北京时间8月3日凌晨2：48分左右，NASA宇航员Robert Behnken和Doug Hurley乘坐SpaceX龙飞船成功返回地球。这是NASA宇航员首次乘坐商业建造的航天器往返太空，也标志着世界商业载人航天新时代的开始。 2020年5月31日03时22分，美国太空探索科技公司SpaceX用自家猎鹰9号火箭搭载“龙飞船”2号成功将两名宇航员送入太空，一级火箭成功回收。SpaceX自此成为世界载人航天的第四位玩家，创造新历史。 一直以来，NASA的高级官员都将此次飞行视为一次试飞，宇航员的工作是对载人龙飞船进行各项验证，经过评估之后，龙飞船将正式执行NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”（Commercial Crew Program ），预计首次正式载人飞行将在今年9月份进行，届时将有四名宇航员飞赴国际空间站。因此，龙飞船的成功返回对于SpaceX和整个商业航天业来说也是一项巨大成就。 载人“龙飞船”由美国宇航局委托SpaceX公司打造，高8.1米，宽4米，共4个舷窗，可以搭载7名宇航员（这与航天飞机搭载的宇航员数量相同，也与我国今年5月5日测试的“新一代载人飞船”设计上能够搭载的宇航员数量相同），具有可重复使用、乘员运输能力强、内部空间大等特点。龙飞船自备动力逃逸，飞船侧壁安装有8台超级天龙座发动机系统（Super Draco逃逸发动机），两个为一组，互为备份，一旦发现火箭出现故障，“龙飞船”能瞬间被弹向安全区域后返回地面。 龙飞船进入地球大气层，峰值温度可接近2000度 值得注意的是，Super Draco发动机的关键部件采用3D打印制造，借助该技术的复杂制造和集成制造优势，将之前几十个不同零部件缩减为三个，由镍基超合金通过激光3D打印制造而成，大大缩短了整个发动机的设计和制造周期。此外，3D打印技术被众多私人航天公司所关注，其中包括中国的深蓝航天。（点击蓝色字体） 3D打印制造的龙飞船发动机 在宇航服方面，此次载人“龙飞船”的宇航服重18斤左右，比普通宇航服减负1/3。外观为简约又大气的黑白拼接样式，极具科幻感。黑色部分运用了聚酰胺纤维制成——弹性、柔韧性一流，这可以使宇航员不像以前那样被服装限制行动；白色部分运用了强化玻璃纤维制成，其特点为耐火耐高温，且抗酸碱性极强。 简洁的宇航服设计，科技含量无限 而宇航员的头盔使用3D打印技术定制制造，遮光罩、通风降温系统、耳机麦克风等都被隐藏其中，在保证安全可靠的前提下，不仅减轻了重量，也将成本压缩到极限。尽管尚未正式披露其具体的制造工艺，但已有外媒猜测它使用了FDM技术和PEKK材料进行打印。PEKK是一种半结晶热塑性塑料，目前已经越来越多地用于增材制造市场，该材料不易燃、有很好的耐磨性，这些都是太空头盔的重要属性。但是应该指出的是，PEKK目前也可以采用SLS技术打印。 飞船的成功返回是SpaceX花费数年研发龙飞船项目的最后一次测试，为此NASA已经投入31亿美元。而NASA也将彻底摆脱对俄罗斯载人“联盟”飞船的依赖，SpaceX公司载人飞船的每个座位发射成本约为5500万美元，比俄罗斯9000多万美元的报价大为降低。 本期上传：SpaceX太空头盔与龙飞船模型文件。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.SpaceX首次载人火箭发射成功，3D打印发挥作用，开始纳入Velo3D无支撑金属打印 2.美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特？ 3.南航：系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 4.2019年中国航天领域3D打印8大应用成就和案例

作为一种新技术和新工艺，增材制造能够实现产品的复杂设计制造。然而我们不能把它单纯作为一项制造技术来看，我们也坚决反对用这项技术去打印一个传统产品。增材制造可以实现传统工艺手段无法实现的设计，赋予了正向设计无限自由，只需要从需求和功能出发来进行产品设计，而不需要考虑制造的约束，进行颠覆式创新。对于增材制造所提供的无限创新空间，设计本身是没有规范和标准的，因此仿真便成了最重要的工具。因此，再设计是仿真技术的第一个深层次应用。 在我们憧憬增材制造带来的无限发展空间的同时，其实金属增材工艺也面临着巨大挑战。离开仿真，金属增材制造将遭遇严重瓶颈，只能封印在低层次的应用空间。本文将直面增材工艺仿真——仿真技术的第二个深层次应用。 金属增材制造面临的挑战 虽然金属增材制造增长速度近年来非常可观，但无论是直接能量沉积工艺还是粉末床融化工艺，都存在几大类挑战： 可打印的金属材料种类有限，急需开发更多金属种类以满足工业需求； 受打印速度和效率制约，不适合量产； 打印成本过高，包括机器成本、粉末成本及较高打印失败率带来的额外成本； 需要繁琐冗长的打印后处理环节； 打印件质量保证及工艺调试难度很高。 其中，质量保证是获得合格打印件至关重要的因素。金属增材制造可能出现部件变形、开裂等问题。同一部件，在加工参数、层数、材料相同的条件下，采用不同取向和位置，成品微观组织和属性就不同，譬如，垂直方向柱状晶的残余应力水平低，水平方向马氏体相残余应力水平高。 增材制造工艺仿真主要研究加工参数、粉末、几何构型等因素对于宏观变形、残余应力、部件微观内部金相组织及性能的影响。宏观控形与微观控性是金属增材工艺中两个重要考察指标：宏观控形重点关注翘曲变形、部件开裂、刮板碰撞或支撑开裂等问题；微观控性需要关注孔隙率、相变、球化、颗粒尺寸、一次和二次枝晶结构和初始位错密度等微观特性，这些将决定金属件力学性能和特性。 金属增材制造看似简单，但真实过程非常复杂。能否成功打印出一个合格的零部件，受到材料、打印机器设备、工艺设计、工艺参数和设置以及后处理等诸多因素的影响。对于一个实际金属打印件，完全凭借经验或者直观感觉，打印的成功率较低。试错方法既增加成本，又延长产品制造周期。 金属增材打印的影响因素 金属增材工艺仿真的意义 利用仿真技术提前获取打印产品的性能特性，是解决金属增材工艺质量问题的一个重要手段和方法。通过提前预测并在此基础上进行工艺优化，可降低打印失败概率，同时可较大程度地减少打印成本，不合格产品的数量和试错次数也大为降低。 虽然增材打印技术具有“无论多复杂都可制造”的特性，但相同功能的产品，采用稍微不同的设计，可打印性就能大大增强。这对于打印成功率和制造补偿都有重大影响，可能提高机器利用率，缩短产品打印周期，产品打印的可重复性和质量能够得到保证。如果微观金相组织和特性预测也能够通过仿真实现，将大大加快新材料、新机器、新工艺参数包的开发，减少研发成本和周期，获得个性化微观结构和控制材料属性将成为可能。仿真对于金属增材打印的价值汇总如下图所示。 金属增材工艺仿真的价值 金属增材工艺仿真的困难 虽然增材工艺仿真的价值巨大，但要实现难度同样巨大，主要困难包括以下几个方面： 空间离散规模庞大，时间离散步长数庞大，计算时间长 光斑尺寸之微，宏观尺寸之巨，他们之间的尺寸反差使得网格化离散的规模巨大。同时，打印件的打印时间一般比较长，小件以数小时计算，大件则以天计算，而热-固耦合仿真的时间步长需要在微秒甚至更小量级上离散。以现有的计算硬件资源，实现打印工艺的模拟难度非常大。 宏观、微观、介观并存的多尺度问题 无论是物理现象还是研究对象尺度，针对熔池内部的快速冷却凝固非平衡态的动力学研究需要采用材料微观理论来进行。如何引入介观，来将微观现象与宏观现象进行统一，则需要从多尺度的角度入手进行分析。 金属增材工艺多尺度现象 物理过程机理复杂 仅仅考虑熔池内的物理现象，增材金属打印就已经非常复杂，其中包含浸润、毛细、表面张力、马兰格尼对流、熔池动力学、相变等物理过程。其物理变化的准确机理和演变规律需在工程中利用试验来进行验证和总结，很难仅用物理控制方程完全预测和归纳。 熔池内物理机理现象 涉及因素和环节多 增材金属制造的质量不仅与金属粉末的质量和特性有关，还与增材设计的可打印性、机器设备、打印工艺和打印参数包及后处理等都关系重大。 不确定性和误差来源多 由于环节长，涉及因素多，因而不确定性和误差来源也较多。 典型金属增材工艺（SLM）的仿真 金属增材工艺除SLM、EBM、SLS和DMD外，还有衍生的工艺方法如LBW、EBW、RPD等。这里以比较流行和常用的SLM（粉末床熔化工艺）为例，来介绍金属增材工艺的仿真。 SLM金属增材制造工艺仿真是一个非常复杂的典型多尺度和多物理场分析过程。多尺度体现在从宏观到介观再到微观的尺度跨越，多物理场则需要对成型温度场、气场（保护气体）、熔体流场（熔池流体）、速度场（铺粉过程）及打印结构的固体应力和变形场等进行分析，可应用于金属增材制造成型的每个阶段。 金属增材制造过程中涉及到的多尺度和多物理场 宏观尺度的工艺过程仿真 宏观尺度的仿真分析主要是针对零件成型的工艺仿真，对成型过程中的应力应变、成型温度场以及成型过程中可能存在的风险给出预测。宏观分析的对象是打印件自身和工艺设计的支撑对象，也可能包括基板和必要的机器设备信息如激光光源。根据工艺仿真算法的不同，目前应用于宏观尺度的金属增材制造工艺仿真的方法主要有两种，即温度与结构耦合的（热弹塑性）有限元分析方法和固有应变有限元分析方法。宏观尺度工艺过程的仿真分析结果通常包括：部件和支撑的变形和残余应力（去除支撑前/去除支撑后）、逐层应力和变形、变形补偿、刮板碰撞检测、高应变区域和基于应力优化支撑等。 介观尺度的熔池和粉末分析 介观尺度的仿真分析主要是针对熔池和粉末的分析，包括熔池流动性、熔池大小形貌以及粉末的流动性、粉末传热和熔化后的蒸发、飞溅等现象，需考虑熔池内部的表面张力、毛细、浸润及马兰格尼对流等现象，目前主要有等效热耦合和CFD等方法应用于该分析。通过熔池动力学预测溶化过程及凝固过程，获取相变历程、温度历程、温度梯度历程以及凝固冷却速率。 目前应用于介观尺度的金属增材制造工艺仿真的方法主要有两种，即熔池内部不考虑粉末尺度的方法和考虑粉末影响的方法。介观尺度的仿真分析通过模拟较小尺度熔池内部的流动和传热，除了预测温度、温度梯度及冷却速率外，还可以预测表面的质量、层间的粘性力、孔隙率等。介观尺度的仿真分析一般是单道扫描对象，极少进行多道扫描，但得到的结论和结果可以修正宏观仿真结果，也可以衔接作为后续微观尺度分析的输入。 微观尺度的组织模拟 利用宏观或介观尺度分析得到的温度梯度或凝固冷却速率，微观尺度的仿真可用于预测制品的晶体组织形态、晶粒大小与取向以及缺陷和性能等。目前主要用到的重要方法包括相场法（Phase Field）、自动元胞机（Cellaur Automaton）等，不同的方法各有特点和限制。 金属增材制造过程获得的微观组织结构将直接影响成型件的性能，获得高致密度和具有良好晶粒取向及大小的晶体组织是金属增材制造的重要目标。受金属增材制造复杂过程的影响，晶体的仿真分析也具有相当的难度。 通过宏观分析或介观分析得到的温度场或相变结果数据后，可进一步计算得到热梯度、固化速率、冷却速率和形态因子，这是微观尺度进行金相组织模拟的输入参数。 微观组织数值模拟通常包含确定性方法、概率法和相场法。确定性方法通常有前沿跟踪法，概率法则包含蒙特卡罗法和CA法。确定方法和概率方法模拟晶粒生长时都需跟踪固液界面，以此模拟枝晶的形貌，但对三维形貌模拟有一定困难。相场方法是以金兹堡-朗道理论为基础，用微分方程体现扩散、有序化势和热力学驱动的综合作用，用统一的控制方程，不必区分固液相及其界面，能够直接模拟微观组织的形成。相场法和元胞自动机法是微观组织模拟仿真常用的两种数值模拟方法。 金属SLM增材工艺宏观、介观、微观尺度仿真分析的关系 金属SLM增材工艺宏观、介观、微观尺度仿真分析的关系如图所示。 金属SLM增材工艺宏观、介观、微观尺度仿真分析的整体关系图 增材工艺仿真的其他关注方向 增材工艺仿真目前比较关注的应用还包括下面专题，细节不在此赘述： 特殊后处理（如热等静压）、热处理对宏观变形和消除残余应力影响的分析、微观模拟（如致密度提升及金相组织改善模拟）、后续机加工艺过程模拟、流内表面光滑模拟等； 宏观模拟中的支撑处理和等效模拟，包括体支撑、Cone支撑和Block面片支撑，后续更丰富的支撑也会在宏观工艺过程模拟中考虑； 微观金相组织模拟，这将直接支撑材料力学性能预测和评估。 增材工艺仿真的趋势和发展方向 在仿真技术加持下，增材制造将会突破瓶颈，充分发挥优势，实现人们所期许的巨大创新空间。但随着增材制造技术的发展，增材工艺仿真技术也将不断进步。我们认为其未来的发展趋势主要在以下几个方向： 宏观尺度的增材工艺仿真模拟将越发普及和工程化应用，增材设计、工艺和制造等全周期将逐步引入增材工艺仿真，以保证设计产品的可打印性； 材料—设备—被打印件—支撑设计和工艺设计—工艺参数包—宏观特性—微观特性—后处理—性能预测，整个过程将被流程化和平台化； 介观分析和微观分析将逐步从研究和科研阶段迈入工程化应用； 基于物理过程模拟驱动的支撑设计及优化软件将逐步面世； 利用测试数据和仿真数据，AI算法和多尺度算法将实现增材工艺的线下预测； 更多金属材料数据将被测试并录入，更多金属增材工艺方法将得到仿真。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化 2.SLM金属3D打印装备的市场价格趋势与竞争差异分析 3.《开讲啦》超清视频：听王华明院士高屋建瓴讲述3D打印技术 4.视频：多光束增材制造航空航天大尺寸零件的质量保证 --广告--

与激光烧结工艺相比，惠普多射流熔融（MJF）算得上是一种新兴的增材制造技术，它能够使用尼龙材料生产原型和功能部件。在打印过程中，喷头会在聚合物粉末中选择性的沉积两种墨水，然后通过红外灯照射实现熔融和固结。MJF技术号称具有比其他增材制造技术快得多的打印速度和高得多的材料利用率，具有巨大的应用潜力。 然而，对于该技术的成型机制，以及粉末特性、墨水质量、打印条件等对成型零件性能影响的研究却少之又少。近日，来自意大利都灵理工大学和摩德纳大学的学者对其进行了研究，同时还比较了MJF工艺条件下PA12新旧粉末的特性变化情况。主要发现如下： •用于MJF工艺的原始PA12粉末在形态、成分和热力学行为与SLS工艺（EOS）使用的原料基本一致。循环使用之后，这些指标均发生了一些改变。 •与传统高纯度工业PA12粉末相比，MJF原料具有更宽的烧结窗口，从而为促进成型、并降低成品零件的残余应力创造了条件。 •熔合剂和细化剂均为水性乳液（water-based latex）。两者的区别仅仅是熔合剂中添加了石墨碳，其他成分均相同。石墨碳的作用是用来提高红外辐射的吸收率并将其转化为热量（同时也可以理解为什么MJF打印的零件为灰色）。 •MJF工艺打印的零件在拉伸性能方面显示为各向同性，但断裂伸长率会跟打印方向有关，XY方向明显高于Z方向。 •拉伸样条可以准确显示实际打印零件的拉伸强度，但不能准确显示断裂变形能力，实际零件的断裂性能往往被高估。 接下来，我们结合本研究以及国内南方科技大学去年的成果，来阐述EOS SLS PA12与HP MJF PA12的材料特性、旧粉热力学参数变化以及两种工艺下的机械性能。 01 MJF工艺的熔融机制 SLS和MJF两种技术在打印过程中粉末都需要预热，打印完成后也都需要将粉末快速降温。对于SLS技术来说，每一层粉末都需要整体预热到接近烧结窗口的温度时又激光由点及线完成扫描；MJF技术则是在粉末预热后通过打印头选择性的喷射熔合剂和细化剂，同时借助红外线照射实现面成型。理论上说，MJF技术比SLS的打印速率要高。在冷却阶段，MJF打印机配备了一个强制冷却系统，与SLS打印机相比，该系统可以极大缩短冷却时间。 左：喷墨和熔融成型过程整体演示；右：粉末铺设 左：喷射“熔合剂”（黑色）和“细化剂”（蓝色）；右：灯管照射，粉末熔融凝结 MJF打印机沉积的墨水分别是熔合剂和细化剂。如我们开始就给出的结论所述，熔合剂中的石墨碳有助于吸收红外辐射并使粉末熔化，而细化剂则能够抑制热量向周围传递。因此，该工艺中聚合物粉末的固化机理和成品零件性能就取决于墨水的特性以及沉积和辐照步骤的有效性。其次，该过程中使用的细化剂起到了边界轮廓的作用，未固结的粉末较少暴露在较高的温度下，再加上后处理阶段的快速冷却，材料因热循环导致的热降解程度大大降低。不过需要指出的是，细化剂在阻止热量扩散的同时，也导致了温度梯度的产生，这会给成型带来风险，并直接影响零件的质量（详见上传文件）。 02 SLS与MJF用新粉与旧粉的特性差异 研究人员对工业高纯PA12粉末、EOS和HP的新PA12粉末以及循环使用的粉末分别进行了化学分析。（据笔者了解，EOS和HP的PA12均由赢创提供，SLS粉末中添加了活化剂） EOS SLS用PA12新粉与惠普MJF用新粉末颗粒形状近似，球形度都一般而且尺寸不均匀、表面也比较粗糙，不过SLS粉末仍然要比MJF新粉稍规则。在更高倍率下观察，发现EOS的PA12粉末中有破碎的颗粒，这会导致小颗粒聚集。在粉末粒度分布方面，MJF和SLS两种粉末非常接近，前者的平均粒径为54.76μm，后者为57.24μm（粒度分布见上传文件）。 粉末微观形貌（b）EOS PA12新粉；（c）EOS PA12新粉高放大倍率（d）HP MJF PA12新粉；（e）HP MJFPA12旧粉 FTIR、XRD的测试结果显示，SLS和MJF两种新粉的测试图谱基本上完全吻合，这表明两者的成分和相组成一致。DSC测试则显示MJF的新粉比SLS的烧结窗口稍大一些，因此MJF PA12具有更好的可控性和可加工性；不过MJF PA12的结晶度比SLS PA12稍高，这使得MJF打印零件的冲击性能较低。 HP与EOS新PA12粉末FTIR分析图谱 MJF粉末、打印件与SLS粉末、打印件热性能分析（Ws为烧结窗口） 惠普回收粉与新粉相比，颗粒形状基本上变化不大，不过未经处理的粉末观察到了轻微结块，可能会影响流动性，从而影响零件性能。对MJF新旧两种粉末进行FTIR和XRD分析发现，两者的光谱均完全重叠，这意味着新粉在使用过后分子结构及晶型均保持不变。 HP MJFPA12新旧粉末FTIR分析图谱 不过，DSC测试发现MJF新旧两种粉末的多项热力学和动力学参数均发生了变化，只是变化非常微小。这也间接证明了MJF工艺中的粉末预热非常适度，熔化和固结主要依赖熔合剂而非温度的影响（普遍认为MJF的加工温度低于SLS）。不过，研究人员特意指出循环使用过的粉末熔化焓变化较为明显。关于EOS新旧粉末的对比，研究中并未给出。 HP MJFPA12新旧粉末热力学参数（下部为文献对比） 因此可以得出的结论是，SLS和MJF使用的PA12粉末基本一致，MJF用粉末烧结窗口更宽，会使得烧结过程更可控；MJF循环使用的粉末与新粉相比发生了轻微的热力学性能改变。 03 SLS与MJF零件机械性能对比 国内南方科技大学的研究人员对比了EOS SLS技术、惠普MJF技术以及采用注塑和挤出工艺制备的PA12的机械性能。发现SLS零件的性能明显优于MJF零件，SLS零件的断裂伸长率、杨氏模量、冲击韧性分别是MJF零件的2倍、1.24倍和1.3倍；MJF零件的拉伸强度为40.1Mpa，但仍低于SLS零件的43.61Mpa；除杨氏模量外，MJF和SLS零件的其他机械性能包括密度等均比挤出和注塑成型的零件要低。 SLS、MJF以及注塑和挤出工艺制备的PA12机械性能对比 对零件断面的分析发现，SLS和MJF样品的断裂表面均存在球形空隙，根据密度测试的结果显示MJF样品的孔隙率比SLS零件要高。而零件的延展性对这些内部空隙非常敏感，裂纹往往由此萌生，这应该是SLS零件具有更好机械性能的原因，而这又可能是因为激光强大的即时加热能力造成的。 与此同时，意大利的研究人员发现MJF工艺打印的零件在拉伸性能方面显示为各向同性，但断裂伸长率会跟打印方向有关，XY方向明显高于Z方向。拉伸样条可以准确显示实际打印零件的拉伸强度，但不能准确表征断裂变形能力，实际零件的断裂性能往往被高估。 标准测试零件 南科大的研究人员还对SLS与MJF技术的打印速度进行了分析。MJF在标准模式下的打印速度约为每层10s，相当于10792mm2/s；但SLS的最大打印速度仅为5m/s×0.25mm=1250mm2/s。从数据上显示，MJF的打印速度确实比SLS高很多，但如果打印的是小零件，SLS的单层持续时间比MJF零件要低，但如果两种技术都进行较大幅面的打印，MJF的整体打印速度优势会非常明显。 04 总结语 笔者认为，本篇内容指明了几个重要观点：一是惠普MJF技术使用的熔合剂和细化剂的成分区别仅在于石墨碳；二是粉末循环使用后热力学参数会发生变化；三是SLS与MJF技术所使用的粉末基本一致；四是MJF打印的零件机械性能比SLS稍低，不过并不影响工程应用；五是MJF的打印速率和材料利用率比SLS高。更为详细的内容，感兴趣的读者可以阅读本文已上传的参考文献。另，本文不恰当之处请留言指出。 注：本文参考内容论述更为详细，文本已上传QQ群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.惠普MJF与SLS技术谁优谁劣，该如何选择 2.EOS与惠普的批量化制造之争：LaserProFusion与MJF 3.惠普：粘结剂喷射技术用于 TPU 3D打印与SLS对比 4.MJF/SLS/FDM制造矫形鞋垫的成本分析

长期以来，市场对于金属3D打印装备最直接也最关心的莫过于其售价，然后才是设备质量、功能等关键指标，这也间接反映出金属3D打印下游应用市场对金属3D打印行业本身还缺乏深入了解与思考。我们且不讨论产业链中存在的信息壁垒与沟通障碍问题，单就国内市场对于价格的敏感程度，结合金属3D打印装备的研发成本与供应关系，来分析未来SLM金属3D打印装备的市场价格变动与未来的变化趋势。 EOS金属打印机组成 本次讨论只集中在上供粉方式单激光SLM装备标配型号（最简单的配置）价格变动趋势分析，对于其他形式的金属3D打印装备的未来发展变化暂不做讨论。 事实上，一台金属3D打印装备的市场售价不仅仅包括装备硬件，还包括研发投入均摊、运营维护、宣传推广、采购等综合成本费用，最后外加利润空间形成最终的市场终端售价。 SLM金属3D打印装备硬件成本 要想分析并判断一台/套SLM装备的市场价格走向，首先必须了解的是整套装备的硬件组成：   （1）机械模块：桁架，外观钣金，成形缸模组，铺粉模组，收粉板块，各管路，连接件，标准件等。 （2）电气模块：PLC及电气元件，传感器或监控元件，线束等。 （3）光学模块：激光器及光纤，准直镜，扫描振镜，场镜等。 （4）循环过滤模块：风机及滤芯等。 （5）软件控制模块：工控软件，数据处理及路径规划软件。 SLM solutions金属打印机 下面我们对各模块分别分析： 1、机械模块：机械模块应该是整套装备的骨架，类似与人的骨骼架构，是决定整套装备布局与外观质量的核心模块。所以，在很多拥有成熟金属3D打印装备研发体系的机构里面，优秀的机械结构设计工程师最终都会转变为另一个核心角色，即系统设计工程师，就是对整套装备的整体布局、装配质量负责。但是令人遗憾的是，该职位似乎并没有引起国内金属3D打印装备研发企业的重视。不过，随着研发的深入及体系制度的建立、健全和完善，这一职位必不可少。初期，项目经理似乎兼任了这一角色。 我们回归到硬件分析范畴讨论装备的价格趋势。机械模块的价格主要是根据机械设计时选用的材料与技术要求而定。选材方面主要涉及到的是钢材质桁架或是铝型材桁架，技术要求主要是针对机加工供应商加工质量的一种甄别。金属3D打印装备的机加工零配件的采购并不是大批量一次性采购，而只能是小批的几件或者是几十件，有的甚至只是单件采购，因此机加工供应商不会将加工的定价下探到价格极限，这也就造成了机械模块的价格浮动性空间有限，但是机加工已经是很成熟的传统金属加工领域，价格相对不高，所以机械模块选材与机加工的价格总和控制在5-8W之间。 GF+金属3D打印系统 2、电气模块：在机械设计模块无缺陷的前提下，电气模块类似于人体各部分的器官及神经系统，对于设备稳定性运行起到非常关键的作用。电气主要的构成硬件是PLC及各伺服控制元件、各类型传感器等，彼此之间的通讯经过协议信号传递并控制伺服电机运动。不同品牌的电气元件之间的通讯在遵循通用标准的基础上又有各自的标准，因此要想设备各个电气元件之间实现无缝通讯连接，最好的方式就是全部采用统一品牌，但是这样硬件成本会增加不少，因此常用方式是各个主要电气控制元件采用相同的知名品牌。如此电气模块的硬件成本控制在15-20W。3、光学模块：装备最核心的精密模块，类似于人体的眼睛。对于一般成形尺寸（300mm左右）的装备而言，目前市场上选用的大部分是IPG 500W连续光纤激光器，价格在6-10W，外加准直和聚焦系统，总体价格控制在25W左右。SLM500 四激光、四振镜系统4、循环过滤模块：这一部分主要的价格构成无外乎是机械加工部件与风机、滤芯。机械加工部件划归到机械模块硬件成本上，风机与滤芯的整体报价与采用的循环过滤等级成正比，循环过滤等级越高，系统越复杂，则整体硬件的成本相对越高，但是也不会过于高昂，整体成本控制在3-5W之间已经不低了。5、软件模块：这部分的成本存在两个极端，一是自己有软件工程师，所有软件项目全部自己编写并装机运行，成本相对较低；另一是根据自己装备特点及工艺要求向软件制作公司外协定制，后期自己维护与升级，外协定制成本非常高，均摊到每一台设备上也是一笔不小的开支。 DMG MORI软件控制模块 6、其他辅助成本：这部分成本包括了诸多智能化与自动化等功能，例如粉末自动筛分循环系统，熔池在线监测控制系统，激光输出功率在线监测系统等智能化与自动化的辅助设施。 装备质量差异很多做金属打印或者是对金属打印了解过的人似乎走进了一个误区：组装一台金属3D打印装备很简单，找几个人就可以设计出来。这句话看似说的潇洒，实则不然。专业的机械设计工程师对于结构并不复杂的金属3D打印装备但就设计而言确实不难，但是评估与验证一台装备的实用性不是设计出来就完事的，它需要同时满足外观质量、装配质量、高效与稳定性、安全性、环保性等诸多严苛的要求，另外还要满足人性化、自动化与智能化的匹配程度。因此，一台装备从开发到上市需要经历的考验与验证流程，没有亲身经历过的人很难想象究竟会是怎么一回事儿，甚至很多国内专业3D打印机构在装备开发过程中也是云里雾里，没有一套完整的产品开发流程与产品校验规则，这也造成了国内金属3D打印装备与国外装备一直存在不小差距，从根本上还是缺乏“精益”精神。 装备差异化的具体表现除了装备本身在结构设计时采用的创新设计与附加智能化或者自动化功能外，这属于“显性差异”。最大差异就是对细节的把控程度，这个很难用肉眼观测，属于“隐性差异”。隐性差异主要源自于两方面，一是装备开发人员自身的素质及对技术的要求程度，二是企业自身的企业文化要求。隐性差异对于装备开发而言可以说是企业的核心竞争力，同样功能的装备，为什么有的品牌具备实用性而有的品牌却只是套骨架？核心就在于产品的开发流程与产品校验规则，以及两者之间存在的隐性差异。 所以未来，3D打印企业在管理上具备成熟的流程与方法后，企业内的“隐性差异”一定是其未来的核心竞争力。可喜的是，国内一些设备商已经注意到了这一问题。 未来装备市场价格走向 市场价格一定是受供求关系影响的，从金属3D打印与下游终端应用市场供求分析，目前金属3D打印市场发展趋势是装备需求依然在增长，但是需求比较强烈的是大尺寸装备（400mm以上），一般尺寸（300mm左右）装备增势变缓，说明金属3D打印装备的发展趋势倾向于大尺寸化，一般尺寸（300mm左右）装备趋近于亚饱和状态。而定制化产品的市场需求则增势明显，尤其是面向高性能的大尺寸定制化产品需求愈加强烈。 从上游供应商与金属3D打印方面分析，首先需要明确的是金属3D打印属于新兴产业，相对于传统行业而言，规模依然较小，再结合金属3D打印自身的行业特点，其面向的不是成规模大批量量产的市场需求，因此也就导致了金属3D打印装备数量的限制性，而上游供应商不会因有限数量的装备而大幅度降低供应价格。 金属3D打印工厂 目前终端应用市场的表现，我们可以得出一个大致的发展趋势：大尺寸装备（400mm以上）的市场价格依然处于高位，存在大幅下探的空间。而一般尺寸（不大于300mm）的装备，国内市场竞争激烈，甚至趋近于白热化，价格下探空间已经见底或即将触及底部，不会再有大的波动。 这里需要指出的是，目前国内的金属3D打印装备其核心配件如激光器、振镜等严重依赖国外品牌，这也导致了价格大幅下降的可能性不大。国产配件堪当大用的时候，金属3D打印装备价格还会继续走低，届时，国外品牌装备价格也会下降。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印对汽车制造的内外驱动力及当今汽车增材制造市场 2.基于粉末床激光熔融技术实现多金属混合3D打印 3.多光束下的3D打印系统（二）：激光对齐校准将严重影响大尺寸零件的打印质量 4.西空智造推出国产金属3D打印在线监控系统

Wholers Report 2020指出，2019年全球3D打印市场总值达到118.67亿美元，相比去年增长21.2%，这已是这项技术连续10年以超过20%的年增长率快速发展，汽车行业则以16.4%的占有率引领行业应用。与此同时，SmarTech Analysis统计的2019年汽车全球增材制造市场总值为13.9亿美元，到2029年汽车零部件生产中与3D打印相关的市场规模将达到90亿美元。 可见的是，宝马、福特、大众等汽车厂商不断加码对3D打印的投入，无论从成本还是汽车未来发展的角度，这都是大势所趋。 汽车增材制造市场规模2019-2029预测（来源：SmarTech Analysis） 01 3D打印对未来汽车制造的内外驱动力 促使汽车行业大规模引入3D打印的原因可以从经济成本、竞争压力以及汽车未来发展趋势的内外部原因来分别解释。 自1990年代3D打印开始商用后，汽车工业就在使用该技术进行原型制造，汽车行业也更容易接受将3D打印视为制造增值产品的一种手段，而这些产品只能通过增材制造来实现。时至今日，增材制造技术在汽车制造商心目中的地位发生了根本变化，其原因涉及以下因素： 1. 汽车行业面临巨大的价格和成本压力 2. 制造商需要追求运营优势，以保持竞争力 3. 消费者对定制的需求给小批量和个性化零件的生产带来低效，这增加了制造的复杂性。 3D打印在汽车零部件制造中的应用 在市场变化的压力下，汽车厂商急需新的技术来解决运营和市场需求带来的压力。随着3D打印技术的快速发展，特别是近年来该技术在功能性零件直接制造以及批量制造方面的突破，汽车制造商逐渐注意到3D打印确实可以解决一些实际问题，能够降低小批量制造过程中的生产成本，并在一定程度上迎合市场需求。作为一项被普遍认为将改变未来生产方式的技术，一些汽车生产商需要借助它来保持对汽车行业的引领作用。 除了经济成本和市场竞争压力等内部原因外，电动汽车、自动驾驶以及共享汽车等新型出行服务的发展已经动摇了汽车行业的格局，这些都会对汽车制造商和零部件供应商产生不同程度的影响。汽车行业本身的发展给车辆前端设计带来了一些改变，热量管理以及设计空间和整体重量的减少越来越被重视；与车辆安全和舒适性相关的结构也需要用新的技术来实现。 这些关键趋势需要3D打印服务商和采用3D打印技术的汽车供应商能够以更快的速度、按需提供更优化的新产品。 3D打印用于汽车部件结构优化和减重 考虑到当前汽车行业的发展趋势，在一些情况下，减重将尤为重要。在过去的三年中，已经出现了许多采用轻量化材料和结构进行新的元器件系统设计的案例。通过重新设计车身或其他各种部件，可优化零件性能重量比，增材制造技术在实现零件减重方面可以发挥重要作用。 未来，增材制造技术可能成为多种减重策略整合下更可行的解决方案，这也使得它成为改善燃油经济性的有力保障。此外，无论是采用轻质合金、高性能聚合物还是进行先进的几何结构优化来实现减重或者节省更多空间，增材制造技术都成为当前汽车发展趋势下不可缺少的关键技术。 02 当今全球汽车市场增材制造使用现状 由于汽车市场面临巨大的成本竞争压力，在增材制造技术方面的投资效益实际上不如其他细分市场（如航空航天、医疗、牙科和消费品）那么直接。3D打印在大规模定制方面具有极大优势，然而在零件性能和生产自动化方面却表现不佳，该技术在汽车制造领域需要关注长期效益。 此外， 3D打印领域还存在这样一种现象，业内材料的收入几乎占到了应用收入的一半，而对于其他技术，前者往往比后者小几个数量级。这也是3D打印设备商看中汽车市场的重要原因。未来汽车制造将越来越多的采用增材制造，而随着经济规模增大，材料和硬件成本将逐渐下降，汽车制造商的长期效益将非常显著。 宝马增材制造产业园拥有当今所有最先进的3D打印技术 目前，很多汽车制造商和3D打印机设备商确立了合作关系，通过将3D打印端到端的集成到汽车制造生产线中，可以更好的进行零件设计和生产策略规划，并力图逐步实现3D打印生产的自动化。 德国汽车制造商在开发用于最终零件生产的3D打印应用方面进行了迄今为止最大规模的投资。大众汽车集团报告称，3D打印在其零件生产中的采用率最高，奢侈品牌布加迪和兰博基尼的应用案例具有里程碑的意义；戴姆勒·奔驰集团和宝马集团则宣称实现了该技术最重要的应用，特别是粉末床熔融技术，已被用于按需备件生产和其他零件的直接大批量生产。基于对更大产量和更低成本的需求，大众汽车已开始使用具有高吞吐量的惠普金属粘结剂喷射成型技术进行零件直接生产。 福特先进制造中心涵盖3D打印、虚拟现实等先进技术美国和法国汽车制造商在使用3D打印技术方面紧随其后。福特汽车在复合材料等增材制造技术方面进行了大量投资；特斯拉虽对自己使用的3D打印技术严格保密，但电动汽车对散热的特殊要求可能会让特斯拉不得不考虑该技术，此外，近日其Model Y后车架上的创成式设计，也能看到3D打印的使用身影。法国标致雪铁龙集团已采用金属粉末床熔融技术直接生产Divergent超级跑车的多个组件，而米其林也在采用旗下AddUp的同类3D打印技术生产轮胎模具。 特斯拉Model Y后车架上的创成式设计 中国和日本的汽车制造商通常依赖外部3D打印服务商通过精密铸造或直接3D打印来生产零件（实际上欧美汽车制造商也是如此）。以上汽大众为代表的中国汽车制造商，已在使用3D打印进行前端设计，来提高产品的成熟度。目前，已经有相当数量的汽车制造商在使用FDM（如Stratasys或其他一些品牌可以加工高温聚合物的打印机）或Polyjet技术来生产工具、铸模、夹具和固定装置等。 03 结束语 汽车工业在增材制造行业中占有特殊的地位。虽然3D打印技术早已被广泛用于原型制作，但汽车公司目前已开始将其用于最终生产应用。如今，大众、福特、宝马、捷豹路虎和其他汽车巨头正与增材制造公司携手合作，将汽车行业带入一个以生产为中心的时代。 在此后的文章中，我们还将继续介绍这些公司如何使用3D打印，同时也将介绍EOS、Stratasys、Carbon、HP等公司如何将业内最顶尖的3D打印技术用于汽车生产。汽车行业未来将成为除航空航天、医疗和消费品外，3D打印技术发展的真正蓝海。 本期上传：《汽车增材制造聚焦2020》欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.德国推动汽车产业金属3D打印工业化集成 增强制造业强国地位 2.观点：变革尚且远矣，理性看待汽车3D打印技术 3.福特汽车：借助3D打印技术重塑汽车生产线 4.人工智能和3D打印：满足制造业的未来

7月23日12时41分，长征五号遥四火箭在海南文昌发射场点火起飞，将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器送入地火转移轨道，迈出了我国行星探测的第一步。此次发射包含3D打印产品100余件。随着各航天强国逐步开始布局月球、火星等深空探测任务，各类需求展现出牵引太空制造技术发展方向的作用，对太空制造技术的关注和期待逐渐增多。包括3D打印在内的太空制造技术被世界各航天强国公认为是人类提升地外活动能力、开展深空探索任务的战略性关键技术之一，因而其也已成为世界主要航天强国最活跃的科学与应用前沿之一。 德国宇航中心（DLR）自2017年就已开始测试零重力条件下的金属粉末床熔融增材制造系统，按照计划，该系统在经过一系列的试验和测试后，会被设计为火箭的有效载荷，并将在本年度首次由MAPHEUS火箭发射升空。 DLR研究项目的主题是粉末床激光烧结/熔融（SLS/SLM）工艺，该工艺仍然是使用聚焦激光束通过层层熔化粉末实现零件成型。与地面相比，零重力条件下的工艺探索要复杂的多。 DLR第33次抛物线飞行测试，被安装在空客A310上的实验装置（1：激光系统和沉积单元；2：气体循环泵和控制系统）对金属粉末的有效处理，是在降低重力甚至完全失重的情况下面临的最大挑战。有针对性地实现厚度均匀的致密粉末层非常重要，它是影响最终部件质量和材料性能的关键因素。此外，粉末层还必须在打印床上保持稳定，直到完成打印。为了实现这一目标，研究人员开发了一种空气气体流动吸入系统，在没有重力的情况下，粉末被有效地“吸”附在打印床上。这种在整个压力范围内稳定粉末的方法已经在之前的抛物线形飞行中进行了多种测试，并且显示出很高的可靠性。 金属粉末床熔融工艺与空气气体流动吸入系统原理 这个用于稳定粉末的气流装置相对于整个增材制造系统来说具备独立的电源供应，重量很轻，且完全自动化运行。其强度和稳定性能够承受火箭发射期间产生的载荷。整个3D打印过程可以从地面通过遥测连接进行监控，火箭有效载荷和地面站将在抛物线飞行过程中并行工作。除了首次在失重状态下对硬件进行测试外，该实验还将针对不同材料和要求更高的材料(如固态金属玻璃)进行系统的参数优化。 微重力下打印的金属扳手 开展微重力条件下的3D打印研究，是当今包括欧洲航天局、NASA、俄罗斯和中国在内的众多航天机构的热门话题。 NASA未来从国际空间站迈向小行星及火星的太空制造技术规划 中国微重力3D打印实验历程 中国在今年5月发射的新一代载人飞船试验船上进行了多种类型的太空3D打印实验，包括碳纤维复合材料3D打印以及金属/陶瓷立体光刻微米级精度3D打印。为了实现这一目标，以中科院为代表的中国研究团队早在2015年就开始了微重力状态下的3D打印实验。 2016年3月，中科院团队利用抛物线飞机产生的微(低)重力环境成功开展了微重力高分子材料及其碳纤维复合材料增材制造技术验证，使我国成为继美国之后国际上第二个实现了这类材料的微重力快速成型相关技术试验验证的国家。 2018年6月，中科院团队利用抛物线飞机开展了低重力金属熔融铸造技术的研究，成功实现了模拟在微重力、月球重力(1/6g)以及火星重力(1/3g)条件下的金属零部件的制造。该技术试验共制造了8件金属样品，样品表面平整，证明制造过程与相应使用的材料对于不同重力条件适应性良好。 抛物线模拟微重力原理 不同重力条件下金属铸造实验用增材制造的陶瓷模具(a)和铸造的金属零部件(b) 同期，中科院团队还将精细陶瓷粉末与有机树脂混合，通过调控流变特性得到了可在微重力环境下有效约束精细粉末的软物质材料。随后利用抛物线飞机开展了微重力制造试验，在国际上首次开展了微重力环境下陶瓷材料的立体光刻成型技术实验。 陶瓷浆料的立体光刻技术试验装置(a)及样品(b) 以零重力条件下的立体光刻技术为例，国际同行普遍认为该工艺在微重力环境下不太可能被使用，因为其主要原材料是液体，而液体在微重力环境中非常容易自由飘散。因此，该实验的难点就在于需要攻克液体在失重环境下难以精确控制的问题。 2020年5月，该实验装置第一次在载人飞船试验船上进行轨精细成型实验任务，最终通过立体光刻3D打印，成功精细制造出微缩版的国旗、中科院院徽、中国载人航天工程标识、三维支架等8件样品，成功实现在失重环境中陶瓷/金属软物质材料的微米级精密在轨制造。 END 增材制造为从液体、粉末或细丝状材料制造组件提供了广泛的选择，包括金属、塑料和陶瓷以及复合材料在内的几乎所有材料都可以3D打印，越来越多的材料已被市场成熟使用。然而太空完全是不一样的情景，所使用的设备硬件和材料有根本不同的要求，而且会更加复杂，即便研究人员已经为失重环境下的制造过程进行了充分的试验准备，但也可能面临多种多样的风险。 虽如此，太空3D打印依旧具有巨大吸引力。随着信息、材料、自动化、快速成型等技术的高速发展, 特别是增材制造技术的进步, 使太空制造技术取得突破性进展。未来太空制造技术将趋向于更高精度、更大尺度以及更快速度，3D打印将发挥重要作用。 欢迎转发 联系微信：2396747576; 硕博交流和资料下载群：867355738；网址：  延伸阅读： 1.专访中科院太空制造技术团队：介绍太空立体光刻3D打印的意义 2.梳理：新一代载人飞船试验船上的3D打印应用及技术来源 3.南航：系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 4.关键结构件3D打印技术在新一代载人飞船中的应用

广州国际模具展暨3D打印展，将于2020年8月11-13日在广州举办。本届展会是新冠疫情过后首场专业模具展会，同时也是华南地区为工业制造行业提供优质模具产品、技术以及相关配套的知名商贸平台。 新冠疫情爆发以来，模具与3D打印行业一直作为生产抗击疫情相关产品和器械的中坚力量。有见及此，主办方将特设模具与3D打印抗疫展示区，突出展示在本次抗击疫情期间的发挥着举足轻重作用的相关产品，其中包括：3D打印呼吸阀配件、3D打印口罩、测温枪、全彩3D打印新冠肺、咽拭子、防护面罩的支架、护目镜、3D打印医用喉镜、额温枪模具等。 特别鸣谢上海增材制造行业协会、珠海赛纳、厦门威斯坦、上海毅速、上海昕健医疗技术、极光尔沃、由你造、光华伟业、江苏锐辰、深圳云图、温州千临、纵横立方、易加诚、广州畅德、晶木模具、金展瑞、武汉益模、龙设模具等单位以及企业对本届抗疫展区的鼎力支持并提供抗疫相关重要产品。 扫码了解更多模具以及3D打印在抗击疫情期间的贡献以及相关产品 专业同期会议一直是广州国际模具展暨3D打印展备受关注的一环，展会将于8月12日全天举办3D打印专业峰会，GF加工方案、EOS、3D Systems、光韵达、深圳德科将携同一众增材制造（3D打印）行业知名企业，针对目前主流的3D打印/增材制造技术在模具水路、快速成型等热点应用方向，分享最新的应用案例，剖析当下技术难点，直击行业应用痛点，为模具及其他制造业提供更高效率的产品制造方案和更有针对性的生产解决方案，为企业生产带来全新的变革思路。 演讲嘉宾及学术议题提前奉告 1.工业金属3D打印塑模专家到底如何“专”--杨建京，模具增材应用顾问 从事服务于塑胶模具行业15年，在上海、广东模具企业担当PM负责Conti、Magna等大客户专案，从事工业金属3D打印塑胶模具4年；曾发表3D打印塑胶模具相关论文2篇；参与多起3D打印塑胶模具设计专案研究的实施，服务跟进近百家塑胶模具企业客户。 2.模具随形水路设计与制造的自由带给模塑的价值--黄军，光韵达光电科技股份有限公司 自2015年开始从事金属模具3D打印5年，与光韵达工程服务团队一起为多行业注塑/压铸生产和模具客户提供有效改善实施案例超过1000，为客户提供从设计分析到制造一站式解决方案。 3.注塑模具降低成型周期之3D打印案例--李健雄， EOS模具行业客户经理 拥有20多年的注塑和模具行业经验，可以作为注塑咨询和模具设计顾问来确保项目成功，同时帮助过一系列在电子、通迅、智能音响、日用品和文具类的品牌。 4.优化金属增材工艺流程的集成方案--蔡东海，GF加工方案增材制造事业部专案经理   现任GF加工方案增材制造事业部专案经理，具有多年增材制造领域从业经验，对增材设备、粉末、及后处理工艺都有深入的了解，同时对增材工艺在航空航天、汽车、医疗及模具领域的应用均有广泛而丰富的涉猎。 5.3D Systems软硬件持续创新推动数字化生产级增材制造--邓瀚诚，3D Systems售前与行业应用经理   邓瀚诚先生毕业于上海交通大学航空航天工程专业，从事于3D打印技术相关行业，服务于中国的企业界及教育界客户群，致力于以新技术结合客户的具体业务并提供相应的解决方案以提高其生产效率。 6.金属3D打印技术—模具制造新趋势 --许木荣， 深圳德科精密科技 总经理 拥有30多年的模具工作经验，涵盖模具制造，模具设计，项目管理以及工厂管理，在手机，汽车，双色等行业有着丰富的经验。2007年开始到中国全职工作，在伟创力塑胶科技（深圳）担任总经理4年，过去10年一直管理着规模500~700人的模具工厂。2015年创立深圳德科精密科技有限公司，为模具行业提供模具增材制造解决方案和激光镭雕纹理加工方案。 7.金属3D打印在工业中的应用 --周洪波，苏州中瑞智创科技 总经理 2011开始从事3D打印设备的销售，有近10从业经验，目前担任苏州中瑞智创三维科技有限公司总经理，对工业级3D打印机在行业应用上有多年的经验和独特见解。 广州国际模具暨3D打印展将于2020年8月11至13日在中国进出口商品交易会展馆举行。本届展会与广州国际自动化展会同期，汇聚了超800家专业参展商，超7万专业买家进场，来自航天、汽车、医疗、家电、手机、化妆品、电子等世界500强，如华为、联想、OPPO、VIVO、大众、比亚迪、本田、丰田、美的、格力、海尔、TCL、海信、东芝、日立、宝洁、蓝月亮、步步高、三星、万家乐、娃哈哈等的高端采购团预计300家。展商与观众可通过同期展会的协同效应而受惠，接触更多买家，开拓更广阔商机。 目前观众预登记与峰会报名现已同步开放 主办单位：广州光亚法兰克福展览有限公司电话：86 20 38251558峰会在线报名：https://jinshuju.net/f/doKfD0观众登记报名官网：www.asiamold-china.com https://3d.gymf.com.cn/欢迎转发 联系微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.从数据看全球领先的3D打印公司的研发概况 2.南科大在液晶弹性体3D打印研究方面取得新进展 3.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 4.从TCT看国内3D打印行业正在以何种方式发展

近日，南方科技大学机械与能源工程系副教授葛锜研究团队与美国科罗拉多大学丹佛分校教授Christopher M. Yakacki团队合作在材料领域顶级期刊《Advanced Materials》发表研究成果，通过数字光处理技术实现液晶弹性体3D打印，用于超轻三维吸能结构的快速成型。 通过材料的三维点阵结构的几何构型设计(如负泊松比结构、细长杆屈曲结构等)，使其在变形过程中产生能量耗散是目前3D打印实现吸能结构的主要手段。但是，目前3D打印吸能结构的材料多为弹性材料，而粘弹性材料本身优越的能量耗散属性并未在三维吸能结构中得到很好的利用。 液晶弹性体作为一种受光或热刺激能产生大体积收缩的功能软材料，目前主要用于制作软体驱动器或者机器人。同时，液晶弹性体展现了非线性大变形粘弹性的力学行为，是一种性能佳的耗能材料。但是，复杂的化学合成工艺使得液晶弹性体的成型限制在薄膜形态(小于150微米)。尽管最近发展的点击化学使得墨水直写3D打印技术可用于液晶弹性体三维结构成型，但这样挤出式的3D打印方法极大地限制了液晶弹性体三维结构的复杂性和精度。 基于光固化数字光处理技术的液晶弹性体3D打印 葛锜团队与Yakacki团队合作，通过麦克加成反应将液晶基元与二硫醇单体聚合生成具有丙烯酸酯端基的光敏液晶弹性体低聚物，并可通过基于光固化数字光处理3D打印技术实现液晶弹性体复杂三维结构的3D打印。 液晶弹性体的加载率相关非线性大变形粘弹性力学行为 液晶弹性体三维结构与普通弹性体材料吸能效率对比 实验表明，不同于普通弹性体，液晶弹性体三维结构的力学性能与加载速率直接相关。在高速加载（220%/s）条件下，液晶弹性体三维结构单位质量的吸能效率是普通弹性体三维结构吸能效率的27倍。这表明所开发的光敏液晶弹性低聚物可通过光固化数字光处理3D打印技术获得高效吸能结构和器件。该项研究为3D打印成型轻型抗冲击/减震结构提供了可能性，在电子设备抗冲击、运动头盔等领域具有较大应用潜力。 葛锜与Yakacki为本文共同通讯作者，南科大和美国科罗拉多大学为通讯单位。 欢迎转发 联系微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.南科大：一种新型抛光技术，可获得纳米级超光滑表面 2.南科大：金、银、铜等典型高反射材料的激光增材制造 3.南科大：一种将3D打印钛材料价格降低10倍的方法

近日，来自国外的市场分析人员研究了2020年国际领先的几家3D打印公司的研发支出情况。分析这些3D打印机制造商的研发水平非常重要，这将有助于了解该行业的发展速度，以及为什么有更多的公司进入到这个行业。与上一年相比，一些公司在2019年全年大幅增加了研发支出，但有些公司削减了支出。 国外公司研发投入情况分析 下面的表格列出了八家公司公开的最近三年的研发投入、雇员数量以及每位员工的平均研发费用。这些公司可以分为两类，分别是以GE和HP为代表的传统行业企业，另一类是以Stratasys和3D Systems为代表的专门从事3D打印业务的公司。 相关公司的研发投入情况 从以上数据可以得出一些结论 1.3D打印是一个致力于研发的行业，五家“纯”3D打印公司三年内的平均研发支出为1.79亿美元。 2. “纯”3D打印机制造商属于工程/设计密集型企业，他们人均每年的研发支出达到79500美元，不过这并不包括GE和HP。 3. 与2018年相比，生物3D打印公司Organovo由于财务状况导致研发投入缩水26%，但由于研发人员数量少，其人均研发支出达到22万美金，远远领先其他公司。 4.由于货币波动（欧元兑美元）的原因，雷尼绍的研发支出统计数额也出现了一些波动。两大3D打印公司Stratasys和3D Systems在2019年也减少了研发投入，但量级仍然相当庞大。 5. GE和HP并非是专门从事3D打印的公司，即便他们宣称将大部分研发支出用于3D打印。这两家公司在3D打印领域的市场份额合计为15％（惠普6％，通用电气为9％），并将继续在这个领域发展自己的影响力，该表格中这两家公司的巨大数字并能不代表行业整体水平。 此外，可以预见的是，2020年国外众多的3D打印公司由于新冠疫情的影响增加了对医疗设备和药品等特定应用的研发投入。 不过，该表仅反映了大型商用3D打印机制造商的研发投入，一些软件和材料开发商以及私营3D打印机制造商如EOS、Desktop Metal、Markforged和Carbon等，也都拥有较大的研发预算，这些资金往往来自本国和地方政府，以及汽车、消费品和军工领域的生产巨头。 国内公司研发投入情况分析 国内方面，笔者查询了铂力特和先临三维2018年的招股书和2019年年报。铂力特的报告显示，2018年其研发总投入为2561万元、研发人员116人，2019年研发投入4203万、研发人员154人，总投入增加64%，人均年研发费用增长至约27万。先临三维所涉及的3D打印业务比铂力特要复合的多，包括扫描仪、金属和非金属以及生物3D打印等，截至2019年底，其研发人员数量为252名，研发总投入超过1.28亿，较去年同期增加35.85%。 从数据上看，先临三维2019年的人均研发支出比铂力特高约88%，但由于先临三维在旗下多家企业为部分占股，且其期初研发人员数量达389人，人均年研发费用的计算方式有待商榷。另，报告同时披露了易加三维维基于激光工艺的3D打印装备开发及升级总研发支出金额为2804万，笔者从其他渠道了解到该公司研发技术人员约100人，其人均研发费用超过了铂力特。 国内公司研发投入统计（仅供参考） 国内其他专门从事3D打印业务的公司由于多未上市，研发投入方面未能查询到数据。 光韵达自2013年开始进入3D打印领域，然而该技术仅是其极小的业务板块。2019年该公司研发总投入为6660万，在其年报中可以找到多个3D打印相关的装备与应用研发项目，累计总投入未统计。 银禧科技则在2019年初宣布终止其“3D打印一体化产业互联网服务平台研发与产业创新团队”项目，公告称是由于国内3D打印市场尚未成熟，3D打印在民用领域发展较慢。但该公司在3D打印材料方面的产品研发及制造仍在持续进行，后续更将加大研发力度。2019年该公司总研发投入8609万，3D打印相关投入并未找到准确的金额。 总结 实际上多年来，相当多国际领先的3D打印企业如Stratasys、3D Systems、Voxeljet、Exone等都未能盈利，但这些企业的研发投入无不是逐年增加，因此可以看出3D打印技术被投资人看重并具有可观的未来发展前景。 与此同时，一些企业如Materialise和铂力特等正在开始盈利，这些现象都说明3D打印行业正在向着更好的方向发展。但大多数企业持续的亏损也意味着3D打印确实也有着很多问题（如批量化和自动化）需要去克服和解决。试想，3D打印行业是否仍然是一个正处于研发阶段或发展初期阶段的行业呢？ 本期上传：铂力特、先临三维2019年年报；Materialise、Stratasys、3D Systems等公司近四年净利润及收益数据。 欢迎转发 联系微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.西门子微课：增材制造的工业化应用 2.3D打印趋势报告2020：行业亮点与市场趋势 3.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 4.从TCT看国内3D打印行业正在以何种方式发展

在创意设计领域，全彩3D打印技术一次次刷新了人们对传统制造业的认知。无论是想要快速打印出定制化的原型，还是逼真还原设计师头脑中的色彩与触感，Stratasys全彩3D打印机都可以助你一臂之力！ 基于PolyJet专利技术，Stratasys创新推出一系列全彩3D打印机，通过多元的材料搭配，可逼真模拟透明、柔性和刚性等不同材质特性，使得3D打印的外观和手感都无限接近最终成品。 PolyJet全彩打印的成品 这其中，J55和J8系列3D 打印机无疑是当之无愧的明星产品。 J55 3D打印机 最新推出的Stratasys J55™3D打印机，是一款办公环境友好型打印机，从快速概念模型到高品质高保真模型，它都能让设计师的无限创意变为现实。 你能想象这款精致、小巧的智能音箱正是用J55的PolyJet Technology™打印而成的吗？ 为提升音箱的质感，设计师尝试了几种不同的饰面，J55所支持的多材料3D打印让他在短短几小时内就打印出了满意的织物纹理。 也因为J55将PolyJet技术无与伦比的质量与紧凑、办公室友好的设计相结合，它可以轻松、无缝地融入任何设计空间。 值得一提的是，这款机型还拥有近500,000种经过Pantone™ 验证的色彩，出色的分辨率让打印成品变得更为精细和出彩。 J8系列 3D打印机 而全系具备全彩色、纹理映射和颜色渐变功能的全彩旗舰版Stratasys J8系列则更适合高端和大尺寸需求的用户。 作为专为设计师而生的3D打印机，该系列从构思到制作的全过程可比传统制作方法快200%的效率，并准确呈现所有创意想象。 经过PANTONE Valiadated™认证的配色系统无需额外的喷漆和组装，就可以随心组合丰富色彩和多种材料，依托J8系列成熟的多色彩和多材料组合处理能力，任何设计理念都得以更准确、更快速地转变为现实。 阿迪达斯集团就曾使用J8系列3D打印机完善运动鞋模型设计，短短几天或几周之内就可完成多材料、高逼真度的最终模型设计。 而在此前，这需要依靠技术人员使用专业工具手工制作模型和功能原型，如今使用可全天候运行的3D打印，大大减少了昂贵的人工需求。 此外，一次打印任何色彩、可模拟木纹、皮革等任何你想要的材料触感，也有效节省了时间和精力，使得创意更快转化为成品，并更快进入市场抢占先机。 为了让更多设计师和生产制造企业体验全彩PolyJet全彩3D打印的神奇魅力，Stratasys特别推出“购全彩新机，享材料特惠”活动。 即日起，凡购买Stratasys J8、J5系列全彩3D 打印机，即可享受打印材料平均低至1元/克的优惠价格，支撑材料和DraftGrey更是低至每克0.4元！ 扫描下方二维码，立即咨询 无论你是想体验3D打印“黑科技”，还是想成为3D打印专家，都可时刻关注Stratasys，更多全彩3D 打印机、PolyJet材料信息及优惠购买详情，欢迎咨询了解。 欢迎转发 联系微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.材料、速度及后处理给增材制造生产带来的挑战 2.分析：价格战对国内3D打印产业链、制造业及应用端的影响 3.亚洲首发 | 选择Stratasys J55 3D打印机的101个理由 4.从TCT看国内3D打印行业正在以何种方式发展