无论国内传统制造企业如何质疑3D打印，它的优势一直都很明显，企业不能因为不会使用它或者不愿意接受它而忽略它的存在，更不能一直以为这项技术像以前一样“不行”。否则，那些有远见的同行可能因为偷偷使用而实现更快的增长，这意味着，你可能会很难再追赶上，因为国内的很多制造企业总是喜欢保密。3D打印是工业革命以来制造业中最重要的进步之一。在3D打印被严格用于原型制造后，如今，其在制造的每个阶段（从最初的概念设计到生产成品之间的所有步骤）都体现出变革性的优势。材料种类的快速增多、自动化新方法的出现以及速度提高，使得3D打印可用于越来越多的应用之中，涵盖航空航天、汽车、耐用消费品、医疗保健、牙科和珠宝等行业。其实对于国内的很多企业，一直会徘徊在新旧技术之间难以做出抉择，着手尝试或者更进一步时刻把握这项技术的最新发展特点，可能会更容易积累经验，这些经验不仅包括具体的操作方法，更在于如何优化现有的操作流程，从而更加科学的解决商业和技术问题，明确对企业最重要的方面，权衡各种技术的利弊。▌企业在将3D打印纳入内部生产流程时需考虑哪些因素对于传统制造企业面临新兴的3D打印技术的挑战之际，是否要引入这项技术，需要从商业方面入手，考虑三个关键问题：1. 现阶段的3D打印解决方案是否契合企业总体长期战略3D打印旨在促进制造商的战略向前发展。即使在这一创新技术刚刚开始登上舞台的当下，它也在改变着产品的制造方式。全球咨询公司安永根据增材制造战略运用成熟度，将采用增材制造战略的公司分为四个等级。1 级：毫无经验通常情况下，在处于此第一个等级的公司中，其领导层对3D打印可以如何帮助他们提高公司生产力或获得成功了解甚少或毫无了解。2 级：正在实验和测试在处于此等级的公司，部门领导开始投资、测试和了解3D打印技术。公司尚未开发出应用3D打印的结构化流程。3 级：细化应用在此等级中，某一部门对3D打印的应用有明确的方向。使用3D打印的特定部门或应用领域产生了可测量的结果，并且希望将3D打印带来的好处扩大到公司其他部门。4 级：整个公司内部战略性使用3D打印在此等级，3D打印受到高管层的支持，公司将应用3D打印加入其发展战略。无论企业在此成熟度模型中处于哪一等级，企业都需要一个3D打印解决方案提供商，始终为企业在应用3D打印的每一阶段提供支持，这个提供商会非常重要，企业应当仔细甄别。2. 3D打印解决方案可为业务带来哪些预期帮助3D打印的优势是非常明确的，但企业更需要明确的是自身最需要3D打印为其带来哪些好处。企业是否首要考虑降低研发、产品开发或制造的成本？还是希望通过缩短产品上市时间或通过增材制造建造全新产品线来提高创收？企业管理者可能对这项技术并不熟悉，需要通过具备最大灵活性的全方位方法来探索3D打印的潜力。了解商业优先考虑事项将有助于选择在当下和未来都适合需求的恰当3D打印方法。3. 对运营成本认识清楚了解3D打印的总体运营成本非常重要。采用具体哪种打印工艺，内部采购设备还是外包服务，不同供应商之间的价格差异等等，都会带来不同的运营成本，通常情况下需要考虑的因素如下：●打印机的硬件成本●耗材（包括材料和配件）●质保期●人工时间，尤其是与后处理相关的时间●配套设备设施●占地情况3D打印设备投资成本结构分析《金属增材制造成本结构分析》PDF版已上传q群通常情况下，设备本身是固定投入，但维持设备的运行可能也会花费一笔非常可观的费用。企业应当计算需求量来判断是采购设备内部生产还是外包服务。此外，人的因素也非常关键，目前很多工艺需要专业人员才能实现优质的生产质量，这无疑会增加人力成本，对于企业来说，应当考虑。▌一种3D打印工艺或一台打印机无法满足所有需求3D打印技术种类繁多，每种技术均有优势和不足，一台打印机对某些应用来说很适合，但对另一些却不适合。对于弹性体、塑料、金属和其他材料来说，它们制作部件的方法也截然不同。有些技术制造坚固、生产级的部件，可承受多年严苛的工作环境，而有些技术则适合制造计划短期使用的部件；有些技术可一次制造出大批量部件，而有些技术经过优化也只能打印出一个或数个部件。10种3D打印技术与10种3D打印材料根据不同的3D打印技术和解决方案，应该考虑到从文件到成品所需的经验级别、易用性和自动化程度；还应考虑所用环境，即它们是否适用于办公室、实验室、车间或工厂。对于大多数企业来讲，不可能购买所有工艺的打印机，企业可以根据内部具体的使用情况选择购入最常使用的打印机类型，其他需求则可以通过外包实现。到目前为止，国内的3D打印服务已经非常方便，但对于企业来说，更重要的是明确需求，才能更好的与服务商沟通，选择合适的材料和工艺。《金属增材制造成本结构分析》PDF全版已上传qq群。欢迎转发延伸阅读：2018年3D打印应用现状专门的业务部门对公司采用3D打印工艺的重要性成本高企之下，3D打印静待行业规模化曙光增长再次加速？公司开启3D打印战略的路径与建议与Materialise探讨中国3D打印应用现状与前进之路复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：企业如何更好的将增材制造纳入现有业务，要考虑哪些因素，国外情况如何

金属3D打印技术本身已经非常复杂，做到实际应用更是难上加难。作为一项具有极大潜力的技术，研究人员在推进其应用的过程中逐渐摸索出一系列的关键技术问题，从材料、工艺、设备到相关标准等等，涵盖面非常广泛。本期3D打印技术参考就对金属打印涉及的七大类关键技术及其所包含的内容进行概括，并对每一项关键技术单独附上解析或相关案例。一. 3D打印材料制备技术●成分设计●合金熔炼●制粉工艺●材料性能评价点击查看《金属粉末主要成型技术及其粉末特点》二. 3D打印质量控制技术●成形过程模拟技术●表面状态控制技术●残余应力控制技术●缺陷控制技术●变形控制技术●组织控制技术点击查看《金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制》三. 3D打印装备设计与集成●3D打印控制软件●3D打印装备设计●在线实时检测系统●系统集成点击查看《多光束下的激光打印系统》四. 3D打印制件检测技术●无损检测技术●物理冶金分析技术●力学性能表征与测试技术●检测标准及评价指标体系点击查看《关于增材制造的标准有哪些》五. 3D打印制件应用技术●热处理技术●连接技术●腐蚀防护及表面涂层技术●生物活性技术●机械加工技术●设计用性能数据表征与测设世界上第一个FAA认证的3D打印结构钛组件六. 失效分析与寿命预测●损伤演化机理与仿真技术●安全评估技术●耐久性/损伤容限特性评价●结构全寿命预测技术点击查看《布加迪3D打印卡钳极限测试过程》七. 考核验证与评价●典型元件及工艺模拟性能评价技术●制件在典型环境下的耐久性考核点击查看《FAA如何保证产品质量及批量生产的稳定性》加入QQ群（867355738）进行更详细资料下载和技术交流。欢迎转发长按复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属3D打印七大类关键技术

金属粉末是金属3D打印的核心材料，是3D打印产业链中最重要的环节，与金属3D打印的发展息息相关。随着技术的飞速发展，金属粉末市场保持着高增长态势，从2015-2018年，全球3D打印金属材料市场规模年平均增长率达52.8%。本期，我们来了解当前国内外3D打印金属材料的市场概况及在不同行业的应用特点。▌总体市场规模及发展态势据《Wohlers reports 2019》，2018年全球3D打印材料总市值约14.95亿美元，相比2017年的11.34亿美元增长31.9％。这些材料包括液态光敏树脂、金属与非金属粉末、丝材以及其他类型所有用于3D打印的材料。2018年全球3D打印材料市值分布金属3D打印材料从2017年的1.834亿美元、2016年的1.268亿美元和2015年的8810万美元，在2018年增长41.9%，达到2.602亿美元，占3D打印材料总市值的17.4%，年增长率相比上一年稍有下降。这些材料主要用于激光/电子束粉末床熔融技术、金属粘结剂喷射技术及其他多种形式的金属3D打印。2009-2018全球金属3D打印材料市值变化（百万）目前，3D打印行业正在经历材料供应商的爆炸式增长。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。材料价格变化（仅做参考，不代表市场最终价格）基于以上因素，金属3D打印材料的价格也在下降，一些会被批量使用的材料，如模具钢、钛合金、铝合金等都出现了不同程度的价格下行趋势。▌材料呈现多样化发展在目前存在的超过5500种合金材料中，虽然绝大多数材料仍无法通过金属3D打印技术制造，但值得欣慰的是，可以用于打印的材料种类在不断增多，从常规使用最多的不锈钢、TC4、AlSi10Mg、钴铬合金，到纯钛、纯钽、高强铝合金等等。在几年的发展过程中，钛合金粉末可能已经经历了它的最高增长率，而铝粉开始引起了越来越多生产商的兴趣，一系列高强度、高韧性的铝合金开始涌现，尤其受到来自航空航天应用领域的关注。初创企业和现有材料供应商对新材料的研究正在得到回报，据欧瑞康介绍，新金属材料进入3D打印市场的速度远远超过过去10年。对于结构应用，新型金属材料如高强度的铝-镁-钪合金、MARM 247和IN738LC高温合金现在都可以用于3D打印，这些材料在过去使用传统手段难以加工。▌应用领域及国内市场概况基于最终用途，金属3D打印应用领域可以分为航空航天和国防、汽车、医疗和牙科等。航空航天和国防工业中的重要工程对3D打印应用的需求在不断增加，随着过去进行原型制造的公司开始转向最终用途部件制造，对金属粉末的需求也在显著增加。金属3D打印在汽车工业中的应用同样显著，从汽车档杆到发动机关键部件的生产，涉及门类不胜繁多。医疗行业则面临口腔和植入体的双重爆发局面。除此之外，打印机制造商也在着重开发更大打印尺寸的设备，以用于制造更大的部件和结构。金属3D打印主要应用领域接下来，我们根据国内某曾为大飞机C919供货的金属3D打印粉末制造商的多家用户调研数据，对国内各行业的应用情况进行介绍（数据有一定的参考意义，但需要读者谨慎对待，3D打印技术参考不负解释责任）。2018年，国内3D打印粉末市场总体用粉约X吨，市场规模约X亿元，增幅每年超过X%。这些金属粉末材料在模具、医疗、航空航天以及汽车领域实现了广泛应用。其中，3D打印在直接制造工业模具尤其是注塑模具领域发展迅速，近2-3年以每年X%的增速增长，月消耗粉末约X吨，其中国产粉末占比约X%。在生物医疗领域，国内每年有X万例以上的应用案例，其中以牙科最为显著。当前国内牙科市场粉末月消耗量约X吨，主要为进口粉末，未来医疗行业将迎来用粉量的爆发。航空航天是3D打印应用的主要领域，在复杂部件、减重方面的应用一直高速增长，月消耗量高出模具多倍，其中高温合金用量在持续稳步增长。3D打印在汽车零部件制造领域具有巨大潜力，它不仅能实现快速原型制造，还能实现小批量定制并减少库存。随着国外汽车品牌对3D打印应用的开拓，国内汽车行业有望在今年加速3D打印技术应用。END随着欧瑞康、山特维克、卡朋特（收购LPW）等国外金属粉末品牌商强势进入中国，国产民族品牌也在近年迅速崛起，诞生了一批以中航迈特、飞而康、欧中科技等为代表的金属3D打印粉末制造商。相比国外的昂贵价格，以及国外金属打印机对材料的绑定和封锁，国产金属粉末价格更低，品质也在不断提高。在未来几年中，随着金属3D打印工艺研究的深入和材料的进步，应用端会更加信赖这项技术，材料的消耗量还会持续大规模攀升，而国产粉末的市场占比也会进一步增大。欢迎转发延伸阅读：粉末一致性对3D打印的意义激光成型高温难熔金属材料的种类及应用3D打印金属粉末成型工艺复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印金属材料全球发展态势及国内细分领域应用现状

一架全新的商用飞机首次飞向天空总有其特殊意义，作为划时代的产品，空客A350 XWB 从设计之初就明显侧重于材料和生产工艺的创新—其目标不仅仅是打造世界上最有效率的飞机。增材制造作为面向未来的技术，在开发过程中被充分考虑。作为测试项目的一部分，来自 Sogeti High Tech 的专家以创纪录的速度成功地为客机垂直稳定翼的前翼梁开发了一种线束支架，从初始草图到最终成品只用了两周时间。EOS 的技术和专业知识为这一开发过程提供了关键保障。轻量化和高质量：使用 EOS Aluminium AlSi10Mg 实现垂直尾翼支架的一体化设计。（来源：EOS）▌面临的挑战该项目的目标是为最新空客机型开发电缆布线支架。该支架用于垂直稳定翼上摄像头的供电和数据传输，使乘客能够看到机舱外部的景象，并为飞行员指引地面方向。任务面临的最大挑战是，交货时间只有短短的两周。整个开发过程必须在此时间段内完成：通过对零部件和当前安装的分析，进行拓扑优化以及成品的参数设计和生产。支架还需要使用尽可能少的支撑结构，以避免后期处理。另外，组件的规格要求集成卡入式电缆固定件、减轻重量，并符合后续航空工业认证的严格要求。传统方式生产的组件由成型的金属片材零部件和许多铆钉组成，总共超过 30 个单独零部件。上部的插头连接器由塑料制成，使用的材料与支架的其他零部件不同。目标是开发一个集成式解决方案，包括插头连接器在内的单一零部件，这样能够大大减少构造和安装时间。通过基于拓扑优化的参数究来确定增材制造的减重目标。▌解决方案：30个零件集成为一个，金属3D打印制造对于这个新组件，Sogeti High Tech 采用经过实践验证的开发过程，用于设计零部件。该项目首先根据即将采用的制造过程，对现有的传统方式生产的组件进行分析，结果非常乐观。针对该组件的功能、材料和原来复杂的结构，金属3D 打印技术是理想选择。借助该技术提供的设计自由度，复杂结构可以通过单个零件实现，这意味减轻重量的同时不影响其功能。采用增材制造技术进行一体化设计的尾架将零部件数量从 30 个减少到 1 个。（来源：Sogeti）铝合金（AlSi10Mg）是薄壁复杂结构的理想选择。与外部区域的接口保持不变形成了非设计空间，这意味着不需要对其进行任何更改。将定义的负载作为参数研究中拓扑优化的边界条件，为新设计提供依据。按照惯例，将 CAE 软件用于拓扑优化计算；相比之下，设计结构时使用了专用的解决方案，将自由曲面用于重新设计。Sogeti High Tech 独立完成设计。为了满足两周的交付周期，EOS 使用 EOSPRINT 软件，计算出通过拓扑优化结果计算出构建时间和优化参数。从而以 CAE 呈现制造的零部件，同时还兼顾制造过程的可能性和局限性以及避免支撑结构。除了出色的硬件外，EOS 全面的专业知识也为零部件顺利制造提供了保障。▌成果：19 小时完成制造，减重30%，实现全面定制化通过 Sogeti 和 EOS 之间的合作，开发出针对增材制造优化的零部件，充分利用 SLM 技术所提供的设计自由度，同时兼顾其限制因素。这样就可以将电缆布线的插头连接器集成到设计中，对特定关键区域进行局部加强，从而优化结构。组件内的自支撑孔隙和支柱可以稳定当前结构并将后期处理成本降至最低。此外，3D打印可以实现按需制造，无论何时需要，都可以极快的速度生产支架。在 EOS M 400 上以 90μm 的层厚度进行制造时只需要 19 个小时，而传统制造则需要 70 天，这等于生产时间减少了 90％ 以上。归功于许多单独步骤和之前 30 个零部件已经集成在一个中央组件中，现在仅需一步即可进行生产。此外，现在也不再需要对各个零部件进行单独生产，更无需库存，这就节省了大量的费用。整个装配件的存储也非常简单。Sogeti 生产和开发环节节省了大量的时间。从初始草图到最终组件完成的整个过程只需要两个星期。这个交货时间非常惊人。同时，该设计减轻了可观的重量。传统制造的零部件重达 452 克，而增材制造的线束支架重仅 317 克 —众所周知，航空工业千方百计减轻每一克重量，以便将燃油消耗降至最低。欢迎转发延伸阅读：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3D打印+拓扑优化制造542*542*141mm的钛合金无人机框架空客为未来航班生成仿生设计看波音如何在集成机械设计中应用增材制造复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印助力空客部件功能化集成—两周时间完成从设计到成品制造

上周我们在EOS对大水平面无支撑工艺的探讨中提到，SLM能否像SLS那样不需要任何支撑，实现在松散粉床上的直接打印呢？在目前通行的设备状态下几乎难以实现。但随着技术的发展，尤其是机器视觉和深度学习的进步，打印机将会向着智能化方向升级，以此为基础完全可以实现SLM的无支撑打印。笔者认为这可能代表了先进金属粉末床打印技术的走向之一，一旦实现，SLM就可以无需在基板上成型，也可以像SLS那样多层罗列。如此便解决了金属打印批量化制造的难题，同时将对以Desktop Metal和HP为代表的金属粘结剂喷射技术产生新的挑战。SLM多层无支撑打印髋臼杯实际上，这一智能化的金属打印系统已经成功商业化，并受到航空航天终端用户的高度重视。本期，3D打印技术参考对这种无支撑智能化的金属SLM技术进行分析。▌无支撑SLM工艺需要克服哪些固有难题？讨论该问题，还是要回到传统打印工艺以及支撑的作用上来。当前，金属SLM设备商会为每种材料开发一款工艺包，这里面确定了各个参数的具体数值，除非参数开源可调，否则无论如何不可改变。进口设备往往会锁定工艺包，材料也会绑定，这对保证设备持久安全稳定运行具有重要作用。国内设备基本都是开源，参数随便调，材料品牌也不限定，这在一定程度上满足了国内用户的研发或经济需求，但不可避免的也造成设备的稳定问题。不过，参数开源是用户深刻了解金属打印过程的最佳捷径。这里的重点在于材料工艺的唯一不变性，即打印任何零件、零件的任何位置、任何一层，均采用同样的参数。即，无论在打印过程中零件本身的状态是否是过热，打印机总是输入恒定的能量，但如果打印这一层不需要那么高的能量呢？这就造成多余能量来不及散失产生局部过热，造成应力集中；同时还会因为能量输入过多，造成周围粉末半熔化而粘附在零件表面。对于前者，便是支撑发挥作用的地方；对于后者就要考虑多大的倾斜角度不需要添加支撑（笔者在QQ群上传了materialise对支撑、应力问题的50分钟探讨视频）。倘若在打印过程中，时刻按照零件当前的温度状态输入“刚刚够”的能量，使其仅用于当前层截面的熔化呢（理想假设），那么就不存在热量过多产生应力的问题，也不存在周围粉末吸收多余能量出现粘附的现象。在这种理想的状态下，就不需要支撑去导热，也不需要它拉住工件。这种工艺便是智能化的判断和能量输入方法。▌智能工艺控制的可能要点有哪些？最为理想的状态是一种基于机器学习的控制方法，系统根据监控数据自动计算当前需要多少能量从而匹配参数，但目前来说难以做到。不同参数的组合确实能够计算出一个确定的能量值，但激光的输出和熔化过程实则非常复杂，确定的能量值也有数之不尽的参数组合，目前的发展阶段尚难以做到无需人的干预实现工艺匹配的完全智能化。但它一定是AI和SLM相结合的一个重要的发展方向，它需要积累海量的数据用以学习和训练。当前的控制方法实则是半智能控制，但它仍旧比之前恒定的参数工艺进步很多。半智能控制，要求对材料开发多种确定的工艺参数组合，机器通过在线监控判断当前打印层的热量状态，从参数库中自动抽取该状态下匹配的参数组合，即系统内置了所有可能的打印状态及其对应情况下的适用工艺组合。其次是适时状态监控。采用包括声学、光谱学和温度监测等方法来了解激光熔融过程中每一层发生了什么，通过提取特征，自动进行分组并在不同层次的分析中进行比较，直到完成创建图像所需要的所有信息，以此作为下一层决策的条件，自动从参数库中安排下一层参数，因此便形成了智能化的闭环控制。人工智能对层进行分析监控过程的准确性和自动匹配工艺的能力以及快速的反应能力，是非常关键的因素。▌无支撑、智能化工艺的优势有哪些？● 无需花费大量时间进行支撑设计● 无需花费大量时间去支撑和后处理但有一点仍旧需要注意，支撑还有一项作用是承载零件，因此对于倾斜角度太小的零件，仍旧需要支撑帮助。这从另一个角度突出EOS对大水平面无支撑工艺探索的意义也很重要。▌PK DM与HP: Velo3D智能化金属3D打印机市场需求强劲以上功能的实现需要极大量的数据支撑机器训练，真正做到非常的困难。然而家美国金属打印机制造商Velo3D推出的系统却具有类似的功能，其智能化的金属SLM系统打破了激光粉末床熔化领域“45度规则”，可以在不需要支撑的情况下打印角度低至10度的零件特征，还可以在不需要支撑的情况下打印直径40 mm的管道。一根铅笔距离范围的近水平面和大倾斜角度叶片未加支撑且质量优异相对于同样不需要支撑的金属粘结剂喷射3D打印来说，Velo3D也不需要支撑，但后者更加专注于高性能最终零部件制造，这对号称金属3D打印批量制造的Desktop Metal与HP来说，无疑是一场巨大的挑战（可关注延伸阅读）。可以像SLS那样多层罗列，实现批量制造同时具备高性能和高质量Velo3D对每一种材料集成了20多种工艺组合（这和我们上面提到的单材料多工艺的想法一致），采用独家开发的预处理软件Flow™准确模拟整个打印过程，分析和纠正潜在的变形。软件功能强大，含预变形能力某零件打印前仿真：红色区域表示打印过程中的变形；右侧表示Flow软件通过预打印校正消除这种变形，这是一种保证打印精度的重要方式关于Velo3D智能打印工艺的实现，笔者认为与上文的分析会非常贴近，即在线监控条件下的工艺智能匹配，当然这只是笔者一家之言，欢迎批评指正。除以上功能之外，Velo3D为保证打印质量还进行了其他改进，如自动化的光斑校准、XY轴对准自动调整、改进的气流控制等等。该公司因此受到了了航空航天领域的广泛重视，并因此获得了航空制造公司的大订单。（关于Velo3D智能化工艺控制问题有另一个50分钟视频文件，已上传qq群）END智能化的打印系统能够有效解决或减轻之前常规SLM存在的问题，如封闭结构的支撑去除、表面质量差、应力集中等。与此同时也带来了应用的突破，如大型管道结构、随形冷却模具、大曲面航空发动机叶片的无差别制造，这种工艺保证了零件的高质量，避免了过去一直存在的表面质量、积粉甚至性能问题。此外，它更大的意义在于因后处理步骤的简化带来的高性能金属3D打印批量化制造，这无疑将降低成本，增加直接制造的可行性，进一步推进金属打印的落地应用。最后，笔者仍然认为人工智能是一个非常值得深入认识的学科，如在正文中提到的，它与金属打印的结合将会实现打印机真正的智能化，作为金属SLM的传统领导者们，应当引起重视。欢迎转发延伸阅读：增材制造实时监控与工艺过程仿真金属3D打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印成本结构对比复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属打印批量化竞争：SLM无支撑智能系统PK HP与Desktop Metal

2017年，云冈大佛借助3D打印技术被整体“搬运”到了青岛，人们在领略这千年古迹的震撼之余也感叹新技术为文物保护带来的深刻变化。文物复制工程虽在当时引起巨大轰动，但项目人员却希望3D打印技术能够升级，把模型积木化，以实现大佛走遍全国甚至走向世界的愿望。随着技术的发展，这个小小的期待正在变成现实。工艺美术仿古做旧技术实现青铜、黄铜、红铜、金、仿陶效果▌新技术实现文物模块化直接制造粘结剂喷射技术（3DP）技术也可称之为粉末床技术的一种，其特点是通过向粉层表面喷射粘结剂实现零件成型。在最初的应用中，3DP是作为覆膜砂烧结的替代技术以用于铸造行业，它确实为其带来了更高的效率和成本优势，同时由于技术本身的发展，也拓宽了自身的应用范围。3DP技术原理与云冈大佛复制工程所采用的3D打印铸模技术不同，粘结剂喷射技术可直接实现大佛模块化分体构件的最终产品制造，这便是基于该技术在打印尺寸、效率以及材料性能方面的突破。粘结剂喷射技术最大的优点是突破了砂型打印的尺寸限制，与激光烧结的有限范围相比，最大可成型数米尺寸，精度达0.5mm，打印效率是激光烧结等其他3D打印工艺数十倍，这对于大体量的文物复制具有优势。3DP可实现高精度、大尺寸制造然而高效率和大尺寸还只是实现文物复制或艺术最终产品制造的最低要求，更重要的方面在于材料性能。3DP工艺采用硅砂或人造砂等砂质材料成型，零件打印完经后处理可达到水泥的强度，这使其支持分体拼装，也适于长途运输，而砂本身的质感也可体现佛像、雕塑等艺术品的古朴特点。3DP打印雕塑细节▌共享视觉：粘结剂喷射实现文物复制和艺术品创作虽然3DP工艺的开发是为了应用于铸造行业，但该技术在文物复制和艺术品创作领域，正在发挥重要作用。经过多年研发，共享集团攻克了铸造3D打印材料、工艺、软件、设备等技术难题，申请专利300余项，授权专利100余项，同时公司通过设计创新、后处理技术创新，使3DP技术在艺术雕塑等领域也取得了突破性进展。●材料性能通过表面固化等后处理手段实现了产品性能强化、防水耐腐蚀，这一特点使其满足室内外展示的环境要求。根据第三方检测机构的实则数据，其试块抗压强度达104.6Mpa，抗折强度27.7Mpa，抗冻性和耐久性符合F50的标准规定，这超出了国标中对于混凝土的性能要求（测试标准：GB/T 50081，GB/T 50082）参考各牌号混凝土强度标准值（GB 50010-2010）●高尺寸精度打印精度0.5mm，大型雕塑整体尺寸精度1mm，远高于手工雕塑制品。3DP工艺打印的高精度中国地形图●模块化安装可实现打印单体之间堆砌、拼接等无缝连接；还可采取预制接口、预埋件与传统主体结构（混凝土、钢筋等）固定。九龙壁（仿青铜），尺寸: 6100*1400*200 mm●艺术表现力结合工艺美术仿古、仿铜等做旧技术，以及材料本身的厚重质感，丰富了3DP雕塑的表面处理方案，增强了表现力。 儒家四圣（仿青铜）●快速的生产能力共享自主研发系列化3DP打印设备，其中最大成型尺寸为2800*1500*1000mm，单台设备雕塑产品产能可达1-2吨/天，结合后处理技术，1周时间即可交付1吨左右的雕塑产品，具备产业化能力。自主研发KOCEL AJS 1800A，成型尺寸：1800*1100*700mm●数字化制造基于数字制造的新模式，可将雕塑数据用于多次生产，开发周边、衍生产品，局部破损修复，实现文物保护和新型工艺品的开发和制造。数字化制造将是未来趋势▌在文物复制和艺术品创作领域潜力巨大传统雕塑行业污染大、作业环境差、制造周期长、产品生产受限于艺术工匠，是典型的劳动密集型产业。3D打印技术以其高精度、高柔性、无模制造、工艺流程短等优势受到设计师和艺术家们的青睐。它取消了传统雕塑行业中制模、翻模等工序，有效提高了生产效率；同时基于数字化生产的特点释放了库存压力、降低了成本，也减弱了对艺术工匠的依赖程度；相比于在云冈大佛使用3D打印熔模铸造的技术，3DP技术可实现石雕等艺术品直接制造，这将进一步节省时间和成本。仿黄铜凤凰，纹理细腻，以假乱真相比于国内，国外早已将3D打印技术用于雕塑等艺术品的创作，但仍以基于3D打印的熔模铸造为主。粘结剂喷射技术下的高强度砂类成型和仿古做旧技术的结合成为中国五千年文明背景下的独有特色，同时也为艺术品的创作提供了新的技术形式，势必会为文物保护和艺术创新提供更多思路。更多共享3DP雕塑案例效果及高清细节图已上传QQ群（867355738）。关于共享●共享装备股份有限公司共享装备股份有限公司始建于1966年，主导产业为高端装备、新材料等，提供增材制造、工业机器人等智能制造装备及服务，为高端装备提供关键基础零部件。2012年，公司组织200余人的专业团队，投资10多亿元，探索实践“3D打印、机器人等创新技术＋绿色智能工厂”的铸造转型升级之路：攻克了铸造3D打印材料、工艺、软件、设备等技术难题，实现了铸造3D打印产业化应用的国内首创；宁夏银川建成世界首个万吨级铸造3D打印智能工厂，其综合集成技术世界领跑。截止2018年，设计、建设累计达10个数字化示范工厂（已建成三座），为中国传统制造业转型升级提供示范。●国家智能铸造产业创新中心国家智能铸造产业创新中心是由共享装备股份有限公司控股，与新兴铸管、汉得信息、顺亿资产等12家股东，以“跨界融合、共建共享、联通各方、服务产业”为共识共同组建的服务于产业的创新平台,是国家发改委批复的全国首个产业创新中心。●共享•创客工坊共享•创客工坊是国家智能铸造产业创新中心重要建设内容之一，旨在探索3D打印技术在各行业应用并推广。拥有各类先进3D打印设备（3DP、FDM、SLM、SLA、MJF等），具备三维扫描、逆向建模、设计、拓扑优化、CAE分析等能力，以创意实现、研发孵化、产业应用为定位，提供实现创意变成产品的平台，加速实现产品研发孵化，推动产业应用。欢迎转发延伸阅读：技术竞争：喷射技术比你想象的更加重要基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析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复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：共享视觉：当粘结剂喷射3D打印遇上文物保护和艺术品创作

目前，不加支撑或最大程度减少支撑是金属粉床烧结的热门话题。客户经常会问到是否可以实现在松散的粉床上打印没有支撑的水平面。就目前绝大多数的设备而言，标准打印工艺肯定会发生严重的过热，并有可能导致刮刀卡刀或零件损坏。对此，金属打印用户KSB公司及知名SLM设备厂商EOS对此进行了探索。本期3D打印技术参考针对EOS就工艺的开发过程进行探讨和解析。打印后清理干净的工作平台Magics 下的视图（无支撑的 EOS Logo）为了提高项目难度，研究人员选择了最具挑战性的实验：采用高应力Ti64、硬质刮刀和大水平面，以使用于此实验的方法可以轻松转移到其他常见的材料中。▌从熔化过程理解无支撑的挑战优化支撑设计时，需要分析考虑其用途。SLM条件下需要支撑的三个主要原因是：●抵抗刮刀的作用力●应对残余应力●导热作用对于特定区域可以优化支撑的数量；对于刮刀的影响，可以选择较软的材料，调整零件的摆放角度或支撑强度。EOS使用高速钢刮刀来模拟最具挑战性的情况。借助平台预热和扫描策略等措施可以减少热应力。预变形也常被用来减少变形，它是用变形来达到最终需要的形状，但对于水平表面的变形不能起到很好的作用。如果在一个方向上进行预变形，则弯曲会更严重。在研究过程中，水平表面被放在壁厚为1 mm的圆柱体上，以防止其弯曲。这样薄壁几何形状的圆柱通常会有局部过热的现象，因此对于该圆柱，研究人员也优化了扫描策略，不仅去除了轮廓扫描还从条带改为时间优化的扫描方式。但是导热的问题仍然存在。由于圆盘直接在松散的粉末上打印，与固体材料相比，粉末的导热性更差。粉末导热率低的原因是粉末颗粒的间隙中存在气体以及颗粒之间的点对点接触。这就是为什么通常将支撑放在表面下方以增加热传递的原因。为了克服这一挑战，能量输入需要适应周围材料的导热性。因此需要在零件的高度上采用逐渐改变参数的策略。▌对每一层开发特定工艺，一层一组参数参数开发基于 EOS Ti64 Speed（60μm）过程，试验在 EOS M 290 上进行，使用 EOSTATE ExposureOT 和 EOSTATE MeltPool 监测。为了高效测试，研究人员设置了 36 个含有不同数量和不同高度圆盘的圆柱体（每六个样本一组）。根据下面的流程执行：每列将用于确定一个特定层的参数，这意味着A列中有一个只有一个层厚高度圆盘的圆柱体。监控套件用于收集更多信息并为每一层开发正确参数。下表面参数优化的流程（重要）第一层完成后，将在 EOSPRINT 2 中调整参数，并更新作业。下一步是优化第二层的工艺参数，这在第 B 列完成，这些圆柱包含两个圆盘，每个圆盘的高度为一层。之后继续开发到第 F 列的第六层之后，跳回到 A 列并继续七个圆盘。不同高度的圆盘A 到 F 组圆盘测试遵循这一流程，当从 EOSTATE ExposureOT 监测中获取到某一层有正常的传热信号后。从下一层开始使用 EOS Ti64 标准参数。EOSTATE ExposureOT 监控的数据EOSTATE ExposureOT 监控的数据如果对上述的调试过程仍然有很多疑问，还须反复思考，笔者已将调试源文档上传至QQ群。从以上两幅图也可以看出，该层的监控数据只显示了第F列，这证明了从第A-F列，每一列圆盘的高度仅是它所调试层的厚度，即从A-F，圆盘的厚度分别为0.06mm、0.12mm、0.18mm、0.24mm。。。。。循环完6层之后，A列圆盘的第二梯队圆盘高度会变成0.48mm。▌采用程序控制每层工艺如果每打印一层就调一下工艺参数，这在实际打印过程中是难以做到的。目前包括EOS在内的很多金属打印工艺软件都可实现对每个STL数据单独设置参数，也可以对一个零件的不同区段单独区分工艺。借助此功能，可以将一个部件划分为不同高度的部分，如每部分 60μm 的区段，这便可以将优化的参数应用于每一层。Z 向切割 EOSPRINT 2 中的工艺参数分配（仔细看参数栏正确理解）●EOS Logo，每个字母的直径为 50 mm●直径 100 毫米，面积接近 8000 平方毫米的圆盘●圆盘直径 50 毫米，中心孔 20 毫米。孔的边缘没有连接。EOSTATE ExposureOT监视圆盘前四层的数据。可以清楚地看到第一张照片中的圆盘下方没有固体材料或支撑。EOSTATE ExposureOT监控的数据外径50毫米，没有内部支撑100 毫米直径等于近 8000 平方毫米在该功能的帮助下可实现特定参数的程序控制，大大方便操作过程。但是无支撑工艺不得不面对下表面表面粗糙度很大的问题。在上面的工艺方法中特别提到，将圆盘悬架在圆柱壁上以防止变形，但最终还是要成功将圆盘取下来。EOS Logo 下表面在实际的操作过程中，圆盘并没有直接接触到圆柱上，而是在两者之间增加了三个层厚度的支撑来拉住圆盘。支撑件可以在 Z 方向上轻松调节强度，可以通过调节激光功率和扫描速度或齿顶长度等 Magics 参数来完成。在易于移除和足够的强度之间找到合适的参数，以防止变形。支撑优化方案及EOSPRINT 2 界面内部支撑视图 调整支撑强度后，可以很容易地从圆柱体上移除 EOS Logo取下零件的基板▌熔池监控非必须关键要素在这个过程中，工艺参数可调和熔池监控很重要，但是不是必须的呢？其他公司SLM工程师的探索实际上在EOS工程师进行此项研究之前，国外已有其他公司的研究人员从事过类似的探索，而且声明是在没有熔池监控的帮助下进行的，过程应该类似，以上便是他们的成功案例。此文展示了大水平表面无支撑参数优化的方法，但尚不清楚是否具有推广的意义，在实用性方面其实也值得商榷，但同时也值得探索。调试源文档已上传至QQ群。欢迎转发延伸阅读：金属3D打印最新前沿(一)：Magics混合支撑结构金属3D打印最新前沿(二)：NASA新材料3D打印工艺开发备忘录3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景采用人工智能和3D打印设计超级材料复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属3D打印最优前沿(三)：大水平面无支撑工艺探索

上周，3D打印技术参考对『多材料金属3D打印航空应用的集大成者—GE9X发动机』进行了详细介绍，这台发动机融入了GE航空过去十年开发的大量先进技术，是新一代商用发动机的巅峰之作，3D打印为其做出了重要贡献。本期我们来对GE航空另一款引以为傲的发动机—新型涡轮螺旋桨（ATP）发动机GE Catalyst进行介绍，在该案例中，3D打印一体化集成制造优势体现的淋漓尽致。GE Catalyst涡桨发动机▌世界首台大规模、大尺寸采用3D打印的型号发动机GE Catalyst是世界上第一台采用3D打印组件的涡轮螺旋桨发动机，新型的结构设计因为3D打印降低了制造复杂性，它将此前通过传统工艺制造的855个零件经过结构优化减少为12个部件，零件数量的减少极大提高了生产效率，并将发动机的重量减少了5％，燃油效率提高了1％，这显示出3D打印集成制造优势。零件的大尺度合并意味着尺寸的急剧增加，与此同时，这台发动机共有35%的零件采用3D打印制造，这在商用型号发动机上均属首次。这些3D打印的零件包括固定流路部件、集油槽、热交换器、燃烧器衬套、中框组件、排气机匣以及轴承座，材料覆盖钛合金、钴铬合金以及镍基高温合金。其开发团队由大名鼎鼎的LEAP发动机燃油喷嘴工程师组成，可谓阵容强大，3D打印大大简化了制造、打样过程，缩短了研制周期。●中框组件：300个零件集成为1个，寿命延长，生产结构极大优化GE Catalyst发动机最具代表性的集成优化部件就是中框组件，该部件在过去的传统制造中包含了300个单独的零件，通过焊接、螺栓连接等方式构成一个部件。工程师通过结构优化，最终将该部件的零件集成在了一起，形成了一个复杂的单一零件结构，它无法通过传统铸造或机械加工制造，唯有3D打印能够实现一体成型。由此产生的结果在于该部件不再需要装配，不仅减轻了重量，更排除了磨损的可能性，因此发动机两次维护的时间被拉长了1000小时。3D打印的GE Catalyst涡桨发动机中框组件中框组件由过去的300个零件优化为一个集成制造带来的制造效率和供应链结构优化效应同样非常明显。在传统制造过程中，中框组件的300个零件需要50家供应商提供，然后由至少60名工程师先将其组装成7个组件，再装配成一个部件，维修点达到5处；而通过优化后采用3D打印制造，仅需要1台设备就可实现整个部件的直接制造，最多8名工程师便可实现最终部件的处理，维修点也变成了零件本身。由此导致的制造效率提升是显而易见的。3D打印与传统工艺在中框组件制造过程中的生产结构对比●燃油加热器：由300个零件到1个，重量减轻一半使用传统制造技术（如铣削和钻孔）来完成零件可能很难实现复杂的几何形状和内部形状。但金属3D打印机能够打印出空心、复杂的形状。燃油加热器内部包含众多微小复杂的蜂窝式通道，零件的集成制造不仅减轻了零件重量，还将曾经可能出现的燃油泄漏问题完全排除，因而减少了维修频率，提高了燃油效率。●C型油箱外壳C型油箱是从螺旋桨到发动机的主要负载部分，用于支撑涡轮机的轴承。该部件采用了仿生学设计，整体形状类似植物的细胞结构。3D打印将原来轴承座和油底壳的80个零件组合成1个，通过金属打印制造的部件既保持了强度又减轻了重量。●内置3D打印B型油箱的燃烧室外壳B型油箱为中央轴承提供支撑，并提供润滑通风作用，3D打印通过将部件合并和降低装配复杂性实现了重量和成本效益。通过优化部件形状和空气动力学，使部件承受的应力达到最小，从而使部件性能和耐久性也得到了改善。●排气机匣作为具有空气动力学流道的部件，排气机匣允许空气以最小的压力损失离开发动机，该部件必须有足够的强度，承受通过发动机的气流压力。如果使用减法制造技术设计排气机匣，工程师不得不由最薄弱位置设计整个机匣的厚度，这会对部件增加不必要的重量。通过使用3D打印，工程师设计了更复杂的空气动力学外形，并增加了提高结构刚度的特征。排气机匣有一个非常薄的内衬，其形状遵守空气动力学的要求，工程师在外壳上打印了外部翼梁，保证在空气动力学要求高的地方提供所需的刚度，同时降低整个外壳的重量。除上述部件外，ATP发动机另有其他部件也采用3D打印制造，如燃烧器的旋流器，它由原来的四个部件组合为一个，从而节省了大量时间，提高了产品性能。▌将认证速度大规模提前3D打印对于航空制造来说的另一个好处是加快了发动机认证计划。由于3D打印允许以更快的速度生产零件，燃烧器衬里的制造仅用了两天，GE因此提前六个月完成了ATP燃烧器钻机测试。通过尽可能快地对真实硬件进行测试，工程师因此可以使用结果数据进行下一次迭代以获得更好的产品，这比使用传统制造方法可以更快的获得产品。据最新的消息，GE公司有望在大约15个月内完成对Catalyst涡桨发动机的认证。END3D打印的一大优势便是集成制造，但通常情况下我们看到案例非常少，像Catalyst发动机这样大规模的一体化集成堪称3D打印集成制造的最佳实践。虽然航空业界很多项目都在开始尝试增材制造技术，但在型号发动机上，这样占35%发动机零部件的大规模、大尺寸的采用增材制造工艺还属首次。关于Catalyst发动机增材制造的视频和其他零件图片已上传QQ群。欢迎转发延伸阅读：GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者GE喷嘴真相：3D打印制造的仅是喷嘴头，但效益空前巨大3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战通快 :为航天器减重55%, 减少80%材料浪费, 节省74%的制造成本复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：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

随着3D打印运动鞋的普及，晶格结构开始走入人们的视野，它不仅能够实现轻量化，还能起到缓震防护、吸振降噪的作用。可以说这种结构是专为增材制造而生，同时它也给工程师提供了更加广阔的探索空间。点阵结构在多领域广泛应用除了3D打印运动鞋，点阵结构也可广泛应用于其他领域，不仅包括火箭、潜艇，还包括高铁、飞机。本期3D打印技术参考将从点阵结构性能的角度介绍其应用，并带来该结构的设计考虑因素。点阵结构的性能及适用领域▌优良的强度—重量比提高部件强度—重量比的方式主要有两种：在传统制造中可以通过减少非关键区域的材料来减轻重量；在增材制造中，甚至可以将关键区域的材料网格化，虽然整体的强度会有所降低，但不失为一种提高强度重量比的好方法。3D打印的点阵结构F1赛车气缸盖3D打印的高强度石墨烯，比不锈钢高10倍，密度仅为5%，结构是关键此外，点阵结构具有高度的空间对称性，可以将外部载荷均匀分解，在实现减重的同时保证承载能力。该结构在航空航天、医疗、汽车、船舶制造等需要高强度—重量比的行业具有重要用途。3D打印的网格结构植入物，保证强度同时减轻重量▌超大的比表面积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。雷尼绍3D打印的铝合金点阵结构赛车涡轮中冷器目前，从汽车、航空航天、能源到电子行业等都在尝试使用点阵结构提高热交换效率，所使用的3D打印工艺从激光粉末床熔融到电子束熔化都可实现。▌出色的减震和冲击保护点阵结构还可以通过更好地吸收冲击能量起到防护功能，基于此可以制造防护体育器材，也可以在在电子元件周围或内部使用晶格来保护免受外部动态环境的影响。Carbon 3D打印的点阵结构橄榄球头盔内衬Carbon公司推出了一系列定制化的3D打印晶格结构，它们认为这些产品可能会影响甚至改变当前的泡沫制造业。由树脂材料制造的点阵结构不尽透气而且具有很好地弹性和舒适性，它们可以广泛应用于汽车座椅、矫形垫、头盔、耳机以及鞋类等体育器材的制造。▌理想的吸振和降噪功能飞机、火箭在推进过程中产生的振动会使飞行器发送颠簸，也会增加对部件的磨损；高铁在运行时车体外的湍流边界层也会产生强烈的随机声学激励和振动，同时有巨大的气流冲击车身；此外，解决潜艇的结构振动和确保低躁隐蔽性，也是力学和声学领域具有重大意义的课题之一。3D打印的点阵结构可吸收振动又可承重在主体结构中设置阻尼器的传统被动控制，必然会增加主体结构的重量，而点阵结构作为一种典型的周期结构，通过对具有频率禁带的点阵进行周期型设计，以调节其频率禁带的宽度、深度和频段位置，可以实现对结构的振动和噪声的有效控制，同时还能减少附加质量以及外界能源的供给。点阵结构的设计规则点阵胞元结构的形式众多，它们是点阵中的基本单元，常见的胞元结构有立方体、星形、八角形、六边形、菱形和四面体等。这些结构可以通过设计软件在结构体中实现阵列组合，其设计规则主要包括以下几方面：▌胞元结构的大小和密度胞元结构的大小和密度是指单个胞元的大小以及在一个空间内胞元的数量。胞元本身的大小取决于其节点和连接节点的梁宽度和长度。较大的胞元更容易打印，同时强度也更高；较小的胞元相对更均匀，但会受到打印工艺特征尺寸的限制。单个产品不同位置上设置不同的胞元密度▌材料选择制造材料决定了点阵的特性和应用。弹性或软质材料点阵结构的胞元需要更小更密集，以防止打印过程中的塌陷；刚性材料胞元结构具有更大的设计范围，尺寸可以比较大、数量也可以更少，但仍需要注意梁的走向，同样是为了防止打印失败。目前，我们已经可以接受点阵结构既可以是树脂形式，也可以是金属形式。▌胞元结构方向通常情况下，点阵结构会默认为不需要支撑，这一方面需要注意设计过程中的设计极限，如横梁宽度、梁的倾斜角度等等；另一方面也需要注意摆放角度，选择最理想的零件自身支撑摆放方向，尽可能降低加工成本并减少后期处理工作。END多孔和周期点阵结构具有轻质、隔声和减振等优越性能，在航空航天、高速列车、汽车、船舶、潜艇等领域具有十分广阔的应用前景。但点阵结构的建模和验证仍存在不少挑战，在3D打印工艺本身比较成熟的情况下，如何验证设计的可靠性，如何避免因制造过程产生的其他问题是接下来需要考虑的问题。在此方面，模拟仿真可能可以发挥重要作用。欢迎转发延伸阅读：空客为未来航班生成仿生设计采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计创新设计：NASA借助AI和3D打印制造spider行星着陆器采用人工智能和3D打印设计超级材料复制联系笔者：2396747576工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景

材料设计，是指应用已知的理论与信息，预报具有预期性能的材料，并提出其制备合成方案。从工程角度，材料设计是依据产品所需材料的各项性能指标，利用各种有用信息，建立相关模型，制定具有预想的微观结构和性能的材料及材料生产工艺方法，以满足特定产品对新材料的需求。这是材料工作者需要不断奋斗的一项长期目标。传统的材料设计方法通常涉及在宏观层面考虑材料特性，但是近年来出现了更先进的材料设计浪潮，这种新的工程模式使科学家和工程师能够设计出更强、更轻、更灵活、制造成本更低的新材料。在这个过程中，人工智能（AI）和3D打印起着关键作用。▌借助AI实现新材料设计机器学习和预测建模是AI的一个强大子集，可以加速新材料的设计过程。设计人员只需在程序中输入所需的材料属性，算法就可以预测哪些化学元素可以在微观层面上组合，从而创建具有所需功能和属性的结构。麻省理工学院多尺度材料设计研究员、McAfee工程学教授Markus Buehler提到，利用物理和化学理论并借助于于量子力学，让计算机重新发现变量之间的关系，这是借助人工智能进行材料设计的新方法。计算机辅助材料设计系统使用自然语言来创建与材料相关的科学视觉图表研究人员可以创建不同的材料变量，并询问AI系统设计将如何体现，如果让分子链更长或更短，或添加不同的化学物质会发生什么变化，计算机都会给出性能结果。执行一次迭代只需要几微秒，而传统方法可能需要几天甚至几周。用户可以输入他们想要的所需材料属性，系统将搜索数以千计的科学文章以寻找匹配的材料。（国立材料科学研究所）换句话说，研究人员正在利用这种简单的组合关系来设计材料，它同时允许大规模批量生产这些具有相同高性能的新材料。AI使得计算机可以在很短的时间内解决问题，单纯依赖研究人员将要花费几倍的时间。▌采用3D打印制造新材料科学家们可以同时合成和测试数千种材料，但即使以这样的速度，盲目地尝试所有可能的组合也是浪费时间，这就是3D打印和其他先进制造方法发挥作用的地方。3D打印有助于材料科学领域的创新，它为工程师和设计师测试新材料带来了新方法。利用现代增材制造和其他实验技术，设计人员可以将各种组成成分按照规划放置于空间中特定的点，构建任何比例的结构并验证结果。每次测试的结果会再次输入系统，让机器自主学习和训练，随着时间的推移，机器对材料的设计将更加智能可靠。工程师开发材料工艺与性能数据库自2017年以来自，德国Fraunhofer IWS的工程师联合其它五家研究所执行了一项名为futureAM的项目，即借助AI和3D打印来寻找超级合金的合适配方。项目人员通过使用人工智能和机器学习来研究大量监测数据与实际工艺效果间的联系。例如，特殊分析算法将测量的传感器值与研究所的粉末数据库相关联，通过评估工艺参数，机器将自己做出决策并选择出合适的工艺组合。使用激光粉末堆焊技术，结合优化出的工艺参数，可以同时或连续地将不同粉末送入加工区，精确调节进给速率，性能最好、最昂贵、高抗性的材料只在最需要的位置释放，其他非关键区域可采用价格较低的材料。通过激光粉末堆焊，可以整体制造由不同材料制成的部件，它可以将特定材料准确放置在需要其性能的位置。该技术为航空航天、燃气轮机开发更轻、更强和成本降低的部件提供了广阔的前景在此前这些工作是怎么做的呢？工程们需要记录不同温度、粉末、进给速率和其他参数组合下产生的监控数据和工件性能参数，然后分析哪个参数可以增材出自己所需要的性能，但这一过程需要庞大的数据分析和人工比对工作。借助人工智能，增材制造系统通过多种监控数据自主学习如何做出决定并自动调整温度及其他参数，可成功地在具有挑战性的工作中开发新的超级合金。EDX分析：数据显示了测试件化学成分的转变。颜色说明了从钴基-Merl72到IN 718（黄色：钴，蓝色：镍，橙色：铝）的连续过渡。到目前为止，这种新材料的制造技术也仅能通过3D打印实现。它将可能需要的铁、镍、钴、钛、铝和碳化物复合在一起，按照规划施加，这是其他工艺所无法实现的。END人工智能在先进材料设计和工程方面的未来前景非常广阔。专家们一致认为，它将成为几乎所有行业未来创新的基石。但挑战仍然存在，人工智能需要不断学习和训练，才能更加准确可靠。为了在材料科学中充分发挥人工智能的潜力，工程师、研究人员和科学家需要不断加深对这项会改变行业的尖端工具和技术进行深入学习和应用。欢迎转发延伸阅读：人工智能和3D打印：满足制造业的未来创新设计：NASA借助AI和3D打印制造行星着陆器金属3D打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法视频案例：3D打印、区块链和人工智能如何融入实际生产复制联系笔者：2396747576技术交流QQ群：867355738，所有资料均在群文件夹 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：采用人工智能和3D打印设计超级材料