近日，Formnext + PM South China 深圳国际增材制造, 粉末冶金及先进陶瓷展览会与德国机械设备制造业联合会（VDMA）增材制造委员会正式确立合作伙伴关系并签署合作协议，德国机械设备制造业联合会（VDMA）增材制造事务委员会将以“VDMA Additive Manufacturing”展团形式组织旗下会员企业参加于2020年9月9日至11日在深圳新落成的深圳国际会展中心举办的Formnext + PM South China 深圳国际增材制造、粉末冶金及先进陶瓷展览会，支持展会的健康持续的发展。 VDMA成立于1892年，在机械工程行业中历史悠久，拥有约3,300名成员，是欧洲最大的机械工程组织。VDMA下属的增材制造委员会重点发掘各种别具潜力的3D打印方法，并针对用户角度出发，旨在提供一个全面的平台，务求将价值供应链中的所有公司和研究机构串连起来。 对于此次的合作，德国机械设备制造业联合会增材制造委员会的常务董事Dr. Markus Heering分享：“对于VDMA内150间增材制造成员公司而言，Formnext + PM South China提供了一个直接的途径，让我们有机会在进入不断增长的中国市场的同时，加强行业交流，大力促进我们与中国增材制造行业乃至中国制造业的紧密协作。此外，我们也希望通过与业内合作伙伴联手参与本次展会，进一步巩固法兰克福的Formnext展会在增材制造业界的地位，领先全球。” 本次双方的强强合作，将为中国市场带来德国先进的增材制造技术、产品以及解决方案，为中国的产业技术升级、产业转型作出贡献。同时，VDMA旗下的会员企业也是国内增材制造企业的买家，此次的合作也会进一步向德国制造业界传递我们国内前沿的增材制造技术、设备以及解决方案。 △ VDMA在Formnext 2019举办的应用案例展示活动 【关于Formnext + PM South China】 深圳国际增材制造、粉末冶金与先进陶瓷展览会是法兰克福展览集团在德国formnext成功举办并成为全球最大的增材制造以及下一代生产工艺类型的展览会后，联合合作方中国最大粉末冶金展主办方新之联伊丽斯展览有限公司重磅推出的前沿工业技术类型的展览会。展会将贯穿材料、粉末冶金、增材制造以及后处理等一系列先进的材料、技术、设备以及产品，展会将立足粤港澳大湾区，精准聚焦中国市场，影响力辐射整个亚洲，为行业搭建高品质的全产业链创新互动平台。 主办单位： 广州光亚法兰克福展览有限公司 新之联伊丽斯（上海）展览服务有限公司 邮箱：formnext-pm@china.messefrankfurt.com 官网：www.formnext-pm.com

随着材料技术的进步，增材制造行业已经从快速原型制作过渡到最终产品直接制造的发展阶段。然而真正产品化却远比我们想像的复杂：在产品的制造过程中如何确保各工艺的顺利衔接？如何减少后处理过程中的大量人工操作？如何保证在此过程中稳定一致的产品质量？增材制造能否可以进一步提高效率、降低成本？ 对此，精密加工界的知名品牌GF与3D Systems合作率先推出了面向增材制造的整体解决方案，以推动传统技术与增材制造高效整合和各工艺环节的无缝衔接。 本期，3D打印技术参考来介绍GF的增材制造解决方案及其背后思考。 ▎整合增减材加工工艺的GF增材制造解决方案完整的金属增材制造流程包括了从设计、材料、工艺到后处理的所有制造环节。采用增材制造技术生产的零件，尤其是金属零件几乎都需要经过后处理才能使用，而这在前端设计的时候就需要考虑到工件在不同工艺之间流转会遇到的加工余量、结构倾斜以及应力避免等问题，复杂零件的CNC加工也需要运用专门设计的夹具。这实际上要求应用端的从业者既要懂得传统机加的特点，又要懂得增材制造。 接下来我们以法国宇航公司TAS的卫星天线支架为例阐述GF如何解决上述问题，并帮助终端用户真正生产出高品质的金属3D打印零件。 TAS的卫星天线支架重新设计并3D打印 卫星在发射过程中为防止天线结构振动断裂会将其固定在支架上。对于此类用量并不会很大的零件，采用3D打印制造的成本自然要比传统技术低很多。然而直接按照传统加工的习惯去设计和制造支架，就无法体现金属增材制造的优势，在打印过程中还会有出错的风险，而且也要考虑到后续的铣削加工和零件的功能。对此，GF提出了从软件设计准备，到设备打印，再到质量控制，以及后续铣削加工和线切割的7步走方案，决议采用全流程思维重新定义零件制造。 -- 设计 -- 面向增材制造的设计需要我们从增材的工艺需求出发，摒弃机加工设计时的惯性思维。在此案例中我们就可以看到多项设计思维上的调整，包括将水平悬垂调整至45°，为避免应力将尖角进行倒角，为减少铣削时间同时减少干涉进行铣削设计，以及为提高整体刚度进行的功能性改进设计等等。 依据增材思维设计的零件，可以尽量多的避免支撑结构，获得更好的局部表面质量，并降低应力集中的风险。 -- 打印准备 -- 打印准备过程包含了支撑添加以及零件排布等工作；特别值得一提的是GF在基础打印基板之上设计了16块专利的换装夹具（小基板），零件可以直接在上面进行打印。 在机加过程中，小基板可帮助迅速找到零点，而且便于快速装夹，提高了增减材之间的衔接效率，确保零件批量生产时获得一致的精密度，这一步也为未来的自动化奠定了基础。 -- 打印-- 打印此卫星支架所用到的DMP Flex350是为高精度直接金属打印而设计，利用其业内含氧量最低的真空打印仓及改进的气流技术确保每一个零件打印出来的致密性和力学要求。 -- 质量控制 -- 打印过程的关键之处在于质量控制和可追溯性，GF专门针对复杂和重型金属部件的关键应用进行了优化，同时会记录材料特性和完整的打印过程。 -- 后处理 -- 增材制造的后处理通常是指线切割、零件抛光和机械加工。与目前常见的垂直切割方式不同的是，GF的CUT AM 500采用水平切割的方式，完全避免了零件切割时发生碰撞的可能性，有效提高了去除底板的效率及可靠性，特别适合大型零部件和批量生产的工件。 CNC文件的准备如规划加工高质量的曲面区域、钻孔、攻丝或修整孔等，在最初准备打印文件的3DXpert软件中就可以完成，其CNC加工能力完全承自传统行业使用的Cimatron软件。在机加工过程中所面临的余量设计，实际上也在上述软件中进行预留，零件的底部也配合了System 3R零点定位系统，可以进行快速装夹，实现自动化生产。 END 总结以上步骤，我们可以看到，增材制造技术更适合生产难加工、需要大量切削的零件，如何高效整合和连接各个工序是增材制造方案是否出色的关键。增材制造必须与其他传统制造工艺相结合，才能成为创造制造业附加值的“利器”，才能成为制造产业化的主旋律。 GF加工方案推出的行业领先的整体解决方案，无论是在传统减材行业还是现在市面上常见的3D打印大玩家们都不具备的，我们有理由相信这一前瞻性的探索会极大的推动增材制造的批量化生产应用之路。 注：报名参加GF 加工方案增材制造在线研讨会 https://wj.qq.com/s2/5684484/9dc9/ 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.西门子端到端增材制造解决方案 2.当前工业企业对于增材制造的五大误解 3.【增材制造】保证产品质量及批量生产的稳定性-FAA是怎么做的 4.专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：传统加工技术的代表企业GF推出更加完整的增材制造解决方案

SLM能够以相比其他增材制造技术更高的尺寸精度制造复杂形状，通过将拓扑优化与铝合金相结合可以实现更优的轻量化组件生产。通常能够用于SLM良好成型的铝合金仅限于Al-Si二元体系，打印过程中一般不会出现结构缺陷。然而此类铝合金一般属于铸造材料，机械性能低，不能满足轻质零件所需的性能。 锻造铝合金（如2xxx或7xxx系列）因为其增强的比强度在汽车和航空航天业领域获得大量应用，是商用最强力的合金之一，因此采用SLM制造具有重要的应用潜力。然而，锻造铝合金是专为冷轧工艺设计，采用SLM打印很容易发生严重开裂。虽有研究通过改变工艺参数来抑制开裂和后热处理来改善机械性能，但却并未用于有效实践。 ▎对材料本身合金元素进行研究 近日，来自日本的科研人员研究了硅含量对选择性激光熔化（SLM）可加工性的影响以及所制备样品的性能。对于7075合金，硅含量过高会导致延展性降低和样品破裂，硅含量较低则无法抑制微裂纹。因此确定最佳硅含量为5%时，是消除具有增强的拉伸强度和可接受的延展性的裂纹所需的最低硅含量。 7075样品的最大和最小相对密度之间的范围 研究表明，通过SLM制造的7075合金零件存在发生严重开裂的问题，添加硅则可以消除重大缺陷，并且硅含量的改变有利于改善材料微观结构形态和机械性能。随着硅含量的增加，SLM样品中的空隙和裂纹得到抑制，促进了样品的致密化，材料的最大相对密度也得到了改善。 通过在最佳激光条件下加工7075 + 5%Si合金，可获得100.2%的最高相对密度，并且提高了维氏显微硬度和0.2%的屈服强度。7075+16%Si样品的硬度约为未改性7075的两倍。相反，过多的硅含量则导致脆性，这表现为在拉伸试验中测得的轻微延展性以及SLM过程中样品的断裂。在SLM工艺过程中7075+13%Si和7075+16%Si样品会自动断裂。 7075+13%Si和7075+16%Si粉末制备的样品外观 总体说来，硅是铝合金中一种应用普遍且价格低廉的合金成分，它可以抑制SLM制造7075合金过程中的微裂纹。而且，目前尚未观察到硅与其他合金成分（包括Cu，Zn和Mg）的相互作用，这表明类似的方法可能适用于SLM技术的其他锻造铝合金。同时该研究有望作为一种能够在不限制制造几何形状的情况下稳定地消除裂纹的方法。 注：相关研究已上传QQ群867355738。 ▎延伸阅读：2019年有多款高强铝合金上市 2017年，美国休斯研究实验室（HRL）发表于nature的一篇关于铝合金3D打印的研究文章引起广泛关注。研究人员受熔铸工艺启发，通过将纳米颗粒作为成核剂与液体金属混合来孕育晶种，从而实现在温度梯度较大和凝固速度快的非平衡条件下实现晶体精细生长，从而提高了产品的性能。 受此影响，高强铝合金的研究普遍得到重视，并于去年获得研究成果的爆发，2019年有多款高强铝合金上市。 3D打印的6061铝合金 3月，国内长沙新材料产业研究院通过添加稀土元素及化学成分调整、后处理工艺摸索等手段，成功研制出了一种高强铝合金粉末材料。通过在国内多家用户不同型号设备上机使用验证，此种合金粉末材料的成型零件室温拉伸强度达到535MPa以上，屈服强度达到510MPa以上，延伸率达到12%以上，与空客公司研发的高强铝合金粉末产品性能相当。 8月，莫纳什大学吴鑫华院士领导的研究团队成功开发出了牌号为Al250C的高强高韧增材制造专用铝合金材料，为3D打印铝合金材料再添一名明星成员，其拉伸强度目前已超过600Mpa，屈服强度可达580MPa，延伸率11%，制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小时的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。此举受到了包括美国通用、波音、雷神、赛峰等多家航空巨头的重视。 苏州倍丰采用SLM制造的民用飞机铝合金大型复杂结构（接近800mm） 同月，英国铸造公司Aeromet International宣布了一项突破性成就，其专利A20X铝合金粉末已成为目前市场上用于增材制造高强度铝合金粉末之一。该材料经热处理后拉伸强度为511 MPa，屈服强度为440 MPa，伸长率为13%。基于该材料开发的航空散热结构件已成功替代传统采用钛合金制作的中温构件，并帮助法国某型号发动机实现瘦身。 10月，此前发表nature研究文章的HRL将成果商用化，其开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料因使用锆基纳米颗粒作为成核剂，避免了7075和6061铝合金在采用激光进行打印时出现的易开裂问题，并可实现细晶粒微观结构，强度超过600 Mpa。 HRL使用高强7A77铝合金探索先进设计 END 借助颗粒增强获得的铝硅基复合材料可显著提高传统的铝硅合金的力学性能，已经被广泛的研究并在实际工程中获得应用。根据SmarTech的介绍，铝合金占金属3D打印中所有金属粉末的消耗量（按体积计算）将从2014年的5.1%逐渐提高到2026年的11.7%左右。铝合金正在追赶上钛、镍和钢等材料，成为支持增材制造下一代发展的重要机遇。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.HRL使用高强7A77铝合金探索先进设计和创新应用 2.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 3.北航最新Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金 4.今日Nature：新型3D打印超强材料—钛铜合金 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：最新研究：硅可以防止3D打印7075铝合金的微裂纹

金属粘结剂喷射技术对材料、粘结剂以及打印工艺（包括粘结剂的喷射量、粉末中的压力分布、沉积时间等）、烧结制度、零件设计等有着重要的依赖关系，对用于粘结剂喷射3D打印的新材料进行认定是一项复杂的工作，它涉及上述多种因素的相互匹配。本期，3D打印技术参考主要介绍该领域的材料情况。 ▎明星企业的产品普遍还未上市 截至目前，可用于粘结剂喷射成型的金属材料远远不及其他金属3D打印技术，但前者基于在低成本、批量化制造方面的巨大优势，获得了极大关注，HP和DM等公司因此成为明星企业。然而截至目前，这些品牌的设备却仍未上市，即便在其官网也查询不到可打印的材料。 在该技术领域，目前已商业化的打印机品牌还属Exone以及Digital Metal等，而前者当属该领域的领导者。上月，Exone宣布了其金属打印平台可成型材料的重要革新，其中包括10种金属。 Exone金属打印机既可成型金属材料，也可成型陶瓷和复合材料。此前，该公司推出的官方认证材料仅有6种，在过去几个月中Exone对其客户打印的材料进行了严格评估，新认定14种可打印材料，包括6种金属合金、6种陶瓷和2种陶瓷-金属复合材料。加之该公司同期开发的M2工具钢达到最高合格状态，其可成型材料总量达到21种。 ▎粘结剂喷射技术可成型材料种类 目前已确定的可用于粘结剂喷射技术的金属材料种类较少，主要是因为严格的企业标准。而实际上用户所打印的材料要远多于官方给出的材料种类。在应用终端，只要材料性能达到客户要求即可称之为合格，它适用于特定的应用，但可能并不满足广泛的商业要求。 Exone对此类客户认定的材料规定了一个新的类别，即“客户资格”，加上还有一些是研究机构正在开发且被认为是可打印的材料， Exone将适用于粘结剂喷射技术的材料分为以下三类： 已通过ExOne严格测试并验证的材料： 金属：17-4PH，304L，316L，M2工具钢 金属复合材料：316青铜，420青铜，钨青铜 客户已验证且在应用的材料： 金属：钴铬合金，铜，H13工具钢，Inconel 625，钛，钨合金 陶瓷：氧化铝，碳，天然砂，合成砂，碳化硅，碳化钨钴 陶瓷金属复合材料：碳化硼-铝，碳化硅-硅 符合研发要求的材料： 金属：4140、420、4340、4605，铝，青铜，H11工具钢，哈氏合金，Haynes 230，Inconel 718，钨，TZM钼 陶瓷：氮化铝，钛酸钡，碳化硼，氮化硅，碳化钨，氧化锆，碳化锆 金属复合材料：铁与青铜，钨与铜，钨与因瓦合金 注：部分展示，详细目录已上传QQ群 从这些材料可以看到，一些常用的金属材料如316L/304L不锈钢、模具钢、工具钢、钛合金、镍基合金等都可以通过粘结剂喷射技术成型，且都获得了应用。2019年，瑞典Digital Metal推出了两种“超级合金”DM247和DM625，实际上就是两种镍基合金的牌号，这是该公司为满足航空航天、汽车和工业领域对3D打印高温合金材料的需求增长而开发。 Digital Metal材料性能数据 铝合金是汽车和航空航天业中最常用的金属之一，但其在粘结剂喷射成型技术中一直面临挑战，其主要原因是在打印完成后的烧结过程中容易导致铝合金燃烧。当前，ExOne正在与各种制造合作伙伴一起努力加快粘结剂喷射平台打印铝合金材料的商业化。 铜的粘结剂喷射成型一直在被研究，2015年的一项研究使用exone的打印机证明了铜的可打印性，同时也阐明纯金属粘结剂喷射成形面临的一个主要挑战是提高零件的烧结性和致密性。 ExOne粘结剂喷射技术可用于3D打印铜 粘结剂喷射工艺虽然简单，但是，优化设备、粘结剂、粉末和后处理步骤，提供市场所需的每种粉末的精确密度和材料冶金性能，是一项严肃的工作。目前，粘结剂喷射成型技术已用于汽车、航空航天、国防、能源和消费类应用的精密最终用途零件制造，其应用潜力和挑战同在。 本期上传： 1.可打印和潜在可打印材料的详细目录 2.粘结剂喷射技术成型铜材料研究 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.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 2.基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析 3.基于烧结和熔化工艺的金属3D打印成本结构对比 4.基于烧结工艺的金属增材制造工作原理

近期，美国马里兰大学采用3D打印设计和开发了一种鱼骨仿生结构可变弯度机翼，该机翼由鱼骨状内部骨架和柔性蒙皮构成，可实现连续光滑变形，因其创新性获得了美航空航天杂志的报道。本期，3D打印技术参考将对该应用进行介绍。 ▎诞生于十年前的先进设计 这种“鱼骨主动变弯结构”最早由马里兰大学航空航天工程系主任诺曼·韦利的博士生于十年前提出，它可以实现机翼弯度变化，不需要整流罩即可获得所需的机翼表面形状。 鱼骨主动变弯结构设计 研究团队还设计了可用于变形机翼的柔性蒙皮，内部使用硬塑料制成的肋与软塑料制成的几何网格点相连接，形成被弹性体覆盖的柔性蜂窝结构。这种柔性蜂窝蒙皮泊松比为零，即在一个方向上拉伸或压缩时，另一个方向没有任何尺寸变化。 ▎因过于复杂而无法制造 然而，由于蒙皮内部几何子结构过于复杂、试验样件制造困难、成本高昂等问题，该鱼骨仿生结构在变弯度机翼上的试验验证工作一直未能实现。 3D打印技术的出现和快速进步，彻底解决了模型制造的问题。韦利团队利用3D打印方法将FishBAC骨架、蒙皮内部的蜂窝状子结构、抗撕裂层和蒙皮表面整体打印出来。这一方面解决了复杂结构制造困难的问题，另一方面还可以将模型制作得很小。该鱼骨仿生结构变弯度机翼，从翼根到翼尖只有42厘米，但是结构细节却非常完整，缩小尺寸降低了成本和打印时间。 3D打印的仿生结构风洞机翼模型 研究团队对3D打印原理样机还进行了风洞试验，试验中风速达到每秒24米，原理样机实现了预期的变形，同时结构没有发生颤振，试验证明了将鱼骨仿生结构用于变弯度机翼的可行性。 风洞测试装置 ▎仿生结构变弯度机翼的优点和未来发展 传统飞机机翼弯度变化主要通过副翼和襟翼的收放来实现，这会带来两个问题：一是控制面与翼盒之间的缝隙会增加阻力，二是这些控制面都是刚性的，机翼弯度不能实现连续精确变化。而鱼骨仿生结构变形机翼与传统机翼相比，具有很多优点。 一方面，这种仿生结构可以提高飞机控制系统权限，由其制造的机翼90%的结构可变形，为飞机控制系统提供了更多权限。对于小展弦比机翼，优势更加明显。二是改善飞机气动性能，机翼结果在变形过程中表面光滑连续，减少气流中断，从而获得更高的气动效率。 未来，这种机翼模型完成所有地面试验之后，将率先在小型无人飞机上进行飞行试验。 延伸阅读：中国商飞借助3D打印实现复杂结构制造，加速研发进程 中国商飞下属北京民用飞机技术研究中心在灵雀H验证机的开发过程中大量采用3D打印技术。 灵雀H验证机的机头、发动机短舱、起落架舱等部位大量运用复合材料3D打印。这些部件都有复杂的外部曲面，内部有大量的系统结构，非常复杂且难加工。采用传统的玻璃纤维复合材料，需要制造模具，成本高、周期长。而且零件有可能变形过大，造成超差，装配困难。采用3D打印工艺，可以一次成型整个部段，无需开模，成本低、周期短，无需装配，还减轻了结构重量。 灵雀H验证机 项目团队在充分认识了3D打印技术的特点和局限性之后，在满足结构功能、性能、重量等的基础上，开展了飞机系统部件的集成化和轻量化设计。 灵雀H整体打印的活动结构 最终，复合材料和3D打印技术的使用显著降低了飞机结构重量和部件数量，飞机总重不足30公斤；与此同时，3D打印也大大加速了设计迭代的进程，使项目从立项到首飞，仅用了5个月时间。 除北研中心外，中国商飞公司上海飞机设计研究院在此前曾采用3D打印技术为ARJ21、C919和CR929三大型号制作了千余件模型，成型率100%，有力地支撑了各型号设计优化、工程评估和试验验证等工作。同时，也为型号研制节省了大量外协时间和近百万的外协经费。 注：本文部分内容由航空工业发展中心宋刚编译。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.中国商飞：3D打印助力制造翼展6米、仅20余公斤灵雀H验证机 2.中国航发：基于增材制造的微型涡喷发动机轻量化设计及试验 3.空客为未来航班生成仿生设计

在《SLS的演变：新技术、新材料和新应用》上篇中，我们介绍了EOS、华曙高科以及Aerosint等公司的新型 SLS 3D打印工艺，并阐述了桌面激光烧结工艺对3D打印行业产生的影响。本期，3D打印技术参考继续介绍下篇内容，包括SLS新材料的演变、后处理技术以及SLS新应用的发展。 SLS新材料的演变 最早的激光烧结技术最常用的材料是尼龙，它是一种流行的工程热塑性塑料，也称为聚酰胺（PA），以质轻、高强、耐用和抗冲击著称，非常适合快速成型和生产。 SLS 工艺打印的尼龙材料 如今，尼龙仍然是最受欢迎的SLS材料。但是，随着3D打印工艺和材料技术的进步，逐渐出现了尼龙基复合材料，如掺杂碳纤维、玻璃纤维和铝等材料，进一步增强了尼龙的机械和热性能。 除尼龙外，当今可用于SLS的材料还有柔性TPU、阻燃聚合物、抗静电聚合物以及PP、PEEK和PEKK等。高性能材料的可打印性与技术创新紧密相关，如EOS首先需要创建高温3D打印机，采用可能打印PEEK等材料。 EOS PEKK 3D打印产品 SLS新材料的开发速度非常迅速，意大利3D打印公司CRP Technology不仅提供一系列的尼龙基复合材料和橡胶塑料粉末，旗下最新产品还包括Windform FR系列阻燃复合材料，可适用于飞机（如内部零件、驾驶舱组件、风道和出气阀）、汽车（如内饰和外壳组件）消费品以及电子产品（照明和电器）等。 化工公司帝斯曼在2019年发布了PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）粉末，它也是第一种商业化的激光烧结用PBT粉末。作为一种热塑性工程聚合物，PBT由于其绝缘性能可在电子工业中得到应用。 DSM PBT材料可用于汽车和电气行业高精度组件打印 此外，化学巨头巴斯夫旗下子公司Forward AM还开发了激光烧结用Ultrasint系列阻燃材料。PA6 FR是该系列的最新材料，具有高刚度和良好的热稳定性，目前已被用于生产具有防火要求的车辆零部件。 不久前，巴斯夫和帝斯曼均从法国制造商Prodways处购买了SLS打印机，此举将进一步加速两家公司用于研发、零件生产和材料测试的步伐。 SLS后处理技术的自动化 尽管SLS技术消除了对支撑结构设计和去除的需要，但它并非不需要面对后处理挑战。其中最大的一点是需要清除残留在零件表面和内部多余的粉末，当前多是通过手动清理以及传统的喷砂、气吹等技术解决。 当前SLS技术的后处理方式 但是，这些方法需要大量的人工操作，从而增加了损坏易碎结构和造成最终零件不一致的风险。对于表面精加工，SLS零件通常使用不是为3D打印而设计的半自动化设备进行处理。这些方法不利于充分利用SLS设备的功能并扩展到更大的生产量。 值得庆幸的是，一些行业参与者正在为SLS工艺后处理开发自动化的解决方案。后处理技术专家PostProcess Technologies通过其Fusillade（TAF）技术提供粉末解决方案，该技术采用两个垂直的单轴射流（包括压缩空气，清洁剂和悬浮固体）进行有针对性的喷砂，同时零件可以360°旋转以获得最大的表面暴露。此外，英国公司AMT也将于今年晚些时候推出自动化的后处理解决方案。 Fusillade（TAF）技术原理 从手动清粉到自动清粉将不仅减少人工劳动时间，还可以使公司更有效地扩展SLS生产，从而将以一种重要方式帮助优化SLS 3D打印工作流程。 SLS新应用：在生产中的使用越来越多 尽管SLS技术此前多用于原型制作，但它在功能部件测试以及最终部件生产中的应用也越来越多。 航空 航空航天领域可以使用SLS技术制造飞机内部零件。一个典型的例子是阿联酋最大的航空公司阿联酋航空与3D Systems合作，使用DuraForm ProX FR1200尼龙材料生产视频监控罩，该材料满足航空航天工业对内部机舱零件的要求；采用SLS工艺生产的通风口格栅已经通过认证并安装在飞机内部。 阿联酋航空3D打印的通风口格栅 消费品 在消费品行业，香奈儿率先将SLS 3D打印用于睫毛膏刷生产。使用该技术生产的睫毛膏刷结构设计得到了优化，使用SLS技术生产的刷子具有粗糙、颗粒状的纹理，可改善睫毛膏对睫毛的附着力。 香奈儿睫毛膏刷 除美容产品外，SLS还越来越多地用于医疗和鞋类领域，可以生产定制的鞋垫和运动产品。 赛车运动 在赛车运动中，该技术可以帮助赛车队创新汽车设计并比传统技术更快地对其进行测试。意大利汽车制造商阿尔法·罗密欧的索伯F1车队一直在使用SLS技术，每天生产多达300个部件，已成功地制造了用于风洞测试的内部管道、手偏转板和发动机盖等部件。 索伯F1 Alfa Romeo汽车的SLS应用 SLS：聚合物3D打印的最佳选择之一 SLS 3D打印市场处于不断发展的状态，通过引入紧凑且价格合理的台式机，该技术将更加亲民。同时，工业SLS设备的制造商更加关注将SLS确立为最终生产工具的解决方案。 SLS技术的应用正在稳步增长，根据著名的3D打印服务供应商Sculpteo的报告， 2019年超过75％的3D打印项目使用了SLS工艺，该技术被认为是聚合物3D打印的最佳选择之一。SLS工艺的新技术、新材料和新应用将继续发展。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.SLS的演变：新技术、新材料和新应用 2.惠普多射流熔融技术与激光烧结技术谁优谁劣，该如何选择 3.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（聚合物篇） 4.中国高分子材料3D打印发展现状概览

Wohlers Reports 2019报告显示，预计2019-2025年3D打印的复合年均增长率将达到21%，远超国内制造业6%的年均增长幅度。高速增长的市场使得制造业的巨鳄们嗅到了机会。 全球3D打印逐年市值（来源：Wohlers Reports 2019） 诸如DMG MORI、SODICK、山崎马扎克等传统机床设备商以及阿博格、伊之密等塑料机械厂商纷纷宣布进入增材制造领域，而新兴技术如CLIP、MJF等又不断加速技术迭代。市场变化如此之快，我们的技术会被取代吗？制造原件、增材制造设备、打印服务、配套软硬件，哪个领域迭代最快？ 低迭代速率——设备原件 3D打印产业链的上游零部件，主要包括激光器、振镜、挤出头、丝杆导轨和传动系统等，由于其通用性，除供应3D打印企业外，上游企业同时也供应其他行业客户。 就总体产量而言，增材制造并非其核心业务板块，因而较少发生大规模迭代。为EOS提供激光器的行业龙头企业IPG表示，在中国市场做一套富士康产线用的激光器数量可能超过整个中国增材制造市场使用的激光器总和，由此可见该行业的市场规模。 2018年工业激光器市场，增材制造占比仅为3% 中高速迭代领域：增材制造材料 对于金属材料而言，受限于粉末的流动性等物理化学特性，金属粉末的产品迭代其实并不迅速。在成型过程中，模型设计、打印路径优化等工艺问题是最为关键的。 相比而言，工程塑料和树脂材料的改性和迭代呈现高速增长。目前包括巴斯夫、杜邦、陶氏、汉高、路博润、阿科玛、科思创等全球50强化工企业宣布推出3D打印材料的占比达到35%，所进行的改性塑料包括PA6、PEEK、PC、ABS等。畅想一下，当今SLS技术使用量最高的尼龙材料，未来也有可能会被新的材料所取代，从而改变其在粉末浪费方面的不足。 3D打印材料种类不断丰富 颠覆性创新：增材制造设备 对于增材制造设备而言，由于技术不断创新发展，早期的大企业在工艺创新和设备创新的过程中较早地形成了专利保护体系。 竞争者差距分析图，气泡大小代表专利数量（横坐标代表技术综合指标、纵坐标代表企业实力指标） 2015年3D打印行业巨头3D Systems与新兴桌面3D打印机制造商Formlabs选择对专利诉讼进行庭外和解，Formlabs将在专利有效期内向3D Systems支付其销售额的8%作为专利费。 巨额的专利索赔，使得颠覆性创新成为设备的主要突破口。LCD、CLIP、微纳打印、多射流熔融等一系列技术创新，使得当一种新技术开始商业化，甚至准商业化的时候，所有人都屏息凝视，生怕自己多年的技术积累毁于一旦。 HP 3D打印设备推出时曾传言SLS将被很快取代 迎合增材制造技术的发展前景 随着各个领域对增材制造技术的广泛应用，促使增材制造市场的规模不断壮大，但是增材制造技术的发展实践较短，当前仍然处于发展中阶段，技术本身还将继续不断创新和提高，具体可以从三个方面进行分析。 第一，增材制造技术和其他工艺技术相比，生产成本较高，另外与传统切削加工技术相比，产品生产中的尺寸和质量也有着明显的差异性。发展经济实用、高效的增材制造设备对技术的推广有着很大作用，它不仅能够降低制造成本还能使生产企业更容易接纳该技术。 第二，工业生产所需的材料太过广泛，3D打印可成型的材料种类还比较有限。即便金属材料的迭代速度较慢，但也呈现出针对专门应用开发专门材料的趋势。降低成型件生产制造受材料的影响程度，就要不断根据市场需求研发新材料，生产企业要对当前技术背景下的材料不足和应用需求做出更敏感的反应。 第三，3D打印制造成本过高，不利于市场推广和发展。而实际上目前对任何一种可打印的材料，都有不止一种的打印工艺可提供选择，所有技术都有着不同的优势但又并不尽善尽美，所以这里面大有文章可做。 总之，增材制造技术在发展过程中需要不断创新和研发，企业正视并不断解决技术本身存在的问题，迎合客户日益增长的需求，才终究不会被取代。（注：本文话题和部分内容来自TCT） 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.专门的增材制造业务部门对整个公司采用新工艺的重要性 2.SLS的演变：新技术、新材料和新应用 3.你应该知道的3D打印行业40+统计数据[2020] 4.中国3D打印的世界地位 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：我们所钻研的增材制造技术会被取代吗？

在《SLS的演变：新技术、新材料和新应用》一文中，我们提到比利时初创公司Aerosint开发了一种粉末沉积技术来取代传统的SLS铺粉方式。它能够使用两种不同的粉末进行打印，一种廉价粉末用作支撑，一种材料打印实体零件，该技术为粉末的100%使用创造了条件。 近日，Aerosint将该技术拓展至金属3D打印领域，实现了基于粉末床激光熔融技术的多金属混合3D打印。本期，3D打印技术参考对该技术进行介绍。 粉末床多金属材料混合3D打印 3月6日，Aerosint公布了采用多金属粉末材料沉积技术打印的双金属零件—由316L不锈钢和CuCrZr（铜铬锆）混合嵌套、内含1.7mm通道的圆盘组件。该组件直径为55mm，高6.9mm，设置层厚为40微米，打印时间5小时40分钟。 基于粉末床熔融技术的多材料金属打印清粉过程 与大多数材料沉积技术不同，该技术并没有使用复杂的驱动喷嘴，而是通过旋转的转鼓，在构建区域内选择性地沉积粉末材料，达到在需要的位置构建物体的目的。与传统SLM或SLS技术的主要区别也是在于铺送粉技术的不同，其他过程基本类似。 Aerosint多材料粉末沉积设备和技术原理 基于SLM的多金属3D打印在国内也曾经有过研究，然而其技术在设备层面几乎没有改进，仅仅是在供粉缸放入了两种粉末来实现两种材料的交叉成型。然而这种概念是极其初级的，粉末彼此之间也造成了污染，更难以实现精确成型。 Aerosint首次尝试多金属材料打印（国内设备打印效果类似方框内的形式） 从技术的发展情况来看，基于材料喷射/沉积的技术是目前实现多材料混合3D打印的主要形式，无论是多种树脂成型的polyjet技术，还是基于金属粉末的lens或其他材料沉积技术。 采用增减材混合制造技术也是进行多金属一体成型的重要方案，在此方面比较有名的是商用火箭发射公司Virgin Orbit在2019年使用DMG MORI的增减材混合3D打印机制造了多金属材料燃烧室。 Virgin Virgin使用DMG Mori混合增材制造技术打造的多金属火箭发动机组件 基于粉末床熔融的多金属3D打印技术为在单个零件上打印多种金属、创造新的应用打开了大门，在热交换器、火箭喷嘴、钻头嵌件、耐磨组件和切削工具制造领域，均具有重要的应用潜力。所以该技术并非是Aerosint研发人员的即兴产品，这家公司也正在获得越来越多的关注。 展望未来，Aerosint计划测试更多材料组合，包括316L不锈钢和Inconel 625或718，钛和镍钛合金等。目前，Aerosint希望与制造商合作打印更多测试零件，以证明多金属3D打印的价值。 注：关于打印过程和沉积过程的视频，已上传QQ群。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.增减材混合制造技术大幅提高武器装备生产速度 2.3D打印铣床—混合制造的特点与优势 3.3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战 4.金瓷结合：Xjet将实现多材料一体打印 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：基于粉末床激光熔融技术实现多金属混合3D打印

赛迪顾问邀您阅读本文要点 一、全球3D打印产业概述（一）全球3D打印产业规模（二）全球3D打印产业结构（三）全球3D打印产业区域结构二、中国3D打印产业概述（一）中国3D打印产业规模（二）中国3D打印产业结构（三）中国3D打印产业区域结构（四）中国3D打印产业细分领域 一、全球3D打印产业概述 （一）全球 3D打印 产业规模 2019年，全球3D打印产业规模达119.56亿美元，增长率为29.9%。（二）全球3D打印产业结构2019年，全球3D打印产业结构中，3D打印设备产业规模52.97亿美元，占比最高，达到44.3%；3D打印服务产业规模37.78亿美元，占比第二，达到31.6%；3D打印材料产业规模28.81亿美元，占比24.1%。（三）全球3D打印产业区域结构2019年，美国产业规模占全球比重40.4%。德国是仅次于美国的世界第二大3D打印设备供应商，也是仅次于美国的第二大3D打印材料和服务的提供者，产业规模占全球比重约22.5%。中国整体产业规模略低于德国，占全球比重约18.6%。日本和英国在3D打印材料和设备领域也有一定规模，分别占全球产业规模的8.2%和6.3%。 二、中国3D打印产业概述  （一）中国3D打印产业规模 2019年，中国3D打印产业规模达157.47亿元。预计到2022年，产业规模将达到348.46亿元，保持28.6%的快速增长。（二）中国3D打印产业结构2019年，中国3D打印设备产业规模70.86亿元，占比最高，达到45%；3D打印服务产业规模45.67亿元，占比29%；3D打印材料产业规模40.94亿元，占比26%。预计2020－2022年，3D打印设备依旧占据最大份额，占比逐年小幅下降，2022年，产业规模为153.67亿元，占比达到44.1%。3D打印服务占比逐年扩大，2022年，产业规模为121.26亿元，占比为34.8%。3D打印材料未来三年占比将逐年下降，2022年，产业规模为73.53亿元，占比21.1%。（三）中国3D打印产业区域结构1、产业资源分布情况2019年，华东地区为中国3D打印企业主要聚集区域，占据全国42.4%。中南、华北、西南等地区也有优秀企业集聚，分别占据23.8%、13.9%和8.4%的企业资源。2、产业规模分布情况2019年，中南和华东地区由于3D打印设备与服务能力突出，产业规模分布位居全国第一、第二，分别占比37.2％和32.6％。华北地区则由于3D打印材料和服务能力突出，产业规模位居全国三位，占比12.4％。（四）中国3D打印产业细分领域1、3D打印设备（1）产业规模 2019年，中国3D打印设备产业规模达70.86亿元，比2018年增长28.3%，在3D打印产业中占比45%。（2）产业结构 2019年，中国3D打印设备产业结构中，专业级3D打印设备产业规模57.11亿元，占比达到80.6%；桌面级3D打印设备产业规模13.75亿元，占比19.4%。2、3D打印材料（1）产业规模 2019年，中国3D打印材料产业规模达40.94亿元，比2018年增长26.2%，在3D打印产业中占比26%。（2）产业结构 2019年，中国3D打印材料产业结构中，非金属材料产业规模25.38亿元，占比最高，达到62%；金属材料产业规模15.56亿元，占比38%。3、3D打印应用服务（1）产业规模 2019年，中国3D打印应用服务产业规模达45.67亿元，比2018年增长40.8%，在3D打印产业中占比29%。（2）产业结构 2019年，中国3D打印应用服务产业结构中，工业领域应用服务产业规模29.23亿元，占比达到64%；消费领域应用服务产业规模16.44亿元，占比36%。 作者： 杨岭 赛迪顾问股份有限公司 智能装备产业研究中心高级分析师 

众所周知，GE公司自2015年已经使用增材制造技术批量生产发动机燃油喷嘴。与之前传统加工零件模型相比，增材制造的组合喷嘴的耐久度提高了5倍，且增材制造技术将之前20个零件组合为1个单独组件，减少了传统加工工艺中必须使用的焊接技术。这种燃油空气组合喷嘴已经用在LEAP等发动机上。 燃油空气组合喷嘴工作过程 由于增材制造技术在过去几年持续受到重视，燃油喷嘴的组合设计和增材制造方案也开始被包括中国在内的很多国家尝试。本期，我们介绍航发院杨谦研究员关于3D打印在燃料喷嘴组合制造中的应用潜力与优势分析。 发动机燃烧室最关键的一个组件 燃料空气组合喷嘴是燃烧室中最关键的一个组件。它的作用是使液态燃料形成良好的雾化颗粒群，对液态/气态燃料和空气进行高效混合，在燃烧室头部产生稳定火焰的回流区，生成的旋流火焰满足燃烧室的点熄火、燃烧效率、排放物和出口温度指标要求。 目前，先进的燃料空气组合喷嘴往往采用燃油喷嘴+单级或多级旋流组件组成，燃油喷嘴流道和旋流空气流道结构复杂，采用传统制造方法零件数量和加工工序较多，增材制造加工技术的出现为喷嘴生产制造提供了一个优化路径。 正在打印中的喷嘴 另外，增材制造个性化制造的特点在异形组合喷嘴的加工上也得到了应用。无人飞行装置的动力系统在使用高能量密度燃料时会出现燃烧系统低效能的情况。为解决微尺度燃烧室效率和耐久性问题，表面积与体积比率很高的微型燃烧室多采用微尺度和中等燃烧尺度燃烧组织方式，应用传统的制造工艺面临诸多困难。 采用金属3D打印技术成功制造多个4×4中等尺度的受控旋流阵列组合喷嘴，充分验证了该技术加工小型复杂高纵横比零件的可靠性和可重复性。但在加工过程中也出现了一些不足和问题，如孔形变窄、通道塌陷和结构加工不完整等情况。奥地利Combustion Bay One团队为了降低旋流通道的压力损失，优化旋流喷嘴的流动燃烧性能，设计出多个使用数学分析手段得到的螺旋式旋流器。在进行评估之后，采用SLM技术完成了IN718材料的旋流器加工。据统计，一个旋流器的平均加工时间为10h，壁面厚度最小可以达到0.5mm，且在加工过程中不需要额外的支撑结构。 增材制造在异形组合喷嘴加工的应用，加工过程无需支撑 同样，利用增材制造技术进行燃油喷嘴和旋流器制造的还有赛峰直升机发动机公司、西门子公司和Euro-K公司等。在满足制造精度的前提下，增材制造技术使得制造工序大大减少，有效地缩短了生产周期，降低了成本。 传统加工面临的挑战有哪些 燃料空气组合喷嘴航空发动机对燃烧室性能要求的提高使得燃烧室头部的燃烧组织方式发生了较大的改变。从传统的燃料空气组合喷嘴进一步发展出了中心分级头部燃烧组织方式。由于燃料空气组合喷嘴的设计需遵循强化混合的目标，燃料流动通道和空气流道在上游分隔而下游合并，燃料流速较空气更高，因此，流道尺寸小，空气量相对大且需确保均匀，往往采用轴对称的尺寸相对较大的旋转结构，这些特点使得燃料空气组合喷嘴的结构异常复杂。 喷油嘴头部复杂结构 在加工过程中，由于小孔、燃料管道、旋流叶片和复杂混合腔道的存在，需要将喷嘴分拆为多个零件进行加工。在加工和装配的过程中，还需要设计多个工序来保证尺寸、精度、粗糙度和密封性的要求。而且，分级喷嘴的出现，使得燃油流道和空气流道的个数进一步增加，燃油流道由1～2级变为2～4级，空气流道由2～3级变为3～6级。同时，具体结构的尺寸差异也在放大。采用传统加工方式，组合喷嘴分拆出的零件数量将会由5~10件增加到20件以上甚至更多。由于结构复杂性的增加，零件的装配和焊接会遇到巨大的困难，需要进行精细的结构设计来避免装配问题的发生。 增材制造技术的应用潜力及优势分析 增材制造技术应用在燃料空气组合喷嘴上将会大大促进喷嘴研制的发展。其应用在喷嘴研制领域的优势体现在以下几个方面。 一是减少加工装配工序的个数。由于增材制造技术是一次成型的制造技术，在进行喷嘴生产的过程中只需要提供符合设计要求的喷嘴3D模型就可以一次性加工得到。 二是可以实现多种复杂结构的设计方案。对于传统加工方法很难做好的多级旋流结构、油气混合腔道和吹扫空气结构等，增材制造技术通过模型生成都可以做到。 南科大基于增材设计的航空发动机燃油喷嘴剖面图 三是保证密封要求。由于不存在焊接工序，燃油和空气流道的密封性可以得到更好的保证。 四是尺寸精度更高。增材制造技术的最高精度在μm量级，完全能够满足尺寸在mm量级上的喷嘴加工限制要求。 五是加工周期短。由于增材制造技术工序的减少，增材而非减材的方式注定了其加工用时大多短于传统机械加工方式。 国内设备商打印的航空燃油喷嘴 END 近年来，国内中科院、西工大、南科大、中国航发等单位针对燃油喷嘴的组合设计和增材制造研究也取得了很大进展。这些进步不仅包括结构设计方法和制造工艺，还涉及抛光等后处理方案以及可靠性验证研究。经过优化设计和SLM成形的喷嘴壳体简化了装配和焊接等加工工序，缩短了制造周期，流道成形精度高，达到了减轻重量和改善性能的目的。但我们都知道，如此重要的部件，还需要经过实际应用的检验。 欢迎转发联系笔者：2396747576；交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.GE喷嘴真相：3D打印制造的仅是喷嘴头，但效益空前巨大 2.3D打印集成制造的最佳实例：从855个零件到12个零件的非凡效益 3.3D打印实现制造轻量化（二）：优化设计，降低材料使用要求 4.采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印在燃料喷嘴组合制造中的应用潜力与优势分析