，所有设备均通过欧洲CE认证。 产品家族 RC300环形铺粉 产品尺寸：2050*1050*2250mm 成形尺寸：Φ300*300mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：圆缸环形连续铺粉RC300-N2 产品尺寸：1950*1320*2280mm 成形尺寸：Φ300*300mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：双激光、高效、高质量RC300-N1 产品尺寸：1820*1320*2280mm 成形尺寸：Φ300*300mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：单双缸可定制RC100-N2 产品尺寸：1286*950*1920mm 成形尺寸：Φ120*150mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：双缸顶粉单向铺粉 RC100-N1 产品尺寸：1260*990*2050mm 成形尺寸：Φ120*150mm适用材料：金属材料、纳米复合材料等产品特色：圆缸上落粉双向铺粉 产品特色 1高效多激光协同扫描；螺旋连续切片，环形循环连续铺粉，节省打印等待时间，提升成形效率。 2开放自主开发工艺和控制软件，所有参数完全开放，打印过程参数曲线实时显示，支持新材料开发，工艺参数支持更新迭代。 SLM成形数据监测界面 3智能多源信息在线监测系统；数据可追溯，支持大数据工艺优化；设备运行状态、工艺数据实时APP远程监控；可实现设备的互联互通。 SLM成形多源感知在线监测系统 4稳定设备成型室气路循环和打印区域气流均匀性、烟烟除尘效果、设备整体结构强度与刚度均通过计算验证，设备稳定可靠。 成形腔内保护气体流动云图 中国航天事业从无到有，从有到优，每一步的发展都离不开技术创新和壁垒突破，尤其是近年来3D打印技术的高速发展，也为航天事业的发展带来了更多的思路与创新应用。 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.国家增材中心《大讲堂》——增材制造中一体化软件服务平台的应用 3.美国家增材创新中心：借助衍生式设计平台能创建出怎样的高级热交换器 4.8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

过去一年，中国金属3D打印市场发展迅猛。据统计，国内拥有近百台金属机的服务厂商多达8家甚至更多。同时，随着关键性技术的攻克，增材制造的发展指向新的趋势：3D打印机逐步向大型发展，大尺寸高效成型能力逐步增强，金属3D打印迈进重量型、大生产时代！ 大尺寸设备意味着更高的工作效率，可以加快在航空航天、船舶、汽车等领域的应用，但也对打印工件的质量与精密性提出了更高的要求，打印后处理的问题也逐渐显现：金属3D打印的制造特点决定了粉末残留的必然性，如何有效清理大型工件内部残留的粉末，成为后处理的一个重要课题。 https://v.qq.com/x/page/m3333abn4ydtml 清粉3D打印后处理的重点环节 据了解，3D打印零件漫长的手工后处理和去粉化方法为制造商增加了不少成本。小型工件虽然可以人工进行清理，逃逸的粉末仍会对操作员身体健康产生不利的影响，更何况是大型精密工件？若想做好工件的清粉，做好以下几点是关键。 一是人工清粉的效率和安全问题。对于结构复杂且内部管路细密、质量较大的工件来说，人工清粉的技术有限，且不能通过摇动、振动等方法使粉末完全与工件分离，不仅清粉有难度，效率也很低下。 安全问题包括工件安全和操作工人的安全，工件安全是指若操作不当引起工件损坏，对制造商来说是致命的损失；不仅如此，清粉过程中若防护不当，操作工人长期吸入空气中的金属粉末，也会对健康造成极大的影响。 二是粉末回收再利用问题。粉末处理不到位首先会造成环境污染。金属粉末价格高昂，能有效、不影响粉末质量的情况下回收再利用能很好的降低成本。 大型工件的清粉问题要想处理好，必须在以上几点下足功夫！ TCB-100大工件清粉的解决方案 基于以上痛点，浙江拓博环保科技有限公司于2017年就开始对清粉设备进行了专门研发，并针对解放人力、保护操作员安全、保证工件安全、提高清粉效率、粉末高效回收等多个方面做了深入研究和试验，应对大型工件粉末清理的TCB-100防爆3D打印工件清粉系统由此而生。 TCB-100，针对航空航天、汽车、船舶等大型3D打印工件，可对其进行内部及隐藏空隙进行清洁工作。此系统以尽可能少量的人工操作，尽量多且高效的回收设备中残留的粉末为核心，节省时间高达90%，大大减轻人力负担，且能在惰性气体的保护下实现各种清粉操作，极大的保护了设备安全和人员安全。加之在密闭的空间内操作，操作员的劳保安全也能得到有效保障。 这一设备在实际投入使用中意义重大，对企业来说不仅意味着清粉时间的缩短，更重要的是为制造商缩短了交货时间。成本的降低，即是利润的增加，对企业来说，此类设备的使用大有裨益。 多管齐下，清粉效率大幅提升 那么TCB-100防爆3D打印工件清粉系统是如何实现高效清粉的呢？ 从负载设计上来看，大型、坚固的结构为大型工件的清粉提供了可能性，毕竟市面上少有应对大型工件的清粉设备。TCB-100防爆3D打印工件清粉系统可安装工件尺寸450x450x450mm，负载可达到130kg，此规格已能覆盖大部分市场上大型工件的清粉需求。 清粉的高效与否取决于清粉功能的设计。TCB-100针对复杂粉末路径难处理的特性，设备通过伺服电机使工件可360度立体旋转，确保无论工件内部需要清粉的粉末路径有多复杂都能够得到清理。控制工件的方式可采用程序来进行，也可通过符合人体工程学的摇杆来进行控制，并且可以通过摇杆控制工件旋转的速度。360度立体旋转，让粉末流动更加可控，也能根据实际情况加以调节，清粉更加便捷高效。 除此之外，振动装置和吹尘枪等套件的搭配使用，也提高了设备清粉的效率。设备通过振动装置对工件实施振动，从而将工件中密实的粉末被振散使其易于流动、脱落。配有吹尘枪套件用于高压吹扫狭小空间内的粉末，并且设有吸粉接口，可对接吸粉设备直接将粉末回收。如此一来，即便是复杂结构的工件，也能通过此装置顺利完成清粉的操作，粉末也能得到有效回收，不会对环境及人体造成危害。 安全防爆，更多人性化设计 后处理的过程中，除了要考虑到清粉的操作性与效率，对安全性的考虑也是重中之重。3D打印工件中的金属粉末通常都是易燃、易爆的，购置防爆设备一定要购买经过防爆认证的设备。TCB-100经过第三方权威认证机构认证，确保防爆性能符合相关规定，防爆性、安全性毋庸置疑！ 金属粉末活性高，容易造成安全隐患，提前做好防护便能大大规避风险。TCB-100的便捷操作性方方面面透露出人文关怀：全自动惰性气体保护，在线检测手套箱内氧含量、压力，面对突发情况可快速做出反应；全密封手套箱设计，在密封的情况下操作内部工件，防护到位，操作员的安全也得得到有效保障；充气密封结构，确保手套箱的高防护及氧含量的持续保持；进口耐磨、抗老化防静电手套，符合防爆要求，进一步保障操作员的安全；电器元件及PLC均采用国际一线品牌，如ABB，西门子，费斯托等，高质配件，质量有保证，保障设备的高效耐用。 作为一种专业的清粉解决方案，TCB-100还配有系统化设计，例如定制化全电动叉车、吸粉设备、筛分设备等供选配，配合清粉设备完成更加高效的运输、清粉、筛分、回收等一系列的工作。 当3D打印迈向新的发展里程，大尺寸、高精度和高性能将成为现在乃至未来设备的必备特性，也昭示着3D打印以实际行动助力着制造业产业升级。与此同时，后处理包括清粉等环节的辅助设备也将在市场占据一席之地。 2022年浙江拓博环保超大型清粉设备也即将面世，新品负载高达1000kg，安装工件尺寸高达850×850×1200mm，此规格可以涵盖到全球3D打印市场95%以上的工件尺寸。拓博希望大型工件甚至超大型工件清粉的问题将不再困扰3D打印技术的发展，将不断创新与突破，解决应用端遇到的难题。 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 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.为大型、重型金属3D打印零件自动清粉至关重要 3.中国航天日 | 细数铂力特航天领域专用3D打印装备 4.王华明院士演讲：大型金属3D打印对重大装备结构、材料和制造业的影响

4.24日是中国航天日，我们不免想到3D打印技术在航空航天领域的应用日益增多。从长征五号运载火箭、天问一号火星探测器、新一代载人飞船到当前的空间站建设，3D打印在这些最新的航天产品上都在发挥重要作用。顺应趋势，国内金属3D打印龙头企业铂力特深度参与多项国家重点工程，持续开发多种新设备型号，在满足国内如火如荼的制造需求前提下，也促进了我国的增材制造应用水平的发展。 据3D打印技术参考了解，铂力特深耕行业超20年，自主研制开发了激光选区熔化成形、激光立体成形、等系列金属3D打印设备，其中航天领域专用3D打印及修复装备达9种，包括BLT-S310、BLT-S400、BLT-S450、BLT-S510、BLT-S600、BLT-S800、BLT-C400、BLT-C600、BLT-C1000。本期，我们将挑选其中的重点型号以及它们已经实现的航天应用进行介绍。 “铂”之重器 追光而舞——十激光BLT-S800 BLT-S800是铂力特在航空航天领域的集大成之作，可配置6/8/10光三种多光方案，是自动化、智能化的集大成之作。其中十激光配置的设备增产提效，助力大尺寸零件生产。更大的成形尺寸，更多的光束配置，全方位提升成熟设备的生产效率。BLT-S800的成形尺寸突破至800mm×800mm×600mm，可更大程度上满足大尺寸零件的成形要求，解决高端应用领域大尺度异形空间曲面特征、多特征跨尺度结构、镂空网状及空间连续拓扑包络等复杂结构的一体化成形难题。此外，更大的成形尺寸也可实现中小尺寸零件的批量化生产。 多个高品质光纤激光器联动协同打印，10光设备效率相较6光设备可提升30%以上，大幅提升打印效率。同时设备采用双向铺粉技术，减少单向铺粉的无效时间，提升零件打印速度。在保证零件质量的前提下，设备最高打印效率可达250cm³/h（与零件的形状、尺寸、材料和参数有关，与设备激光数量有关）。如此高效率、大尺寸的3D打印装备，是瞄准了圆筒型航天零件的高效生产和批量生产需求。 六年磨砺 大有作为——BLT-S600 铂力特充分调研航空、航天、发动机等诸多领域应用，结合自身数年的金属增材研发和制造经验，在保持高精度、高效率打印的同时，突破尺寸极限。BLT-S600设备最大成形尺寸达600mm×600mm×600mm，可满足多种应用场景零件尺寸需求，同BLT-S800一样，可实现极复杂结构的一体化成形，尤其适合生产圆筒型航天零件。 铂力特拥有的多光束拼接技术，经过长期的应用验证，对多种&多批次材料在不同成形区域内进行金相、尺寸精度、力学性能等全方位对比验证，海量的测试数据表明BLT-S600设备多光束搭接区域与非搭接区域产品质量及性能一致。多批次零件测试结果显示，零件精度、粗糙度、力学性能等均符合航空航天质量标准。其中，零件成形精度可控制在0.2mm以内，振镜拼接精度可控制在±0.05mm以内，零件表面粗糙度最低可达到Ra5，真正实现“用心精制”！ 2019年8月，中国航天科技集团有限公司捷龙一号遥一火箭将千乘一号01星送入太空。千乘一号卫星主结构是目前国际首个基于3D打印点阵材料的整星结构，其尺寸超过500mm×500mm×500mm，由BLT-S600通过铝合金增材制造技术一体化制备。千乘一号卫星的运行稳定，标志着用于航天器主承力结构的3D打印三维点阵结构技术成熟度达到九级，即实际系统成功完成使用任务。 突破极限 志存高远——BLT-S510 丰富大型的复杂零件一体化成型解决方案，面向中小型零件量产效率提升需求，BLT-S510具有500mm×500mm×1000mm的成形尺寸。自主研发的多振镜控制系统，实现了多振镜协同工作，特别是在控制重合区不同振镜打印时边界的搭接工艺方面取得巨大突破，搭接处成形尺寸误差小，搭接处熔融质量等同于或优于单振镜打印区的熔融质量。打印过程中高效稳定，为打印大型零件提供了有效的保障。 设备自主研发质量追溯系统，包含高清摄像机、传感器、光栅尺、数据库软件等，实现打印过程实时监测并记录，保证零件打印过程全程可追溯。设备顶部安装高清摄像机，会对每一层的打印状态及铺粉状态进行拍照并保存，通过观察已保存的照片可以对该零件所有打印层状态进行检查，可在打印过程中识别孔隙缺陷、裂纹缺陷、吹风缺陷、打印缺陷等多种缺陷，有效保证设备高产值高成品率，为设备稳定运行保驾护航。 BLT-S510特别适合生产长轴类航天零件生产，铂力特使用该设备协助了中国航天科工集团三院三十一所关于水下传递火炬的研发和制作工作。高度807mm的火炬外飘带使用BLT-S510四光设备，充分利用设备光路和打印幅面，仅用四天便将10套外飘带打印完成。 先行一步 瞄准未来——BLT-S450 BLT-S450系列设备可选配单激光、双激光和四激光三种激光器配置，满足不同应用领域使用者对设备成形效率的需求，且激光数量的变化并不影响整机外形，后期可单独升级；设备可选配多种尺寸加工幅面，最大成形尺寸可达450mm×450mm×500mm，满足不同尺寸零件加工及高效率批产需求。 此外，BLT-S450系列设备在打印同种材料条件下，可定制多种针对不同零件特征和不同关键质量目标（如：表面粗糙度，致密度和成形效率等）的工艺参数。 批量生产 “智”造升级——BLT-S400 升级后的BLT-S400完成了从双激光到三激光的转换，相比双光设备，生产效率提升34%，目前已累计运行超3万小时。三激光BLT-S400对提高批量化生产水平，大有裨益。 BLT-S400设备使用顶部落粉方式，配合双向铺粉模式。该模式可以减少设备工作时间中铺粉时间的占比，尽量将设备工作时间全部用于激光成形。此次AIRSHOW CHINA展会上展出的升级版BLT-S400设备采用三激光配置，更贴合长方形打印幅面，打印效率较BLT-S400双激光设备大幅提升。 这台设备特别适合航天小尺寸零件的高效生产和批量生产，星众空间出品的“灵巧号”太空实验卫星以及蓝箭航天“天鹊”80吨液氧甲烷发动机的燃烧室，就是由BLT-S400打印的。 引领行业 全能旗舰——BLT-S310 BLT-S310是铂力特中型尺寸的旗舰机型，主要应用在航空、航天、发动机、医疗、汽车、电子、模具、科研院所等领域；是空客认证过的主力机型，多次远销海外。 BLT-S310经过多批次迭代，技术成熟稳定，先进的流场设计使成形质量大幅提升。该设备的双向智能铺粉功能，在效率提高60%的同时智能化节粉。氧传感器冗余设置多层防护，可使关键参数不失真；反吹过滤系统可使滤芯寿命延长至1500H。 BLT-S310上搭载的智能模块可以保证故障分级自诊断、实时监控运行状态、打印全程可追溯、UPS电源断电可继续打印。同时还有精细光斑配置方案、BLT-MES系统、三维重建功能、永久型过滤系统、自动对准嫁接等选配模块，客户可以根据需求选择相关模块进行配置。在这些技术的加持下，BLT-S310成为目前应用场景最广泛的旗舰机型，可用于航天零件的研制和生产。 这台设备的典型案例是制造了长征五号搭载的世界首个基于金属3D打印技术的立方星部署器，该案例体现了采用3D打印技术加工微纳卫星部组件在批产化方面的重要潜力。此外，该打印机还为蓝箭航天3D打印了“天鹊”80吨液氧甲烷发动机的燃气发生器身部，该零件内有数十个冷却通道，最小特征尺寸精度达±0.05mm，金属3D打印技术实现了复杂结构一体成形，大大缩短了发动机装配周期，集成化设计还可有效减少了零组件数量，提高了发动机的使用维护性。 END 从能够用于航空航天领域零件3D打印的装备种类来说，铂力特航天专用装备型号多达9种，这无疑在国内具有领先地位；从粉末床激光增材制造技术的发展水平来说，目前国际上趋向于更大尺寸、更多激光方向发展，铂力特开发的8/10激光金属3D打印机能够稳定生产超过三万小时，代表着公司技术达到了国际先进水平。 凭借多年专业积累和工业应用经验，公司对加工单位最重视的设备可靠性、成熟度、智能化、打印效率等问题的逐一解决，使金属3D打印技术真正能够落地应用，尤其能够应用于中国航空航天领域，并成为该领域最重要的服务供应商。 时值中国航天日，随着中国空间站的建设以及未来深空探测任务的发展，相信中国航天对这一先进制造技术的使用会更为开放。届时，犹如BLT-510、BLT-S600、BLT-S800这些大尺寸、多激光、应用最多的航空航天专用3D打印机将会带来更多令人惊喜的航天应用。 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.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 3.3D打印技术在航空航天静态和动态发动机组件中的应用案例 4.2025年服务于中国航空航天等领域的金属3D打印装备将超六百台