截至2021年1月3日，中国“天问一号”火星探测器飞行里程已突破4亿公里，按计划将在一个多月后实施近火制动，进入环火轨道，准备着陆火星。而美国"毅力号"探测器，则规划于2021年2月18日上岸火星。两枚探测器对3D打印技术的应用都是规模性的，此前已有报道“天问一号”安装使用了超过100个3D打印定制的零部件，其中包含相当数量的金属3D打印零件。"毅力号"上采用的金属3D打印零件也有11个，本期我们介绍的重点就是其中5个金属零件的制造过程，它们的制造时间超过预期12个月，攻关团队获得了丰富的经验教训，同时也认识到即使是增材制造也面临着可制造性的挑战。X射线光谱仪（PIXL）位于毅力号2米长机械臂的末端不考虑制造可能性，全力优化设计在毅力号火星探测器上，NASA使用精密X射线光谱仪（PIXL）帮助寻找岩石中古代微生物的生命迹象。其位于毅力号2米长机械臂的末端，如饭盒一般大小，是火星车上的七种仪器之一。航天器任何结构的设计都需要承受发射时的超重，对于毅力号来说也是如此，而且它还要经受硬着陆以及火星巨大的温差导致的金属膨胀和收缩。对于PIXL来说，其外壳结构设计必须能够承受这些冲击。NASA喷气推进实验室（JPL）的工程师在设计仪器套件时，就将100％的精力集中在组件的功能上，并没有考虑在传统技术下的制造可能性。在团队确定了实现所需功能的最佳设计后，他们才考虑如何生产组件，而最终发现，这些设计的某些特征只能通过3D打印技术予以实现。PIXL安装在悬臂的末端，将用于分析火星表面岩石的化学成分X射线光谱仪（PIXL）的外壳结构共由五个3D打印件组成X射线光谱仪的外壳结构共由五个3D打印件组成：大尺寸薄壁前盖、纵深薄壁后盖、具有空心箱形梁结构的安装框架，以及用于X光机的工作台和工作台支架，均是空心薄壁结构。这些零件的壁厚在1-1.1毫米之间，复杂的表面在某些区域向外凸出，而在其他区域则向内凹进，保证PIXL实验包内外的仪器保持间隙。NASA要求供应商交付至少三套产品，一套飞行组件、一套试验台组件以及一套或多套附加组件，以供进行破坏性试验分析。所有组件都必须保持在最大绝对重量以下，否则探测器将无法发射。关键仪器上的任何超重部件都可能导致其他实验失败，因此在权衡整个过程中可能的设计变更时，质量管理一直是头等大事。PIXL外壳由五个3D打印组件组成美国Carpenter Additive公司通过增材和减材生产技术以及创新的表面处理技术，为关键的PIXL组件制定了生产计划。为了制造零件，Carpenter Additive选择使用了电子束粉末床熔融技术（EBM）。激光粉末床熔融技术（SLM）通常被认为在薄壁、精细特征和零件表面质量方面表现更好，而EBM则在较大/较重和较厚的零件打印方面表现出色，这些工艺优势促使团队选择了后者。由于EBM 技术需要高温预热，因此电子束腔室在为期数天的构建过程中，将组件保持在高温粉末中，并在12小时内缓慢冷却，从而有助于消除可能使精细特征变形的残余应力。此外，由于粉末床本身是通过该过程进行半烧结的，因此它可以在构建过程中充当支撑结构。对于PIXL组件，这消除了添加支撑的需要，同时也避免了非常严格的公差风险。Carpenter Additive增材制造技术总监戴维斯表示：“通常当我们评估这两种技术时，在制造上似乎很容易判断哪种技术更好，但这是一场激烈的竞争，EBM技术可能会以非正式的52/48的优势胜出。”基于复杂的零件受力及质量要求，NASA和Carpenter Additive选择使用高强度和低密度的钛合金作为外壳材料，并使用Ti6Al4V 5+级以改善其机械性能。该材料的较高强度和良好的延展性，可保证薄壁零件在高度受力情况下具有至少930MPa的屈服强度和至少15％的延伸率。在零件3D打印完成后，还需要经过热等静压处理，再进行开孔和支撑去除、超声波粉末去除、化学研磨、机械精加工以及最终加工。3D扫描检查对于团队在每个过程步骤之后验证结果至关重要。Carpenter Additive制定了制造计划，该计划将增材制造和减材制造工艺以及各种其他技术结合在一起，并在每一步进行检查戴维斯解释道：“机械加工的过程非常漫长，由于每种后处理的作用都非常明显，需要时常进行检查，制作人员必须知道是否或在多大程度上偏离了最终的零件模型，从而确定后续的处理步骤。热等静压可以使微观结构均匀化，但这是一个高温过程，可能会使零件变形，所以将不得不重新进行三维扫描。去毛刺和喷砂会使表面光滑，但也会改变尺寸特征，因此仍然需要重新测量。”制造人员对每个过程步骤及其可能导致偏离规格的理解以及每个步骤如何影响下一步骤至关重要，这对于零件的成功构建至关重要。比例因子的重要性电子束粉末床熔化过程是一个加热、膨胀、熔化、固结、凝固和收缩的复杂过程。然而，这并不是一个线性过程，制造团队必须确定比例因子，将其作为完成尺寸与模型尺寸比较的平均值。构建温度在初始层中会下降，在构建期间会恢复，而在高层构建中顶层温度将继续升高，这会导致整个构建腔中零件温度的变化。如果不完全理解这些比例因子，并且牢记这一点设计零件，零件在打印过程中的结构特征可能会偏离模型并超出公差范围。由于零件需要旋转以获得最佳打印方向，因此其在每个正交轴上均未均匀地“缩放”。组件上的一个轴的尺寸是打印机中多个轴的组合，因此X、Y和Z的多个比例因子有助于提高尺寸精度。与通常使用电子束熔化制成的组件相比，PIXL外壳零件的薄壁产生的热量非常低，在重新缩放时，初始零件往往被“过度缩放”并且打印得太大。但是，一旦掌握规律，制造团队就可以将其应用于其他组件，从而加快迭代过程。为确保组件满足无故障要求，制造团队需要交付几套零件，这两个前盖组件正要进行热等静压处理支撑的重要性永久性和半永久性的刚性支撑是整个开发过程中许多实验的重点。在粉末床熔融过程中，支撑起到热分流的作用，可以散发热量并促进熔池快速凝固；同时可以防止零件因热应力而移动或变形，对于EBM技术来说，其支持悬垂特征。半永久性支撑在多项后处理操作中可以保护零件，如防止在热等静压过程中薄壁结构变形，在加工关键表面时进行夹紧以及在化学处理过程中悬挂零件等。半永久性支撑结构已添加到PIXL框架中，它可以在后处理中起到重要作用框架的箱形梁存在打印挑战，因为无论如何旋转，总有一根梁完全水平，因此需要设计内支撑顶面。但是，该设计仅允许开设5毫米的孔以倒出内部粉末。在对可移动选项进行了大量试验之后，只能设计永久性支撑，因此使质量增加了几克。经过试验和优化后，在框架的一条腿上打印了晶格结构，以确保它能在打印、加工和火星任务中幸存下来。通过对箱形梁进行实验确定的结果对于更大的框架部件非常重要，这再次使团队可以通过汲取的经验教训来加快迭代速度。X射线图像显示了框架箱形梁内的晶格尺寸和结构的几种变化去除中空结构中的粉末提取任何残余粉末对于避免引入异物损伤（FOD）的潜在来源至关重要。空心X射线台架只设计了一些小孔，孔的尺寸或位置不可改变，因此需要先进的粉末提取技术。利用超声波粉末提取技术，组件上的传感器可以发现内部粉末饼（EBM技术因加热导致粉末间固结）的固有频率，能够将其分解并去除。在制造团队已经清理了绝大部分粉末之后，借助超声波技术又去除了156克粉末。然而，超声过程具有自身的挑战，因为粉饼的自然频率会随着其破裂而不断变化，因此需要重新调整以跟踪固有频率，直到所有粉末被分解并清除。化学研磨有多种用途，如改善表面质量和减薄壁厚，还可以冲洗中空部件，以确保去除所有残余粉末。ENDPIXL组件是Carpenter Additive制造团队遇到的最具挑战性的3D打印任务。零件无法重新设计，并且由于关键的质量管理而无法更改公差。最终，在7.26千克的结构中增加了22克以提高可制造性。除了需要3D打印过程具有高精度外，精加工过程也需要确保精度。最终零件具有0.127毫米真实位置公差和0.8μm的表面粗糙度Carpenter Additive的团队成功地在定义的参数范围内开发了最终装配组件，在此过程中进行了多次迭代，原计划6个月完成的任务最终花费18个月才完成。制造团队通过反复尝试，并在每个阶段适时改进，在经验教训的总结中不断获得进步，由此可见制造任务的困难程度，也使其更深刻的认识到，即使增材制造也面临着可制造性的挑战。后期，我们将介绍“天问一号”上面的金属3D打印应用情况。注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址：延伸阅读：1.SpaceX正在招聘增材制造工程师，职责和要求有哪些？2.创新设计：NASA借助AI和3D打印制造spider行星着陆器3.金属3D打印的最佳实践(二)：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录4.航空发动机中整体金属构件的增材制造技术应用与发展趋势--广告--

12月29日，由华中科技大学机械学院张海鸥教授带领团队完成的国家科技重大专项“复杂构件电弧-激光微铸锻铣磨复合制造工艺与装备”在武汉通过综合绩效评价。该项目以张海鸥团队历经二十年研发完成的“铸锻铣一体化金属3D打印技术”为核心，武汉天昱智能制造有限公司作为该技术的产业转化单位牵头此次专项。铸锻铣一体化金属3D打印技术成功突破3D打印不能打印锻件而难以在大型高端锻件中工程应用的世界难题，在2020年被列入限制出口目录，由此可见该技术对于中国乃至全球制造领域的重要性。 针对航空发动机等大型关键复杂构件的制造难度大、合格率低、成本高等技术难题，天昱制造联合武汉重型集团有限公司、华中科技大学、中国科学院工程热物理研究所、武汉华中数控股份有限公司、中国航发南方工业有限公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司等六家国内知名院校企业，共同完成技术转化，研制出世界首台最大锻件微铸锻铣同步超短流程制造装备，开创了功能复合单机制造大型复杂锻件的新模式。 课题评价专家组组长、北京北一机床股份有限公司原总工程师刘宇凌认为，作为融合冶金材料制备成形与机械加工于一体的新兴技术，“铸锻铣一体化金属3D打印”是典型的跨行业、多学科交叉技术，代表了未来以产业链短流程化制造为特色的高端装备制造发展方向。“铸锻铣一体化金属3D打印”技术将成破解中国高端装备制造“卡脖”难题的关键。 中钢集团总经理王建认为，该技术有效提升了微铸锻铣磨制造在航空航天、发动机、船舶、核电、高铁、电力能源、汽车制造、工程机械等行业典型件加工制造领域应用的技术成熟度，满足自主知识产权的微铸锻铣磨复合制造技术与国产数控机床、数控系统的深度集成需求，具有广泛应用场景与巨大市场潜力。 “我们也迫切希望能够有更多的中国人参与进来，一起把这项技术推向更大范围的应用，让中国在突破复杂大型零件制造的‘卡脖难题’方面，从先进到领先，并能保持持续领先。”张海鸥认为，此次项目的成功实施，充分验证了“铸锻铣一体化金属3D打印”技术的实用性与领先性。随着相关领域对国产数控复合制造装备的信赖程度不断提升，在即将到来的“十四五”期间，“铸锻铣一体化金属3D打印”技术也必将迎来黄金期。 我国高端装备的快速研发生产，急需大型高端零件整体制造技术。“智能微铸锻铣”方法，以电弧增材与连续等材微锻及热处理同步复合并融合减材铣削新思想，独创紧凑柔性机构，实现了增-等-减材与调质集成制造；提出磁-电-光-力多能场多尺度混态成形模拟方法，揭示超常态应力变形和组织演变规律，建立形性并行设计-制造-测控集成智能系统，创立了中国领先世界的铸锻铣一体化超短流程绿色智能制造新模式与装备。 标志性成果应用于成都铁路局委托的铁路最关键部件2.4米超高强韧辙叉的制造，创制出12级超细等轴晶锻件，冲击韧性达到单一电弧增材成形的3倍以上并超过传统锻件水平；应用于西安航空动力股份有限公司委托的发动机过渡段制造，通过发动机系统实际装机测试，鉴定专家组认为，这种新方法制造零件“强度和塑性等性能及均匀性显著高于自由增材成形，并通过乌克兰标准质量检测和实机考核；美国GE公司测试GH4169高温合金疲劳性能全部超过GE锻件水平且大部分超过其平均值，大幅优于国际著名EOS公司激光成形样件水平，处于世界前列。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.新增！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” 2.增减材混合制造技术大幅提高武器装备生产速度 3.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 4.欧洲8国21家机构携手推进多材料、多工艺协同金属3D打印

2020年12月，Norsk Titanium公司宣布将向波音在意大利的Grottaglie工厂交付新的787 梦幻客机组件。该工厂的航空结构分部主要制造787客机的机身中段和后段，且专注于航空级钛合金零件的增材制造。此项交付是Norsk不断增长的商业航空结构领域的第三位客户，也意味着Norsk获得了欧盟航空航天公司的第一笔经常性生产订单。 以快速制造、低材料消耗和锻造级强度为航空航天应用提供替代产品 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。 安全性通过多家航天机构的承认 2015年，Norsk就获得了欧洲TRL8认证，这是一种评估关键技术元素成熟度的方法，得到了美国国防部、美国宇航局、欧洲宇航局和许多其他航天机构的承认。对于TRL的评估主要检查项目的概念、技术要求、经过验证的技术能力，并根据分值将其评为1到9个等级，其中9级代表技术最成熟。TRL8预示着产品不存在问题，可以提供给世界一流的航空航天与国防制造商进行最终认证和机身集成。 2017年，Norsk对外发布公告称已获得来自波音公司的采购合同，将采用公司的RPD工艺为波音787飞机生产3D打印钛结构件。结构件由波音公司设计，研发过程中与Norsk Titanium公司进行了紧密合作。波音于2016年12月开始适航认证，2017年2月通过认证，成为世界首个获得美国FAA许可的3D打印钛结构件。 2018年，Norsk Titanium通过与全球最大的民用飞机结构件与系统公司Spirit AeroSystems合作，开始为波音787飞机增材制造的钛结构部件进行资格认证。鉴定过程验证了Norsk Titanium的生产和工业化过程，同时整合了Spirit对近净成形零件进行后加工的工作范围。该资质审查旨在验证飞机零件的材料特性和总体要求。 Norsk为波音787设计了4个零部件，其中一个是将机尾厨房地板固定在机身上面并承受结构应力的33厘米长部件。Norsk生产并测试了大约两吨材料来获得787零件的认证。除了制造测试材料本身的成本之外，还包括2000个单独样件，这部分成本就达到了70万美元。对于认证来说，测试并不困难，只是耗时而且花费巨大。 截至2019年，Norsk已完成相关认证工作，而此前Norsk每个月已能够为10架波音787飞机生产四个零件，这基本实现了批量化制造。 减少材料消耗、降低制造成本的绝佳选择 据介绍，飞机上典型的2kg钛合金部件必须从30kg的块体上切割下来，产生28kg的废料。而Norsk 3D打印相同部件仅需要6kg的钛丝，这为每架波音787节省了200到300万美元的成本。 Norsk客户计划总监Karl Fossum介绍，“此次交付标志着787增材制造零件的大量增加，而这些零件此前只能由钛板制造。这也是朝着我们的使命迈出的重要一步，为航空航天应用提供钛锻件的替代产品。” 波音787存在的一个重要问题就是超重，为了减轻重量、提高效率，从设计和材料方面入手是最直接有效的方法。钛合金因强度高、质量轻而被大量使用，一架波音787的用钛量达到了136t，占全机质量的15%。然而这种材料不仅难加工而且非常昂贵，它的价格是铝合金的7倍，在每架2.65亿美元的787中，钛合金部件的制造成本达到了1700万美元。高昂的成本如何平衡超重的代价是波音公司不得不面对的问题。 飞机制造中必须按照成品零件的体积购买相应的材料量，材料利用率极低，原材料与最终产品的利用率比值达到10-20:1，这在航空业上被称为Buy-to-fly ratio。对于钛合金来说，传统制造方式的成本代价过于高昂，而增材制造则以极小的材料浪费将大型零件的制造从高昂成本中解脱出来，成为航空航天业的绝佳选择。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.民航领域可用3D打印材料、工艺和案例，及民航专家的适航认证启示 2.两吨材料，数年时间，百万美元，3D打印如何为787客机完成认证工作 3.国内外采用3D打印直接制造飞机起落架的技术和材料 4.金属3D打印翻新涡轮叶片数量突破1000万

本文内容由南极熊3D打印网编译。 回顾2020年，这一年似乎几乎没有任何事情按计划进行；这一年我们被迫过渡到一种新的工作、会议和商业思维方式。虽然很多人可能会欣赏 "新的一年，新的我 "的情景，但COVID-19在2020年留下的印记却一直延续到2021年。COVID-19影响了全球的人才和招聘环境，增材制造也不例外。增材制造的招聘公司Alexander Daniels Global从2020年开始强调了五个因素，这些因素将影响2021年的招聘和人才格局。 1. 处理危机的方式不同：初创企业和规模化企业与大型成熟企业的对比 COVID-19大流行后，高增长的初创企业和规模企业与规模较大的老牌企业对经济危机的反应和应对有很大不同。高增长的初创企业似乎受影响较小，继续按部就班地进行招聘，因为他们对收入的依赖性小得多，更专注于增长，以便冲击下一轮投资。相反，规模较大的老牌企业则重新调整了团队规模，使成本回落。根据LinkedIn的数据，自COVID-19爆发以来，企业的内部流动已经同比增加了近20%，这种情况很可能会持续下去。因此，在2021年，我们很可能会看到初创企业壮大团队，而大型跨国企业则更有可能调整规模，专注于内部招聘和团队优化。 2. 增材制造专业人员数量增加 从2019年到2020年，增材制造领域的专业人员就业总数大幅增长。在北美，增材制造专业人员的数量增长了36%，欧洲增长了26%。这种增长尤其可以归功于2019年下半年，在新技术和材料开发方面的投资增加。随着行业的发展，人才储备也在不断增加。此外，我们看到更多的公司开放和招聘新的人才，从机器人和工业自动化等结盟行业进入增材制造。这种专业人才的增长都是在COVID-19之前。进入2021年，Alexander Daniels Global预计，由于2020年期间发生的招聘冻结、不安全感和裁员，这种专业人员数量的增长将趋于平稳。在最坏的情况下，专业人员数量将从2020年减少到2021年，因为人才可能已经流失到其他行业，而这些行业的裁员并没有那么严重。 3. 工作岗位减少--人才缺口缩小？ 因为冠状病毒大流行和经济受挫，增材制造就业市场已经萎缩。与2019年相比，在LinkedIn上发布的北美增材制造内的可用职位减少了60%。同样，欧洲的可用职位也在减少，与上一年相比减少了62%。这种可用职位的减少与可用专业人员数量的增加，以及对新工作机会开放的专业人员数量的增加相配合，使得候选人与每个职位的比例与前几年相比更加有利。Alexander Daniels Global发现，目前北美地区的候选人-每份工作的比例为20:1。这意味着，在整个北美地区，每发布一个职位信息，就有20名候选人有可能胜任该职位。这个比例明显高于2019年的5:1。在欧洲，这个比例甚至更高，具体来说是24:1，而2019年的比例是4:1。 对于2021年来说，这对组织和寻找新机会的专业人士都是一个挑战。由于这么多人普遍在找工作，不管他们是否有增材制造的经验，组织都会收到很多申请。问题是，这些申请中95%的人都会不合适，但企业还是要对这些申请全部进行筛选，以找到那块璞玉。其次，专业人才将面临更多的竞争和更长的招聘过程，增加了就业市场的不确定性。这有可能导致专业人员到行业外寻求发展，再次造成2021年可用专业人员的流失。 4. 人才稀缺性依然存在 尽管每个职位的候选人比例较高，但增材制造行业的人才稀缺现象依然存在。虽然可能有更多的候选人积极寻找和申请工作，但一些职位仍然极具挑战性，合适的候选人很少。相反，虽然人才可能会更积极地寻找新的职位，但由于全球局势的不确定性，他们对下一步的职业发展也更加挑剔；他们希望确保自己加入的是一家稳定的企业，对许多候选人来说，搬迁的吸引力已经大大降低，甚至不可能。这种不确定性增加了许多招聘过程的复杂性。在2021年，Alexander Daniels Global全球公司预计，尽管目前市场对雇主有利，但招聘过程将更加复杂，需要更多的妥协和灵活性。就具体领域而言，他们预计将看到软件专业人员、机械设计和控制人员，以及具有增材制造知识和经验的销售和应用工程师的稀缺和需求。 5. 对薪酬的不满意 在人才市场上，人们渴望得到工作，而市场一般对雇主有利，因此，各组织历来有可能尝试降低工资。如果市场重新转向对员工有利，这就带来了挑战；那么，通过提供低于市场价格的薪酬来降低成本的短期利益，可能会导致不满的员工在开始为公司带来价值之前就离开。Alexander Daniels Global即将进行的2021年增材制造薪资调查的数据显示，2020年收集的数据表明，对增材制造行业提供的薪资水平的不满已经增加。 2019年，30%的专业人士回答说，他们的报酬不公平或根本不公平。在2020年，这个数字已经增加到40%。因此，40%的增材制造专业人士认为他们的薪酬过低。薪资水平不符合人才期望的后果可能是员工不满意，离开公司，最坏的情况是离开整个行业，转而从事高薪行业。对于一个渴望人才的行业来说，这并不是一个理想的情况，而缺乏优秀的专业人才在历史上已经减缓了这个行业的发展。然而，这很可能是一个结果，也是我们将在2021年看到的趋势。企业在招聘新的人才时，必须考虑这些因素和趋势，并警惕利用雇主有利的市场，因为这可能会对行业的人才稀缺性产生长期影响。

永年激光改革创新攻难关勇闯3D打印新天地企业发展Company introduction 即将过去的2020年是极不平凡的一年，在新冠肺炎疫情冲击下，全球经济社会的不确定性、不稳定性增加，给我国经济社会带来了巨大冲击。面对危机，永年公司全体员工在原清华大学教授颜永年为领军人物的带领下，不怕脚下艰难，只为心中梦想，向上突破挑战，向下接地气，顶天立地，攻坚克难，勇攀科技高峰，勇闯3D打印新天地。 向上突破挑战，首创超大型激光3D金属打印SLM设备 增材制造（也称为3D打印）技术集物理、化学、光学、机电、材料、控制、信息等多学科于一体，已列入国家战略性新兴产业。过去30年全球3D打印市场年平均增长率30%，2019年总收入达到120亿美元。在全球产值超过10亿美元的制造企业100%有3D打印技术部门和3D打印技术应用。如波音在美国建立20多个3D打印中心或工厂，2017年首个3D打印零件获得FAA取证，超过600000个3D打印零件在民用航空器上服役。GE公司采用3D金属打印技术制造LEAP发动机燃料喷嘴和GE9X发动机的涡轮叶片等7大类304个零件，布局新一代航空发动机制高点。近年来，3D打印发展迅速，在航空航天等高精尖领域不断开拓创新，将传统加工与智能化技术融为一体，将会为这些行业带来深远影响和重大变革。 轻量化结构，特别是大型轻量化结构是航天、航空、轻量化汽车、轻量化高铁的重要需求之一，随着航空航天等领域的急速发展，大型化及超大型化SLM工艺发展提到了日程，现行SLM工艺的不足日益显现。大型和超大型的SLM设备不是小型设备的简单尺寸放大，面临的技术难关很多，比如：多激光束协同描扫，拼接和协同难度增大；风场控制、过滤、送粉、清粉等难度均增大；随成形高度的增加，重型活塞纵向寸动（如负荷达10 吨，20~80μm精确位移，重复4万次），难度很大。尤其是所需研发资金巨大，在国内外也是重大技术挑战，因此，研发风险极大。 高科技和重大技术装备是买不来、讨不来，等不来的。不创新发展是等死，创新失败是找死。面对挑战，全体永年人坚定信心、锐意改革创新，以严谨的科学作风，发挥团队精神，克服无数困难，熬过无数夜晚，一串串数据、一项项改进、一次次突破，终于在世界上首先研发成功——扫描面积达1000mm，4激光器、3工位、超大型、高精度SLM先进设备，并且成功中标国内重大技术装备，合同单台标的达2000万元。充分彰显永年激光积极面向经济主战场，主动对接国家重大技术需求，突出“硬核”科技，勇于攻坚克难，实现在逆境中突破和反转。 YLM-1000设备聚焦航空发动机等高端制造领域的重大需求，满足航空发动机、火箭发动机、医疗器械、燃料电池等复杂功能结构件成形制造的需要，为国内首台生产型超大扫描面积的增材制造SLM工艺之设备，在国内增材制造领域具有重大意义和引领作用。 1、多激光束4~16束（4激光束高功率1000~5000W）、3工位（成形和清粉分离）、协同扫描和精准配合，实现300小时连续作业，提高成形速度。 2、超大型激光熔化成形能力(Φ1000*800mm³)是制造航空发动机、燃气轮机、卫星、火箭等关键零部件的重要利器。 3、自主研发的高精度、重载10吨的垂直驱动系统，每次垂直向下位移的距离为20~80μm，精度5μm（0.005mm），重复2万次不得有累积误差。 向下接地气，工于心、匠于行，首创抬升式桌面型3D金属打印机 我国各工业、科研和教学领域急需桌面型的大成形体积、可变粉体、高精度的3D金属打印设备。所谓3D金属打印桌面机，是指设计精巧，结构紧凑、可变成形粉体、精度好、成形效率高而具有足够大的扫描成形空间大的微小型设备。其设计和制造难度高，须有长期从事3D金属打印设备生产和使用经验的团队来完成。 然而目前，国内外的桌面型和小型金属成形机，或成形体积太小（50x50x50mm3）、或机器体积太大、或成形粉体不可变，或精度有待提高。江苏永年激光成形技术有限公司在近10年选区激光熔化（SLM）开发经验的基础上，采用该公司的多项国家专利，完成桌面型金属成形机的开发。 新型桌面机由成形主机、过滤器、控制柜和冷水机组成，见图1。 图1YLM-160机桌面系统图 桌面型3D金属打印设备绝不是低端产品的代名词，采用本公司的国家发明专利“型-形技术”，即M/S——Model/Shape技术,完成从SLM到SLM-M/S的技术提升，经过大量的卓越的开发工作，顺利完成我国第一个超大成形粉体的金属桌面机的生产。 首台（套）抬升式桌面型3D金属打印机，摒弃传统的SLM设备的成形缸系统，节约金属粉末，有效地降低用户的使用成本，可广泛地应用教学、科研和工业等各个领域。 工业领域：注塑模和吹塑模小型插件等，工业用金属结构件，其成形空间应远远大于50mm立方，应达到160x160x200mm3的水平； 医疗器械：体内外假肢和关节、齿科义齿等； 科研领域：材料研究需小型可变粉体的3D金属打印设备，以节省宝贵的测试金属粉末；由于实验室面积的限制，研究领域更倾向小型机或桌面机； 教学领域：高等学校的实训、技师和技工培训和竞技大赛等对桌面机的需求是很迫切的。

相比于传统制造方法，粉末床熔融技术成本较高，其中粉末成本占据了重要部分。粉末床增材制造存在一个显著的特点：即使仅成形一个零件，也需根据零件高度准备能覆盖成形仓相应高度的金属粉末（对于有供粉仓的成形设备，同样需将金属粉末填充至所需高度），粉末利用率并不高。有研究发现，单次粉末床增材制造时仅有质量分数２％～３％的粉末熔化为金属部件，可见将粉末回收进行重复使用是降低成本、缩短生产周期的最有效的手段。然而，重复使用的粉末每次成形均会造成部分粉末质量变差，其物理、化学特性不可避免地在重复循环使用中发生一定变化。因此，有必要对其重复用于增材制造是否会导致零件性能下降进行验证，尤其是将粉末循环制件用于质量要求较高的航空航天和某些生物医学等风险较高的行业时。来自中国航发的研究人员，结合增材制造领域金属粉末的研究进展，选取近年来业内研究较多的316L不锈钢、Ti6Al4V和IN718合金3种粉末材料，对循环使用过程中粉末的化学性能、物理性能、制件性能变化进行了概述，并基于民用航空零部件增材制造需求，分析了金属粉末循环使用时存在的若干问题，提出了解决思路。 化学成分的变化 316L不锈钢粉末 316L不锈钢粉末与其他金属粉末最明显的区别为其表面存在一层SiO2氧化层，随着不断的重复使用，粉末表面氧含量上升，氧化层厚度增加，铬、锰、铁元素等向粉末表面扩散，氧化层成分由SiO2转变为MnCr2O4。多次重复使用后，粉末中一些原始元素，如铬、镍、锰、磷、硫、氮等轻微增加，碳、铁、钼、硅等略有下降，但从统计学角度而言，各元素变化均在测量误差范围内。此外，不规则、粗糙颗粒表面的硅、镍、硫、氧含量在多次重复使用后有所增加。诸多研究表明，316L不锈钢粉末元素的整体变化比较微小，可以近似认为其基本保持不变，这可能是由于粉末表面氧化层的存在阻碍了部分元素的变化。颗粒表面出现的一些非氧化物组成元素，则是因部分金属粉末在激光作用下局部熔化后发生成分偏析所致。 Ti6Al4V合金粉末 Ti6Al4V合金粉末主要应用激光选区熔化（SLM）和电子束选区熔化（EBM）两种粉末床熔融技术成形，其成分研究主要集中于氧、氮、铝、钒等元素的变化。在循环使用过程中，EBM成形用Ti6Al4V合金粉末中氧元素含量有所增加，而SLM成形时各元素含量基本保持不变。 IN718高温合金粉末 近年来有关IN718高温合金增材制造工艺的研究数量有所增加，然而其粉末循环使用相关报道较少，仅有SLM、EBM、LMD修复等3种方式少量涉及。 SLM成形用IN718高温合金粉末在循环使用时，化学成分基本无明显变化，因具有高纯氩气保护气氛，在不添加新粉末的情况下可重复使用10次以上，添加新粉末时可重复使用达38次。但也存在氧元素含量上升，重复使用次数减少的情况。 综上所述，粉末循环使用过程中应重点关注氧元素的含量变化，虽然有研究表明成形件中的氧含量低于粉末原料的，但粉末表面氧化物的增加会影响粉末对激光的吸收，从而影响成形质量。此外，在粉末循环使用过程中还需对其中的亲氧元素和易烧损元素进行监控。 物理性能的变化 在粉末粒度方面，上述3种材料无论通过SLM还是EBM方式成形，平均粒径均增大，整体粒度分布变窄或基本不变。其主要原因为铺粉时小颗粒填充至大颗粒间隙中，随着成形的不断进行，小颗粒逐渐消耗减少；而成形过程中的飞溅、黏连、重熔等使得大颗粒数量增加。已有研究表明，不锈钢粉末多次使用后颗粒长径比增加，形状不规则颗粒数量上升，且存在较多的附属颗粒和黏结颗粒。随着重复使用次数的增加，卫星球的数量先减少后增加，但也有多次使用后卫星球数量仍不断减少的报道。 打印过程中产生的飞溅 在粉末形貌方面，EBM成形用Ti6Al4V和IN718合金粉末在多次成形后明显出现球形度下降、表面粗糙度增大的现象，甚至出现拉长和变形颗粒；SLM成形方式下，颗粒表面仅在使用次数较多时变得更为粗糙，球形度基本无变化；而部分316L不锈钢粉末在重复使用后出现球形度提高、表面更加光滑的现象，这可能是由于增材制造过程中的熔化和凝固使一些原本受热影响粗糙化的颗粒表面受到破坏所致。 3D打印的IN718零件 鉴于重复使用后粉末中小颗粒数量减少、卫星颗粒占比降低，其流动性普遍得到提高；但当使用次数过多，卫星颗粒数量再次上升时，流动性提高的趋势会有所减弱直至稳定。 此外，316L不锈钢粉末在循环使用过程中出现了磁性颗粒，并且含有大量细小的δ铁素体晶粒和一些完全或几乎完全奥氏体化的单晶粉末颗粒，而原始粉末中仅存在多晶奥氏体颗粒。推测相变是不锈钢粉末磁性发生变化的原因，在重复使用过程中需要将带有磁性的金属粉末进行筛选去除。研究人员在IN718合金粉末重复使用过程中也有类似发现，具体原因尚需进一步研究。由于磁性颗粒的存在会导致粉末团聚，降低铺粉质量，如何避免该现象将成为未来增材制造粉末循环利用的一个重要研究方向。 成形件力学性能的变化 随着循环使用次数的增加，粉末流动性、表面形貌和化学成分等均发生一定变化，成形件的力学性能亦会受到影响。目前，相关研究主要集中在拉伸性能、疲劳性能和冲击性能等方面。 3种粉末成形件力学性能随循环使用次数的变化 316L不锈钢、Ti6Al4V和IN718合金3种粉末循环使用后成形件的拉伸性能与原始粉末制件的相差不大，抗拉强度有时呈上升趋势；Ti6Al4V合金成形件的疲劳性能虽然整体没有显著变化，但高循环应力条件下表现出较高的疲劳寿命；IN718合金成形件的断裂韧性和断裂应变变化较大，但与重复使用次数并不存在明显的关联性。 Ti6Al4V第1、5、10、15批次的零件拉伸性能数据 综上，粉末多次重复使用并不会使成形件拉伸性能明显下降。成形件性能与内部缺陷有关。目前其他性能与粉末重复使用的相关研究十分有限，也没有建立缺陷与粉末重复使用次数的关系，因此无法表明粉末重复使用是否会导致其他性能或波动程度的变化。 END 金属粉末在源头上决定了增材制造的成本和产品质量，充分开展粉末循环使用研究对于控制成本、保障产品质量稳定性至关重要。本文综述了该领域应用最多的三种材料在重复使用过程中发生的物理化学以及打印件性能的变化情况，并为民用航空零部件增材制造需求提出了解决思路，更完整版本的论述可在QQ群查询原文。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.摆放位置和粉末重复使用对3D打印零件疲劳性能的影响 2.金属3D打印工艺链对TC4粉末性能的影响 3.粉末可回收性因素对金属增材制造的影响 4.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

内容作者：新浪军事争鸣栏目作者百战刀 对于舰载战斗机来说，集成在机身内部的登机梯具有很大实用价值，使飞行员和维护人员在上下飞机时可彻底摆脱对外部登机梯的依赖，不再需要让地勤移动笨重的外置登机梯在拥挤而危险的飞行甲板上跑来跑去，提高了航母甲板舰载机作业的效率和安全性。根据新浪军事争鸣栏目，航空工业沈阳所王向明团队通过3D打印技术探索为国产舰载机制造轻量化内置登机梯，或填补一项空白。 对于舰载战斗机来说，这种集成在机身内部的登机梯具有很大实用价值，使飞行员和维护人员在上下飞机时可彻底摆脱对外部登机梯的依赖，不再需要让地勤移动笨重的外置登机梯在拥挤而危险的飞行甲板上跑来跑去，提高了航母甲板舰载机作业的效率和安全性。 所以全球主流舰载战斗机以及部分重视偏远机场部署能力的岸基战斗机都配备有内置登机梯，如“超级大黄蜂”和苏-33后期型的登机梯被折叠收纳在左边条下方，米格-29K、“阵风M”、A-10和F-35的伸缩式登机梯则位于前机身左侧或左边条内部。 这种3D打印轻量化内置登机梯显然是为国产歼-15舰载战斗机后续改进型号研制的，因为研制中的歼-35舰载战斗机作为先进隐身舰载战斗机，没有登机梯是无法想象的事情。 歼-15之所以没有内置登机梯，大概与其T-10K-7原型机有关，该机作为苏-33原型机还没来得及在左边条下方集成后期型上的折叠登机梯。此外当时为辽宁舰装备国产舰载战斗机的需求也非常急迫，导致歼-15研制时程紧张，这可能也是该机内置登机梯研究被延后的一大原因。 既然采用先进的3D打印技术来制造，那么歼-15的内置登机梯也就不大可能是苏-33的边条折叠式，因为这种简单的结构无需使用到3D打印技术。因此王向明团队制造的轻量化内置登机梯很可能采用了更复杂的伸缩式结构，由节节相扣的套管构成，通过钛合金3D打印技术来提高整体耐腐蚀性能和强度，同时保持轻量化。 和歼-15的伸缩式空中加油探管一样，这种伸缩式登机梯也可同样可被深埋入机身内部，从而无需在飞机表面增加大开口，或许对于歼-15这种已经定型的战斗机来说，如此设计的结构改动幅度会小一些。 内置登机梯并不是什么高科技，有没有却对舰载战斗机在飞行甲板上的作业影响甚大，相信在不久的将来，我们就能看到配备了内置登机梯的国产舰载战斗机闪亮登上航母甲板。

导读：日前，FAA正式向GE9X发动机颁布了适航许可证，GE公司随即发布了增材制造报告，公开披露了267个通过3D打印制造的零件材料、原因以及方法。本期内容，由3D打印研究院带你揭秘GE9X-Additive Manufacturing。故事要从波音777X首飞成功说起。 世界上最大的双发喷气客机波音777X完成首飞，全程3小时51分钟 这架飞机的机身总长达到了76.7米 载客量达400人-425人 从北京出发，777X航程可覆盖全球主要目的地 听起来就帅爆了！ 波音777X还搭载了全球动力最强劲的商用发动机GE9X(终于说到主角了），而且是双引擎！ FAA又给GE9X了适航合格证 GE9X的风扇直径达到了3.4m，进气道直径为4.5米，它比一架波音737的机身直径大76厘米。也就是说，波音777X上的一具发动机，便可以将波音737的机身“吞”进去。仅比波音767飞机机身直径小20厘米。 涵道比为10：1，其推力可达470千牛（100000磅）。 与上一代GE发动机相比可节省10%~15%燃油消耗。 这个牛逼玩意儿顺便还拿了吉尼斯世界记录 该发动机还拥有新一代压比达27：1的11级高压压气机、高效率和低排放的第3代TAPS III燃烧室，以及采用陶瓷基复合材料（CMC）的燃烧室和涡轮。 采用电子束粉末床技术制造的低压涡轮叶片相比传统的镍基高温合金轻50％左右，具有优异的比强度，使整个低压涡轮机的重量减少20％，同时将使GE9X提高了10％的推力。 GE9X拥有近300个3D打印的零件 首次将多种材料的增材制造投入到单一航空发动机的生产中。 燃油喷嘴   燃油喷嘴的作用是将燃油雾化(蒸发），使燃油和空气充分混合，加速混合气形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。 采用3D打印技术，更易实现喷嘴设计的早期迭代，能够将设计更改和试验迅速合并，节省大量时间 每个GE9X发动机有28个燃油喷嘴，采用钴铬合金材料，用3D打印技术将20个零件合并成一个。 寿命提高5倍以上，减重25%，降低成本30%。 该零件是使用Concept Laser M2打印机，通过激光选区熔化技术（SLM）完成制造。 顺便还收购了它。 低压涡轮叶片 每个GE9X发动机有228片低压涡轮叶片，由TiAl合金3D打印而成。 为什么选择TiAl合金？因为它牛逼啊！它轻啊！ 具有与镍基合金相同的材料性能，但重量却不到一半！   两百多个！每台发动机减重约400磅（减重50%），推力提高10%以上。 但是！ TiAl合金属于脆性材料，难以铸造，且在冷却过程中容易开裂，所以GE公司通过Arcam EBM A2X设备，采用了比较适用于脆性材料打印的电子束熔化技术（EBM)。 使用电子束熔化技术（EBM)可以控制热梯度，从而避免生产过程中产生收缩与裂纹缺陷。 顺便也收购了它。 T25传感器外壳 GE的T25传感器外壳是首个获得FAA认证的增材制造的飞机发动机部件。 每个GE9X发动机安装1个T25传感器外壳，使用钴铬合金3D打印而成， 为啥用增材？为了提高复杂零件的精度。 传感器的精度要求还是很高的。 将10个零件合并成1个复杂结构零件。从而提高30%的精度。 该零件是使用Concept Laser M2打印机，通过激光选区熔化技术（SLM）完成制造。 燃烧室油气混合器 燃烧室油气混合器的作用先将将空气和燃油充分混合，然后将混合物送入燃烧室燃烧产生动力，主要是为了低排放。 每个GE9X发动机有1个燃烧室油气混合器，由钴铬合金3D打印而成。 该零件是使用Concept Laser M2打印机，通过激光选区熔化技术（SLM）完成制造。 为什么采用增材技术呢？因为传统的工艺很难保证档板加工的一致性，而通过3D打印一体成形可以保证，还能减轻6%的重量并提高3倍使用寿命。 就问香不香！！！ 导流器   导流器，它能让发动机排出吸入的灰尘、沙子和其他碎片，延长发动机的使用寿命。 每个GE9X发动机有8个导流器，由钴铬合金3D打印而成。 一体化成型复杂结构，将原本13个零件合成一个内部复杂流道的零件打印出来。提高两倍以上的使用寿命。 该零件是使用Concept Laser M2打印机，通过激光选区熔化技术（SLM）完成制造。 热交换器 热交换器传统上由数十根细金属管焊接组成，用于GE9X的3D打印热交换器具有完全不同的外形。 包括优化的通道和充分利用3D打印设计自由度开发的复杂内部几何形状，通过3D打印一体成形，大大提高了热交换效率。 为什么使用增材技术？更轻、更便宜、更耐用 铝合金（F357）粉末,通过增材技术将原来163个零件合并为一个，不仅减轻40%的重量，还减少25%的生产成本。 ATC的现场负责人Antroine Townes说：“增材制造的独特之处和价值在于设计的灵活性和创新的速度。过去，设计师们受困于既有的制造方法。现在你可以不考虑这些限制，设计最适合发动机的零件，而不是最容易制造的东西。” EBM技术在航空中的使用越来越广泛，尤其是针对难以铸造的脆性材料。 EBM技术优势： 1、电子束扫描可将粉床加热到合理温度，有利于减小残余应力，防止应力集中导致零件开裂。 2、EBM在真空环境下进行，工作环境洁净可控，防止有害气体元素的影响。…

体积3D打印又称层析成像增材制造，通过多光束在透明树脂液体中快速创建零件。相比传统的DLP和SLA技术，多光束3D打印可以达到更高的吞吐量（>105mm3/h），同时可以打印更加粘稠的材料。 瑞士洛桑联邦理工学院用于高分辨率层析成像打印的实验装置 此前，多光束3D打印的最小特征尺寸被限制为大约300 µm。今年2月，瑞士洛桑联邦理工学院应用光子学设备实验室在《nature communications》发表研究成果，其将优化的投影源与集成的反馈系统相结合，可以在整个构建过程中精确控制光聚合动力学，并在几秒钟内（<30 s）可靠地创建复杂零件。这种反馈增强的层析成像重建技术，可以使零件的分辨率达到80µm，能够批量生产厘米级丙烯酸和有机硅零件，从而在一定程度上媲美现有成熟的光固化工艺，为后续更为快速的工业化增材制造打开了道路。 本月，《nature》杂志再次发表体积3D打印的最新研究成果。来自德国勃兰登堡应用技术大学和洪堡大学的研究人员提出了一种新的引发聚合反应的新化学方法，该化学方法可以更好地控制引发和聚合反应发生的液体体积，从而可以进一步提高打印分辨率，而不会牺牲打印速度。 研究人员将这项技术称之为“X射线照相”（xolography）。其使用具有两种不同波长的光束先后与树脂中的光引发剂发生反应，从而在受限体积内引发局部聚合。 在整个过程中，两台光束发生装置以相交位置固定放置。第一束光用来“激活”一个区域（切割光圈范围内光引发剂分子主链上的一个分子环），然后第二束光（包含切片图像）将被激活的树脂聚合、固化。随后，树脂相对于第二束光（切片图像）位置反向移动，树脂被激活区域相对已固化区域前置，连续投射的切片图像不断在新激活区域发生聚合反应，最终零件制造完成。 “X射线照相”体积3D打印光学装置示意图 “X射线照相”体积3D打印概念图 与轴向光刻体积打印的区别在于光束曝光区域始终被限制 该过程的优势在于，相比于此前的体积3D打印装置来说，确保了曝光区域一直被限制一定区域之内（光束交叉位置）中，所有特定体素在固化光下只暴露一次。这将使零件的分辨率显著提高，通过从多个侧面激活打印区域和在容器周围旋转规定强度分布的光片，可以实现更深的打印量和更高的打印速度。 X射线照相体积3D打印示例 打印件具有较好的机械强度 研究人员指出，在没有任何计算机辅助优化和反馈系统的条件下，目前的分辨率大约是以前已知的所有宏观体积3D打印工艺的10倍，而如果使用更佳的光学系统，该技术的制造精度可达到10μm以下。 在打印速度方面，“X射线照相”体积3D打印的速度比双光子聚合技术高出104-105倍，并与计算轴向光刻技术具有相同数量级。可以预见，使用瓦特级的激光源（目前为70mw）和热弛豫时间更快的光引发剂，速度将大幅提高。 评论：光固化3D打印工艺正在经历速度迭代，从传统的SLA到以CLIP和HARP技术为代表的高速光固化，下一代是否是体积3D打印技术呢？ 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.轴向光刻3D打印技术在生物组织工程中的应用和优缺点 2.2019年10大3D打印技术、材料和应用突破 3.Carbon 推出 CLIP 新型大尺寸光固化 3D 打印机 4.生物组织工程技术的变革—体积打印技术

增材制造作为开拓制造业发展前景的新兴技术，在航空航天等高精尖领域不断开拓创新，将传统加工与智能化技术融为一体，将会为这些行业带来深远影响和重大变革。为了减轻质量、提高寿命、降低制造成本，航空发动机结构中整体金属构件的使用越来越多，也使得航空发动机关键零部件加工难度大、特殊材料利用率低等长期以来制约航空发动机发展的因素更加凸显。直接利用增材制造生产金属零件的技术构想，是由美国联合技术研究中心在1979年首先提出，其应用对象主要是针对航空发动机的核心部件——涡轮盘。但受当时工业激光器功率及数控技术水平的限制，该项技术并未立即引起太多的注意。自20世纪90年代起，GE、罗罗、普惠等企业和研究机构对金属增材制造技术及其在航空发动机领域的应用开展了大量研究工作，提出了可通过增材制造技术生产的航空发动机零部件，如图1所示。 图1 可增材制造的发动机零部件 截至目前，高性能金属增材技术已经带来了诸多效益，例如，实现了发动机新型号的快速研发、零部件的质量减轻、显著节约了昂贵的金属材质、实现了结构的多样化、延长了部件的寿命和降低了修复成本等。当前，航空发动机领域增材制造技术的应用需求和研究热点，主要集中在降低材料与机加工成本、缩短研制周期、拓宽设计自由度以制造复杂结构整体部件，而风扇/压气机研制所用到的钛合金构件激光熔化沉积增材制造技术更是其中的研究重点。 增材制造在风扇/压气机的应用 1. 整体叶盘 20世纪80年代中期，在航空发动机结构设计中出现了一种称为“整体叶盘”的新构型，如图2所示。整体叶盘把发动机转子的叶片和轮盘制造成一体，省去了榫头、榫槽及锁紧装置等连接件，使发动机整体结构大为简化、结构质量减轻、零件数量减少。例如，美国F414发动机第二级、第三级风扇及前三级高压转子改用整体叶盘后，零件减少484个、发动机推重比由7.5∶1提高到9.0∶1；消除了榫头与榫槽间的气流损失，提高了气动效率，避免了由于装配不当造成的磨蚀，尤其避免了榫头、榫槽间的微动磨损，使发动机的工作寿命和安全可靠性大大提高。 图2 增材制造钛合金整体叶盘 整体叶盘技术代表了第四代、第五代高推重比航空发动机技术的发展方向，成为高推重比发动机的必备结构，是先进航空发动机研制必须采用的核心关键技术之一。整体叶盘增材制造技术将高性能钛合金材料制备与复杂零件直接近净成形有机地融为一体，与发动机钛合金大型整体叶盘传统制造工艺相比，具有成分均匀、组织细小、生产工序少、制造流程短、材料利用率高、制造周期短、成本低等优点，能够实现整体叶盘零件的低热影响、低变形修复。 钛合金整体叶盘增材制造技术已在EJ200、F119、F414、F110等军用和GE90、遄达900、PW300、BR715等民用航空发动机风扇及压气机转子上得到广泛应用。MTU、罗罗、GE、普惠等航空发动机公司从整体叶盘增材制造技术的提出和应用开始，就将有关整体叶盘的技术列为对外高度保密的核心关键技术，积累了几十年的研制经验。 2. 风扇/压气机机匣 1994年，罗罗公司与克兰菲尔德大学合作，开始探索航空发动机机匣的激光立体成形制造技术。2016年，罗罗公司和GKN航宇公司达成协议，扩展双方在遄达XWB-84发动机项目上的合作，GKN宇航公司负责为遄达XWB发动机设计提供高性能中间级压气机机匣，采用了包括增材制造工艺和新的焊接技术等最新设计方法和制造技术，如图3所示。这种由衬套、壳体、肋板等特征形式制造出的薄壁结构的零件还包括航空发动机叶片、燃烧室等，若采用传统的铸造、锻造、焊接、机加等工艺制造，则有周期长、材料利用率低等弊端。相比而言，增材制造能够比较容易地实现大型深径比薄壁结构的制备，可节约更多的研制成本及缩短研制周期。 图3遄达XWB-84发动机中间级压气机机匣 3. 宽弦空心风扇叶片 风扇叶片是涡扇发动机的核心零件之一。罗罗公司于1968年开始设计、制造宽弦风扇叶片，并在RB211-535E4发动机上成功应用。随着气动设计技术、结构技术、材料技术和增材制造技术的不断发展，宽弦空心风扇叶片在航空发动机上的应用更加广泛，罗罗、普惠、GE、斯奈克玛等公司均在各自的发动机产品上推广使用，如F119、遄达800等。宽弦空心叶片的应用改变了流道，减轻了风扇质量，并提高了发动机的推力。受此启发，伴随着材料工艺和增材技术的进一步融合发展，带新型气膜冷却结构的叶片、碳纤维复合风扇叶片、可调节导流叶片的增材制造技术也日趋成熟，如图4所示。 图4 增材制造的钛合金空心叶片 4. 轴承相关件 增材制造技术对轴承相关件的制造工艺主要集中在磨损故障的维修与力学性能的防护上。通过专用金属粉末对轴承、轴承座进行激光增材技术修复，以实现报废品的再生制造能力，节约了成本并缩短维修时间。罗罗公司的遄达XWB-97发动机采用的直径达1.5m的前轴承腔就是通过增材制造技术生产的，如图5所示。   图5 遄达XWB-97发动机的前轴承腔 5. 其他零部件 T25高压压气机温度传感器的外壳是GE公司商用发动机上首个获得美国联邦航空局（FAA）批准的增材制造零件，如图6（a）所示。传感器外壳主要用于保护温度传感器脆弱的电子元器件，防止结冰或被急速气流损坏。GE公司生产的T25传感器外壳于2014年10月完成最终设计，2015年2月通过FAA认证，在第二周就投入了使用，目前有超过400台GE90-40B发动机加装了用增材制造技术生产的T25传感器外壳。 普惠公司在齿轮传动涡扇发动机开发过程中，采用增材制造技术生产压气机静子和同步环支架，如图6（b）和图6（c）所示。借助增材制造技术，普惠公司可以将部件制造成任何形状，这就意味着未来将有更多零件，甚至整个发动机都可能通过增材制造技术制备而成。 图6航空发动机增材制造的部分其他零部件 增材制造技术发展趋势 尽管增材制造在航空发动机领域的应用探索已历经数十年，但在实际应用和推广方面仍处于起步阶段，以下几个方面是今后发展的重点。 1. 专用高性能材料的研发 当前，限制增材制造在航空发动机上应用的关键不是制造工艺，而是材料研发。其中，高性能合金，非金属聚合物，耐高温、防腐蚀、高韧性极限服役环境材料是航空发动机进行增材制造必不可少的原料，也是增材制造大规模应用的瓶颈所在。因此，增材制造专用高性能材料的研发将成为航空发动机领域的重要研究方向。 2. 建立完备的数据库与标准体系 经过多年探索发展，各国的增材制造技术正在逐渐从理论研究走向工程应用，而完备的数据库和标准体系的建立是其中的关键。例如，以国际自动机工程师学会（SAE）、美国材料与试验协会（ASTM）和国际标准化组织（ISO）为代表的研究机构综合多年的研究成果，建立了完备数据库和标准体系，形成了系统的研究方法。增材制造是一个多学科交叉、跨领域合作的热点技术，在未来研究中，需要加强基础理论的预先研究，建立各领域交流合作的共享平台，利用各学科优势互补创新，突破技术难题，形成基础研究和预研技术的体系化发展与规划，建立完备的数据库与标准体系是增材制造技术快速发展的基础条件。 3. 复杂结构的修复与再制造 航空发动机的研制是一个漫长的过程。一代发动机的研制需要10~20年甚至更长的时间，其服役工作的苛刻环境决定了对零件制造的要求极高。在很长一段时间里，金属增材制造的重点是航空发动机零部件的修复。因此，不仅要利用增材制造的特殊工艺研制出高性能的发动机产品，还应利用增材制造技术修复已失效的发动机零件，快速实现低成本的再生制造，延长发动机的寿命，同时节约一定的研制成本。 结束语 面对航空发动机对轻质量、高性能、长寿命、高可靠、集约化的迫切需求，目前基于增材制造并面向系统级、性能高效的功能集成化设计方法仍不健全，批量化增材制造产品稳定性难控制，制约着增材制造在高端动力装备的规模化应用。这也意味着基于增材制造技术，构建稳固创新设计、新型复合材料、特殊工艺制造、修复与再制造全流程技术体系，已成为促进该技术实现增材制造在动力装备规模化应用的重要发展途径。可以预见，随着研究的不断深入和行业的发展，增材制造技术必将给航空发动机制造业带来革命性的变化，机遇与挑战并存。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域增材制造四类典型结构及发展方向 2.系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 3.3D打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 4.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 --广告--