本文内容作者：OFweek3D打印网 2021年1月18日，全球3D打印服务龙头Protolabs（纽约证券交易所代码：PRLB）与3D打印制造平台3D Hubs签订协议，收购后者。  图片来源：美国证券交易委员会 交易完成后，3D Hubs股本的所有流通股、购买3D Hubs股本的期权和购买3D Hubs股本的认股权证将被取消，以换取约2.8亿美元的总对价，其中包括1.3亿美元的现金和1.5亿美元的公司普通股。 此外，根据双方协议规定，Protolabs将额外支付高达5000万美元的或有对价，由2500万美元的现金和2500万美元的公司普通股组成。 此次收购共计费用3.3亿美元，是3D打印领域最大的交易之一。 图片来源：美国证券交易委员会 在3D打印领域，花费如此巨大的费用进行收购，究竟会产生什么影响？ 对Protolabs：三大重要意义 ProtoLabs位于美国明尼苏达州马普普林市，是一家领先的在线技术支持、按需快速生产的按需制造商，其年收入超过了4亿美元，主要来自3D打印、注塑、数控加工和钣金四个方面。 在ProtoLabs的收入中，3D打印所占的份额并不大，但其3D打印的业务从整个3D打印行业来看，却是一笔不小的收入，而ProtoLabs也愈加重视其在3D打印业务上的发展。 经过对比分析，小编发现，此次收购对Protolabs有三个重大的意义： 1、保持增长 2019年一整年里，Protolabs全年收入创纪录，达到4.587亿美元（约合32亿元人民币），比2018年增长3％。 ProtoLabs在2020年前三个季度的营收分别为1.151、1.066、1.075亿美元，相比于2019年同期的1.135、1.159、1.175亿美元，分别增长了1.5%、下降了8.1%、下降了8％。。 可以看出，ProtoLabs在2020年的年收入很难保持增长的势头，很可能出现下降的趋势。 不过，这也是正常现象，在2020年新冠肺炎的冲击下，大部分公司都出现了这种现象。 对此，Protolabs总裁兼首席执行官Vicki Holt在发布第二季度的报表时曾表示，"2020年上半年，所有企业都面临着巨大的挑战，Protolabs也不例外。" 而这次收购，能为Protolabs的零件定制提供全面的数字制造服务，这将扩大Protolabs的功能范围，增加其定价和交货期选项的可能性，这对于Protolabs收入的恢复具有重大意义。 Protolabs官方也表示，收购3D Hubs将加快收入的增长，并计划在2021年略微稀释非GAAP每股收益。 2、拓宽渠道，提高市场占有率 3D Hubs成立于2013年，目前已通过分布式3D打印平台生产了超过600万个定制零件和产品，在全球20多个国家（地区）拥有大约240个制造合作伙伴。 收购3D Hubs无疑会极大的拓宽Protolabs的销售渠道，同时借助平台的力量，Protolabs可以更好的满足客户的需求，提高其市场的占有率。 对此，Protolabs的两位高管深表认同： Vicki Holt（首席执行官），“收购3D Hubs是Protolabs作为数字制造领导者不断发展的一部分，可以满足越来越多客户的需求。” “ Protolabs领先的内部技术支持的制造服务与3D Hubs的高级制造合作伙伴的全球网络相结合，将在未来几年为我们的客户带来最大的价值。” Rob Bodor（美洲区副总裁兼总经理兼现任总裁兼首席执行官），“收购3D Hubs可以为Protolabs提供一个扩张我们服务的平台，从而为我们的客户提供前所未有的制造灵活性。” “我们将为市场提供行业领先的数字制造解决方案，以满足他们从构思到原型再到最终用途零件生产的所有需求。我们可以共同满足整个产品生命周期中几乎所有定制制造的需求。” Protolabs市值48.15亿美元，图片来源：国泰君安君弘 3、助力3D打印业务发展 虽然在2020年的前三个季度中，Protolabs的收入不容乐观，但其3D打印业务表现非常优异： 第一季度的营收为1590万美元，相比于2019年同期的1440万美元，增长了10.14%。 第二季度的营收为1423.6万美元，相比于2019年同期的1526.6万美元，下降了6.6%。 第三季度的营收为1620万美元，比2019年第三季度的1580万美元增长了2.5％。 可见，在疫情之前，Protolabs的3D打印部门收入增长相当可观，但在第二季度疫情的冲击下，有些衰退，而到了第三季度，其业务已恢复增长，并从2020年第二季度期间的－6.6％的下降中实现了季度复苏。但要知道，此时Protolabs的注塑、数控加工、钣金部门的收入仍然出现了下降。 如此看来，Protolabs的3D打印业务在其收入中的地位与日俱增。 而3D Hubs是一个在线3D打印制造平台，想必Protolabs的3D打印业务受到3D Hubs的助力绝不会少于Protolabs的其他业务。 对3D Hubs：两方面巨大收益 位于荷兰阿姆斯特丹的3D Hubs公司，成立于2013年，通过网络平台整合了全球一批3D打印服务商，为客户提供3D打印、CNC、注塑等加工制造服务。 作为全球3D打印在线服务平台的代表性企业，目前3D Hubs在全球服务了超过35000家企业，大约拥有240个制造合作伙伴。 此次被Protolabs收购，3D Hubs将会在两方面有巨大收益： 一方面，通过将自身平台和Protolabs的产品组合在一起，3D Hubs能够为用户群提供更高的设计复杂性、更严格的公差、更多的精加工选项、更多的材料以及更广泛的定价和交货期选择。（这是促成本次收购的重大因素） 另一方面，借助Protolabs的完全自动化的制造工厂，使用数字化制造流程以业界领先的水平生产零件速度，3D Hubs的用户可享受极快的收货时间，最多缩短至1天。 图片来源：Protolabs官网 3D Hubs表示，接下来将利用Protolabs专有的数字化注塑方法，以及20年来在各种模塑技术方面的经验，对注塑服务进行重大升级。 对于此次收购，3D Hubs首席执行官Bram de Zwart表示，“整个3D Hubs团队都非常高兴能加入Protolabs，通过创新不断革新制造业。” “在3D打印平台上，我们的目标是通过供应链的效率和可靠性使公司具有创造革命性产品的能力。与Protolabs合作，将有助于我们推进这一使命。” 交易评价 近年来，Protolabs完成了对多家企业的收购，比如：2014年收购FineLine…

不同3D打印工艺有其对应的应用场景，不能说那种技术一定更好，但用户需要认识清楚不同工艺之间的差别。SLM技术适用于高精度、高表面质量的应用，零件几乎完全致密化，强度也很高，但制造效率低、成本高；基于粘结剂喷射的金属3D打印工艺适合于批量制造场景，但零件内部相比SLM技术存在较多孔隙，零件性能也普遍认为不如前者。在此背景下，来自南洋理工大学的研究人员，比较了这两种工艺制造的零件疲劳性能的影响，并从微观结构角度进行了分析，发现尽管与粘结剂喷射技术打印的零件相比，SLM制造零件的孔隙率水平更低，但其高周疲劳性能却远低于后者，而粘结剂喷射技术打印零件的疲劳强度与与传统制造的致密零件相当。 粘结剂喷射技术的成型试样，采用HP Metal Jet打印机制造，粘结剂为水性溶液，零件尺寸为70*10*10mm。打印完成后零件被加热使粘结剂中的水分挥发形成具有一定强度的生坯，粘结剂在高温烧结阶段会发生分解，金属粉末在1380℃和氢气的保护下烧结两个小时完成冶金结合。该工艺的成型试样包括垂直和水平两种。 SLM技术的成型试样采用Concept Laser打印机制造，零件为总长度为64 mm、直径为9 mm的圆柱。打印参数为：激光功率90 W，扫描速度1000 mm/s，间距150 µm，层厚30 µm，连续层之间旋转90°扫描。打印完成后，样品在500°C去应力退火一小时。 传统制造的试样取自商用热轧板，钢板在1050℃退火并空冷，性能满足ASTM A240 / A240M–17标准，适合制造压力容器。 测试结果发现，HP Metal Jet技术打印试样的硬化行为、延展性、疲劳强度与传统制造的合金相当，试样中较高的孔隙率虽然未对高周疲劳性能造成影响，但会导致屈服强度降低。因此，如果能够大幅降低孔隙率，可以使Metal Jet技术与传统方法制造的零件具有同等性能。 SLM、Metal Jet和传统制造试样的拉伸和疲劳性能 SLM、Metal Jet和传统制造试样的典型拉伸应力-应变曲线、疲劳性能及加工硬化行为 SLM工艺比Metal Jet工艺打印的试样内部孔隙要少的多，具有较高的屈服强度，但其延展性较差，疲劳强度也远不如另两种试样。 Metal Jet和SLM技术打印的零件组织 两种不同3D打印工艺条件下零件的不同微观结构可以解释这些结果：粘结剂喷射技术成型的零件在塑性变形的早期阶段普遍存在平面滑移，以及与其他微结构因素的结合，导致在准静态和循环载荷下阻止了在孔角处成核的小裂纹，因此延展性和疲劳强度都不会受到材料中孔隙率的不利影响。在SLM工艺试样中，柱状晶粒内的精细凝固单元结构使它们具有较高的屈服强度，而由于柱状晶粒太细、取向差不够大，无法阻碍裂纹扩展，导致SLM零件的疲劳抵抗力较低。 Metal Jet试样断口，300MPa，循环数98368；b：SLM试样断口，152MPa，循环数2.5E5；c：高倍放大图像显示裂纹从Metal Jet试样的表面萌生；d：裂纹从SLM试样表面附近的孔萌生 对于SLM试样来说，应尽量减少未熔合气孔的发生，从而降低总孔隙度，进而提高疲劳强度。最后研究人员指出，该研究所使用的SLM工艺并未得到优化；采用HP Metal Jet工艺打印的试样，也是基于该公司早期开发的工艺。而实际上随着HP技术的商业化，现有的工艺可能能够实现更好的性能；而对于SLM技术，工艺自然也会对性能造成显著影响。 最后，关于两种技术机械性能更为全面的分析对比，请点击《基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析》查看。 本期上传：研究原文及HP Metal Jet技术目录。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.基于烧结和熔化工艺的金属3D打印成本结构对比 2.金属粘结剂喷射技术：在进行批量生产时须考虑整个工艺链 3.具备粘结剂喷射技术成型潜力的金属和非金属材料超过40种 4.金属打印批量化竞争：SLM无支撑系统PK HP与Desktop Metal

当前，3D打印从业人员的整体学历水平相对较高，据中国增材制造产业联盟的统计数据，本科及以上学历从业人员比例占到50.7%，其中硕士占比35.1%，博士及以上占比3.2%。相对来说，博士多承担科研型人才的角色，主要从事增材制造专用材料研发、工艺技术优化、设备开发等相关领域研究。 2021年开年，众多高校已经开始了博士后人才之争，开出的条件一个比一个优越。3D打印领域的在校博士后能挣多少钱？通过本文，我们一览究竟（毕业后的博士后薪资不在统计之内）。 1. 深圳大学，博士后年薪到手31万起 深圳大学增材制造研究所陈张伟教授招聘非金属 (树脂或陶瓷等) 3D打印博士后3名，聘期2年，可按需要配备研究生助理。 工资结构 (年薪税前33~41万，税后31万起)：▪ 深圳大学每年发放博士后研究人员工资8.4万元。▪按深圳市政府给予博士后资助的规定，开题以及中期考核合格后，深圳市政府各发放18万元（免税）的博士后津贴，聘期共发放两次，共计36万元。▪深圳大学提供每个月2400元住房补贴。▪导师每月发放不少于税前2000元的科研津贴。▪深圳大学发放每个月350元餐补，每年发放10个月。▪深圳市新引进博士人才可一次性申请3万元的租房和生活补贴。▪符合条件“泰晤士高等教育世界大学排行前200名以内的高校（含国内）博士应届毕业或毕业一年内的博士”，或“在博士期间以第一作者发表3篇中科院JCR二区以上学术论文（自然科学类）的”，深圳大学给予额外的奖励性待遇每月2000元，共发放两年。▪博士后人员进站，可自愿选择落户深圳。选择落户深圳的，其配偶及未成年子女可办理随迁入户。博士后子女入托、入学等按深圳市相关条例执行。▪符合条件可申请广东省珠江人才计划（60万元生活补贴和40万住房补贴）。▪可以负责人身份独立申请国家自然科学基金，深圳市基础研究项目和博士后研究基金等。 2.南方科技大学，最高年薪可达41.5万元 南方科技大学张璧课题组博士后招聘增减材复合制造技术与装备方向博士后，聘期两年。 博士后年薪33.5万元，含广东省补助15万元（税前）及深圳市生活补助6万元（税后），并按深圳市有关规定参加社会保险及住房公积金。博士后福利费参照学校员额内教职工标准发放。 其他待遇政策：▪特别优秀者可以申请校长卓越博士后，年薪可达41.5万元。（含广东省及深圳市补助）▪课题组提供优良的工作环境和境内外合作交流机会，博士后在站期间享受两年共计2.5万学术交流经费资助。▪根据博士后具体科研工作业绩情况，可享受院系、课题组相应的科研绩效奖励。▪课题组提供充足的科研支持，并协助博士后本人作为负责人申请中国博士后科学基金、国家自然科学基金及广东省、深圳市各级科研项目。▪课题组可协助符合条件的博士后申请“广东省海外青年博士后引进项目”。即在世界排名前200名的高校（不含境内，排名以上一年度泰晤士、USNEWS、QS和上海交通大学的世界大学排行榜为准）获得博士学位，在广东省博士后设站单位从事博士后研究，并承诺在站2年以上的博士后，申请成功后省财政给予每名进站博士后资助60万元生活补贴；▪对获得本项目资助，出站后与广东省用人单位签订工作协议或劳动合同，并承诺连续在粤工作3年以上的博士后，省财政给予每人40万元住房补贴。 3.中科院3D打印博士后/助理研究员，最高年薪可达52万 中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋功能材料团队招聘博士后/助理研究员，包含超高速激光熔覆技术、电子束3D打印结构-表面一体化材料理论与技术等方面研究。 4. 机械科学研究总院招收3D打印增材制造博士后 机械科学研究总院先进成形技术与装备国家重点实验室的多位导师均在招聘增材制造方面的博士后研究院，工作地点在北京。单位为在站博士后人员提供优良的薪酬待遇，包括五险二金、补充医疗保险、住房补贴等，提供博士后专项基金等科研经费支持。 5.华中科技大学材料学院诚聘博士后，含3D打印方向 华中科技大学材料学院高温合成与智能制造实验室诚聘博士后2名，聘用期限一般为2至3年，年薪20-25万（另有额外各种绩效奖励及补贴）；聘期内，参照华中科技大学正式职工，享受同岗位教师子女入学、入托，医疗保险以及多项福利待遇；博士后研究人员聘期内，学校提供博士后公寓租住，对未能入住者，给予租房补助。 6. 清华大学生物制造中心招聘生物3D打印人才 清华大学机械系生物制造中心，也是教育部与外专局“生物制造与体外生命系统工程”创新引智基地、生物制造与快速成形技术北京市重点实验室的依托单位，2021年招聘1-2名博士后，主要研究方向包含3D打印。 工作待遇：▪海外优秀博士后可以申请“博士后支持计划（海外）”项目，经国家统一评选，两年可分别获得60万元资质，另有导师项目奖励；▪国内博士后可以申请“创新人才支持计划”经费资助50万元；▪优秀博士后可申请“水木学者”计划，年薪30/25万元，优先租住周转房或享受租房补贴4.2万元/年，享受清华大学教师医疗、子女入园入学等政策；▪其他相关工资及福利待遇优厚，按照国家和清华大学博士后相关管理办法的有关规定执行（可申请住房），根据研究任务合作导师还提供额外科研补贴；▪充分考虑博士后的未来发展和职业规划，积极支持博士后申报国家及省部级科研项目，提供参加国内外高水平学术会议或国际著名大学学习交流的机会。 评价：相对来说，高校给出的薪资待遇是非常优厚的，尤其是以深圳大学和南科大为代表的深圳系写的明明白白，北京高校则较多的惠及住房、子女教育这类因地域因素给研究人员带来的不便。无论是哪家，在校的博士后似乎都有比较好的待遇，但能够获得offer，却也得有过硬的本领。 至于博士（后）们毕业和出站后的薪资待遇，在当前的产业发展情况下，很可能会与在校情况有所不同。最后，受某国企研究院的请求（未被允许公布企业名称），发送一条招聘信息，有意者联系3D打印技术参考。 某国企研究院招聘金属增材或修复方面的应届博士：岗位职责：▪负责铝合金，钢材增材制造修复材料和工艺技术开发；▪负责粉末床，激光送粉及电弧送丝金属增材制造工艺技术研究，以及金属增材制造样件性能评价和无损检测分析；▪协助开展金属增材制造和增材修复技术应用推广；▪完成领导交办的其他工作。任职要求：▪材料加工、金属塑形成型、焊接、激光加工等专业；▪应届博士研究生学历；▪具有一定的金属增材制造工程技术经验，熟悉金属塑形加工技术，熟悉粉末床，激光送粉或电弧增材制造设备结构；▪具备一定结构优化设计能力者优先。薪资待遇：可解决北京户口，具体面议。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.李方正博士：我国增材制造从业人员现状分析 2.薪资调查2019：随着市场的发展，3D打印行业的工资水平下降了？ 3.职业平台报告：3D打印人才技能的要求有哪些？ 4.国外3D打印从业人员如何进行职业培训和资格认证 --广告--

2021年1月19日，国家药监局关于发布免于进行临床试验医疗器械目录（第二批修订）的通告（2021年 第3号），其中包括了“3D打印截骨导板”、“牙科增材制造用金属材料”等3D打印相关医疗产品，可以免于进行临床试验，是个重磅利好消息。 2018年9月，国家药品监督管理局印发《关于公布新修订免于进行临床试验医疗器械目录的通告》（2018年第94号），对前期已发布的免于进行临床试验的医疗器械（及体外诊断试剂）目录进行了全面修订和汇总，分别印发了修订汇总后的《免于进行临床试验的医疗器械目录》和《免于进行临床试验的体外诊断试剂目录》。在此基础上，2019年12月，国家药品监督管理局印发《关于公布新增和修订的免于进行临床试验医疗器械目录的通告》（2019年第91号），公布了第一批新增和修订的免于进行临床试验的医疗器械（及体外诊断试剂）目录。 为贯彻落实中共中央办公厅、国务院办公厅《关于深化审评审批制度改革鼓励药品医疗器械创新的意见》和国务院深化“放管服”改革有关要求，进一步做好医疗器械注册管理工作，根据《医疗器械监督管理条例》《医疗器械注册管理办法》《体外诊断试剂注册管理办法》，国家药品监督管理局组织新增和修订了第二批免于进行临床试验医疗器械（及体外诊断试剂）目录。现予以公布，自公布之日起施行。 3D打印截骨导板：骨科手术配套工具，用于匹配患者解剖结构。采用高分子聚酰胺材料或金属材料，经3D打印制成。非无菌提供，经灭菌后一次性使用。预期用于特定病人的骨科手术中定位、导向和保护。分类编号为17-06-00的牙科增材制造用金属材料，在管理类别中属于第Ⅲ类牙科增材制造用金属材料：牙科增材制造用纯钛、钛合金、钴铬合金金属材料，用于通过激光选区熔化工艺加工制作牙冠、牙桥等非植入修复体，产品本体材料及性能指标须至少满足YY∕T 1702-2020 《牙科学 增材制造 口腔固定和活动修复用激光选区熔化金属材料》、GB 17168 《牙科学 固定和活动修复用金属材料》等相关国家和行业标准要求。豁免情况不包括用于制作颌面赝复体、种植体、基台及附件的产品及与已上市产品相比采用新材料、新技术或具有新作用机理、新功能的产品。不包括3D打印等创新工艺的产品但是，颅颌面接骨板系统、金属锁定接骨板、金属锁定接骨螺钉、金属带锁髓内钉等明确指出，不包括3D打印等创新工艺。也就是说，这四种产品，如果是使用3D打印来制造的，不属于本次“免于进行临床试验医疗器械”△不包括3D打印等创新工艺的医疗产品 17 13-06-03 颅颌面接骨板系统 由符合GB 4234.1、GB/T 13810、ISO 5832-1、ISO 5832-2、ISO 5832-3标准规定的不锈钢、纯钛、钛合金材料，通过常规的机械加工、热处理及表面处理工艺（不包括3D打印等创新工艺）制成，不包含全新结构设计的产品。适用于颅颌面骨折内固定。修补、覆盖、填充骨缺损或孔洞者除外。 Ⅲ 新增 18 13-01-01 金属锁定接骨板 由符合GB 4234、GB/T 13810、ISO 5832-1、ISO 5832-2、ISO 5832-3、ISO 5832-11等标准规定的不锈钢、纯钛、钛合金材料，通过常规的机械加工、热处理及表面处理工艺（例如钝化、电解抛光、阳极氧化等）制成，不包含全新结构设计的产品，不包括3D打印等创新工艺。适用于四肢骨折内固定。 Ⅲ 新增 19 13-01-01 金属锁定接骨螺钉 产品由符合GB 4234、ISO 5832-1标准规定的不锈钢和符合GB/T 13810、ISO 5832-2、ISO 5832-3、ISO 5832-11标准规定的纯钛、Ti6Al4V、Ti6Al4VELI、Ti6Al7Nb钛合金材料，通过常规的机械加工、热处理及表面处理工艺（例如钝化、电解抛光、阳极氧化等）制成，不包含全新结构设计的产品，不包括3D打印等创新工艺。适用于四肢骨折内固定。 Ⅲ 新增 20 13-01-04 金属带锁髓内钉 由符合GB 4234、GB/T 13810、ISO 5832-1、ISO 5832-2、ISO 5832-3、ISO 5832-11等标准规定的不锈钢、纯钛、钛合金材料，通过常规的机械加工、热处理及表面处理工艺制成。通常由主钉和/或附件组成，符合YY/T0727系列标准及YY/T0591标准要求，不包含全新结构设计的产品，不包括3D打印等创新工艺。适用于长骨骨折内固定。 Ⅲ 新增

由于金属3D打印具有复杂的物理冶金过程，现行的技术手段很难确保加工工艺的可重复性和质量一致性，这一点极大限制了激光增材制造的广泛应用，尤其是航空航天领域的高附加值零部件的批量生产。 质量保证和过程监控一直以来都是金属3D打印技术的热门研究，有效、可靠的质量保证手段是增材制造用户最重要的需求。 目前行业领先的增材制造设备商均采用过程监控技术解决这一问题， 如EOS的EOSTATE模块，SLM solutions的QAS模块，Renishaw的InfiniAM模块，以及Concept Laser的QMmeltpool模块等。质量监控过程会生成海量的数据，然而目前已经有技术可以将1T的数据压缩成几十KB，这样发送起来非常容易。对于保障航空航天等高安全需要的制造任务，国内一定要有完全自主可控的增材制造监控系统。 金属3D打印在线监控系统的特征和功能 目前，国内设备商对打印过程的监控实际上还多停留在设备状态的监控上，对材料成型过程的数据采集也不充分，反馈机制上更不如人意，面对大量的数据也缺乏分析能力。在如此艰难条件下，西安空天机电智能制造有限公司（以下简称“西空智造”）秉承“成型过程看的见、质量缺陷测的出、工艺过程控的住”的理念与目标，研制过程监控产品“激光增材过程监控系统（AM&IM-PMS）”，目前已经推向市场。 粉末床监控模块 粉床监控模块主要用于实时监视、分析、评估和控制激光选区熔化设备的铺粉质量。自动抓取激光扫描和铺粉结束时刻的图像，智能识别各类铺粉缺陷，诊断铺粉异常（包括传动故障、送粉量不足、刮刀损伤、过烧等）；采取相应的闭环控制措施（重铺粉、重扫描、停机报警等），确保打印过程中的铺粉均匀性和稳定性，提高零件成型质量。 粉末床监控模块 粉末床在线监控软件是一款金属3D打印过程质量监控软件。它通过实时监控分析打印过程中每层粉末床铺粉情况，及时反馈粉末床上存在的缺陷问题，提醒操作人员调整打印参数避免错误积累，提高打印件的成品率，减少工作人员的观察工作量。实现打印过程可监控，缺陷分析智能化。软件特点： ▪ 实时监控记录过程关键点状态 ▪ 粉床缺陷智能检测，缺陷标记提醒 ▪ 过程历史数据便捷查看，全过程数据可追溯 粉末床在线监控软件技术指标： 数据存储 工程存储 历史回放 可逐层查看 数据导出 可逐层导出 显示效果 缺陷三维重构 特征识别 刮刀跳动振纹、刮刀拖拽、不完全铺粉、零件露出、过烧黑斑缺陷 分辨率 100um 数据处理 当层同步 缺陷漏检率 <5% 层结果显示 特征标注显示 熔池监测模块 熔池监控模块主要用于实时监视、分析和评估SLM设备熔池信息。高速采集打印过程中熔池等离子体辐射和熔池形貌数据，结合激光扫描路径形成二维热图；通过熔池特征分析、提取，实现模型和缺陷三维重构，是工艺开发、质量追溯、缺陷分析的重要资源。 功能： ▪记录熔池的辐射强度和熔池形貌 ▪记录熔池打印过程 ▪捕捉熔池的异常数据 ▪加工过程热量可视化 熔池监控模块一方面可以实时监测熔池是否失稳，另一方面可作为工艺策略优化的定量化指针以及熔池熔化凝固的热力学/动力学分析工具。此外，在线监控也是打印过程闭环控制以及智能化的基础。 技术指标： 采集速率 最大100K（熔池辐射强度）、3KHz（熔池几何） 采集信息 熔池辐射、激光开关、层功率变化、加工X/Y位置 数据查看 逐层查看 数据导出 逐层导出（包含原始数据和二维云图） 在线监测 实时显示采集信号，层分析结果，打印状态等 参数设置 设置采集配置参数及算法分析参数 任务列表 显示各任务状态 操作日志 显示用户操作日志 离线分析 精细化分析历史数据，可供数据及结果的导入导出 熔池形貌 显示实时熔池形貌及分析结果 特点： ▪快速记录数据 ▪还原打印过程 ▪方便数据分析、异常分析及异常处理 应用： ▪逐点记录加工数据 ▪优化工艺的数据参照 ▪工艺缺陷识别 ▪多激光工艺状态对比监测 ▪零件3D质量报告…

国家增材制造创新中心、西安交通大学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，在整体制造的工艺稳定性、精度控制及变形与应力调控等方面均实现重大技术突破。 10m级高强铝合金重型运载火箭连接环实现一体化制造 10米级超大型铝合金环件是连接重型运载火箭贮箱的筒段、前后底与火箭的箱间段之间的关键结构件。该样件重约1t，创新采用多丝协同工艺装备，制造工艺大为简化、成本大幅降低，制造周期缩短至1个月。目前，采用增减材一体化制造技术成功完成超大型环件属国际首例。 大型铝合金构件的直接制造有着重要需求 随着航空航天技术的不断发展，对飞行器的性能提出了越来越高的要求。采用高性能铝合金结构件尤其是大型整体铝合金主承力结构件仍然是减轻飞行器结构重量，提高运载能力和飞行速度的重要技术途径之一。因此高性能铝合金的材料制备和零件制造新工艺、新方法始终是研究的热点。 一些民用干线飞机用材结构比例（%） 近年来，美国、欧洲的航空设计部门发现，采用大型整体式铝合金构件替代传统的组合式铝合金构件，可减重15-20%，并且构件寿命及可靠性明显增加。明显可以感觉到，大型客机、战略运输机、战斗机的机翼主翼梁、翼身对接肋、机身承受力框等对铝合金的高性能化、构件大型化的要求越来越突出，总的来说，在航空航天领域，铝合金材料重新受到重视。 随着我国航空航天事业不断发展，对运载火箭、空间站等大型化、整体化制造提出了更高需求。为抢占世界增材制造科技战略高点，满足我国航天事业发展需要，卢秉恒院士团队潜心研发，克服了多路打印的运动控制、大尺寸结构件打印的变形与应力调控等难题，成功实现了大型航天铝合金回转体构件整体增减材制造成形、组织性能精确调控等关键技术突破，为我国航天型号工程的快速研制提供了技术支撑，亦让我国深空探测装备硬件能力得到大幅提升（延伸阅读可查看国家增材院的相关课程）。 卢院士等人与10m级高强铝合金重型运载火箭连接环 据笔者了解， 2020年第四届中国（西安）国际3D打印博览会暨高端论坛期间，一款名为「大型金属制件增锻减装备」被发布，该设备是齐重数控为西安增材制造国家研究院有限公司开发的大型筒体电弧增材制造装备（国家重点研发计划项目）。3D打印技术参考猜测，本次成功一体化制造的10m级高强铝合金重型运载火箭连接环很可能就是采用该设备制造。 采用激光能量沉积直接制造铝合金构件的瓶颈 当前以SLM技术为主的铝合金3D打印工艺自然无法满足大型构件的制造需求，而激光能量沉积技术为什么没能用于大型整体高性能铝合金关键金属零件的直接制造呢？究其原因，主要有以下几点关键技术难题未能有效解决： （1）与钢和钛合金相比，铝合金的导热率更高，而铝本身的激光吸收率低、反射激光率高，在铝合金激光直接沉积过程中，会有更多的能量通过基体的热传导损失掉，降低铝合金零件成形效率； 激光沉积用于修复 （2）钢的热膨胀系数是铝合金的一半，铝合金激光直接沉积过程中的变形和应力都较大，需要采取零件变形开裂预防措施； （3）铝合金在激光直接沉积过程中极易与氧发生反应生成熔点高（2050℃）、相组织稳定、密度相对较高、难以去除的Al2O3。Al2O3氧化层会在后续沉积过程中形成夹渣、未熔合等缺陷； （4）铝合金密度低，激光沉积过程中易受到激光轰击产生粉尘飞溅，一方面使制品产生缺陷，另一方面造成成形腔室粉尘飞扬，影响打印环境； 激光沉积用于修复 （5）铝合金在熔融的状态下，氢在铝合金中的溶解量会大幅度增加，同时由于良好的导热性，在熔池快速凝固的情况下，氢难以逸出，滞留在熔池中形成气孔； （6）铝合金在激光直接沉积过程中可能造成低沸点合金元素（如Zn、Si等元素）烧损，造成合金成分的变化，影响零件的组织和性能。 无须高能热源、不需气体保护，一种高速成型的铝合金3D打印技术 3D打印技术参考曾介绍过一种被称为搅拌摩擦增材制造的新技术，它完全不基于高能热源，也不需要保护气氛，还能以10倍于熔融成型3D打印的速度制造大型整体构件。美国公司Meld Manufacturing公司采用该技术打印出了直径3.05米的铝合金零件。 3D打印的直径3.05米的零件 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。对于大型铝合金增材制造具有相当的优势。 Meld Manufacturing搅拌摩擦增材制造过程 铝合金棒材在进料过程中通过与搅拌针摩擦生热，发生塑性软化，然后再通过两者的挤压，实现增材过程。在这样的过程中，材料并未经历熔化与凝固而一直保持固态，且过程中的挤压又起到“锻造”作用，最终得到的是性能良好的细晶组织。细晶组织具有良好的机械性能和疲劳性能，且能改善材料的延展性，这也是材料提高强度等性能的原因。 Meld Manufacturing采用搅拌摩擦增材制造的部件 此外，由于成形过程中不存在金属的熔化/凝固过程，材料在成形过程中不会产生与熔化相关的热裂纹、气孔等冶金缺陷。而正是由于成形温度低且成形发生在材料内部也不会受外界影响造成材料氧化等问题，生产过程可以在露天环境中进行，所制造的部件的尺寸显著增加。 END 通过本文我们可以知道，大型铝合金构件虽采用主流的激光沉积制造存在问题，但新型的搅拌摩擦增材制造以及电弧增材制造却均取得了极大成功。 而国家增材制造中心自2016年开始建设，2020年元月份经过了能力的验收，可以提供面向各行业产品开发的解决方案。目前已开展了重大装备的开发，有八款新的增材制造装备研发成功，其中包括“五轴激光增减材复合制造装备”，有望成为国产工业级别的商用机。 注：本文内容来自3D打印技术参考，转载请注明来源。主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.铝合金激光能量沉积技术为何难以实现应用，目前的突破有哪些 2.重磅：国家增材制造创新中心推出“激光增减材复合制造装备” 3.国家增材院课程：金属熔丝高效低成本增减一体化制造技术及应用 4.无须高能热源、不需气体保护，能以10倍速度成型的金属3D打印技术

SLM过程中的缺陷可分为铺粉过程缺陷和打印过程缺陷，铺粉过程缺陷有粉层不规则，打印过程缺陷有飞溅、球化、气孔、表面质量差、裂纹、几何变形等。来自华中科技大学的曹龙超博士等总结了文献中报道的 SLM制造中常见缺陷及其形成机理。下面对不同缺陷及其形成过程进行介绍，并总结不同缺陷对打印构件的应用造成的影响。 缺陷是SLM技术在工业中广泛应用的最大瓶颈之一 1.飞溅 飞溅是SLM过程中最常见的一种缺陷，会直接影响激光与材料相互作用，导致其它缺陷的产生。研究表明，飞溅主要是由侧向保护气流、熔池的波动和反冲压力引起的。飞溅落在粉末上会形成较大的金属颗粒，进而产生欠熔合和气孔缺陷，对构件的抗拉强度和疲劳性能不利；此外，飞溅落在凝固层表面会影响下一层铺粉，导致下一粉层不平整、不均匀，甚至损坏刮刀。 激光熔池与激光束相互作用的物理过程 为使金属粉床不被飞溅污染，可以采用高速的保护气流移除飞溅物。然而，过大的气流会影响粉层的表面质量，如何优化气流技术，成为制造商不断努力的方向。 2. 球化 球化是金属基粉床制造过程特有的冶金缺陷，当液态金属在表面张力作用下凝固成球状便会产生球化。激光束能量密度过高和过低都会导致这种现象，能量过低时金属粉末未完全熔化会导致球化，能量过高时，液态金属飞溅到未熔化的金属粉末上也会形成球化。球化会影响下一层的铺粉质量，影响构件的表面质量，还会导致熔合不良、夹渣等缺陷。进一步地，球化会降低构件的抗拉强度和抗疲劳性能。减少和避免球化的有效手段，需要优化打印工艺，找到最优的参数组合。 3D打印Ti6Al4V合金中的缺陷及其作为疲劳裂纹存在的示例 3. 气孔 气孔是SLM构件最主要的缺陷类型，是对SLM构件力学性能影响最大的缺陷之一，也是工业界和学术界关注的焦点之一。SLM过程中，材料迅速的熔化和凝固、熔池剧烈波动等会导致气孔的产生。气孔的尺寸、数量、形貌和位置均对构件的力学性能有重要影响，较高的气孔率会缩短成型件的疲劳寿命，靠近表面的气孔对成形件的疲劳性能影响比其它位置的都大。根据气孔的形成机制可将其分为原材料相关的气孔和激光作用导致的气孔。 气孔的产生过程十分复杂，并与工艺参数关系密切。合理的打印工艺，以及针对材料使用次数不间断的工艺优化，仍然是避免气孔产生的重要条件。 4. 表面质量 随着 SLM 技术的发展，可打印材料的种类越来越丰富，且构件的力学性能得到了很大提升，但是相对较差的表面质量仍然是限制SLM 发展与工业应用的主要阻碍之一。中间层的表面粗糙度会影响下一层的铺粉质量，导致内部缺陷产生；成形面的表面粗糙度会严重影响构件的疲劳性能。 不同激光功率下的上表面 SEM 和重构图像 表面质量与熔池的流动行为密切相关，通过调控激光功率、扫描速度和粉层厚度等工艺参数可以有效的改善表面质量；也可以通过后处理来提高构件表面质量，但是会增加成本、降低效率，因此，需探索新方法以提升构件的表面质量。 5. 裂纹 SLM 过程中裂纹的形成与温度分布、残余应力及熔合不良有关。残余应力形成的裂纹又可以分为凝固裂纹和液化裂纹，这类裂纹与材料有关，凝固裂纹是由于熔池与凝固金属之间存在较大的温度梯度，导致熔池产生较大形变，然而液体的流动性不足，不能补充熔池产生的形变；液化裂纹出现在部分熔化区，它与液化范围、晶粒结构、热延伸率、金属的收缩和约束有关。 3D打印的金属涡轮叶片内部的裂纹 此外，熔合不良形成的欠熔合也是SLM构件常见的一类裂纹，它对 SLM构件的力学行为和疲劳寿命有致命影响。欠熔合裂纹多出现在相邻的扫描熔道之间或者沉积层之间，主要是金属粉末不完全熔化造成的，裂纹严重时还可能导致分层缺陷。 分层缺陷实例 裂纹对SLM构件有致命性的影响，减少SLM构件裂纹缺陷是学术界和工业界面临的重要挑战。合金化与调整工艺参数是改善微裂纹的两种可能的方法，但成功率仍然有限。目前，针对SLM构件裂纹的研究较少，亟需深入研究。 6. 几何变形 SLM过程中由于构件的几何特征、热积累、应力集中等原因会形成不同程度几何缺陷，程度较轻的可能引起变形，造成尺寸误差，严重的导致结构不完整，甚至使加工过程失败。 SLM 构件的几何结构缺陷实例 SLM 构件的几何精度会影响到构件的装配和使用性能。有研究发现，不同的扫描方式会对温度场产生重要影响，温度场会影响残余应力分布和构件的几何变形；激光的光斑、功率及扫描速度则会对尺寸精度和表面质量造成影响，提高构件的几何精度会极大地促进SLM技术的工业应用。 7. 粉层不规则 SLM 过程中，粉末的填充质量会影响到粉床的热导率及其对激光的吸收率。粉层填充密度会影响粉床的热导率和熔池的流动，粉层的厚度会影响熔池的稳定性、熔化状态和构件的内部缺陷，粉层表面不规则也会引起构件的质量问题。同时，SLM是一层一层成形的，一个构件要经过多层制造，因此每一层铺粉对构件的质量都非常重要。 铺粉是SLM制造的关键步骤，粉层质量的好坏直接关系到材料对激光的吸收，粉层厚度会影响到熔池的稳定性，粉层过厚会引起欠熔合、气孔等缺陷，粉层过薄会降低制造效率，因此，严格控制铺粉质量对提高 SLM 构件质量有重要意义。 END 缺陷是SLM技术在工业中广泛应用的最大瓶颈之一，为突破这一瓶颈，需深入理解SLM的物理过程，并对缺陷类型及其产生过程进行深入研究。针对各缺陷类型更为详细的研究进展，本文作者给出了更为详细的讲述，可查询上传内容。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.顶刊综述：3D打印金属材料的缺陷种类及其对疲劳性能的影响 2.上海大学用CT给3D打印金属“诊疗”—揭示孔洞缺陷形成机理 3.北理工院士团队：3D打印几何缺陷对点阵结构力学行为的影响 4.中国学者 | 动画揭示激光金属增材制造过程中的熔体流动行为

陶瓷材料在生物医学领域具有极大的吸引力，它们易于灭菌且具有较高的机械强度和耐磨性，在植入体内后也并不会引发过敏，具有生物惰性和较低的导热性，在CT或磁共振成像（MRI）中更不会产生伪影。 3D打印可以实现针对患者的解决方案，包括可吸收和永久性植入物、牙科植入物、牙冠和牙桥、医疗设备部件和手术工具等。骨骼本身可以被认为是高级的陶瓷基复合材料，原则上可以通过3D打印制造。实验表明，这种3D打印的人工骨具有高度的骨再生能力，甚至可以作为液体生物制剂的载体。 当前生物医学应用的重点是新结构，而不是新材料。与传统制造的钛和聚醚醚酮（PEEK）相比，由于减少了机械加工，因此可以预见到3D打印可以减少手术的复杂性，改善植入物的生物学反应并降低成本。 3D打印的陶瓷植入物 当前生物医疗领域使用陶瓷3D打印面临的挑战 医疗行业面临的挑战是需要验证3D打印生产的陶瓷零件。实际上，对于任何临床上可接受的生物材料，都必须满足几个要求：细胞相容性、生物相容性，功能性、手术友好性、可制造性以及成本效益和监管接受度。 生物陶瓷广泛使用3D打印技术的主要障碍包括： ▪ 要求临床医生在制造的所有阶段都参与进来；▪制造过程相对缓慢；▪3D打印的零件需要标准和协议来鉴定和验证；▪对每个零件都有检查的要求。在开发和修改标准方面需要付出巨大的努力，而这些标准应建立在与国际标准组织和药品监督管理部门的合作以及整个生产验证的基础上。然而，到目前为止甚至没有关于生物墨水的通用定义，如生物墨水是否必须包含细胞。 对于零件检验， CT的使用和解释存在疑问，而CT已成为3D打印零件缺陷检测的重要工具。具体问题包括陶瓷中可发现的缺陷类型、使用CT将3D打印生产的零件与其他成形技术进行比较的方法/协议，以及验证关键缺陷尺寸和形状等特征的标准。为了有效的验证，3D打印制造商和用户需要掌握计量指导和标准，以及更好地将陶瓷、3D打印和医疗器械设计整合起来，临床医生也须积极参与3D打印陶瓷产品的开发和验证。 生物陶瓷3D打印的材料种类 1. 羟基磷灰石 羟基磷灰石( HA) 作为骨骼、牙齿的主要无机成分，并在各种组织和细胞之间表现出优异的生物相容性，使其成为应用广泛的人工骨替代材料。但HA强度低、脆性大、易碎，因而对HA制件抗压性、增韧性等力学性能的研究也从未间断。当前实验已经验证了3D打印制备的多孔羟基磷灰石植入人体具备可行性，制件的抗压强度和孔径要求满足作为植入体的要求，且能够实现细胞的粘附和生长。 3D打印的羟基磷灰石(HA)植入物 2. 磷酸三钙 磷酸三钙( TCP)具有良好的生物相容性和可降解性，是目前应用比较多的人体硬组织修复材料和骨组织工程支架材料，但通常由外科医生从实体块手动雕刻成所需的植入物形状。国外Particle3D公司使用由磷酸三钙粉末和脂肪酸制成的“生物墨水”，进行相关植入物的直接打印，通过猪和小鼠的试验显示，在短短八周后，植入物中就出现了新的骨髓和血管。 Particle3D打印的β-TCP植入物 3. 氧化锆 3D打印义齿所使用的陶瓷材料通常是氧化锆，经过对患者牙模的数字化扫描与建模、三维设计、3D打印、脱脂烧结、上釉等工艺加工而成。这种氧化锆义齿的尺寸精度和通透性都较高。国内有公司利用陶瓷3D打印技术制作出氧化锆陶瓷义齿和全冠，产品在2017年通过我国药品监管部门的机械性能和生物学检验，获得上市许可。 3D打印的氧化锆陶瓷牙冠 在医疗中应用陶瓷还有氧化铝、氮化硅等，可用于生产永久性植入物及义齿等医疗器械，目前也已可以通过3D打印进行制造。 生物陶瓷3D打印的应用案例 1. 心脏起搏器泵 维也纳科技大学和维也纳医科大学的研究人员选择LCM 工艺作为心脏起搏器泵的制造方法。研究项目专注于心内泵的生产，该心脏泵旨在支持手术（如心脏病发作）后心脏的抽吸能力，以在关键的愈合阶段缓解心脏压力。 由高纯度氧化铝制成的心脏起搏器泵的部件（注：图中部件比实际放大了10倍以上） 2. 定制接骨板 林茨开普勒大学医院的项目是应用LCM工艺生产患者特异性骨缝合板。骨缝合板用于手术修复骨折部位，以便将骨折端固定在一起，同时固定骨折部位。传统产品由金属材料制成，并且必须由外科医生在手术室中适当弯曲调整。通过3D打印技术就可以生产适合于患者自身的接骨板，大大缩短了操作时间。同时，与常规使用的材料（如钛合金）相比，使用具有高耐磨性和最高弹性的氧化锆可以防止金属颗粒的磨损。   3D打印的陶瓷定制接骨板   3. 用于骨增强的可再吸收植入物 严重创伤或肿瘤切除后的骨替换仍然是医生的主要挑战。一方面，需要尽快恢复骨骼的稳定性和保护功能，另一方面应实现对身体自身骨细胞的良好愈合和定植。为此目的，使用可生物吸收的陶瓷（如磷酸三钙），可以制造患者个性化植入物，例如用于严重颅脑损伤后的颅骨植入物、用于骨结构的支架。这是由奥地利组织再生机构、路德维希玻尔兹曼实验研究所、临床创伤学/ AUVA联合研发项目。 由磷酸三钙制成的植入物，在插入牙科植入物之前进行颌骨增强 用于治疗骨缺损的磷酸三钙颅骨植入物 2018年2月，西京医院骨科开展了3D打印支架长段骨缺损修复的临床试验。3D打印支架由西安点云生物科技有限公司采用无丝3D打印技术为患者量身定制，材料为生物相容性的陶瓷复合材料，能够在诱导患者自身新骨生成的同时逐渐降解，最终被患者的新生骨组织完全替代，无需二次手术取出，降低植入物在体内长期存在的潜在风险。 中国科学院深圳先进技术研究院医工所转化医学研究与发展中心利用先进的低温3D打印技术，制备了乙交酯-丙交酯共聚物/磷酸三钙可降解多孔支架，通过3D打印赋予此产品理想的促成骨仿生结构，孔隙之间具有很高的连通率，这种结构特征在组织学具有理想的骨传导作用，可提高骨细胞粘附、增殖和迁移，促进骨组织的生长。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域应用陶瓷3D打印面临的挑战 2.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业 3.Fraunhofer开发多材料喷射系统：可同时打印陶瓷、金属等四种材料 4.陶瓷3D打印技术汇总

粒子加速器作为一种广泛应用于化学、物理和生物研究中的实验设备，一直是各国科学家研究的重点。当前世界上最大的粒子加速器——欧洲大型强子对撞机，位于瑞士和法国交界侏罗山地下100米的位置，环形隧道的长度达到27公里，横跨了瑞法两国边境。在粒子对撞实验过程中，为了提高实验的分辨率，必须采用越来越敏感的传感器。而在最新的实验要求中，需要将一条长140m的光子检测条冷却至-40°C，才能提供所需的灵敏度。欧洲核子研究组织的设计和制造人员为此花费了数年时间，终于借助3D打印技术实现了技术要求。 欧洲大型强子对撞机实验装置 -40°C冷却条件的极端设计要求 由于检测条的宽度小于2mm，冷却组件必须在非常有限的空间内均匀地散发大量热量，因此需要极高的设计精度和散热效率。在此背景下，欧洲核子研究组织与3D打印机制造商3D Systems以及荷兰国家亚原子物理研究所合作，采用3D打印技术制造了壁厚仅为250μm的复杂高精度冷却回路组件，成功提高了粒子的监测能力。 44个冷却组件阵列 将长达140m的光子检测条均匀冷却，需要一个与传感器直接接触的冷却系统，它同时需要充当机械支撑，并具有微米级的精度。传感器的对准对于图像重建至关重要，否则会导致生成的照片变形。因此，冷却系统必须温度均匀，而且机械稳定性非常好，其精度是毫米级的数百倍。研究人员最初在尝试解决此问题时虽取得了一些成果，但所设计的冷却系统制造过程既繁琐又复杂，以至于花了一个多星期仅制造了一个元件，而设计的总数量达300个。之后，研究团队的成员提出尝试3D打印技术。 在实验洞穴中安装新的传感器 荷兰国家亚原子物理研究所的团队所构思的系统具有非常严格的要求：通过液体冷却，就要使制冷剂尽可能靠近传感器，因此内壁的厚度必须非常薄，同时又不能泄漏。一旦安装，单个传感器就将无法修复，如果泄漏就会损坏整个检测器。3D打印成为克服该项目带来的技术挑战的关键。在对3D打印市场进行了调查之后，研究团队选择了3D Systems共同开发。 制造精度问题 3D打印面临的第一个问题是确定工件的打印方向。3D Systems所面对的是一个由许多组件组成的设计，研究团队需要从3D打印的角度出发考虑功能和整体设计，不能仅考虑成本，而且要消除由于多个组件相互连接而造成的泄漏风险。对3D Systems制造团队来说最大的挑战是来自对管壁厚度和结构平面度精度的要求，这促使他们重新考虑组件的设计，以及3D打印过程中的方向，而方向是增材制造过程中最重要的方面。因此，有必要了解如何在制造过程中确定工件的方向，以便能够符合非常严格的项目规范，如平面度必须在零件长度上具有50微米的精度。 3D打印面临的第一个问题是确定工件的打印方向 3D Systems的团队通过测试对原有设计进行了迭代，并与欧洲核子研究组织共同合作修改了冷却结构的设计，以满足制造和最终功能的要求。 经优化设计的冷却棒结构具有以下特点： ▪ 极端壁厚：其内部有两个平行的管道进行冷却液循环，0.25mm的壁厚提供了最大的换热效率，而这需要调整工艺参数以达到熔池的稳定性和宽度。▪密封性：对密封性的要求使制造团队选择了Ti6Al4V ELI（23级）。▪平整度：零件必须在263mm的高度上具有50μm的精度。这是通过3D Systems应用工程师针对增材制造策略进行的各种设计以及诸如垂直方向的构建策略建议来实现的。通常，以这种精度水平进行3D打印需要留很多加工余量，然后再进行铣削加工。但壁厚太小，铣削很可能造成厚度减小，从而导致制冷剂泄漏，因此这种方案并不可行。采用垂直方向打印，使零件在平面度方面获得了最高的精度。此时的挑战是确定可实现最高分辨率和精度的激光参数，以确保壁厚厚度为250μm，制造团队通过调整工艺参数达到了熔池的稳定性和宽度要求。 材料的重要性和钛合金的选择 3D Systems建议使用特殊的钛合金制造冷却棒，但是即使材料本身选择也不容易，并且导致了自己要克服一系列的技术挑战。理想情况下，冷却组件使用的材料是铜，但在该项目中，由于设计方面的限制，这不是一个可行的选择。双方团队也尝试采用不锈钢进行打印，但却无法保证冷却组件的密封性，因此最终选择了钛合金。 一旦找到了正确的材料，纠正了设计并改进了制造工艺，3D打印便可以快速进行批量生产。对于欧洲核子研究团队来说，3D打印最大的优势在于，在原型制作阶段之后，通过3D打印可以在三天内生产44个零件，而传统加工在一周内只能制造出一个组件。为了最大程度地提高生产效率，制造团队将完整的冷却杆设计分成两部分，以更好地利用3D打印机的成型空间，最后通过焊接将其链接。最终300个元器件被分为600个组件，总共花费了大约一年的时间制作完成。 3D Systems从原型到生产的过渡和扩展的系统化方法确保了零件打印的简化途径： ▪ 设计策略：最终的冷却棒被一分为二分别相同的两部分，之后通过焊接形成一个完整的零件。这使欧洲核子研究组织能够以最少的组装获得所需的功能、尺寸和质量。▪打印方向：根据设计的几何形状，3D Systems的工程师采用了垂直方向，以便使零件尽可能具有自支撑。▪零件清洁：经过重新设计的冷却棒结构具有平行的冷却通道，可确保在后处理过程中100％去除粉末。 装有传感器的冷却棒。该结构不是连续的，而是像被切成了四个部分，这使它们彼此之间保持一定的柔韧性。检测器必须非常接近冷却棒，定位要求探测器能够轻微变形而不断裂 在实验室中，冷却棒连接到再循环系统 在该项目的实施过程中，3D Systems也增强了对工艺技术的理解。当时之所以选择钛合金，是因为它是制造团队理解最为深入的材料，他们也因此了解到如何使用钛合金满足诸如壁厚或水密性等要求。 将传感器安装在冷却装置上进行实验发现，冷却温度可以已达到-40度。而根据压力测试，冷却棒的使用寿命至少可以达到十年。由于3D打印减少了组件数量，因此冷却棒的结构将更加可靠。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.超制造预期12个月，毅力号火星车的3D打印组件制造有多困难 2.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 3.SpaceX 龙飞船3D打印推力室中的增材设计思维和规则 4.由GE赞助，排名第一的散热器有怎样的结构设计和材料布局 --广告--

就3D打印金属粉末而言，粉末球形度直接影响粉末的流动性、松装密度等特性，对打印成型过程和制件性能都会产生重要影响。粉末球形度不好，或卫星球比例过高会影响送粉和铺粉的质量，进而影响打印件的外观质量、增加内部缺陷。因此，球形度是衡量增材制造金属粉末品质的一项重要指标。 随着粉末制备技术的进步以及打印设备对粉末接受程度越来越宽泛，目前各材料厂家通过多种技术生产的大部分3D打印材料都能够保持一定的球形度水平并且满足打印要求，但唯独铝合金粉的球形度问题一直受到关注。其主要原因在于铝合金密度轻，本身就不易获得高的流动性，而且铝合金粉末制备过程的形貌控制较其他合金材料难度要大，以至于在很长一段时间内3D打印用铝合金粉末几乎不采用霍尔流速计测量粉末流动性。 近年来，材料厂家不断改进粉末生产工艺，使铝合金粉末的球形度有了较大改善，霍尔流速计流动性已经能够控制在100s以内。北京康普锡威科技有限公司自2016年开始从事3D打印铝合金粉末的开发和生产，2020年该公司推出了优化工艺的AlSi10Mg合金，粉末球形度高、流动性好，进一步突破了以往铝合金粉末流动性差的技术难题，使霍尔流速计流动性控制在了50s以内。 氧含量 (ppm) 流动性 （s/50g） 松装密度 （g/cm³） 振实密度（g/cm³） ＜200 49.65 1.51 1.67 康普锡威AlSi10Mg（15-53μm）粉末性能 康普锡威AlSi10Mg（15-53μm）粉末粒度分布 经研究发现，该高球形度铝合金粉末在与激光作用过程中可形成更为均匀的熔道，成型件内部孔洞缺陷少，具有优良的致密度和力学性能，而且表面质量也得到了改善。其主要原因在于高球形度粉末的一致性更优、流动性更佳，更易获得均匀平整的粉末层，且在铺粉或落粉过程中也不易堵塞供粉系统；此外，所制备的高球形度铝合金粉末几乎无空心粉，更有助于提高打印性能。 康普锡威AlSi10Mg的粉末形貌及粉末横截面微观组织 康普锡威AlSi10Mg沉积态件显微结构 康普锡威高球形度AlSi10Mg的粉末特性 康普锡威高球形度AlSi10Mg打印的零件 当前大尺寸成型装备不断涌现，单次装粉量较大而且多以上送粉形式供粉，因此对粉末的一致性和流动性提出了更高要求，康普锡威公司所开发的高球形度铝合金粉末在此类打印过程优势更为明显。除了常规的AlSi10Mg，该公司还面向当前对高强铝合金的应用需求新研制了具有自主知识产权的CPAL-G铝合金粉末，制备的3D打印样件抗拉强度高达600MPa、屈服强度590MPa。 关于康普锡威 北京康普锡威科技有限公司成立于2005年，是有研科技集团有限公司（原北京有色金属研究总院）子公司、高新技术企业。公司研发团队自上世纪80年代开始进行快速凝固气雾化技术的研究开发和生产应用工作，是国内最早进行球形金属粉末制备技术研究和应用的团队之一。公司依托自主开发的成套高品质粉末雾化制备技术，开展增材制造、微电子互连等球形金属粉末产品的开发与服务。2018年，有研集团成立有研科技集团增材制造创新中心，主要任务是围绕增材制造用高端材料开发与制备技术、材料计算与模拟、材料及制品测试与评价等方面开展技术攻关，服务国防军工、航空航天等重点领域。北京康普锡威科技有限公司是有研集团增材制造创新中心挂靠单位。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.铝合金激光能量沉积技术为何难以实现应用，目前的突破有哪些 2.最新研究：硅可以防止3D打印7075铝合金的微裂纹 3.制约铝合金3D打印应用的六大因素及国内外高强铝合金的商用进展 4.Inconel 718：用于增材制造的主力材料 --广告--