1月 南科大：一种将3D打印钛材料价格降低10倍的方法 2月 医疗：PEEK相较金属植入物的优势与不足 3月 关于3D打印的十大理解误区 4月 五大鞋类领导品牌使用3D打印引领鞋业制造的未来 5月 3D打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 6月 3D打印在固体火箭发动机上的研究现状及国内应用案例 7月 GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者 8月 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 9月 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 10月 阅兵式：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 11月 2019年度3D打印市场发展关键词：增长与活力 12月 2019年10大3D打印技术、材料和应用突破 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738；网址：延伸阅读： 1.新一代增材制造 : 金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功 2.今日Nature：新型3D打印超强材料—钛铜合金 3.北航最新Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金 4.哈佛：多材料多喷嘴，高频无缝切换3D打印系统实现功能器件制造 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：2019年3D打印技术参考年度12佳文章

包括中国在内的亚太地区正在成为世界范围内3D打印市场增长最快的地区。据市场研究和业务咨询公司ReportSanddata预计，到2026年，增材制造市场将以14.4％的速度增长，从2018年的79.7亿美元增长到2026年的233.3亿美元，亚太地区则会以18％的最高增长率增长，并在未来5年内在3D打印方面花费36亿美元，中国为该地区的高速增长提供了持久动力。本期，我们来看国际调查公司如何看待中国3D打印市场的世界地位（注：上述分析数据与《wohlers2019》有所不同）。 全球“制造强国”中的3D打印增材制造咨询与解决方案提供商英国AMFG调查显示，与欧美国家相比，以中国为代表的亚太地区增长速度虽快，但长时间以来3D打印应用却一直落后，然而这种情况正在发生改变，该地区越来越多的的制造公司正在开始对3D打印发生浓厚兴趣，而且许多政府主导的战略和政策的出台，已帮助本国成功创建了可持续发展的增材制造生态体系。中国在这一地区乃至全球的影响力正在增强。 按地区划分的2019年全球3D打印支出预测 鉴于政府大力推动该行业的发展，中国成为亚洲3D打印增长背后的最大力量。2018年中国3D打印市场规模达到23.6亿美元，成为仅次于美国和欧洲的第三大市场。 亚洲3D打印市场规模2019 2015年中国政府发布“中国制造2025”倡议，旨在培育先进技术，3D打印成为“中国制造2025”的重要推动者。同年，科技部发布《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》，该推进计划确立了3D打印创新和商业化的目标。 2017年，中国政府发布 “增材制造行业发展行动计划”，以进一步支持增材制造产业发展。该行动计划旨在培训人才，并培养两到三个具有国际竞争力的本地品牌，力争到2020年使全国增材制造产业产值达到30亿美元。该行动计划是“中国制造2025”战略路线图的一部分，概述了使中国成为领先的3D打印国家之一的长期雄心和发展目标，其重点之一是要在10个关键行业（包括医疗，文化，教育和互联网行业）引入100多个增材制造试点项目。 3D打印部分应用行业 为了实现这些目标，中国正在培养有前途的增材制造公司，支持中国增材制造行业的标准化，并投资于3D打印人才发展。中国正在建立覆盖从高等教育到职业教育的3D打印专业体系，并开展广泛的中小学3D打印科普教育。从长远来看，像这样的举措将使中国社会长期受益。 3D打印硬件需求强劲调查显示，目前中国3D打印收入的48%来自3D打印设备（相比之下，欧洲为37%，美国为33%）。这一数字表明中国对3D打印硬件的强劲需求。 金属3D打印是中国市场快速增长的关键领域之一，铂力特、易加三维、华曙高科、汉邦科技等公司已经在该领域深入耕耘，并在航空航天、汽车和医疗领域获得应用。例如，中国已经实现金属打印的在轨应用，采用1公斤金属粉末可以生产500枚牙冠等等。 3D打印批量生产牙冠 中国工业增材制造设备的崛起在TCT Asia 3D打印展会期间表现尤为明显，这是中国最大的3D打印相关贸易展会之一。TCT亚洲发言人兼行业专家Graham Tromans表示：“在中国，与塑料工艺相比，金属增材制造受到更多的重视，汽车和航空航天部门对中国的制造业经济至关重要，这是为什么许多公司都在开发金属打印机的原因。” 在聚合物3D打印领域，联泰（中国最大的SLA 3D打印机制造商之一）、INTAMSYS和华曙高科等公司用于不同材料的3D打印机已在全球销售，并受到普遍认可。 3D打印融合多行业发展需求根据安永公司的最新报告，78%的受访中国企业在2019年采用过3D打印。如此高的比率可以用中国对不断增长的更智能、更高效的生产方式的需求来解释。3D打印是制造业为满足此需求而实施的技术之一。 中国汽车行业在3D打印应用方面充满潜力。贵州汽车初创企业翰凯斯是本土无人驾驶科技领域顶尖团队，该公司pixmoving项目正在通过结合3D打印和生成设计致力于提供基于无人驾驶的移动应用车辆平台，其产品已入选Autodesk硅谷技术中心，成为重新定义汽车设计及制造范式的开拓者。具体来说，该公司将电弧焊增材制造（WAAM）技术用于3D打印汽车底盘，达到减少零件数量和减重的目的。 pixmoving结合3D打印和生成设计致力于无人驾驶 另一个正在被3D打印技术快速融合的中国行业是建筑业。盈创建筑科技（上海）有限公司，是全球首创真正实现3D打印建筑的新兴企业。2014年，该公司使用一台高6.6米、宽10米的建筑打印机在24个小时内打印出10幢一至两层的毛坯新房，引起巨大轰动。其使用的材料由水泥、沙子和纤维等制成，能够起到环保目的。目前，该公司正致力于在上海建成全球最大的3D打印建筑群。除此之外，2019年11月，中国中建股份技术中心和中建二局华南公司联合完成的一栋7.2米高的双层办公楼主体结构打印，标志着原位3D打印技术在建筑领域取得突破性进展。   ‍原位建筑3D打印 在中国医疗行业，大型医院已经从3D打印的器官模型中受益，外科医生可使用该模型来准备复杂的手术。此外，中国有许多医院已经在临床实践中使用3D打印植入物。2018 年，山东大学第二医院为一名10岁儿童进行了3D打印钛合金“下颌骨”植入手术，经复查确认没有并发症，手术宣告成功，这是国际上首例为快速发育期的低龄儿童进行下颌骨缺损3D修复重建手术。此外，北京大学第三医院、空军军医大学唐都医院、广东省骨科医院以及其他下层级别的医院，也已将3D打印的骨科植入物用于治疗复杂的骨科疾病。 4D打印乳房重建植入物 3D打印技术在中国航空领域的应用也已经非常广泛，技术相对比较成熟，在国际上也处于领先地位，不仅可以实现细微零部件的精细打印，还可以对大型承力关键构件进行整体一次性打印，而且在结构强度和轻量化方面颇具优势。3D打印技术已经在中国国产J-15战机、FC-31 战机、长征火箭等航空军事领域广泛采用。中国自主研发的国产大型客机C919的主风挡窗框和中央翼根肋等大型复杂结构件都采用了3D打印技术制造。 中国新一代军机普遍使用3D打印技术 END 鉴于3D打印的高采用率和政府参与度的提高，中国正进入一个黄金时期，逐渐会成为欧美强有力的竞争对手。根据中国工业信息研究院的预测，到2020年，中国3D打印产值有望达到76.8亿美元，占全球市场的三分之一。如果其增长率继续保持这种速度，中国将在不久的将来成为最大的3D打印市场。 当前中国3D打印行业发展的短板仍在于有限的应用，市场的推动仍然离不开政府的推动，将政策、研究、教育和商业化的关键要素放在一起，将使各行业加快使用3D打印的步伐。 往期上传：《中国制造业眼中的3D打印》 欢迎转发 联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738；网址：延伸阅读： 1.西门子端到端增材制造解决方案 2.如何判断与量化3D打印产品的增值效益 3.2019年度3D打印市场发展关键词：增长与活力 4.3D打印医疗植入物的应用现状及国内研究团体 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：中国3D打印的世界地位

在金属粉末床激光熔融技术（SLM）中，无支撑或减少支撑数量一直是工程师非常关注的问题。原因很明显：支撑的数量不仅会对后处理产生影响，还会增加建造时间和材料消耗。 此前，3D打印技术参考曾重点介绍EOS通过工艺控制实现大水平面无支撑制造的过程。本期，我们从设计的角度进行SLM无支撑制造的可能性与局限性分析。 ▌须再次明确支撑的三个作用 传导热量、抵抗残余应力、应对刮刀冲击作用 传热：由于粉末与固体材料相比导热性低，因此必须在悬垂区域调整能量输入。在具体的制造过程中，通常也会采用下表面优化的工艺参数来缓解传热问题。 来自materialise，研讨内容已上传QQ群 抵抗残余应力：金属粉末床熔融技术是典型的快速熔凝的过程，尤其是相对于EBM来说，会产生极大的残余应力。应力的产生是由于局部集中的能量输入引起的温度梯度以及上层凝固层与下层已冷却层之间的温度差，已降温的部分会对温度较高的部分的变形产生抑制，从而在材料内部产生应力。与其通过提高打印温度（会增加氧气吸收）或采用特殊的扫描策略（会对机械性能或生产效率造成影响）来解决残余应力，不如通过预变形或者在可能的情况下设计成不易变形的结构来解决。 来自materialise，研讨内容已上传QQ群 刮刀作用力：在铺粉期间，刮刀会在零件上产生作用力。如果零件没有与构建基板连接，零件有可能会被刮刀带走。根据零件几何形状的不同，刮刀产生的作用力或大或小。对于接近极限特征的零件，可以选择使用软刮刀，但只有硬刮刀才能保证恒定层厚。实际上，可以使用硬质刮刀进行打印的零件，也可以轻松地更换软刮刀。对于探索性实验，需进行更苛刻条件下的验证，因此实验采用的是硬质高速钢刮刀。 ▌无支撑结构的外层保护设计 研究人员对该解决方案的有效性进行了实验。通过设计一直径为50mm的平板以及直径50mm、高度也为50mm的倒置圆锥体，采用Amphyon进行模拟，可以清楚的看到圆锥的变形较小，它从一个点开始，在z方向上持续生长。XY方向的圆形也起到了自我稳定的作用。与倒置圆锥相比，平板在变形显著。 用Amphyon模拟z方向的变形，与圆锥相比平板的变形更为严重 减小刮刀作用力的典型解决方案是加支撑，它可以减少刮刀与零件作用产生的振动，增加打印过程的稳定性。如果进一步发展支撑的概念，则可以使用外壳来保护和稳定零件（外壳与椎体之间设置间隙）。 椎体与外壳之间设置0.2 mm的间隙，防止两者成为一体 实验锥体采用TC4于EOS M 290上打印，完成之后可以用手轻松取出。 左侧：打印的截面；右侧：打印完取下的椎体 这种设计的外壳体积远大于零件，因此，需要进一步优化以找到最好的设计。首先，不必将整个椎体全都包裹，只需在开始部分包裹一个特定区域，椎体与壳体之间的摩擦力应足以将其固定在适当的位置，即使对于高零件也是如此；另一个方案是进行零件堆叠，将前面的零件作为下一个零件的外壳。 ▌增强挑战，优化设计 研究人员进行了更高级别的挑战，采用西门子NX软件设计，椎体被堆叠数层，并用nTopology软件修饰成晶格结构，做成类似圣诞树的形状，并将其倒置。这种形状可形成自支撑，底部的“树干”可充当上层“树”的外壳。由晶格形成的外壳与椎体零件在xy方向上有0.1 mm的微小重叠，可确保良好连接。 在Magics中看到的设计详细细节 对设计结构进行仿真 堆满打印平台的新设计 将零件加载到打印机后，采用优化的参数进行打印，以确保可建造性和生产率。从结果可以看出，打印过程稳定，锥形零件成功打印。 分析讨论 从EOS的研究可以看出，外部辅助结构通过与实体零件的有限性晶格结构连接实现零件固定，这为工程师的支撑设计提供了一种思路。很明显，EOS正在通过结构设计与工艺调整相结合的方式实现SLM无支撑结构的制造，这与我们之前曾介绍的EOS对大水平面无支撑工艺探索相呼应，实际上，这两项研究是由同一个工程师所主导。 通过工艺调整实现极限斜面成型 关于支撑是否是SLM技术天花板的讨论，仁者见仁智者见智，但目前我们确实看到了VELO3D公司已经实现了较好的无支撑打印效果。除此之外，无论国内还是国外的传统SLM设备商，也正在陆续攻克此前的制造极限，这主要体现在对于倾斜角度的打印上。通过工艺的调整，在无支撑的情况下可以轻松实现15度斜面的打印等。未来，我们相信随着SLM技术在线监控和工艺实时调整技术的进步，无支撑打印，或许能够普及。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读：1. EOS大水平面无支撑工艺探索2. VELO3D如何实现SLM无支撑制造3. 粉末可回收性因素对金属增材制造的影响4. 考虑极限特征约束的增材制造设计方法

随着电子产品的快速发展，散热器设计变得越来越重要，它不仅具有调节电子设备温度的能力，还可防止计算机处理器发生过热。传统上，散热器使用铸造、焊接以及金属挤压等技术实现制造，产品只能在制造限制和设备性能之间做出折衷。基于此，美国第18届电子系统热力学学会组委会发起了基于增材制造新技术的学生散热器设计挑战赛，并获得GE赞助。本期，我们来看这次大赛有哪些优秀设计。 进入决赛的设计作品 组委会最终在全世界21只参赛团队中评选出五支进入决赛，他们分别是亚利桑那州立大学、普渡大学、马里兰大学、宾夕法尼亚州立大学以及都柏林三一学院。他们设计的新型3D打印金属散热器，可以有效的冷却电子设备。 亚利桑那州立大学团队的设计集中在增加散热器的表面积，以使来自电气组件的热空气能够在不影响其效率的情况下流动，而这在传统制造中普遍存在设计限制。他们使用工程类的概念来提出各种方法，以充分利用其新发现的设计自由度并最大程度地提高效率，最终采用一种在空气流动时更好混合和产生湍流的设计来增强传热，该产品在应用增材制造技术时获得的设计自由度是巨大的。 亚利桑那州立大学团队的设计作品 都柏林三一学院设计作品 普渡大学团队使用拓扑优化来在给定的散热器设计尺寸中找到最佳的材料分布。其3D打印散热器一侧为平缓倾斜的“L”形，另一侧为凸出的“d”形，这使得气流回流并再循环，从而在散热器上停留更多时间。该团队冷却技术研究中心的博士生Serdar Ozguc表示：“当今电子组件面临巨大的散热挑战，计算机和电话的尺寸越来越小，但消耗的电能越来越多。这些CPU产生的热量会影响性能，安全有效地散发才能保证产品的正常运行。拓扑优化的结果往往非常复杂而令人震惊，传统方法难以制造，而采用增材制造则可以轻松实现。” 普渡大学团队的设计作品 德克萨斯大学设计作品 点阵结构不仅重量轻，而且具有超大的比表面积，这对于促进热交换和化学反应具有很大优势。传统散热器的散热片多是各自分开的，通过钎焊组成一个整体，不同部件之间的结合增加了热阻，从而降低了热效率。3D打印除了实现结构的一体化制造外，独特的晶格结构显著增加了表面积，从而能够以更经济的方式实现更高的换热效率。事实上，这种效率增益可以在许多不同类型的热交换器应用中实现，这些具有大表面积的小特征结构在没有3D打印的情况下几乎是无法制造的。 宾夕法尼亚州立大学设计作品1 宾夕法尼亚州立大学设计作品2 粉末床激光熔融技术已经生产出具有传统CNC所无法实现的、范围更广的复杂几何形状，而基于该技术所制造的包括金属散热器、发动机气缸和机油泵壳在内的零件的制造成本和材料成本却很低。五支决赛队伍的设计最终采用GE Concept Laser M2打印，并且所有的设计均采用相同的尺寸以及铝合金材料，并在相同的条件下进行了测试。 俄亥俄州立大学设计作品 马里兰大学设计作品 据参赛人员介绍，最终进入决赛的五项设计都令人难以置信，并且每支队伍都有自己独特的设计风格和解决问题的方法，因此设计人员必须学习很多不同的想法以及如何更好地思考。竞争更多的是为问题提供创新解决方案，而不需要再考虑制造限制。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738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.考虑极限特征约束的增材制造设计方法 3.采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计 4.3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景

航天五院529厂，是我国卫星、飞船结构研制和生产的重要基地，自2014年开始引入3D打印技术以来，深入开展了3D打印基础研究，取得了一系列的研究成果。截至目前，该厂取得3D打印产品在轨应用的卫星型号已多达6个，它们分别是2018年发射的嫦娥四号中继星、高分十一号， 2019年9月发射的资源一号02D（五米光学卫星），12月发射的中巴地球资源04A星、天琴一号，以及近期由长征五号发射的实践二十号卫星。 中国东方红五号新一代大型卫星平台首飞成功 这些应用的实现，预示着该厂正在推动3D打印用于卫星制造的常态化，同时也将我国在该领域的研究推向了世界前沿。本期，3D打印技术参考对其中的关键应用进行介绍。 ▌铝合金3D打印拓扑优化产品在轨应用 2018年5月21日，嫦娥四号中继星“鹊桥”在西昌卫星发射中心成功发射。这是航天529厂首次实现3D打印产品的在轨应用，为嫦娥四号探测器在月球背面与地球的测控通信和数据传输发挥了作用。 2018年6月14日，中继星成功实施轨道捕获控制 动量轮支架传统上是由铝合金棒料机械加工而成的整体式薄壁零件，该结构形式的支架减重设计是在侧壁上开形状规则的减重孔及减小壁厚，壁厚太薄及减重孔太多时，支架加工过程容易发生变形，最终成形精度难以保证。 斜装动量轮支架优化前模型与拓扑优化基础模型（来源：altair） 针对该问题，北京航天东方红卫星有限公司开展了面向增材制造的斜装动量轮支架轻量化设计。工程师首先确认了动量轮支架的设计空间、非设计空间、施加载荷及约束，然后进行了拓扑优化和重构，最终由529厂采用铝合金3D打印生产和制造。 动量轮支架打印成品及在中继星上的装配图（来源：altair） 按照卫星产品的研制规范，3D打印的铝合金动量轮支架接受了上星验证、力学验证、飞行验证等各项航天级环境试验，成功随嫦娥四号中继卫星飞行并执行既定任务。 在此之后的2018年7月，高分十一号卫星由长征四号乙运载火箭发射成功，该卫星同样搭载有3D打印的产品，将为“一带一路”等国家重大计划的实施提供信息保障。 ▌铝合金点阵结构，钛合金激光送粉、铺粉3D打印产品在轨应用 2019年12月20日，长征四号乙运载火箭在太原卫星发射中心，成功执行“一箭九星”任务，其中中巴地球资源04A卫星搭载粉末床激光熔融技术制造的拓扑优化蒙皮+点阵结构，“天琴一号”技术试验卫星搭载分别由粉末床激光熔融技术和激光同步送粉技术制造的钛合金结构板框架。 中巴地球资源04A卫星（来源：中国航天科技集团） 2019年12月27日，长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场将实践二十号卫星顺利送入预定轨道。该卫星将对我国自主研发的新一代大型地球同步轨道卫星平台—东方红五号卫星公用平台进行全面在轨验证，对提升新技术成熟度、促进新技术应用、进一步推动我国航天技术发展具有重要意义。实践二十号卫星搭载的是采用粉末床激光熔融技术制造的铝合金小型拓扑优化支架。 实践二十（来源：中国航天科技集团） 与传统铸造构型相比，带有3D打印蒙皮三维点阵的新型结构具有高刚强度，重量更轻，基频更高，研制周期更短，3D打印技术的优势得到充分发挥。 3D打印的钛合金主承力框架和短承力框架，组织致密，内部晶粒细小，力学性能达到锻件标准。 ▌困难与挑战 2019年两次发射任务所携带的3D打印产品，从铝合金蒙皮点阵轻量化结构到激光送粉与铺粉制造的钛合金框架，均系首次在轨应用，同时验证了特定材料下的轻量化结构与不同工艺制造的钛合金的可靠性。这是继去年嫦娥四号中继星后，航天529厂取得的又一3D打印重大型号应用。 3D打印的星敏支架（示意）（来源：通信卫星事业部机械工程研究室团支部） 在此次面向3D打印产品的设计与制造过程中，工程师面临拓扑优化的产品刚性弱与成型困难以及性能要求高的问题。面对诸多困难，公司迎难而上，进行了深入分析和攻关，充分发挥了多年的宇航研制技术基础，在完备的科研体系支撑下，最终3D打印产品的各项技术指标均满足设计要求，并获得了上星许可。 此外，2019年9月发射的资源一号02D也采用了3D打印制造的拓扑优化斜装动量轮支架和直装动量轮支架。 ▌航天领域3D打印应用的常态化 多年来，529厂先后依托总装3D打印技术应用推广项目、装发先进制造课题、科技部重点研发计划、载人航天第三批/四批预研课题等，开展了大量3D打印技术的预先研究，并将课题成果成功转化应用于型号产品研制，在多种金属3D打印技术以及基于FDM的空间3D打印技术方面取得重要突破。材料涵盖高强铝合金、钛合金、高温合金、不锈钢、铝基碳化硅复合材料、连续纤维增强复合材料等多种高性能材料，型号应用领域不断扩大。 中国通信卫星发展历程（来源：通信卫星事业部机械工程研究室团支部） 到目前为止，529厂已在载人航天、深空探测、遥感、通信等多个领域的初样、正样产品研制中得到广泛应用，涉及型号近20个，各状态交付产品500余件。 在2020年将要发射的多个航天器将继续搭载3D打印的产品。未来，我们相信，3D打印产品的在轨应用将常态化。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.从嫦娥四号登月，看航天529厂如何实现3D打印在轨应用 2.3D打印用于卫星制造：为任务量身定制 3.3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 4.连续纤维增材制造技术或将颠覆航空复合材料结构生产模式

在上期的《2019年3D打印材料市场演变—聚合物篇》中，我们介绍了从高性能热塑性塑料、复合材料到具有特殊性能的专业材料等聚合物材料的发展概况和发展机遇，材料种类的多样化正在为新兴公司和现有材料供应商带来高额回报。材料是增材制造产业链中的关键一环，本期，我们将继续介绍陶瓷和金属3D打印材料市场的演变特点。 陶瓷材料 3D打印陶瓷市场目前还没有聚合物市场那么大，但发展速度令人意外。根据SmarTech Analysis的报告，2020年陶瓷3D打印市场将超过2000万美元，到2029年将超过4.5亿美元。该报告还强调了一个事实，由工业陶瓷或传统陶瓷材料所制造的最终用途零件，其增值效益将有望在中长期内推动用户对硬件和材料的需求。 特别是对于工业陶瓷或高性能陶瓷，此类材料具有先进的机械性能，如极高的强度质量比、耐高温和耐化学性，它们已经用于从航空航天到电子技术的多个高级制造领域，来自这些领域的企业也是3D打印技术的首批采用者。 2018年，以陶瓷和金属纳米粒子喷射（NPJ）技术著称的Xjet公司开发出氧化铝陶瓷，与氧化锆相比，氧化铝具有较高的硬度和强度，但耐磨性较低，在烧制前后易于加工和精炼。 Xjet3D打印的金属-陶瓷一体结构 尽管陶瓷3D打印落后于聚合物和金属3D打印，但陶瓷3D打印技术和相关材料在未来五到十年内具有巨大的发展潜力。 金属材料 金属3D打印材料市场充满增长潜力，据Wohlers Report 2019报告，2018年全球金属3D打印材料市场增长41.9％，达到2.6亿美元，连续五年增长率超过40％。采用金属3D打印的用户数量的稳步增长，推动了对材料多样性和更高材料质量的需求。 ▌金属粉末产量正在上升 近年来，金属3D打印工艺如选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）、粘结剂喷射和粉末直接能量沉积（DED）等技术，均呈现全面强劲增长趋势，越来越多的材料供应商开始加入该行业，而那些已经加入的材料商正在努力提高生产能力。 2018年的一个重要趋势是许多供应链间的合作和收购，材料供应商的生产能力也在提高，这使得市场上各种合金材料的储量实现增长。市场供应量的提高对材料价值链产生了积极影响，使得规模经济增加，成本降低，并向3D打印应用领域的临界质量迈进。 2009-2018全球金属3D打印材料市值变化（百万） HöganäsAB是世界领先的金属粉末制造商之一，其在德国新建立的雾化工厂专门生产3D打印高纯度镍基、钴基、铁基等金属粉末并销往全球。国内河北敬业集团是传统的钢材生产商，其于2015年开始生产金属3D打印粉末产品，并在2017年实现两公斤粉末卖出一吨钢价格的创举。瑞典先进材料开发商和生产商山特维克开设的钛合金粉末工厂则支持了钛材料3D打印的增长趋势。 目前，无论初创企业还是传统的材料供应商几乎全都受益于金属3D打印快速增长，并得到丰厚回报。 ▌金属材料生产商努力占据增材制造全价值链 除了增加金属粉末产量，许多生产金属3D打印材料的公司还通过战略收购和业务重组来扩大在3D打印价值链中的作用。 今年年初，英国航空航天和汽车公司GKN旗下子公司GKN Additive宣布了一个新的子品牌GKN Additive Materials，该子品牌是与母公司金属粉末制造商GKN Hoeganaes合并而成。这使GKN Additive也拥有了一个子品牌GKN Additive Components，这样一来，该公司就能够整合增材制造工艺和材料，强化增材制造应用，使其成为一个完整的由粉末到零件解决方案的全产业链供应商。 GKN加速从材料到零件的整个过程链的工业化 为了进一步巩固其在增材制造市场中的地位，GKN在10月份还收购了美国3D打印服务提供商Forecast 3D，虽然后者专门从事聚合物3D打印，但此举使GKN拓宽了增材制造的应用范围和领域。通过此次收购，总部位于英国的GKN可以在整个美国市场占有更大的份额，并将开拓全新的业务领域。 除此之外，瑞典山特维克在今年8月出人意料地收购了意大利金属3D打印服务商Beam IT 30％的股份。据该公司称，此举符合其战略目标，即扩大在更广泛的制造业中的存在，该公司希望通过投资增材制造来实现这一目标。 ▌用于增材制造的新型金属材料 所有这些活动都表明金属增材制造行业的快速发展态势，其增长的最终指标是持续的材料开发。众所周知，金属粉末很难开发，认证更是困难，但是也一直在取得进步。 H.C. JX日本矿业金属公司推出了一系列雾化钽、铌3D打印粉末。凭借高熔点、高耐腐蚀性以及高导热性和导电性，这些材料可用于化学加工、能源和其他高温环境行业。雾化的钽、铌粉末具有出色的流动性和高振实密度，“完美”的球形和狭窄的粒度分布，这些都是粉末床熔融工艺所用材料的关键特性。 H.C. JX推出钽、铌3D打印粉末 英国材料商OxMet Technologies开发的专为3D打印工艺设计的耐高温、高强度镍基合金，在900°C的高温下仍具有很高的强度。而目前可用于3D打印的镍基合金（IN 718）在650°C以上会变得不稳定，在涡轮机械组件的使用中存在风险，因此新材料的开发体现出显著的性能改进。 国内，由苏州倍丰吴鑫华研究团队开发的Al250C材料则将目前可用于3D打印的铝合金材料达到了最高水平，其拉伸强度超过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。这一成就使该材料成为市售最强的铝AM粉末之一。 Al250C拉伸强度与其它铝合金对比 为了推进持续使用资源的循环经济理念，微波等离子技术专家6K采用机加工铣削、车削和其他再生原料生产优质的3D打印金属粉末。将来，6K还计划采用金属打印的支撑结构和废品制造粉末，从而真正实现材料的零浪费。这为增材制造用户提供了一种新方式来管理项目成本和控制供应链，同时还提高了金属增材制造的可持续性。 ▌材料：增材制造产业链的关键一环 材料在使3D打印成为真正的生产技术中起着关键作用。根据捷普最近的一项调查，41%的受访用户认为，引入更好的材料将对鼓励大规模采用3D打印进行生产产生最大的影响。 当前，增材制造产业链的上游企业正在积极响应这种需求，一系列的高级聚合物和特种金属不断面世。如今，材料供应商能够更清楚的识别、优化、制造和回收3D打印材料。同时，我们也看到更多的参与者进入了材料开发的新领域，无论是复合材料、硅树脂还是陶瓷。 虽然，高昂的材料成本仍然是限制3D打印应用的的关键瓶颈之一，但随着需求的增加，材料价格将会不断下降，从量变到质变还需要时间。最终，在大公司和新兴公司的推动下，3D打印材料行业将继续蓬勃发展，而这种上升趋势将在未来几年继续影响整个3D打印行业。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.3D打印金属材料全球发展态势及国内细分领域应用现状 2.国内空天动力部门对3D打印材料发展的有哪些期待 3.激光成型高温难熔金属材料的种类及应用 4.金瓷结合：Xjet将实现多材料一体打印

2019年3月，全球复合材料领域顶级展会JEC组委会将2019年度增材制造（3D打印）创新大奖授予美国连续复合材料公司、空军研究实验室、洛克希德●马丁公司团队，以表彰其在连续纤维3D打印技术开发方面的创新成果。连续复合材料公司是连续纤维增强3D打印技术的先驱，2012年获得了全球最早的工艺专利。自美国于2014年推出首台连续纤维3D打印机以来，该技术正在快速发展并在航空领域取得应用。随着技术的逐渐成熟和大规模推广应用，该技术或将颠覆现有复合材料无人机、低成本复合材料航空结构的生产模式。 连续纤维3D打印技术的优势 连续纤维3D打印技术综合利用工业机器人、3D打印末端执行器、原位检测、智能监测与机器学习等技术，快速输送、沉积连续纤维增强体，以及基体树脂并原位浸渍、固化，与传统的自动铺丝成形以及熔融沉积成形等工艺相比，自动化程度和柔性更高，对于典型的碳纤维／聚醚醚酮零件，研发周期可缩短至原来的1/30，生产速度可提高100倍。连续纤维3D打印机可以由多机器人组成柔性单元，机器人上还可添加多个3D打印末端执行器，同时打印头可支持碳纤维、凯夫拉、玻璃纤维甚至光纤和金属丝等材料，使该技术既可以用于大批量生产复合材料零件，也可以一次性打印高度复杂的几何形状或者需要极其精密制造的关键零件。 连续纤维3D打印技术的发展方向 当前，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，主要应用方向和发展情况如下。 低成本复合材料结构的大批量生产 美国阿瑞沃公司开发了可将热塑性预浸丝束打印成零件的直接能量沉积（DED）工艺，空客资本公司参与了对该公司的投资。DED工作单元由工业机器人、激光加热打印头和旋转构建平台组成，与传统3D打印相比，能够将生产速度提高100倍。除无人机机身、机翼等航空零件外，阿瑞沃公司还生产与无人机框架结构类似的自行车车架，连续纤维3D打印技术使其开发周期从18个月缩短到了18天。该公司于2019年2月投入使用的新工厂拥有8个机器人工作单元，可完成包括打印本身、后处理（例如钻孔）以及用于喷涂的预打磨，每天共可生产8个大型零件。该公司正在测试每台机器人运行多个打印头以及每个工作单元运行多个机器人，以将生产速度再提高3倍。为了在整个提速过程中保持质量和可重复性，该公司采用了原位检测和机器学习技术，为打印头配装多个传感器（测量高度、压力、变形等），系统软件使用这些传感器数据，根据需要实时调整工艺参数。这样，当工作单元需要更快运行时，就可以确保沉积速率、加热、固化和其他参数得到最优匹配。 arevo 3D打印技术 美国轨道复合材料公司开发了由并联机器人、模块化同轴挤出末端执行器组成的高度定制化的3D打印设备，挤出喷嘴通过其中心孔供给基体材料，通过周围的环形喷嘴供给纤维，并联机器人通过多台协作加快生产速度，可比传统3D打印快100倍。该技术的特点是可适应几乎任何复合材料：3-48K丝束的干燥和黏合纤维；包括热固性／热塑性塑料和碳化硅在内的塑料、陶瓷或金属基体；并且能够结合铜或铝线、纳米材料、导电油墨或其他有助于实现多功能结构的材料。这使其特别适合无人机类应用，投资一种设备即可应用于所有结构和功能组件。 美国轨道复合材料公司的3D打印产品 ‍ 意大利莫伊复合材料公司开发的连续纤维制造工艺，旨在解决使用热固性树脂进行3D打印的挑战，并已成功用环氧树脂、丙烯酸和乙烯基酯打印连续玻璃纤维增强复合材料。除了适用于碳纤维应用的固化机制外，该工艺还可使用紫外线固化方式，所需固化时间小于1s。目前，该技术已开始用于航空结构件制造。 莫伊复合材料公司3D打印工艺 复杂或精密结构的快速研制和小批量生产 美国南卡罗来纳大学McNair航空航天创新与研究中心的研究团队开发了一种熔融长丝制造（FFF）工艺，FFF系统使用配备有连续纤维沉积末端执行器的工业机器人平台，可提供7个自由度。该技术非常适合三类应用：一是模具或芯轴成本相对过高的小批量航空结构制造，如仅需一个特定高强度组件的无人机或小型航空器；二是利用其他制造方法无法产生所需强度质量比和刚度质量比的高度复杂的结构，如加强网格；三是套印，这是一种在打印过程中插入组件并由此完全嵌入打印零件中的技术，可以实现零件整合，如在打印零件中嵌入射频识别芯片或电子传感器。传统采用自动丝束铺放的航空结构集成度很低，而该技术的亮点在于，如果使用热塑性塑料制造复合材料结构，每次就是通过套印重新熔化以增加新组件，消除铆钉、紧固件和黏结剂可显著改善这些结构。 McNair 3D打印技术旨在生产高度复杂且独特的结构 McNair 3D打印的复杂零件 荷兰CEAD集团于2018年11月推出其“优质”（Prime）大型连续纤维增材制造3D打印机，其尺寸为2m×4m×1.5m，是欧洲最大的3D打印机。制造过程中，打印机首先使用所需的热塑性树脂预浸渍连续玻璃纤维或碳纤维，然后打印头将连续纤维与熔化的热塑性树脂颗粒结合，其中还可包括一定百分比的短切纤维，特别有利于小批量生产大型复杂产品。它还具有智能加热/冷却系统，可通过热感摄像头监测工艺，并根据需要实时进行调整。 CEAD集团3D打印高压灭菌模具 俄罗斯初创企业阿尼索打印公司开发了基于复合纤维共挤出工艺的3D打印机，也是将增强长丝送入打印机之前对其进行预浸渍处理，不过长丝是采用特殊配方的热固性树脂预浸渍，而基体树脂通常是热塑性塑料，据称这是因为热固性聚合物比热塑性塑料更容易润湿单根单丝，能够提供更好的附着力，从而提升固化零件质量。 将速度与精度相结合的复杂结构大批量生产 美国马克锻造公司开发的连续纤维系统使用两个打印头，一个用于基体树脂，另一个用于热塑性树脂预浸丝束。技术改进的重点是可靠性和可重复性。公司致力于实现工艺的完全闭环，并正为此开发一系列功能，如完全集成的材料跟踪和全面的自动报告功能。该系统的一个重要应用是打印工装夹具及组件，与机加铝制组件相比，3D打印的热塑性产品同样坚固但更轻，不会像金属组件那样破坏零件，而且在同一天内就可以准备好，这可促进航空复合材料制造模具的发展。 双机器人连续纤维3D打印机 美国Continuous Composites公司获得创新大奖的连续纤维打印（CF3D）工艺，使用快速固化热固性树脂（工艺也适用于热塑性塑料），将增强纤维浸渍在打印头内，并在材料沉积后立即固化复合材料。热固性材料使该工艺能够在自由空间中执行高速打印，纤维体积含量可达到50%～60%。获奖项目中的重要进展包括更加自动化的工具路径生成手段；自动化的工具更换，从而可在同一部件上实现高分辨率单通道打印和高沉积率多通道打印；提高机器人准确性和精度等。该公司预计未来此技术将用于按需打印整个飞行器结构——无论是10件还是1万件。 连续纤维3D打印将多个结构作为单个组件进行打印，图为带有嵌入式角撑板的飞机翼梁。使用Continuous Composite的3D工艺进行打印，随后通过手工沉积碳纤维复合材料进行蒙皮 瑞士9T实验室基于连续点阵制作工艺开发了“碳套件”（CarbonKit）系统，系统使用工业级廉价材料拉挤出复合材料棒，棒通过牵引单元进入可调节热量的挤出头，系统可以与一系列热塑性基体体系配合使用，纤维体积含量可达50%以上。该系统的另一个重要特征是能缩放挤出不同的横截面积，因此可以适应具有小丝束的高分辨率应用，以及具有大丝束的大幅面增材制造，如加筋壁板。一个已开展的项目证实，每年可生产约30000个零件。 9TLabs 3D打印的微型无人机框架 启示建议 当前，连续纤维3D打印技术还存在两个主要问题：一是纤维含量低，且打印层之间的分层可能性高；二是缺乏标准化的连续工具路径生成商业软件。未来，随着这些问题的解决，该技术依托灵活开放、高速高效、低成本且生产完全自动化等优势，必将会与传统复合材料制造技术产生竞争。可以预见，随着该技术的成熟和大规模推广应用，将进一步促进航空制造业探索以3D打印方式批量生产无人机、复杂航空结构以及制造工装，开启航空复合材料发展的新浪潮。 面对国外技术飞速发展的势头，我国应加强情报跟踪研判，联合原材料、机器人、末端执行器、3D打印软件、传感器、机器学习、数控系统优势企业，尽早开发和演示验证若干系列自主可控的工艺和装备，形成规模化的制造工艺和装备产业，支撑我国制造业提高生产效率和质量，以迎接未来航空复合材料结构设计制造面临的高速、低成本竞争，并满足未来以无人机为代表的航空装备低成本大批量按需制造的需求。 欢迎转发 联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.利用高性能复合材料和金属3D打印解决更多制造挑战 2.碳纤维3D打印：短纤填充与连续增强的区别与性能差异 3.几种碳纤维3D打印技术 4.盘点3D打印高性能光固化树脂

当前，增材制造正在急剧地改变产品制造的方式，对传统工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，催生大量新产业、新业态、新模式。面对已经到来的2020年，Materialise和惠普分别对增材制造产业的发展作出了预测和趋势分析，中国增材制造产业联盟秘书处对其进行解读，汇集于此，供读者研讨。 首先，Materialise以30年增材制造经验为基础分享了2020年增材制造趋势:可持续性、规模化和不确定性。 一是使增材制造更其可持续性。跨国公司的影响力越来越大。但随之而来的是更大的责任。增材制造行业也同样需要考虑技术对社会和环境造成的影响。这意味着，当我们开发新产品和技术来为客户创造有价值应用时，可持续性成为首要的考虑因素。从社会和环境的角度来看，增材制造已经为企业提供了一种更加可持续的生产方式。展望未来，面临的问题不是“3D打印是不是一种更具可持续性的制造技术”，而是“我们如何才能使增材制造更具可持续性”。 二是不确定性带来的机会。面对经济形势的不确定性，制造企业，尤其是那些对需求波动更为敏感的行业，将更专注于降低成本和规避风险。当前，增材制造不再仅仅是原型制造，已成为制造终端产品的补充性技术，多企业通过增材制造获得优势。此外，增材制造并不依赖规模效应，只需很少的启动资金。按需生产意味着对库存的需求降低，而本地化生产可以减少关税波动带来的影响。因此，未来更多制造企业将把增材制造作为降低成本和规避风险的工具。 三是为人工智能在增材制造中的应用打下墓础。随着增材制造被广泛应用，更多传感器被用来监测制造流程，Materialise正在收集比以往更多的数据。未来，需要让数据帮助决策。人工智能是一种功能极其强大的工具，可用于处理大量数据并从中获得帮助决策的深入见解。如今，已有人工智能推进增材制造的案例。但是，真正释放人工智能在增材制造中的全部潜力，需要更好地理解定义增材制造流程的诸多参数和算法，需要在研究、创新和跨行业合作上持续投入。 四是全新的创新氛围。增材制造设备、软件和材料的进步正在创造绝佳的机遇。近年来，增材制造在许多方面取得进步:更快的打印设备、更多新材料和更多后处理选择。汇集起这些进步，形成了令人振奋的创新氛围。这些进步不仅让我们可以通过改进生产流程来增强现有的应用，而且还将激发以前无法想象或实现的全新应用开发。 五是投资自动化后处理。随着企业扩大增材制造的规模，将越来越依赖自动化。但扩张的潜力受到后处理的限制，尤其是在当前后处理主要依靠人工操作的情况下。通过简单地增加人员来扩大规模会导致成本和不确定性增加，并且不能保证可靠性。如果要扩大生产规模，唯一的办法就是自动化后处理。工业4.0以及它带来的更强大的自动化能力，正在创造全新的方式来自动化后处理流程。这需要时间、精力和更多的投资，并且只有在增材制造规模扩大后，这些投资才能获得回报。但这个回报是确信的，因此从当下就开始对自动化后处理进行投资至关重要。 上周，惠普发布增材制造对于工业4. 0的推动性影响分析，包括对更可持续生产的需求、自动化将如何改变工厂，以及数据和软件的崛起将支撑数字化制造。 一是自动化装配将在工厂蓬勃发展。包括3D打印金属和塑料零件组合装配在内的无缝集成多零件自动化装配将到来。随着自动化程度提高，行业中存在着一种更加自动化的装配方式可能性，即可以同时在金属和塑料材质方面制造零部件。例如将金属部件直接3D打印到塑料零件中，制造耐磨并收集电能的零件，甚至将导体或电机制造到塑料零件中，或许可以使汽车行业受益。 二是数字信息编码转换成3D打印纹理。使用增材制造技术将数字信息编码到表面纹理中，从而提供比序列号更丰富的数据有效负载。例如3D打印数百个隐藏的识别号散布在零件表面，数据信息既隐藏又普遍可见，人和机器根据表面纹理读取具体信息。跟踪零件打印和数据处理的能力变得越来越重要，增材制造监控手段也将成为未来热点。 三是可持续生产将成为企业当务之急。传统制造工艺对环境的影响可能是巨大的，因为将近三分之一的碳排放与商品的生产和分配有关。增材制造大大减少制造业产生的废物、库存和CO2排放。工程师和设计师将重新思考产品整个生命周期中的设计，以通过组合零件并使用复杂形状的轻质零件，减少材料消耗和浪费。这进一步减轻汽车和飞机重量、提高然油效率，从而减少温室气体排放和能源消耗。并且随着越来越多的制造商将数字文件传输到本地生产，减少了货物运输，从而降低成本、能耗、浪费和排放。 四是增材制造人才和教育需求增长。一种趋势是彻底的思维转变，为工业4.0做准备。大学和培训计划将越来越多地建立一套新思维过程，将促使学生超越思维的局限，迎接未来的制造。随着教育工作者利用新的软件设计工具以及采用增材制造等创新课程并建立新的增材制造学位课程，学生将更有能力利用增材制造技术，抓住行业在未来10年内将创造数百万个就业的机会。 五是大规模定制推动鞋类、眼镜和牙科领域发展。个性化定制消费将推动数字制造业增长。鉴于增材制造技术带来的定制功能具有很多价值，在鞋类有着巨大应用空问，据SmartTech称，鞋类3D打印或许将在未来10年内增加到63亿美元总收入。随着眼镜行业迅速采用增材制造技术，也正出现与此增长机会相吻合的发展态势。 六是增材制造将为车辆电动化转型提供动力。电动汽车的普及，致使汽车制造商将继续释放金属和塑料增材制造技术赋能动态供应链的价值，以加快其设计和开发速度，实现宏伟的目标。增材制造技术使得汽车制造商能够生产传统工艺无法制造的汽车零件，从而将电动汽车甚至自动驾驶汽车的设计与制造能力推向新水平。 七是增材制造将推动优化新的供应链效率。大约25%的零件成本在仓储环节中。节约库存和仓储成本，是追求零部件通过增材制造来实现的重要推动力。减少材料浪费，减少废旧零件，降低物流带来的碳排放，增材制造从供应链角度为可持续发展带来新的空间。 八是软件将把数字制造边界进一步扩展。2020年，增材制造硬件功能与软件生态系统之间的差距将进一步缩小。软件和数据管理的进步将推动系统管理和零件质量的改善，从而达到更好的制造效果。行业内的企业正在创建API挂钩，为用户和合作伙伴构建一个灵活的生态系统，制造商将能够利用个性化的生物识别数据进行大规模定制，释放新价值，包括通过供应链进行零件的可追溯性，虚拟库存和备件管理，并实现更接近最终客户的分布式制造。 END 以上便是来自全球知名企业对新一年增材制造产业的预测，无论从哪个角度来说，都将对我们带来很大的启发。中国增材制造产业联盟对其解读更加通俗易懂，方便我们深入思考。新的一年，祝愿同行们能够获得更好的发展！ 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.2019年10大3D打印技术、材料和应用突破 2.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（聚合物篇） 3.9大领域187项全球工程前沿，3D打印覆盖7领域18项工程 4.2019年度3D打印市场发展关键词：增长与活力 ---广告---

2019年，3D打印技术的革新继续获得突破，从打印速度提升到打印材料扩展，从应用深入到生产流程的全自动化，新突破和新技术引领2019年度3D打印行业的发展。本期，3D打印技术参考例数本年度本行业的技术突破和应用。 1. 轴向光刻技术 如果传统上提到的3D打印还只是二维打印的纵向叠加，那轴向光刻则能称得上是真正的三维成型。1月31日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）与加州大学伯克利分校的研究人员于《Science》发表最新成果，其采用多激光在轴向旋转过程中实现不同角度同时曝光，使材料能够从模型的“内核”逐渐向外部固化，实现了真正的立体打印。 轴向光刻体积打印 轴向光刻技术比现有的聚合物3D打印技术快很多倍，通常只需几分钟就可以完成打印，生产的零件具有良好的表面粗糙度，并且可以做到更大的尺寸。此外，轴向光刻技术所打印的零件受周围液体浮力的支撑，首次实现真正无支撑3D打印。未固化的光敏材料也几乎零浪费，100%可重复利用。 2. 3D打印会生长的骨、会呼吸的肺，会跳动的心脏 2019年，生物和医学3D打印取得重要突破。4月15日，以色列特拉维夫大学在Advanced Science上刊文，宣布成功用人体细胞制造出世界上首颗3D打印心脏。这颗人工心脏大约两厘米长，不仅有心脏细胞，还有血管和其他支撑结构，甚至能像真实的心脏一样跳动。最关键的是，这颗心脏的“打印原料”和“粘合胶水”，均来自患者本人体细胞，不会在进行器官移植时产生任何排异反应。这项研究为器官移植带来新的可能。 心脏3D打印过程 4月18日，西北工业大学汪焰恩教授团队3D打印活性仿生骨技术取得突破性进展，团队研制的3D打印活性仿生骨可以做到与自然骨的成份、结构、力学性能达到高度一致，可在生物体内“发育”，甚至使自体细胞在人造骨中生长，最终，人造骨与自然骨很好地生长在一起。 3D打印的活性仿生骨 5月3日，《Science》最新一期封面文章带来了美国莱斯大学与华盛顿大学的研究团队的一项里程碑式发明，他们采用立体光刻3D打印技术制造了肺部错综交缠的血管网络以及用于运输空气、淋巴液等物质的管道。这枚3D打印的肺具有完整的血管结构，能够朝周围的血管输送氧气，完成“呼吸”过程。 3D打印的可呼吸肺泡组织 8月2日，美国卡内基梅隆大学Feinberg教授团队提出了一种利用悬浮水凝胶自由可逆嵌入(FRESH)来对胶原蛋白进行3D生物打印，这种方法能够从毛细血管到整个器官的不同尺度上直接获得具有精确控制组成和微观结构的人体心脏组织成分。相关论文以“3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart”为题，发表在《Science》上。 用人类心肌细胞打印的心室显示同步收缩‍ 从这四项重要进展可以看出，3D打印对于医疗的贡献是巨大的。在未来10年，人们有可能会采用自身的组织细胞制造出活性的组织和器官，这无疑能够最大程度解决移植器官的供体短缺问题。 3. 新型大尺寸、高速、光固化技术，突破Carbon打印速度最高纪录 2019年10月18日，《Science》发表美国西北大学关于一种大尺寸、高速、光固化（DLP）3D打印机的最新成果，其改进的重点与Carbon的CLIP技术类似，即通过树脂槽的改进（创建隔离层）防止打印过程中零件与树脂槽的黏连，从而可连续性实现快速打印；同时，该方法还可消除固化过程中产生的热量，最终突破了Carbon CLIP技术打印速度的最高纪录。 HARP快速打印过程 得益于良好的散热技术，HARP技术打印的零件不会出现破裂和变形，可打印高强度、弹性以及陶瓷零件。这些连续打印的零件机械性能很好，可用于汽车、飞机、牙科、矫形器、时尚等领域。HARP原型机尺寸为610*380*3960mm，每小时连续垂直打印高度超过430mm，固化树脂100升，具有3D打印创纪录的吞吐量。HARP技术有望在未来18个月内进行商业化应用。 4. 高强铝合金材料屡获突破 本年度，国际范围内有多个牌号的高强铝合金获得上市和应用。 3月，中国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，目前已被航空航天用户采购应用。 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。同月，英国铸造专家Aeromet International宣布，其获得专利的铝合金A20X已超过500 MPa的极限拉伸强度，这一成就将这种材料确立为“市售最强的铝增材制造粉末之一”。A20X是一种铝铜合金材料，已经被领先的航空铸造供应商的全球网络所采用。 当前高强铝合金的性能对比（具体成分数据上传至QQ群） 10月，美国休斯研究实验室（HRL）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，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。 据SmarTech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。 5. 哈佛大学开发多材料多喷嘴，高频无缝切换3D打印系统 11月13日，哈佛大学工程与应用科学学院研究团队在国际顶级期刊《Nature》在线发表研究文章，涉及一种新型的多材料全彩3D打印系统，为3D打印功能材料制造提供了一种新的途径。 研究团队采用该技术开发的16脚软硬质弹性体功能机器人 该团队设计的多材料多喷嘴3D打印系统通过使用高速压力阀控制并行排列的多达128个喷嘴，能够在极短时间内实现八种不同材料无缝高频切换，实现对材料组成、几何形状和结构性质的体素级别控制，从而大大拓宽了可以设计和制造复杂图案的体素化材料的范围，推动了增材制造可达到的速度和材料界限。这一突破不仅仅是实践应用的进步，更具备改变设计、制造功能器件的潜力。 6. eos金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功 自2017年5月以来，EOS联合戴姆勒汽车、Premium Aerotec（飞机零配件制造商）发起名为“NextGenAM”的新一代增材制造试验性生产线项目，旨在探索金属3D打印在批量生产中的自动化潜力。今年5月，该项目成功完成，11月，该项目成果在法兰克福3D打印展会期间面世。 金属打印无人干预、全自动化的生产流程 “NextGenAM”致力于无人干预、全自动化的生产流程，所有机器网络化，全部由中央自动控制站发出命令并控制，集成质量管理的连续3D数据链使该生产系统成为未来工业4.0基准的首批案例之一。自动化的生产线可被轻松复制，以扩大工厂的产能。该项目的成功证明，金属3D打印完全可以自动化的实现经济、高效的批量生产，同时也证明了数字化制造的可行性。 7. 激光烧结技术开启光源性改变 传统上，激光烧结技术一直使用CO2激光器作为能量来源，即EOS于去年推出基于近百万个二极管激光器阵列的LaserProFusion技术之后，SLS技术的光源开始发生多样性改变。 3月，中国华曙高科推出高分子光纤激光烧结技术，在效率、产能、打印细节品质方面刷新现有同类技术的记录，把SLS工艺带到了新的发展阶段。 SLS光源改变，打破常规 11月，EOS再次革新SLS技术—第一次将CO激光器用于工业级粉末床3D打印。相比于CO2激光器，CO激光具有前者一半的输出波长，更高的材料吸收率和更小的聚焦光斑，从而可以更高的粉层厚度和更低的功率进行更高细节表现力的加工。 SLS技术光源形式的改变，均在于提升生产效率和降低生产成本，对丰富技术多样性和促进3D打印应用大有裨益。 8. 飞秒投影双光子光刻，将3D打印提速1000倍 基于双光子光刻(TPL)的亚微米增材制造技术有望实现量产制备具有纳米尺度的复杂三维结构。然而，对于工业应用而言，TPL的连续逐点扫描速度太慢。同时使用多个单光电无法达到亚微米分辨率，或者无法模拟复杂的结构。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和香港中文大学合作提出一种通过超快激光打印亚微米结构的技术，通过投影2D聚焦平面构筑3D模型。这种方法在不牺牲分辨率的情况下将传统方法的产率提高了三个数量级，能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构。 制备纳米尺度复杂三维结构 该技术的打印量、分辨率和模式灵活性使其成为一项有吸引力的技术，可实现微纳米结构的批量制造，可用于机械和光学超材料，微光学、生物支架，电化学接口和柔性电子器件多种领域，是一项具有实用性的革新技术。相关研究成果刊发在《Science》上。 9. 中国国产大尺寸SLM设备爆发 此前，基于SLM的大尺寸金属打印机几乎全部为欧美公司所垄断，如SLM Solutions (SLM800)、concept laser (X line…

12月27日20时45分，我国首型运载能力最大、无毒无污染液体火箭——长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空，2000多秒后将实践二十号卫星送入预定轨道，发射飞行试验取得圆满成功。此次发射飞行试验主要考核长征五号火箭总体方案、各分系统方案的正确性、协调性，对后续航天任务的相关关键技术进行验证。 长征五号采用5米直径芯级，捆绑4枚3.35米直径助推器，全长约57米，起飞重量约870吨，起飞推力超过1078吨，拥有近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力。 陈肖/摄 2019年3月，中国航天科技集团有限公司一院211厂完成首批长征五号系列运载火箭芯级捆绑支座的批生产。长五系列芯级捆绑支座是我国首个采用全3D打印的米级关键承力构件。进入批生产前，产品顺利通过静力试验，全面考核了飞行状态下的产品性能。但此次发射的火箭该部件并非采用3D打印。 据了解，早在去年年底211厂就开始启动3D打印大尺寸主承力件首批产品的生产。除了此次实现批生产以外，后续该产品还将用于长征五号B火箭发射任务，并接受飞行考核。 利用3D打印生产的产品正在出舱 捆绑支座为运载火箭主承力构件，综合力学性能要求高，此前主要采用加工性能较好的高强钢，通过锻造再机加的方式成形。但这一加工方式存在材料去除量大、加工周期长等问题。 激光同步送粉3D打印工艺原理 面对新型号减重的迫切需求，该厂于2016年提出采用具有更高比强度的钛合金材料，利用激光同步送粉3D打印工艺，实现捆绑支座的整体成形。经过系统工艺研究，该厂试制的产品顺利通过了成分、组织性能、表面质量及内部质量等各类检测，整体综合性能达到锻件水平，且较原设计减重30%。 激光同步送粉3D打印技术，不仅实现了难加工金属材料的快速成形，同时还为箭体主承力部段的轻量化结构设计与制造，提供了强有力的技术支撑。 更多内容，请持续关注3D打印技术参考。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.3D 打印在航空航天领域的研究现状及国内应用案例 2.从嫦娥四号登月，看航天529厂如何实现3D打印在轨应用 3.阅兵式：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 4.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