2017年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）发表了一项研究，揭示了一种采用高功率激光光束控制技术用于金属3D打印的潜力。2022年初，一家名为Seurat的公司获得了2100万美元B+轮融资，其声称可以将超过200万点的激光聚焦在金属粉末床上，每个点的功率和持续时间完全可控，从而打造出生产级的全功能组件。后者的技术，即是来自5年前的那项研究。 这项技术被称之为区域金属打印，吸引了来自西门子能源、大众汽车、施乐和保时捷等巨头的强烈兴趣。按照Seurat的说法，新的成型工艺比现有的粉末床熔融金属3D打印快10倍；而随着技术成熟，到2025年，这个数据可以达到100倍；打印速度的提升必将带来制造成本的降低，Seurat预计采用该技术制造零件的平均成本到2025年可降至150美元/公斤，达到与铸件相当的水平，到2030年则会降至25美元/公斤。这项技术将深刻影响1万亿美元的金属制造市场。本期，3D打印技术参考介绍的重点不在这项技术如何深刻影响3D打印制造效率和成本，主要解读一束激光包含200万激光点该如何解读。 面区域打印与激光逐点打印对比 面区域打印，顾名思义，可以一次成型一个面，不过这个面并没有想象中的那么大。Seurat给出的技术文件中显示可以做到15×15mm，但实际打印的视频并没有显示出那么大，实际上仍然如此前研究中设置的2×2mm。即便如此，其对速度的提升也是空前的，传统SLM逐点扫描一次成型光斑直径那么大的尺寸，也就是100μm左右的范围，而区域打印一次可成型2×2mm，但对速度的提升也是空前的。如果能够实现15×15mm的面区域打印，这种速度的提升将达到1000倍。 一次允许200万个激光点同时烧结，实际并没有15×15mm，但依然比逐点扫描快的多 而所谓的200万激光点，实际上仍然是一束激光，其中包含了200万个激光点，它是一个约数，每个激光点的直径为10µm，恰好组成了15×15mm的区域。值得注意的是，每一个激光点都如同传统SLM那样具有极高的能量，因为其采用的脉冲激光具有更高的峰值激光功率，但只在很短的脉冲中发射，一次打印一个区域。 激光点的出现，与光处理有关。首先将零件的一个切片，按照15×15mm的区域划分，就如同贴图一般。每个区域的图像本质上以像素的形式体现，就像一张照片，在PS软件中不断放大，即可看到一个个的像素点。Seurat将每个像素点按照10μm计算，在15×15mm内就是约200（225）万个激光点。它的出现是图像对光束作用的结果。通过控制图片的灰度还可以控制每个激光点的功率，这对熔化过程就有了很好的控制，从而为良好的表面质量、无支撑打印以及梯度材料制造等创造了条件。 切片区域划分 图案化的像素点示意 该技术的重点在于光学控制过程。整个系统包括一组二极管激光器、一个非相干光束组合光学系统、一个短脉冲激光器和传输光学器件、光学可寻址光阀(OALV)、图像投影仪以及打印平面上方的其他光学器件。 具体的说，四个1007nm、高功率的激光二极管阵列（每个约1.25kW）通过一组转向镜和一个柱面透镜(L1)进行空间集束，然后通过一对透镜(L2、L3)重新成像并定向进入光束均化器。输出的平场光继续通过第二组光学器件（L4、L5）到达偏振补偿器对，然后1064nm的脉冲激光束与上述光束混合共用一路光学通道。这种水平偏振混合红外激光脉冲通过光学可寻址光阀(OALV)，由投影仪投出的470nm波长图案化光束将选择性的解决红外光束中的偏振旋转：被寻址为“开”像素的红外光以水平偏振通过光阀和随后的偏振器，而被寻址为“关”像素的红外光在光阀处经历垂直偏振旋转，并通过偏振器被引导出光学系统进入光束转储。最后，图案化的混合光束通过最后的光学器件(L6-L8)被引导到构建平面上，实现图案面成型。后续脉冲激光的引入，在研究中被描述为实现更好的熔化和表面质量等，这与二极管激光的传输及热扩散有关。需要注意的是，研究和专利及公开视频中所展示的短波脉冲激光的引入是在光阀之后。 滑动查看更多区域打印光学控制图 区域打印光学原理动画演示 ‍ 一个重要的秘密在光学可寻址光阀(OALV)上面，它负责分配每层切片的图案掩码，而每个掩码会对传输进来的激光进行偏转。具体的说，一层切片会被分割为多个2×2mm（按早期研究）的区域图，或称子掩模。因为受到短脉冲激光的限制，只有光束中心2-3mm的范围内足够均匀，所以划分的区域当时只有那么大，这也意味着每个图案的尺寸在这个范围内，最后通过100μm的重叠将这些“贴图”融为整层。每层子掩模（或贴图）的划分和位置都是重要的参数，采用程序控制，实现高精度打印。 一个切片层由多个区域化的图案组成，并通过100μm的搭接熔为一体 简单的说，首先将多束激光集束并整形为一个方形光斑，然后通过将脉冲激光与传统投影仪发出的有图案的蓝光叠加，光学寻址光阀根据蓝光重叠使激光束偏振，从而形成一个有图案的激光场，这束高能量的图案化激光实际上被切片子掩码的像素点分割成了200万个激光点，从而能够瞬间熔化整个投影区域。 区域打印原理介绍 面区域效果图 区域打印实现的是传统SLM所难以做到的大批量、低成本制造，同样包括声称能够实现这些要素的粘结剂喷射金属3D打印技术。两者的不同在于，前者在保障了低成本、高效率、大批量制造的同时，无须像后者那样经历漫长的脱脂、烧结过程，而且具有更高的性能、更高的精度和更容易的控制变形的能力。与Velo3D的无支撑金属3D打印相比，根据已公布的文件可知，Seurat能够通过控制图像的灰度进而实现对每个激光点时间和空间及能量上的控制，进而有望实现无支撑打印。Seurat的主要应用领域已被确定为汽车和消费品行业，并已经从全球最大的汽车、航空航天、能源、消费电子和工业公司获得了八份加入其商业化计划的意向书。其募集到的资金将用于制造生产级的3D打印系统，该系统能够将3D打印的成本降低到300美元/公斤——这与机械加工生产的零件相当。面区域金属3D打印将增材制造的所有优势以更低的成本和更高的效率融入到所有可能的制造领域，从而为金属制造市场贡献力量。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QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.55倍速？金属「多层并行打印技术」的原理与存在的问题 3.不加支撑、多层堆叠，让金属 SLM 3D打印更灵活，并实现大规模制造 4.专题：金属3D打印企业（产品）差异化竞争的六个实例

3D打印技术参考导读：无须构建基板进行金属粉末床3D打印，似乎只能想到ExOne、HP以及Desktop Metal推出的粘结剂喷射金属3D打印以及电子束粉末床熔融技术。传统基于激光的SLM技术由于热应力的存在，不得不将零件牢牢的固定在基板上才能够顺利成型。然而本期介绍的技术似乎又是老生常谈，但仍值得关注，它是Velo3D的无支撑金属3D打印。 在正文开始之前，我们先看一段视频，来了解在激光粉末床熔融工艺中实现无支撑、无构建基板实现多层零件打印。很明显，视频描述了Velo3D可以实现高压涡轮叶片多层3D打印，以及它所带来的优势。传统基于激光的L-PBF技术，无疑只能每次成型一层零件。即便EOS的工程师曾经探索过借助工艺和设计的手段实现了多层打印，但这种方式却还没有到普及的程度。 传统激光粉末床熔融技术对支撑的依赖，以及所造成的后处理的不便，加上制造效率的不足，成为被新兴的粘结剂喷射金属3D打印技术“调侃”和“攻击”的对象。这些不足，也因此成为后者在3D打印应用领域攻城略地的主要优势。然而，就纯粹技术而言，粘结剂喷射面对Velo3D的无支撑激光粉末床熔融，却也难言领先。 同样可以实现多层打印，激光制造的零件性能接近锻造，而粘结剂喷射的对比对象是铸造工艺；在制造效率上，后者还面临漫长的脱脂与烧结过程。两相对比，双方的应用领域将大有区别。 当前，Velo3D的技术正在被一系列行业领导者迅速采用，包括SpaceX、Aerojet Rocketdyne、Launcher等。它所开发的无支撑金属3D打印技术已成为开发下一代火箭发动机和其他空间系统的关键和可依赖的制造技术。 实际上不只是国外的航空航天制造商，Velo3D的技术对国内同领域的研究及生产机构同样具有足够的吸引力，也有国内航天机构向3D打印技术参考咨询设备信息。在传统L-PBF/SLM技术已经发展到速度更快、尺寸更大的背景下，对制造复杂性更高、后处理更为简单的无支撑金属3D打印技术显然充满艳羡。然而到目前为止，该技术的持有者全球只此一家，即便能够卖到国内，在高端领域也不见得能够使用。 无支撑金属打印相比传统SLM技术的经济优势 实现无支撑3D打印的三点要素 真正的设计“自由”应该提供不受约束的角度和内部尺寸，而不需要对表面和支撑去除进行大量的后处理。Velo3D并未清晰指出无支撑金属3D打印所能实现的条件，但3D打印技术参考通过对其公开视频的反复研判得出几条重要因素：铺粉过程、变化的能量输入以及实时反馈机制。 Velo3D采用了一种非接触的上送粉方式，它被称为实现无支撑打印的关键技术之一：送粉机构分为三个部分，在打印完一层后，送粉机构的前置“漏斗”沿打印区域洒下粉末，中间的刮片将粉末刮平，后置吸粉器可将多余粉末吸走，保证粉层厚度。在整个过程中，Velo3D避免了传统刮刀对打印件造成的摩擦及其它作用力，并能够在一定范围内容忍凸起。 Velo3D的非接触式铺送粉示意图 另外，Velo3D明确指出在打印小角度特征的过程中，会减少热输入以防止变形，但不仅仅是降低激光功率；同时，一个零件不同的区域可能使用了不同的工艺参数，包括光斑大小，这种变化可能牺牲掉了表面质量但保证了效率，也有可能是保证了打印成功但牺牲掉了部分性能：总的来说，它提供了复杂的、经验证的激光参数，这些参数根据实际零件的几何形状而变化。 参数根据实际零件的几何形状而变化 实时监控与反馈也是保证打印顺利进行的重要手段，其所开发的打印机内置了920多个传统器，经过训练的监控机制能够识别出缺陷，当超过阈值时可通知工艺人员对相应区域进行工艺调整。 对不同的缺陷设置了不同的阈值并实时监控和反馈 被航空航天制造商青睐 作为商业航天工业中利用3D打印制造航天器部件的先驱之一，SpaceX率先推出了当今航天器的许多颠覆性设计，并为火箭发动机融入了相当多的3D打印部件，如推进剂阀门、涡轮泵和许多用于初始发动机开发测试的喷射器关键部件，此举不仅可以降低成本并生产最轻的部件，还提高了设计和评估的速度。该公司于2014年开始在航天器产品中使用3D打印技术，甚至表示有兴趣在2021年收购其增材制造供应商之一的Velo3D。到目前为止，SpaceX已经向Velo3D订购了22台机器，成为该公司迄今为止最大的客户。 SpaceX猛禽发动机装配有velo3D打印的零件 美国私人航空航天公司后起之秀Launcher也在扩大和Velo3D的合作，其于今年购买了第二台Sapphire 3D打印系统，用于生产优化设计的液氧涡轮泵组件以及轨道飞行器压力容器。由于液氧涡轮泵入口外壳具有悬垂的内部几何形状，Velo3D的无支撑金属3D打印技术在零件复杂性、制造效率和材料浪费方面相比其他方式更有优势。使用类似的方法，Launcher工程师还能够重新开发泵叶轮。通常，这些部件的悬垂较低，很难结合支撑件，但无支撑金属3D打印可以将其设计为平面，使其质量分布均匀，并防止在旋转过程中引起发动机故障。 Launcher采用Velo3D Sapphire打印机制造的轨道飞行器压力容器 SpaceX与Launcher看中的都是对设计约束的进一步解放、制造质量的保障机制以及3D打印技术对传统供应链依赖的减少，尽管其价格（高达200万美元）相比传统装备更为昂贵，但它确实让制造变得更为简单。 本文开始提到零件了堆叠打印，实际上并非所有的零件都适合，Velo3D的打印机也并非没有构建基板。至于与粘结剂喷射金属3D打印技术的对比，实则也并没有可比性，两者面向的应用领域有天然的不同，纯技术的对比也丧失了意义。 END 当用户购买一台3D打印机时，购买的不仅仅是装备本身，还有制造商所积累的所有经验知识，后者决定了能够为购买者带来多少效益。Velo3D确实提供了业内最先进的激光粉末床熔融设备，但这并不意味着传统金属3D打印机再无用武之地，相反，后者将在很长的一段时间内继续发挥重要作用， 并在各个领域获得更为广泛的应用。 最后，3D打印技术参考认为，技术壁垒的存在是客观现实，但创新发展将永无止境。 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Q2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.3D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 3.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 4.2天播放340万次，近距离观察3D打印如何直接制造大型火箭

据3D打印技术参考了解，3月1日，我国航天民营企业星河动力公司50吨级液氧/煤油发动机首次全系统试车圆满成功。这是“苍穹”发动机的首次全系统试车，目的是验证发动机起动关机时序、系统和结构方案可行性、各组合件工作协调性。试车过程中，发动机按预定程序起动，点火、起动和转级正常，各组件工作正常，燃烧稳定，喷管出口火焰明亮，主要参数与调整计算值一致，按程序关机，试后产品完整，试验取得圆满成功。本次试车成功，标志着我国民营商业航天领域最大推力的液氧/煤油发动机正式进入工程研制阶段。 “苍穹”50吨级可重复使用液氧/煤油发动机还是国内首款采用针栓式喷注技术的大推力液体火箭发动机，具备深度变推能力，是200-300吨级液体火箭垂直回收的最佳选择。 而据国内金属3D打印服务商飞而康于2021年12月3日发布的消息称，星河动力公司顺利完成50吨级“苍穹”液氧/煤油发动机总装装配工作，即将开展全系统地面热试车。两条消息对比可以印证，所指发动机为同一型号。值得注意的是，该发动机的涡轮泵和液氧煤油主阀壳体等多款零件由飞而康科技3D打印制造。除此之外，星河动力官网对该型号的介绍中也指出其采用了机构化轻质3D打印。 “苍穹”液氧/煤油发动机介绍 2019年7月，飞而康科技与星河动力公司建立联系，并在9月正式承接此项目，各大小零件总计30多件。该批零件在设计制造的过程中，使用了前沿的3D打印技术，历时4个月顺利完成所有零件的交付。期间，飞而康团队开发了针对火箭发动机部件的激光束焊接，叶轮、转轴的五轴加工工艺，动平衡实验，阳极氧化处理，以及气压液压测试多套专属定制试验工装。此次与星河动力公司的合作是在火箭发动机部件增材制造发展上的一个大胆突破。 “苍穹”液氧/煤油发动机、涡轮泵水试、针栓式喷注器冷态考核“苍穹”液氧/煤油发动机作为“智神星”液体运载火箭第一级（7台）和第二级（1台）主动力装置，是多次启动变推力燃气发生器循环液体火箭发动机。每台发动机海平面额定推力40吨，最大工况海平面推力50吨（第一级具备1台“Engine-out”能力），最小工况海平面推力10吨（变推比4:1），变推力工作时满足助推级垂直下降和软着陆回收要求，发动机具备多次重复使用和故障检测与隔离能力。每台发动机重复使用次数50次，具备±6°摇摆能力，发动机推重比大于120。 发动机运行动画 星河动力运载火箭重复使用畅想未来 星河动力成立于2018年，从事低成本商业航天发射业务。其核心产品及服务包括“谷神星”系列小型固体运载火箭发射服务，以及“智神星”系列中型重复使用液体运载火箭发射服务等。2020年11月7日，谷神星一号运载火箭在中国酒泉卫星发射中心成功首飞，并顺利将天启星座十一星送入预定轨道。谷神星一号运载火箭是北京星河动力装备科技有限公司研制的一款小型固体商业运载火箭，可满足近地轨道微小型卫星发射需求。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ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.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 4.3D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

2021年7月，深蓝航天成功实现中国首例液氧煤油火箭垂直回收试验“蚱蜢跳”，10月再次成功实现中国首例液氧煤油火箭百米级垂直回收试验，两次试验所使用的发动机均使用3D打印制造。2022年初，深蓝航天宣布完成近2亿人民币的A轮融资，所募集到的资金除了将用于火箭研制、可回收重复使用技术的验证及发射准备等工作外，还特意强调将用于3D打印增材制造工艺及可回收重复使用能力的测试与研究。 国内外媒体普遍将深蓝航天与SpaceX比较，两者在研发进程和技术的运用方面极其相似。尤其对3D打印技术的应用，两家公司都表现出了相比其他民营航天更强的兴趣。本期，3D打印技术参考通过专访深蓝航天，介绍该公司如何使用3D打印技术，及其在应用过程中遇到的问题和取得的效益。 主动将3D打印纳入设计生产流程 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“蚱蜢跳”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。 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。 克服多重困难，优化产品制造方案，保证产品质量 3D打印技术在航天液体火箭发动机领域也是近几年才有了很多的应用场景，深蓝航天也仅在2021年完成雷霆-5整机飞行考核。在这个过程中研发团队需要攻克的难点很多。例如，在雷霆-20A推力室设计方案初期，深蓝航天需要解决很多问题。具体来说，推力室圆柱段内部冷却流道的理算尺寸如何通过3D打印保证，成型后产品内流道的内表面光洁度是多少，内流道表面成型质量对介质流速、流阻的实际使用特性有什么影响。为了攻克这些难点问题，研发设计人员与3D打印服务商反复沟通确认，最终才形成了现有的打印成型方案；另外，研发人员受限于现有3D打印设备的有效成型尺寸，雷霆-20A 推力室收扩段被迫由一个零件拆解成2个零件——收扩段和延伸段，雷霆-20A 收扩段的打印采用了效成型尺寸为600*600*600mm的国产3D打印设备，而延伸段采用旋压成型的方案。在材料的使用方面，深蓝航天表示，当前3D打印使用的材料基本满足深蓝航天的研制需求。目前，3D打印大量应用的粉末材料牌号有GH4169、TC4、316L，还有少量的AlSi10Mg铝合金粉末。这些牌号在国内已经有很成熟的制备工艺和产品线，市场供应基本稳定，粉末厂家也会前置一定量的安全库存，规避用户的加急采购，一般的供货周期在3-5天。 通常情况下，航空航天领域会对金属3D打印的质量存在疑虑，对此，深蓝航天表示会从设计源头上进行把控。针对3D打印材料性能和结构特点等特性对设计做适应性调整，优化设计和制造工艺，从而提高产品的稳定性。 加速迭代，完成国内首次3D打印火箭发动机真实飞行工况考核 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。 2021年7月，雷霆-5助推 “星云-M”1号试验火箭完成了首次垂直起飞和垂直降落自由飞行，即被称之为“蚱蜢跳”的运载火箭垂直回收飞行试验，试验任务取得圆满成功。 在国内首次完成了由3D打印制造火箭发动机的真实飞行工况考核。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。 充分依靠3D打印供应链，形成自主生产能力 深蓝航天表示，公司目前在国内有2-3家稳定的3D打印合作伙伴，2021年与其中一家签订了战略合作协议，保障2022年6-8套推力室和涡轮泵等3D打印服务稳定供应。现阶段3D打印服务满足该公司的研制计划，不会是深蓝航天产品研制的瓶颈。 深蓝航天感谢这些3D打印合作伙伴长期以来的支持！他们提供了质量稳定的3D打印产品，特别是在雷霆-5、雷霆-20A发动机设计方案阶段，给深蓝航天提出了很多宝贵的建议，规避了很多产品成型质量风险。深蓝航天期望和他们在未来有更深入的合作，除了在产品3D打印方面提供服务外，在特征结构打印、工艺支撑方案设计、粉末和产品性能测试数据等方面充分进行技术交流，实现知识共享和技术突破，共同推进3D打印技术在航天领域的应用和发展。 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。 利用3D打印的技术优势，快速制造高质量产品，加速深蓝航天设计的迭代速度。2022年初，深蓝航天开始规划自有增材制造产能，预计到2022年底初步实现小批量产品3D打印制造能力，到2024年前深蓝航天将在南通工厂建成增材制造+智能制造生产基地，加速推进航天产品增材制造产业化。同时，深蓝航天研发团队将攻关铜材3D打印技术瓶颈，进一步提高3D打印产品的质量和性能。 END 深蓝航天CEO霍亮表示，3D打印发动机一旦成熟应用，意味着火箭发射成本将进一步降低。据公开报道，SpaceX猎鹰9号火箭每次发射收费约6200万美元，而Rocket Lab为NASA提供的月球发射任务的报价仅约1000万美元，后者的火箭正是大规模采用了3D打印技术。如果再能实现重复使用，这将大大提高其利润空间。 3D打印技术可以显著缩短产品制造流程，降低成本。集成化的制造优势能够将原来有数百个零件组成的部件通过设计实现合并，从而大大减少零件数量、提高制造效率，并减少事故率。此外，传统发动机制造技术的市场供应商受限，3D打印技术市场供应商更多，来源广泛，市场化环境在竞争中有更加显著的优势。 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QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.铂力特3D打印技术在航空航天领域的四个应用案例 3.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 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

近日，领先的FFF技术3D打印制造商Roboze推出了一款新的PEEK基体复合材料——Helios PEEK 2005，这是该公司采用高性能复合材料3D打印实现替代金属承诺的重要一步。 与以往碳纤维或玻璃纤维作为填充物不同，Helios PEEK 2005是一种填充陶瓷纤维增强的PEEK基体复合材料，因此具有新的性能和应用潜力。新材料在高温下具有更高的稳定性，并具有优异的3D打印表面质量。 出色的机械性能 陶瓷相增强材料的室温刚度是无增强基体的两倍，抗拉强度和抗压强度分别提高了10%和20%，室温测试抗拉强度为107MPa，抗压强度145MPa。 优秀的表面质量 与更常见的碳纤维和玻璃纤维相比，陶瓷相的尺寸更小，因此能够制造更多具有薄壁特征和高表面质量的复杂几何形状。此外，增强材料的单晶特性可以消除晶界并最大限度地减少缺陷，从而最大限度提高其有效性。 热绝缘和电绝缘 与碳纤维增强相不同，陶瓷分散相使材料具有非常低的导电性，与填充碳纤维的等效材料相比，这一特性提高了这些复合材料的电绝缘性能。 由于陶瓷增强材料固有的低导热性，Helios ™ PEEK 2005 即使暴露在高工作温度下也表现出高隔热性能。3D打印的部件重量轻、电导率低，适用于以绝缘特性为基本技术要求的应用。 HeliosPEEK 2005用于生产传感器外壳 高温稳定性 Helios PEEK 2005 陶瓷填料的开发旨在实现与PEEK基体的强界面结合，满足机械性能方面的高要求，并为极端工作条件下的金属零件提供新的替代材料。PEEK基体中增强材料的分散经过优化，陶瓷相可以提高在高温环境中承受负载的能力，Helios PEEK 2005即使暴露在170°C以上的工作温度下也表现出高隔热性能，可最大限度提高高温下的稳定性。 Helios PEEK 2005 用于可靠的航空航天工具 Helios PEEK 2005具有更好的机械强度、耐化学性、电气隔离及高温下的尺寸稳定性，适合制造能源、赛车和航空航天等领域的高性能工具，如电气外壳、声学衬套、空气动力学测试模型和汽车外壳。由于其良好的耐化学性和耐热性，它可以在油井等具有腐蚀性化学品的恶劣环境和高温环境中使用，同时它也是金属材料的又一种理想替代品。 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QQ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.冬奥火炬能耐800℃：3D打印、碳纤维、高温阻燃树脂实现多项创新 3.超越PEEK，3D打印的碳纤维增强尼龙有怎样的性能和应用潜力 4.国家增材中心《大讲堂•三》：《颗粒料挤出3D打印技术》

2月8日，美国白宫发布更新版《关键和新兴技术清单》(Critical and Emerging Technologies List，简称CET List)，这或为即将出台的美国技术竞争力和国家安全战略提供信息支撑。 美国为了编制这份更新版的CET清单，动用了众多职能部门。包括来自总统执行办公室的18个部门、机构和办公室的专家以及国家安全委员会的相关部门。在过去一年里他们推动了广泛的跨机构审议过程，确定了可能对美国国家安全至关重要的CET分支领域，3D打印技术再一次被纳入其中。 3D打印技术被确定在先进制造名录下，其他先进制造技术还包括可持续制造、智能制造和纳米制造。 3D打印技术不仅被列入了名单，而且它对文件中的其他几项新兴技术至关重要，如先进工程材料、自主系统和机器人、生物技术、通信技术、可再生能源发电和存储、空间系统、半导体和微电子。 虽然3D打印在其中一些领域的应用仍处于起步阶段，但该技术有望在许多已确定的领域提供广泛的应用和研发机会。介于清单中再次包含增材制造，以及其对其他技术领域的重要作用，表明该技术在帮助美国实现其国家安全目标方面的潜力越来越大。 美国《关键与新兴技术清单》2020与2022版对比（来自道琼斯风险合规） 美国军事组织确实在借助3D打印技术实现国土安全方面动作频繁。 2021年6月10日，美国防部研究与工程副部长办公室发布国防部5000.93指示《增材制造在国防部的使用》，该指示作为首份面向增材制造（AM）的顶层政策文件，就增材制造在国防部的实施和应用制定政策、明确责任并细化程序。 美国陆军不仅要求3D Systems开发9激光器1m*1m x 0.6m的大型金属3D打印机，同时投资建造目标尺寸9 x 6 x 3.6 m的世界最大金属3D打印机； 美国空军则大力开发连续复合材料3D打印，用于无人机机翼成型，并且与GE公司开展金属3D打印探路者计划； 美国海军2021年与Stratasys达成25台2000万美元的历史最大政府3D打印机购买交易，这份合同甚至是Stratasys迄今为止最大的政府项目。 此外，美过国防部还授予ExOne粘结剂喷射3D打印移动方舱的制造合同，用以开发一个完全可操作的3D打印移动“工厂”，支持陆、海、空直接部署在野外，支持战区、灾难救济或其他远程零件制造任务。 由此可见，美国军队从最高决策层到各军种对这项技术都格外重视。 美国确实在3D打印技术的某些领域保持着全球领先地位。 大型连续纤维3D打印技术 连续纤维3D打印技术综合利用工业机器人、末端执行器、原位检测、智能监测与机器学习等技术，能够快速输送、沉积连续纤维增强体。美欧3D打印技术开发商与机器人制造商已共同开发了一系列先进的连续纤维3D打印设备与制造工艺，诞生了Orbital Composites、Continuous Composites、Arris Composites等公司。在该技术领域，我国发展滞后。 增减材3D打印技术 该技术在航空航天、军事等领域具有重要价值，并因此名列2020年的出口管制名单。美国洛马公司、HybridManufacturing Technologies、Fabrisonic、Relativity Space等公司在该领域都颇有建树，尤其以Relativity Space世界最大金属3D打印机最为知名，借助强大的增减材混合制造能力，该公司能够在30天内打印出整个火箭整流罩，并能在短短60天内生产出整枚火箭。 粘结剂喷射3D打印技术 美国在该技术领域保持绝对领先地位，几大粘结剂喷射3D打印的供应商，Exone、Desktop Metal、GE Additive、HP均是美国企业。该技术能够有效解决3D打印工艺过程中的高成本、相对较长加工周期的问题，从而将金属3D打印推向批量化生产。这项技术被汽车行业广泛看重，福特、大众等公司也与相关企业展开了相关合作。而在同技术领域，国内目前鲜有可商业化的产品。 无支撑金属3D打印技术 不需支撑或少支撑进行大尺寸金属3D打印对许多工业最终用户来说非常有吸引力，此举在增加设计复杂性、简化后处理方面至关重要。美国Velo3D公司在该技术领域保持绝对领先地位，国内鲜有该方面的技术，更无产品。通过集成质量保证体系及先进的软件系统以及无支撑技术，该公司获得了来自航空航天和能源市场的充足客户。 3D打印仿真软件 3D打印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，对于零件控形控性研究与生产具有重要价值。在该技术领域，美国有ANSYS、Netfabb等成熟的解决方案，而我国目前还处于研究阶段。 先进设计软件 面向增材制造的先进设计工具集合了强大的几何建模和仿真分析功能，并在充分考虑增材制造工艺特点的基础上，帮助工程师快速掌握面向增材制造的设计方法，充分发挥增材制造带来的广阔自由度，同时可重复使用的工作流使设计流程走向自动化。美国nTopology是知名的优化设计平台，此软件开发出了一些列优秀的设计，在技术领域国内存在很大差距。 此外，在3D打印应用环节美国也具有领先地位，来自航空航天、汽车行业的用户积极推进该技术在产业链中的应用，并诞生了多个批量化生产的案例。 不过，经过多年发展，国内3D打印技术也获得了突飞猛进的发展。 此前，美国在树脂喷射、高性能线材挤出领域保持多年优势，随着中国远铸智能、上海复志、赛纳三维等企业的崛起，该领域已经度过了追赶期； 在高速光固化技术领域，美国Carbon公司遥遥领先，并在材料、设计领域保持先进性，中国在该技术领域较为知名的是清锋时代。 在材料领域，此前高质量的3D打印材料多依赖进口，但随着宝航新材料、康普锡威等本土品牌的快速成长，钛合金3000元/公斤以及高端材料依赖进口的时代一去不复返。 在金属3D打印领域，国内开发商也已经实现了独立自主，在国内大有完全替代进口品牌的势头，无论在打印尺寸、激光器数量和制造效率、质量方面也与国外相当，甚至有超越之势。 对于高端制造，我国同样也将部分3D打印技术纳入了“限制出口技术目录”。 最为知名的当属王华明院士采用3D打印制造大型整体钛合金结构件的技术，该技术使我国在大型飞机承载结构设计和制造方面赶超国外；此外，由武汉天昱智能制造有限公司与华中科技大学合作开发的微铸锻铣一体化增材制造机床也被列入了中国“限制出口技术目录”，该技术突破了传统增材技术无法制造锻件的瓶颈，一经问世便获得了GE、空客、商飞、西飞、成飞等大型企业的高度关注。 对于3D打印技术的发展水平，中国在某些领域已居全球领先水平，但在某些技术层面则确实存在差距。尤其在技术层级的发展上，中国一直在追逐美国的脚步，当我们大力发展起某项技术时，发现对方已经换了思路，开辟了新的技术领域，这种现象值得我们深思并作出改变。 美国发布的这份更新后的清单不应被解释为政策制定或资助的优先清单，但它确实清楚地表明了美国为加强国家安全而关注的领域。在制定研究和推进支持国家安全任务的技术计划时，美国部门和机构可参考这份清单。拜登政府同时也是在告知盟友和合作伙伴，促进和保持共同的技术优势，保护敏感技术不被挪用和滥用。这也意味着美国一些全球领先的3D打印技术及其产品可能对中国实行禁运。 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QQ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.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 3.武器准备专题四：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 4.珠海航展上的大尺寸金属3D打印零部件背后的制造故事

据中国航天报消息：日前，中国航天科工三院159厂自主研发的自主可控增材制造智能生产线突破现有的增材制造单机离散生产模式，首次将智慧物流、工业互联网与增材制造技术融合运用，粉末供应、物料运输及任务调度实现全流程自动化，单机设备利用率与综合产能大幅提升。在原有的增材制造单机生产模式的基础上，该生产线将5G网络与数字孪生技术相结合，为后续建设“5G+增材制造”智能产线奠定坚实基础。 迈向智能制造新高度 当前，随着航天产品应用的不断深入，159厂将复杂结构件的规模化生产提上日程。走进159厂增材制造技术创新中心的生产车间，增材制造智能生产线上的4台设备正在工作，技术负责人张文韬介绍，从运送产品开始进行制作，到最终生产出符合要求的成品，仅机械臂和这4台设备就可以自主完成。 厂房大厅的墙上安装着一块硕大的显示屏，反映生产过程的数据实时跳动，4台设备的工作运行情况一目了然，机械臂在自动上料、下料。 据介绍，增材制造技术与航天产品结合具有天然的应用优势，如结构功能设计一体化、零件结构拓扑优化、提升设计自由度、提高材料利用率、减轻重量、降低制造成本等，原有的单机生产模式已不能完全满足规模化的应用服务需求。技术负责人谢林表示，该生产线突破现有的增材制造单机离散生产模式，结合增材制造工艺过程特点，采用一体化布局设计，将打印主机、清粉系统、供粉系统、物流系统以及其余配套辅助系统进行布局，有效节约设备资源和车间占地。 图为工作人员进行增材制造产线巡检 谢林表示，在传统单机生产设备中，打印前的基板、缸体以及粉末材料准备工作与打印完成后的粉末清理、缸体运输等工序无法与设备打印同步进行，会占用设备资源，影响生产进度，造成平衡度较低、各工位负荷不均衡、产品生产效率低下等问题。 针对这一痛点，159厂结合增材制造工艺过程特点，采用一体化布局设计，将打印主机、清粉系统、供粉系统、物流系统以及其余配套辅助系统合理布局，提出5G+工业互联网方案，定制化研制连续生产的增材制造生产线系统。“我们现在的生产场景需要较高的网络宽带、较低的网络时延，5G网络恰好满足需求。”谢林说。 “以前天天跑生产线，查看生产进度，搬运材料、粉末、重六七百公斤的缸体及打印完的零件。”张文韬形容道，现在的智能化增材制造系统使员工从过去高强度的手工操作员转型成为了“指挥员”和“监督员”。 5G，让工厂更“聪明”“智能” “我们现在的增材制造生产线系统是运用5G技术，通过数字赋能实现的。”谢林说，159厂利用5G技术“大带宽、低时延、高可靠”的特性，将“5G+工业互联+增材制造”相结合，从而对增材制造生产过程中的各类数据进行快速采集、分析及应用，实现增材制造由传统单机生产向网络化、智能化方向转变，提高增材制造的生产效率。 从生产看，工厂要变得更“聪明”、更“智能”，5G确实是个好帮手。比如，每台设备通过5G技术实现互联互通，后台能够对各类数据进行快速采集，实现增材制造由传统单机生产向网络化、智能化方向转变，提高增材制造的生产效率。眼下应用5G技术的工厂不少，159厂有何特殊之处？谢林说，“专网”是门道。159厂通过与联通公司合作，搭建了一个边缘云专属服务器，将所有数据传输到服务器上，数据不出园区，就可实现所有生产设备互联与控制，还能对信息安全进行保护。 网络化的3D打印生产线（来源：Grenzebach） 5G将生产数据与工厂内部系统对接，实时的生产产值和数据汇总进行反馈，相关人员随时可以了解设备产值、动态，为159厂减员增效、提升品质、降低成本、缩短周期带来帮助。 “预计到年底，我们会打通物料、仓储、调度，将热处理等设备‘搬’进车间，增材制造设备打印好的产品通过AGV小车运输到下一道工序，相当于建立一个小型的智能工厂。”谢林说，测试后投入使用的AGV小车如同神经网络一样，可以连接所有的工位，把工厂内的自动化孤岛一个个都连起来。 对于159厂来说，基于5G工业互联的增材制造生产线首次将5G通信、工业互联网与增材制造技术进行深度融合应用。未来，159厂将建立基于工业互联的5G增材制造智能工厂，形成增材制造技术应用新模式和典型应用场景，使产线具备可复制、可推广的条件。 注：本文内容来自中国航天报，记者： 苗珊珊、邓雨楠。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 2.2025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 3.增材团队介绍：航空工业沈飞工艺研究所增材制造团队为科研与生产护航 4.增材团队介绍：航天六院7103厂采用3D打印让中国载人火箭发动机更加可靠

制造企业是否采用3D打印技术，需要综合考虑产品在整个生命周期的价值传递作用，这种作用在航天航空工业中体现的尤其明显。同时，航空航天领域也在国内外的增材制造技术的发展中起着引领性的作用。作为国内该技术领域知名的制造商，铂力特获得了业内广泛认可，通过多年深耕航空航天领域，该公司积累了大量案例。本期，3D打印技术参考对其中四个案例进行介绍，突出3D打印技术在复杂产品制造和快速响应方面给产品和企业带来的改变。 1. 千乘一号01星：整星超100万个点阵结构，最小特征0.5mm 北京时间2019年8月17日12时11分，千乘一号01星作为主星搭载中国航天科技集团有限公司捷龙一号遥一火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，火箭经主动段飞行，将卫星送入预定轨道，卫星发射入轨取得圆满成功。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，千乘一号卫星入轨运行稳定，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。 千乘一号整星结构采用面向增材制造的轻量化三维点阵结构设计方法进行设计，整星结构通过铝合金增材制造技术一体化制备。传统微小卫星结构重量占比为20%左右，千乘一号微小卫星的整星结构重量占比降低至15%以内，整星结构零部件数量缩减为5件，设计及制备周期缩短至1个月，整星结构尺寸超过500mm×500mm×500mm包络尺寸。 该卫星部分轻量化零件由铂力特品牌设备BLT-S600打印制造，零件内部点阵轻量化结构最小特征仅为0.5mm。零件整体轮廓尺寸大，内部轻量化点阵胞元结构尺寸小，整星超过100万个点阵结构特征；蒙皮结构尺寸小，增材成形工艺难度大。整个制造过程充分展示了铂力特在大尺寸、精细化、特殊结构成形上的技术优势。 2. 3D打印火箭发动机燃气发生器和燃烧室部件 2020年3月，国内领先的民营液体火箭研制企业蓝箭航天自主研发的“朱雀二号”液体运载火箭系统中的“天鹊”10吨级液氧甲烷发动机（TQ-11）再次进行长程试车。“天鹊”发动机项目组在一周内，用一套TQ-11发动机分别进行了10秒、100秒、750秒、1500秒四次全系统热试车，均取得圆满成功。 TQ-11为国内现有唯一多喷管液氧甲烷火箭发动机，是“朱雀二号”液体运载火箭的二级游动发动机。2018年，蓝箭航天公布了“朱雀二号”液体运载火箭“80+10”的火箭动力系统技术路线，两型发动机并联组合可覆盖从小型、中型到大型的“朱雀”全系列火箭家族。目前，两型发动机均已顺利试车，铂力特承担了“天鹊”发动机燃气发生器身部和燃烧室的金属3D打印服务。 燃气发生器身部和燃烧室均为蓝箭航天“天鹊”发动机中的关键零部件，零件内部结构复杂且对外形、流道精度要求严格。燃烧室零件周身均布百余条细长流道，燃气发生器身部零件内有数十个冷却通道，零件最小特征尺寸精度为±0.05mm，使用传统锻造、焊接等工艺加工无法达到技术要求。而金属3D打印技术可实现复杂结构一体成形，大大缩短发动机装配周期，集成化设计还可有效减少零组件数量，提高发动机使用维护性，也更容易进行零部件批量化生产。 铂力特前期对零件关键特征进行充分的工艺验证，并快速进行工艺迭代优化，从力学性能、特征尺寸等方面保证成形零件满足技术要求。 根据零件尺寸及结构特点，铂力特使用BLT-S310及BLT-S400分别成形燃气发生器身部及燃烧室。双激光金属3D打印设备BLT-S400可一次成形2个燃烧室，兼顾产品品质与效率，大大缩短交付周期、减少综合成本；此外，铂力特检测中心具备Nadcap认证资质、获CNAS实验室认可，可提供专业的原材料化学检测、无损检测、热处理、流量标定等相关检测服务，为零件提供全工序质量保障。 3. 3D打印立方星部署器为空间站在轨释放微纳卫星储备技术 2020年5月8日，新一代载人飞船试验船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆，试验船飞行试验任务取得圆满成功。新一代载人飞船试验船不仅完成了首次3D打印太空实验，还搭载了世界首个基于金属3D打印技术的立方星部署器。该部署器由中国商业航天公司星众空间（北京）科技有限公司研制，由铂力特金属3D打印技术制造。 铂力特制造的金属3D打印部署器，重量仅为传统机械加工产品的一半，加工周期从过去的几个月缩短为一周，大幅度降低了设计重量，提高了结构强度。本次飞行充分验证了立方星3D打印新型部署器的结构强度、材料性能和空间环境适应性，为“3D打印+航天”的大规模应用和未来空间站在轨释放、机动部署微纳卫星提供了数据，储备了技术。 这枚名为COSPOD-3D的立方星部署器，既可满足国际标准3U立方星的发射与部署，也可满足部分增大版3U立方星的需求，容纳其多层展开帆板、大型表贴天线、相机等外部凸出载荷的应用。更重要的是，这一系列产品配有新型多星分配控制器，能够通过火箭提供的一路分离信号驱动多路部署器释放，实现一箭百星的部署能力。同样由星众空间设计研制、铂力特制造的多星分配控制器，计划在未来几个月内开展在轨试验。 采用3D打印技术加工微纳卫星部组件，在批产化方面的优势也非常显著。以此次打印的立方星部署器为例，铂力特自主研发的常规尺寸设备BLT-S310，成形尺寸为250×250×400mm，可一次成形2件部署器。铂力特其余多型号更大尺寸设备，可实现一次打印3~10件部署器的批量加工，为卫星产业“百颗”、“千颗”等大批量发射计划提供强大支持及品质保障。 4. 金属3D打印的“灵巧号”卫星，凸显速度制造优势 2021年12月，由铂力特打印、星众空间出品的“灵巧号”太空实验卫星搭载由陕西第一家商业火箭公司陕西华羿鸿达科技发射的“华羿一号”亚轨道火箭在西北某试验场成功实施首次飞行。 金属3D打印的“灵巧号”卫星（Agile Testbed），是星众空间专为生物、医药、材料、能源等太空实验设计的卫星平台。通过改造卫星结构、增强传感技术，“灵巧号”为实验载荷打造了一个有效减振、精准温控的实验环境，能够满足该类实验在轨触发和数据精准测量、记录、存储、下传等共性需求，适用于亚轨道和轨道飞行各类短期、长期任务。 铂力特本次负责“灵巧号”卫星主框架结构的打印，“灵巧号”卫星主框架结构由4件面板和4件横梁组成。为了满足主框架结构轻质、高刚度的技术要求和项目紧急的节点要求，铂力特采用AlMgSc高强度铝合金作为原材料，采用BLT-S400三激光设备实现快速研制。 铂力特接到生产任务后快速响应，使用BLT-S400系列三激光设备一炉完成成形，总机时35h。由于项目紧急，零件在内部做24小时流转，经后处理、机加工、阳极化等处理，在截止日当天晚上10点完成交付，项目总周期8天。 END 航空航天是当今世界科技强国竞相发展的重点方向之一，其发展离不开兼具轻量化、难加工、高性能等特征的金属构件。增材制造技术为高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺途径，可解决航空航天等领域发展过程中对材料、结构、工艺、性能及应用等提出的新挑战。 铂力特深耕金属增材制造技术，不断形成新的研发成果保持核心技术的先进性，为航空航天领域带来了全新的设计和制造思路，获得了系列航空航天制造商的认可。 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QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.珠海航展上的大尺寸金属3D打印零部件背后的制造故事 2.年度总结：2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用 3.2025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 4.波音的采购合同——成为大尺寸金属3D打印制造商迈入航空航天领域的第一步

3D打印技术在我国航空航天产品的制造过程中发挥着重要作用，在多年的探索过程中也培育出了一批优秀的制造团队，其中包括航空工业沈飞工艺研究所增材制造团队。该团队使增材制造技术成功应用到航空型号研制中，并在国内航空主机厂中首次实现了典型零件的自主批量生产和装机应用，达到了国内领先水平，为推进航空行业增材制造技术进步做出突出贡献，对助推航空工业和其他高端装备制造业的创新发展具有重要的军事效益和经济社会效益。 本期，3D打印技术参考主要介绍该团队如何将增材制造技术融入到具体的航空零部件生产中，为技术的落地应用提供已验证的行进思路。 快速反应 按时交付 2020年，工艺研究所承担了公司某新型飞机增材制造装机零件生产任务，这对工艺研究所来说是个巨大挑战。 所领导迅速行动，根据员工技术能力，成立了以技术一组及生产计划组为主体的增材制造团队。如何在守住计划节点的同时保障零件质量，成为摆在团队成员面前的重大难题。在所领导组织下，团队快速反应，结合实际对每个人的工作内容进行了合理分工，并有针对性地制定了工作计划。各成员马上进入角色，团队内部成员间也毫无保留地互相分享技术心得，大家取长补短、争分夺秒地学习相关知识。 在设计并行阶段，团队安排专人辅助设计并进行工艺性审查，及时传递数模信息，积极与设计员、外协厂技术员沟通零件增材制造工艺性，将设计缺陷消灭在萌芽状态。 在工艺准备阶段，大家边学边干，比计划时间提前完成了工艺规程编制工作。 在生产阶段，指派技术全面的人员负责外协项目，对工艺性审查、工艺准备、ECO信息传递、贯彻及过程确认等一系列工作进行全流程跟踪指导。所内生产零件由经验丰富的技术员作为强大的技术后盾，逐项把关，生产计划组全程督促。 最终，团队按计划完成了部装开工等标志性里程碑节点，全部零件保质保量顺利交付。 利用仿真 提质增效 在增材制造过程中，制件的变形是制约增材制造工艺优势的主要障碍，反复试错和摸索会浪费大量非生产性时间及成本。 为解决这一难题，增材制造团队开展复杂结构的变形控制及仿真技术研究，并摸索如何将仿真技术与实践相结合。该模拟仿真技术通过优化支撑结构，分析基板和支撑结构移除以及热处理后部件的应力分布、变形释放等状态，最大限度地降低残余应力，可以在产品实际打印之前预测并减少零件的打印变形，节约生产成本，缩短研制周期。 通过研究，增材制造团队已完成热处理试样、超声检测试样打印，并取得良好效果。某型号中采用增材制造技术的零件有50余项，涉及激光选区熔化成形、激光熔融沉积成形、电子束成形3种工艺方法，涵盖铝合金、钛合金、高温合金3种新材料。 将模拟仿真技术应用在某新型号部分增材零件生产中，有效地提高了零件质量和生产效率。 持续创新 做好储备 在钛合金主承力结构件制造过程中，因各种原因导致局部超差，或在服役使用中经常出现裂纹、腐蚀、磨损等损伤，其补救措施往往需要较大的经济成本或较长的修理周期。这些重要结构件价值少则数十万元，多则上百万元，严重者只能报废，一旦报废只能重新加工，除经济损失很大外，还对型号的生产和科研进度造成严重影响。因此，对钛合金结构件的高效率、高质量修复是亟待解决的关键问题。 团队成员通力合作，共同开发一台激光修复装备，对设备进行硬件改造，设计并制造局部惰性气体便携式保护装置、专用夹具等。同时，进行软件开发，以激光增材制造技术为基础，通过工艺参数优化、动态扫描路径分析等优化修复工艺。经过数次试验后，分别对公司3件框梁件、1件钛合金方接头零件采用激光沉积修复方法进行了修复，经过拉伸、冲击和疲劳性能测试结果表明，修复件的抗拉强度、疲劳性能均达到基材的90%以上。目前，团队开发的设备运行状态良好，通过了2000小时试运行的验证，配套开发的工艺也满足公司大型结构件的修复需求，为公司高质量、高精度、短周期和低成本修复零件提供了必要的基础。 为有效提高3D打印零件质量，增材制造团队成员积极申报并参与开展课题研究，不断探索先进技术，2021年，共申报并参与5项增材制造专业课题，其中有3项国家级重大项目。 END “十四五”期间，沈飞公司将加强技术管理与创新，突破关键技术，建成体系完备、技术先进、反应敏捷、自主高效的航空技术能力体系，厚积新一代技术。其中明确指出将增材制造等先进技术作为四代机的重要技术进行攻关，并依托结构功能一体化等技术探索预研机型。在新的大背景下，相信沈飞工艺研究所增材制造团队将继续通过不断创新，从技术层面提升产品质量，确保型号生产与科研任务顺利进行，助力公司发展。 注：本文内容参考中国航空报。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航天六院7103厂采用3D打印让中国载人火箭发动机更加可靠 2.美空军和GE公司的金属3D打印探路者计划达成下一个里程碑 3.航空制造3D打印专家王向明当选2021年中国工程院院士 4.西门子能源：90台金属3D打印机、100种认证应用案例、400种零件进入批量生产

南洋理工大学、华南理工大学与新加坡3D打印中心相关研究人员发表行业综述：金属增材制造资质鉴定与认证。一作陈泽为在读博士生，师从NTU周琨教授，该团队已经发表多篇增材制造高质量学术综述，行业综述还是首次。陈泽曾参与并指导全球范围内多个金属增材制造产业化、商业化、工艺与产品资质鉴定与认证项目。 金属增材制造在制造复杂几何形状、复杂型设计、性能理想的金属产品方面具有巨大的潜力, 已被逐步用于航空航天、汽车、医疗、能源和海事等领域。工艺和产品的资质鉴定与认证是确保各个行业成功采用金属增材制造和加速标准化进程的关键。该文章对金属增材制造的标准化现状和资质认证面临的挑战进行了全面的阐述，以期促进学术界和工业界对金属增材技术的产业化共识。资质鉴定一般指在开发或测试过程中对原型设计、材料和产品进行评估的过程，其对象可以是金属增材技术、机器、材料或是零部件，甚至是供应商。认证主要是为了满足认证机构或行业规范的要求而建立的，需要认证的对象可以是产品、零部件、体系，或者在产品研发阶段、生产过程、出厂终端进行材料/产品/零部件评估的过程。 该文首先介绍了金属增材制造过程中资质鉴定和认证的基本原理和过程，分别从现有产品增材制造和为了迎合增材制造而设计的新产品两个路线进行了阐述。资质鉴定和认证过程涉及到的各项典型活动按照各自产品类型的金属增材制造工艺路径进行了分步阐述。 文章第二章总结了国际和区域标准组织、行业协会、认证机构已经发布的标准、规范和指导，对涉及内容进行了高度概括。这些组织机构来自全球各行各业，如ASTM、ISO、NASA、SAE、AMS、 ASME等。相关标准和规范的适用性和应用范围的总结可以参考原文。 第三章是本文重点要讨论和提议的内容，阐述了当前金属增材产业化过程面临的挑战，尤其是资质鉴定和认证过程中遇到的问题，囊括了材料、工艺稳定性和可靠性，后处理，数据支持，标准和协议等方面技术难点。进而提出了两个框架来克服以上难点，首先是采用普世的质量管理体系增材制造工艺化，为制造生产提供最基本的生产质量体系保障，可以应付一般性能要求的产品需求。对于要求相对较高的专业和关键产品，应该采用更缜密的增材制造资质鉴定和认证体系，从技术评估与认证、设计、材料、打印过程、后处理、检验与测试六个方面进行了详细阐述。文章从各个方面涉及的内容与活动，可以参考的现有标准和规范，应具备的相关文件三个角度对行业进行了建议。 文章最后提出了数字化增材制造资质鉴定和认证过程的模型：作为未来制造业数字化转型中不可或缺的一部分，增材制造本身就是基于模型化的数据驱动制造过程。传统的数据处理是目前增材制造数字化的主要模式，随着新技术的涌入，智能制造、人工智能、机器学习、神经元网络系统、区块链、物联网等技术都可以和增材制造有很好的融合，其资质鉴定和认证过程自然也要相应的做出调整，认证过程会由过去的制造后测试转变为实时监测与检验，前瞻性预判材料-工艺-显微组织-性能关系。 该文总体上是对金属增材制造行业资质鉴定和认证理论上的探讨，旨在为学术和业界提供技术产业化方法论的指导，其中提到的一些认证过程中的关键技术挑战可以成为学术和业界研发的方向。注重效益和中短期投资回报周期的企业可以采用文中提出的质量管理体系和资质鉴定与认证框架，利用现有的标准和规范，生产制造除市场容易接受的产品，可以大大降低投资与质量风险。希望作者以后可以推出更多实例型研究，或是工艺产品资质鉴定与认证案例分析，尤其是成功案例，对新技术初创企业和学术界研发机构都是一种参考与激励。 文章链接： www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17452759.2021.2018938 注：综述内容已上传QQ群（867355738）。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.增材制造用钛合金的种类、应用、粉末制备技术，及市场用量情况 2.增材制造——ASTM/ISO/SAE/国内现行标准有哪些 3.西门子能源：90台金属3D打印机、100种认证应用案例、400种零件进入批量生产 4.国外3D打印从业人员如何进行职业培训和资格认证