钛合金具有比强度高，耐蚀性好，高温力学性能优良等特点，可满足航空航天高机动性、高可靠和长寿命零部件设计的需要，其应用水平已经成为衡量航空及航天器选材先进程度的重要标志，同时钛合金具有良好的生物相容性，弹性模量与人体骨骼接近，在医疗领域也是一种重要应用材料。虽然钛具有诸多优良特性，但其加工一直是一项难题，钛的低热传导率、加工硬化、低弹性模量等因素造成传统机加工手段制造钛合金构件难度较大，材料利用率低，周期长，成本高，而等静压、注射成形、放电等离子烧结等方法又难以克服氧含量和孔隙率高等瓶颈问题。 增材制造作为近净成形技术的一个新方向，大大减少了工序并缩短了制造周期，非常适用于复杂结构和定制化零件制造，而且材料利用率高，其技术优势与钛的应用领域需求具有天然契合点，同时增材制造能够规避钛的加工难题，钛的不利于传统机加工的诸如低热传导率特性反而有利于粉末激光成型，因此自金属增材制造技术兴起之后，钛合金被率先投入使用并迅速铺开，由此也带动了粉末材料的需求。当前全球增材制造用钛粉年用量在1000吨以上，在整个增材制造金属材料中仍然占据主要市场。 2014-2027年钛合金3D打印粉末总消耗量预测（来源：SmarTech） 增材制造用钛合金粉末制备 粉末材料作为金属增材制造的最主要基础原材料，是增材制造产业链中的重要组成部分。金属粉末特性对增材制造工艺稳定性、成形精密性和产品组织性能有关键影响。钛合金增材制造以钛合金粉末为原料，粉末粒度分布、纯净度、空心粉含量、流动性、松装密度等对成形件性能起着至关重要的作用。 不同增材制造工艺所适用粉末特性有所差异，但基本要求都是成分纯净、粒径分布窄，流动性好。基于上述要求，应用于增材制造的金属粉末多为球形粉末，制备工艺也以球形粉末制备技术为主。金属增材制造中常用铝基、铁基、铜基等材料大多采用坩埚熔炼气体雾化制备，但由于钛具有极强的化学活性，在高温状态下和绝大多数的单质和化合物发生反应，因此为保证钛合金粉末的纯净度和低含氧量不宜使用传统坩埚方式熔炼。当前球形钛粉制备技术集中于电极感应熔炼气体雾化（EIGA）、等离子旋转电极（PREP）、等离子火炬雾化（PA）和射频等离子球化（PS），几种方法均为无坩埚形式。 国内外主要增材制造钛粉供应商多以上述几种制备技术为基础，而且不同制备技术分别形成了代表性的设备和材料供应商，如德国ALD公司代表了EIGA设备的最先进水平，以PA技术为基础的AP&C几乎是高品质球形钛粉的代名词。几种钛粉制备方法在粉末特性、设备成本和生产效率方面各有优劣，但不可回避的一个问题就是细粒径粉末的制备成本。近几年铺粉用钛合金粉末市场价格已经大幅降低，但单价仍然明显高于其他增材制造粉末，一方面是由于钛本身材料价格高，作为高活性材料处理成本也高，另一方面和当前钛粉制备技术的细粉收得率和生产效率直接相关。虽然当前粉末成本并不是金属增材制造的最主要成本，钛的主要应用领域对价格也并不过分敏感，但在粉末需求不断增长的大背景下，降低成本是必然要求，因此开展钛粉制备技术开发和工艺优化具有重要意义。对球形钛粉制备而言，提高细粉收得率和相对连续工艺生产都是制备关键技术。 据3D打印技术参考了解，有研科技集团下属北京康普锡威科技有限公司（有研增材技术有限公司）为解决钛及钛合金粉末制备存在的熔炼与雾化技术问题，将高频感应熔炼技术与气雾化技术相结合，并采用紧耦合结构的雾化器结构设计制备微细球形钛及钛合金粉末，提高了细粉收得率，同时可实现密闭条件下的连续生产，进一步降低了钛合金粉末的生产成本。相关成果曾获中国有色金属工业科学技术一等奖。 增材制造用钛合金种类及应用 钛合金存在α和β两种同素异形体，一般在882℃发生α↔β的转变。通常来说，根据钛合金中α相和β相的含量组成可将钛合金分成α钛合金、β钛合金、α+β钛合金三类，我国分别以TA、TB、TC表示。α钛合金是由α相单项固溶体组成，组织形态比较稳定，始终以α相形式存在，因此具有良好的高温稳定性和可焊性，但是其室温强度和塑性较差。β钛合金晶体结构为体心立方（BCC），其变形能力优于密排六方（HCP）结构的α钛合金，具有较好的塑性和室温强度。α+β钛合金可以通过调整合金元素成分调控α和β的相对含量从而达到提升合金成形性和力学性能，但这都是以牺牲其焊接性能和抗蠕变性能为代价。 在增材制造领域中，目前α+β钛合金应用最多的是TC4，具有良好的耐蚀性、焊接性，可通过热处理调整组织及性能，在航空航天和医疗领域广泛使用，可在350℃以下长期使用；随着增材制造应用的不断拓展和轻量化要求的不断提高，越来越多航空航天零部件希望拥有更高的高温强度和稳定性部分替代密度较大的高温合金和不锈钢，同时又兼具良好可焊性的需求，α钛合金无疑是一个很好的选择，目前应用较为成熟的是TA15合金。TA15合金长时间（3000h)工作温度可达500℃，瞬时（不超过5min)可达800℃。450℃下工作时，寿命可达6000h。 >>>> 常用增材制造用钛合金粉末产品 表1增材制造用钛合金粉末化学成分表 表2增材制造用钛合金粉末特性（来源：康普锡威） >>>> 产品样例（TA15） ■应用场景TA15合金是一种高Al当量的近α型钛合金，具有良好的高温强度、稳定性、耐热性、耐腐蚀性及焊接性能等一系列优良的综合性能，用于制造飞机的风扇，压气机盘及叶片等工作温度较高，受力较复杂的重要结构件，是一种重要的飞机和发动机结构用钛合金材料。 ■力学性能： 表3退火态3D打印TA15力学性能（来源：康普锡威） END 钛合金在金属3D打印材料市场中一直处于领先地位，根据《Market Analysis Report》，其在2019年占全球收入的65.3％，这不仅取决于用量，也取决于价格。航空航天业采用3D打印制造钛合金原型成为促进增长的主要因素，而它在重量、强度和腐蚀性方面满足行业要求的能力使其能够保持可持续性的增长。 得益于应用市场的发力，钛合金粉末的价格在近年来快速下降，无论国产还是进口，价格基本在1300-1800元/公斤，并还有进一步下降的趋势和空间。得益于此，钛合金3D打印的应用领域也逐渐超出航空航天的应用范围，开始向汽车及大工业领域拓展， 国产钛合金3D打印粉末市场正在蓬勃发展。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.Ti-6242 | 一种用于关键任务应用的高性能3D打印钛合金 2.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 3.年消耗5.4吨钛合金，成功用于陆、海、空、太空的金属3D打印解决方案 4.材料–结构–性能一体化增材制造 | 顾冬冬教授发表南航首篇《Science》论文

桌面级金属沉积技术、单头实现粉末和丝材打印、焊接切割功能的增减材一体化、多种金属材料的复合制造，当我们提及金属直接制造的创新技术时，这四种技术无论哪一项我们都可以将其称为创新级的增材制造技术。而新金属机设备厂商Meltio则实现了三合一颠覆性的创新。 Meltio采用了独创的3E金属沉积技术，这是一种LMD金属沉积技术的升级版本，能够自动同时使用金属丝、金属粉末或同时使用这两种金属而无需更换喷嘴，该技术可成型常用的材料，如钛、钢、铜、铝、铬镍铁合金等。用金属丝、粉末或通过将两种材料组合在同一零件中而无需更换喷嘴来制造零件，硬件的购置成本比当前市场价格低约50％至75％，并可以使用市场上任何可购买到的金属丝和粉末材料，成本降低多达10倍。从实验室研究到零件更换，Meltio可以打印从小零件到几米的大型零件，这使得该技术适应于军工、航空航天，汽车和大规模制造等各个行业。该公司已经在全球安装了约110台机器，为其客户提供价格合理且易于使用的混合制造能力，并实现了工业原型和模具制作，小批量、大规模制造以及维护和维修等应用。 以下为Meltio 3D打印机实现的应用案例： SS316L – 叶盘：• 尺寸：500 x 500 x 60 毫米•重量：9.15 公斤•打印时间：26 小时 25 分钟•打印成本：114.07 欧元 SS316L – 旋转螺杆压缩机： • 尺寸：75 x 75 x 230 毫米•重量：2.55 公斤•打印时间：7 小时 23 分钟•打印成本：31.81 欧元 SS316L – 海军螺旋桨： • 尺寸：φ600毫米•重量：12.1 公斤•打印时间：43 小时 40 分钟•打印成本：189.71 欧元 SS316L – 发动机歧管： • 尺寸：205 x 360 x 473 毫米•重量：5.22 公斤 •打印时间：19 小时 23 分钟•打印成本：95.86 欧元 Ti64 – 表盘： • 尺寸：53.37 x 44.59 x 10.85 mm•重量：29.22 kg•打印时间：5 小时 40分钟•打印成本：31.09 欧元 Ti64 – 飞机发动机支架：…

钛合金粉末以生产具有优异机械性能的零件而闻名，是当前价值最高、应用最广泛的3D打印金属材料之一，尤以Ti6Al4V最为知名，但在特定情况下最好能够有更多的选择。在3D打印技术参考往期文章中，介绍了能够具有代替Ti6Al4V的两种3D打印钛合金材料：Ti-5553和Ti-38644。本期将讨论的另一种适合高性能和高温应用的钛合金——Ti-6242（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si），对应我国钛合金牌号TA19，该材料正在被GE Additive重点开发相关应用。 Ti-6242有何特别之处？能满足哪些要求？ Ti-6242具有重量轻和耐高温的特性，是一种传统技术难以生产的材料。GE Additive旗下粉末制造公司AP&C专注于反应性材料生产，尤其是钛粉，并且在粉末的制造和如何控制制造过程以生产高质量零件方面拥有行业领先的深入知识。通过控制粉末中的氧含量，生产高质量粉末，对于增材制造应用至关重要。 对于航空航天、军事、核工业以及赛车运动，是性能比成本更重要的受高度监管的行业。作为一种活性合金，Ti-6242与其他钛合金的主要区别在于该材料的机械性能能够满足高温和抗蠕变应用。 Ti-6242具有高机械强度、可焊性、高温稳定性和高达500-550°C的抗蠕变性。其他常见的钛合金，尤其是Ti6Al4V，工作温度通常为350°C，因此Ti-6242能够在更高温度下工作。 AP&C开发的Ti-6242粉末 AP&C开发的不同粒度范围的Ti-6242粉末 意大利3D打印服务商BEAMIT的研究也表明，通过L-PBF生产的Ti-6242在室温下屈服强度约为1000MPa，在550°C下仍保持在600MPa以上，这些性能与采用锻造技术生产的Ti-6242和IMI834（高温下性能最高的钛合金之一）相当。4.5g/cm3的密度使其同时兼具强度-重量比优势，Ti-6242成为所有需要良好机械强度和轻量化应用的有吸引力的解决方案。因此，Ti-6242是一种有效的钢和镍基高温合金的替代品。 GE Additive 3D打印的Ti-6242测试样 GE Additive 3D打印的Ti-6242主要性能参数 以上性能满足了受高度管制行业的某些客户的要求，例如商业和军事航空航天以及核能行业，这些行业的零件需要在极端环境下工作（如发动机），它们的功能对整体性能至关重要。当其他钛合金不适用时，Ti-6242提供了一种解决方案。 同时，Ti-6242是第一种获得AMS（美国宇航材料）规范的钛合金，专门用于增材制造应用，这一事实证明了工业界的兴趣。Ti-6242与具有相同粒度分布的其他钛合金相比，它具有更高的抗氧化性，使用的安全性更高，处理和加工更容易。 Ti-6242适用于哪些高温应用？ Ti-6242适用于制造对高温稳定性至关重要的轻量化部件，例如航空航天工业中的涡轮机部件、加力燃烧室结构、高压压缩机叶片和机身热端。一些冷端区域只需使用具有低温性能的钛合金，而热端区域将受益于Ti-6242提供的高温稳定性。 这些应用中的主要考虑因素是不同的应用需要不同的材料，因此根据工作温度需求选择合适的材料至关重要。 Ti-6242也是一种极具潜力的空间应用材料，其温度范围覆盖低温至500°C，在这些极端情况下，Ti-6242可以应对不同的温度变化。 航空航天面临的挑战总是试图在最高温度下以尽可能低的重量获得最高的机械性能。在温度较高的区域，通常使用镍高温合金，但这些合金的密度是Ti-6242的两倍。因此，改用Ti-6242可以减轻航空航天行业发动机的重量，同时仍能满足温度要求。这些特点同时适用于赛车行业应用，Ti-6242提供的轻量化有助于提高这些行业发动机的性能和燃油效率。 航空发动机的主要材料组成 但Ti-6242的3D打印具有挑战性，因为它容易因残余应力而开裂。3D打印的Ti-6242满足适合高速旋转的发动机中高温区设计，材料的疲劳特性至关重要。高度球形的粉末，将提高可加工性并有助于保持打印过程稳定，防止开裂。材料的疲劳特性对缺陷很敏感，在增材制造中减少缺陷的最佳策略之一是控制原材料。 此外，通过循环热处理工艺可以实现3D打印Ti-6242机械性能的调控。新加坡制造技术研究院毕贵军博士团队已将该研究发表于Advanced Power Materials，文章题目：Effect of cyclic heat treatment on the microstructure and mechanical properties of laser aided additive manufacturing Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo alloy。 毕贵军博士团队3D打印的Ti-6242合金的室温拉伸性能：（a）工程应力、工程应力曲线；（b）室温拉伸性能柱状图；（c）加工硬化曲线 该研究提出并验证了循环热处理工艺在激光辅助增材制造近α钛合金Ti-6242中制备球状α相的方法；阐明了α与β相之间的元素扩散是激光辅助增材制造Ti-6242合金中球状α相产生的驱动力；通过球状α相的生成调控了激光辅助增材制造Ti-6242合金的强度和伸长率，使其达到了锻件标准AMS 4919J要求 (屈服强度≥827 MPa，延伸率≥10%)。 END 航空航天领域的3D打印钛材料开发正在取得重大进展，Ti-6242是一种高性能材料，结合了高温稳定性和轻质特性，非常适合航空航天、军事和空间应用。 虽然钛合金加工时的切削力只是略高于同等硬度的钢，但是加工钛合金的物理现象比加工钢要复杂的多，从而使钛合金加工面临巨大的困难。在传统工艺加工存在较大困难的情况下，3D打印提供了一种有效的加工方式。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.可替代Ti6Al4V | 航空航天结构应用和增材制造工艺的极佳候选材料 2.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 3.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择 4.北航Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金

一种被称为快速液体印刷（Rapid Liquid Print)的凝胶/弹性体3D打印技术由麻省理工学院开发，可以使用行业标准材料（如软橡胶、硅胶和泡沫）生产柔性产品，无需重新加工或后处理。宝马使用该技术证明了该技术在汽车领域快速弹性体应用方面的巨大前景。近日，宝马公司风投机构BMW i Ventures牵头投资了该技术种子轮融资。 快速液体印刷是一种新的3D打印工艺，最初由麻省理工学院的自组装实验室开发，在凝胶悬浮液中以三维形式“绘制”液体物体。RLP团队获得了麻省理工学院的独家许可，其消除了设计限制，可以一次打印大尺寸的多个零件，并且比目前市场上的其他解决方案效率都高。。 △左右滑动查看更多 RLP可在几分钟内用橡胶、泡沫和塑料等高级材料生产大型物体，材料在打印时固化，然后只需最少的后期处理即可使用。传统的3D打印受到速度慢、构建量有限和材料质量差的限制，使其作为主流制造工艺变得不可靠。RLP技术可在几分钟内创建大型、弹性、密封和高质量的产品，从而改变了游戏规则。该团队目前在与世界各地的研究人员和行业领先公司合作，研究包括医疗设备、鞋类、家居用品、航空和汽车部件在内的应用。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.面向未来的战略技术：大型复合材料增减材一体制造及其关键要素 2.中科院化学所采用3D打印制备出极高性能的隐形眼镜结构 3.好打印机+好材料=好模型，最合适的3D打印材料应该如何挑选？ 4.从SpaceX到NASA，从赛峰到特斯拉，中国3D打印企业为何能走向世界？

飞机和航天器火箭发动机中的静态和旋转部件都受到极端性能要求和恶劣环境的影响，如高温、高压、腐蚀等条件。这些性能往往要求零件具备高度复杂的形状并由特殊材料制造，如压缩机叶片、涡轮叶片、导流器和叶轮等部件使用增材制造技术可以显著提高其性能。随着复杂性的增加，传统工艺的制造能力受到约束。而增材制造技术使设计师能够从使用传统制造技术常见的几何约束中获得更多的自由，从而允许设计更复杂的最终组件。 通用电气波音新型777X客机设计的下一代GE9X发动机，是有史以来最强大的商用喷气发动机。GE9X包含大量直接集成到发动机核心结构中的增材制造部件，其中228个低压涡轮叶片采用EBM工艺和TiAl合金制造，其重量是航空用传统镍基合金涡轮叶片的一半。对于GE9X发动机，这意味着与它的前身GE90相比，油耗降低了10%。 3D打印的GE9X TiAl合金叶片 西门子的一个案例研究强调了通过增材制造实现涡轮机械零件的可制造性。其在2009年对该技术进行了初始投资，2013年在燃气轮机中安装了第一个3D打印组件，2017年成功打印并安装了包含内部流道的燃机透平叶片。之后，他们继续评估使用3D打印技术（如L-PBF和EB-PBF）制造涡轮压缩机闭式径向叶轮实现商业应用的可行性。依靠成功的测试和监管部门的批准，径向叶轮在提高涡轮机械效率方面显示出了重要效果。虽然这些不是直接的航空航天示例，但它们很好地说明了高性能组件的制造潜力。 将近3000零件优化为68个3D打印的西门子燃气轮机演示器 发动机制造商Pratt&Whitney在过去25年中使用3D打印技术生产了超过10万个原型部件，目前为PW1500G发动机生产压气机定子叶片和环形同步支架，前者用于引导气流通过压气机。这些零件将用于庞巴迪C系列飞机发动机的制造。 晶格结构属于典型的轻量化设计手段，因此也引起了涡轮机械领域的兴趣。最近的一项研究表明，在压缩机叶轮上应用内部晶格结构可以减少质量和转动惯量。使用3D打印和Ti-6Al-4V制造的内部包含晶格结构的叶轮，可以通过减少打印过程中积累的残余应力来提高叶轮的性能。 包含晶格结构的3D打印叶轮 大型现代飞机发动机通常由数以万计的部件组成，虽然并非所有部件都可以通过3D打印技术制造，但除了核心涡轮和压气机叶片之外的许多部件都可以合理地使用该技术。霍尼韦尔航空航天公司完成了对其HTF7000系列飞机发动机应用的各种涡轮机械部件的研究。该研究不仅详细介绍了3D打印的高压涡轮应用，还详细介绍了机载喷射器、第二级高压涡轮喷嘴、雾化器护罩、进气增压耙和发动机支架的设计。这表明大量飞机发动机部件有可能使用3D打印制造。 航空航天领域最著名的3D打印应用仍然是通用电气LEAP发动机燃料喷嘴。截至目前，该喷嘴已经生产超过了10万个。由钴铬合金3D打印的燃料喷嘴已被安装于GE多种发动机上面。该应用取得成功后，GE在新的GE9X发动机上使用了数量更多的3D打印组件。GE9X发动机在七个多部件组件中拥有304个3D打印零件，因此，GE9X系列发动机上超过三分之一的部件是使用增材制造技术生产的。该发动机配备了28个LEAP发动机燃料喷嘴、228个低压涡轮（LPT）叶片、一个T25传感器外壳、一个燃烧混合器、8个气旋诱导器和一个热交换器，所有这些都使用3D打印技术制造。除LPT叶片和热交换器外，所有这些部件均采用L-PBF工艺由钴铬(Co-Cr)合金制成。 GE LEAP燃油喷嘴 能量沉积技术多被被用于制造大型金属结构。NASA使用该技术制造了重达2吨、高约2.8米、直径达2.43米的庞大火箭喷管，与传统的制造技术相比，3D打印使加工时间减少了50%以上。Relativity space则更加狂热，其开发了一种高度约9米的“Stargate”3D打印机，能够打印火箭燃料箱和发动机，借助一体化制造技术，它们所开发的火箭零件数量仅是同类火箭零件数量的1/100。 3D打印技术还被广泛用于修复损坏的组件，这可以显著节省航空航天应用中常见的昂贵组件的维护和制造成本，还可以减少对备件库存的要求以及对新零件制造前期的投资。进一步的研究表明，与传统方法相比，通过3D打印进行零件修复对环境造成的影响也显著降低。恢复整体叶片转子（也称为整体叶盘）的结构完整性可提供成本效益，这些部件的制造成本可能高达数万甚至数十万美元。借助3D打印技术修复的叶盘，通过旋转和低周疲劳测试，显示出良好的冶金、拉伸和侵蚀质量，使其能够获得认证。 使用LENS修复过程，（A）LENS系统修复过程（B）前缘修复后的T700叶盘（C）完成后修复的叶盘 NASA已经在多种应用中证明了3D打印复杂涡轮机械零件的可用性。集成有3D打印叶轮、泵蜗壳、叶盘、涡轮定子、出口导向叶片和喷嘴的火箭发动机涡轮泵已经成功进行了验证。该部件的零件数量相比传统制造方法减少了45%，并完成了转速超过 90000 转/分钟的旋转和发动机测试。值得注意的是，这些3D打印组件需要改进工艺，包括表面处理、材料特性、构建过程中支撑结构的应用以及尺寸公差等。 NASA使用3D打印技术制造的涡轮泵 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。激光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。 增材制造技术在航空航天动静态组件上的成功应用，已经改变了该领域零部件传统的设计思路，它所带来的效益提升是空前的，已发展成为提升航空航天设计与制造能力的一项关键核心技术。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域增材制造四类典型结构及发展趋势 2.系统论述航空航天增材制造3类典型材料及应用挑战 3.几种主流陶瓷3D打印工艺的关键特点及航空航天应用面临的挑战 4.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料

在今年9月美国3D打印制造展览会（Rapid and TCT）和10月复合材料及先进材料展览会（CAMX）上，Thermwood公司展示了其大型增减材制造设备LSAM，并在现场成功打印出可用于航空航天复合材料成型的工装模具，向公众展示了其低成本快速响应复材制造的能力。 作为大型零件増材制造商，Thermwood开发了一种近净成形制造零件的方法，首先采用高速3D打印出尺寸比所需零件稍大的尺寸，然后裁剪到最终尺寸和形状。2017年，该公司与海军空中系统司令部的东部舰队备战中心签署了正式合作研究和开发协议，以合作开发大尺寸増材制造技术。2019年，Thermwood与美国空军研究实验室(AFRL)和波音公司合作开展研究项目——利用增材制造技术生产低成本快速响应模具，波音公司奥本工厂还拥有一台Thermwood大型聚合物增材制造系统，其具有6m的打印床，可以打印宽3m、长6m、高5 1.5m的零件。2021年，普渡大学建立了用于大规模3D打印的Thermwood LSAM研究实验室。 LSAM复合材料增减材设备及关键技术 LSAM是大型热塑性复合材料增减材制造设备，其标准型号配有固定的工作台以及可移动龙门架，在龙门架上安装有挤出式3D打印头和传统铣削头，使零件在同一设备上即可完成增减材制造，避免重新固定零件造成的误差。 LSAM 1540设备具有双龙门结构（工作台尺寸15英尺×40英尺，4.5m×12m） LSAM使用两步法的“近净成形”生产工艺。首先高速打印出比所需尺寸稍大的零件，然后通过精加工修整到最终尺寸和形状。这是3D 打印大型结构最快、最有效的方法。使用LSAM设备，可以在同一台机器上完成打印和精加工。若采用双龙门结构，可以在工作台的两端同时进行一个零件3D打印和另一个零件的铣削加工，从而进一步提高效率。 LSAM设备几乎可以加工任何热塑性复合材料零件，包括高温材料，如包括需在高温条件下成型的PSU、PESU 和 PEI等，这些材料非常适合必须在高温下条件下的模具和工具。系统集成了用于干燥和输送聚合物材料的液体冷却系统，以保持对重要系统的温度控制，这对加工高温材料尤为重要，因此能够生产高质量、完全融合的产品。这些材料也主要用于生产模具和工具，大部分用于航空航天和工业生产应用。 LSAM对两个零件分别进行3D打印和铣削加工 LSAM的关键技术包括以下几方面： 一是先进的打印系统设计。其打印头挤出机的大部分热量来自加热的机筒而不是螺杆旋转与打印材料产生的摩擦，与传统设计相比加热更为均匀且不需要更换螺杆来加工不同的复合材料；打印头使用特殊合金可支持高达450°C的加工温度；聚合物熔体泵由伺服驱动控制流量，形成均匀输出；其独特设计的压轮可实现打印层间无空隙，零件底部打印到特制粘板上，可消除冷却应力和零件翘曲。 螺杆挤出机 二是强大的控制系统。LSAM集成了一个控制系统，能够监控和调整实时温度，自动处理挤出和打印速度。当加载材料配置文件时，该聚合物的所有参数，如区域温度和压力限制都会自动设置；控制系统还能自动将熔体泵的输出与机器运动速度同步，确保尺寸绝对精确，无论机器加速还是减速运行； 温控压轮图 三是适用于大型零件增材制造的工艺软件。具有拐角回拉补偿等功能，可实现复杂零件编程并根据LSAM设备的打印特性进行自动调整。 特制粘板 LSAM独特的打印系统可生产高强度、完全融合、真空密封且几乎无空隙的零件。它不是实验室或演示机器，而是一个成熟的工业增材制造系统，完全能够用于生产大型组件。 波音验证LSAM可行性 近日，波音研究与技术实验室与Thermwood公司合作完成了一项由美国海军资助的项目，内容为应用大幅面增材制造工艺试制可适用于热压罐工艺的复合材料工装，验证其作为低成本、快速制造方式替代传统工装制造方法的可行性。所制造的热压罐需要足够耐用，能够承受180℃和586Kpa的多次固化循环。热压罐的尺寸约为1m x1m x 0.4m，波音公司采用LSAM1020设备和由碳纤维增强的PESU材料来进行零件打印，最红使用277kg的材料，用时7小时26分钟完成打印，并更换铣削头在53小时内完成最终加工，工装尺寸和表面质量达到了设计要求。经过多次热压罐工艺循环试验，工装的真空保持性、尺寸稳定性以及高温耐久性均可满足要求。该项目证明了LSAM设备在单一平台上进行增减材制造用于复合材料工装的能力，与传统制造方法相比，可节省约50%的成本，并将制造周期缩短65%。 LSAM设备打印可适用于热压罐工艺的复合材料工装 此外，Thermwood还层利用垂直层打印（VLP）专利技术成功打印出一个3.6米长的波音777x的修整工装，增减材制造总耗时约43小时，验证了LSAM设备的大尺寸低成本快速制造能力。在波音公司奥本工厂，还安装了一台具有6m的打印床的Thermwood大型聚合物增材制造系统。 波音777x的修整工装 END 复合材料制造是未来平台的一项战略技术，开发更具成本效益的工具解决方案将大大有利于生产制造。Thermwood凭借其3D打印的专利技术以及增减材一体的设计思路，提供了在一台设备上完成零件3D打印与精铣的能力，具有低成本和短周期的制造优势。凭借与此，该公司开发了当今行业中最大的复合热塑性增材制造系统，在航空航天、军事和国防、海洋与造船等行业获得应用。 注：本文内容来自航空制造网《前沿 | 新技术助力大型复合材料增减材制造》，作者：泊森。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.连续纤维+热塑性塑料，空客正在开发代替钛合金的3D打印高强复合材料支架 2.一种纤维铺放3D打印系统在速度、可靠性和性能方面处于行业领先 3.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料 4.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

在刚刚过去的Formnext展会上，EOS推出了一种新型铝合金材料Al 2139AM，该合金专为增材制造而设计，可在高达200ºC的高温下提供卓越性能，是EOS推出的强度最高的3D打印铝合金，超过了目前市场上的许多类似材料。改进的强度特性为客户带来了新机遇，可以在不影响强度的情况下显著减轻零件重量。 在热处理状态下，3D打印的Al 2139AM的屈服强度和拉伸强度约为500Mpa，具有高达200°C的高温耐受性和良好的耐腐蚀性。EOS指出，该材料具有快速简单的一步热处理特点，能够减少88%的热处理时间，从而能够更快的得到最终零件。同时，3D打印的Al 2139AM零件可以进行电解抛光和阳极氧化处理。 EOS推出新型适用于高温应用的高强3D打印Al2139铝合金 Al 2139AM的低密度和强度相结合，使其适用于航空、运输、赛车和航天工业等许多要求严苛的高性能应用，同时还能够为制造业提供灵活性、更好的材料管理以及生产成本管理。EOS指出，Al 2139AM及其3D打印工艺将于2022年第一季度发布。 长期以来，铝合金一直被认为是增材制造领域中的重要材料。这是由于它重量轻、强度大和耐化学性好的特点可用于许多领域，尤其是航空航天和自动化领域。根据已经明确的案例，3D打印铝合金已被美国空军、波音、梅赛德斯-奔驰、空中客车公司所采用。 EOS 3D打印的Al2139铝合金零件 EOS这种最新材料专为增材制造而设计，优于该公司的其他3D打印铝合金，如F357。实际上，铝合金高强度的获得与热处理工艺密切相关，市场范围内多种牌号的高强度铝合金莫不如此。适当的热处理可用于满足各种应用需求，如减少各向异性。空客公司开发的世界上第一种增材制造专用高强铝合金粉末材料Scalmalloy，经热处理后室温拉伸强度达到520MPa、屈服强度480 Mpa，均高于打印态；英国铸造公司Aeromet International推出的A20X铝合金粉末经热处理后拉伸强度为511 MPa，屈服强度440 MPa，伸长率为13%；中车工业研究院开发的3D打印铝合金经特定的热处理工艺，拉伸强度稳定超过560MPa，屈服强度超过500MPa，延伸率超10%。经热处理后的EOS Al 2139AM，屈服强度和拉伸强度也达到500Mpa，与当前市场的其他高强铝合金相比处于相近水平，超过传统使用的AlSi10Mg等普通铝合金。 Al 2139的化学成分及其在搅拌摩擦焊制备后，经不同热处理所达到的性能 搅拌摩擦焊制备的Al2139经T3热处理后不同温度下的机械性能 根据3D打印技术参考查阅到的有关资料，Al 2139是一种是在Al-Cu-Mg合金基础上，通过添加微量Ag元素而开发出来的一种2000系铝合金，其具有良好的损伤容限性能、耐热性能和抗弹性能，有可能被用于下一代超音速飞机蒙皮和战车装甲等领域。NASA针对该材料的技术资料显示，Al 2139合金可通过常规应力消除和人工时效方法进行加工，但不需要像常规2XXX合金那样进行冷变形处理，可以开发具有吸引力的强度、韧性和抗疲劳裂纹扩展能力的应用组合。与此同时，该合金的性能在所有厚度下都保持不变，这与在比较中观察到的其他合金不同，因此对于在地面、飞机和航天器中的广泛应用具有重要价值。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.国产「高流动性」3D打印铝合金粉末获批量应用 2.铝合金大尺寸构件3D打印一体化制造的需求、限制因素及进展 3.高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性和缺陷类型 4.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 EOS 高强铝合金 高温应用 Al 2139

点击上方「3D打印技术参考」快速关注官方网址： 3D打印的一大优势是可以实现多部件集成为一个单独的部件进行制造，可大大减少零件数量。美国宇航局和其他研究人员的公开研究表明，在火箭发动机中，可以将80个部件可以减少到三个；同样，通用电气将Catalyst 涡轮螺旋桨发动机的855个零件经过结构优化减少为12个部件。 零件的减少将带来一系列效应，外媒专门总结了因此而带来的60余项影响。本期，3D打印技术参考对其介绍如下： 1. 由于更少的紧固件和功能的集成，零件数量的减少意味着组件的整体重量将更轻； 2. 反过来，集成化会以多种方式改变制造方式，可以以更低的成本打印组件，花费的时间也更少； 3. 零件组合和集成化制造，使3D打印这种制造方式的优势更加明显而有效； 4. 使用3D打印制造新零件的成本将逐渐降低； 5. 使用3D打印进行设计迭代或开发新设计将更便宜，同时也更快； 6. 存储零件所需的空间减少为单个零件的存储空间； 7. 所有零件都可以作为一个整体而非单个零件进行专门制作，可以达到最好的效果； 8. 更少的零件作为一个整体也减少了许多其他变量，例如更少的表面积和更少的整体后处理表面； 9. 减少处理成本； 10. 减少机器工作时间，进而降低成本； 11. 减少QA和QC过程中的处理环节； 12. 需要测试的零件更少，从而降低成本并加快测试过程； 13. 需要更少的工具； 14.购买与飞行比率将得到改善，因为总体而言需要的材料更少，由于需要更少的组件，因此这种影响更加复杂； 15. 通过移除紧固件、整合功能和改变零件结构，可以从根本上改变外形； 16. 由于零件更少、质量更轻和制造集中化，因此降低了运输成本； 17. 由于更少的材料使用和减少了机器工作时间，并减少了运输成本，可能会减少碳排放并消耗更少的能源，从而提高整体可持续性； 18. 更少的零件、更少的工具和更少的材料总体上会显著降低存储成本； 19. 存储带来的变化，有利于提高工厂的运行效率； 20. 存储带来的变化，有利于降低厂房成本； 21. 存储带来的变化，有利于降低建筑规模和辅助费用； 22. 存储成本和存储材料占用的资金减少，这可能会为一些公司节省数十亿美元； 23. 在新产品问世之前，在工具上占用的资金更少； 24. 更少的资金用于备件和保留工具以备不时之需； 25. 更少的资本被用于备件，包括仓库、人手等； 26. 零件可以更快地重新设计； 27. 重新设计零件可以更便宜，不必更改工具； 28. 集成功能和更少的零件意味着需要存储的零件更少，从而简化了物流； 29. 集成功能和更少的部件意味着部件更大，也可能更复杂，因此当它们损坏时，可以为它们收取更多费用； 30. 集成功能和更少的零件意味着零件更大，也可能更复杂，进而更易于MRO和备件服务操作； 31. MRO和备件服务可以通过销售更昂贵的零件和更简单方式来进行，从而赚取更多利润； 32. 设计更改更易于执行； 33. 设计变更的执行速度更快； 34. 迭代更容易进行，特别是因为在一个新的部分中可以处理对其他部分的连锁反应； 35. 运输成本更低； 36. 更少的零件意味着来自供应商的订单风险更小； 37.…

随着数字化齿科技术的普及，目前很多口腔诊所与加工厂都配备了齿科3D打印机。然而，购买一套优秀的3D打印系统，除了关注打印机软硬件之外，还需要谨慎挑选打印材料。 全新升级的SHINING DENT 如果说3D打印设备是基础，那打印材料则是关键一环！为不断优化升级现有的SHINING DENT材料梯队，先临三维不断加强技术研发，参考15项ISO标准、建立9个测试大类、借助16类测试仪器，持续探索更为适合齿科应用的3D打印材料。此次DenTech，先临齿科隆重发布了SHINING DENT种植模型、工作模型、正畸模型3款全新材料，不同模型对应不同材料，不同材料具有不同特性，今天我们就来了解下打印材料该如何挑选。 ▼▼▼ SHINING 3D 三位新成员各有各的“爆点” 先临三维 新款工作模型材料（DM15） 新款工作模型材料（DM15），灰色美学模型材料，高度模拟石膏模型性能，高强度、抗变形、视觉效果佳、细节表现力强，推荐打印不分模模型和戴牙出货模型。【材料特性】•戴冠更美观 •材料强度高 •稳定抗变形（放置14天，尺寸精度保持＞80%） 【材料应用】不分模模型、戴牙出货模型 新款种植模型材料（DM05） 新款种植模型材料（DM05），哑光黄色材料，颜色耐看、韧性好、耐磨度高、间隙容错性能佳，尤其推荐打印插拔模型、种植模型。 【材料特性】•摔打不易碎 • 强大抗压力 •拉伸延展性好 •容错性能佳（前牙后牙一致性高，松紧适度不掉落） 【材料应用】 种植模型、插拔模型 新款正畸模型材料（OD02） 新款正畸模型材料（OD02），耐高温、低变形，推荐用于正畸模型的打印。【材料特性】• 抗压性能强（弹性模量：2477Mpa 弯曲模量：3217Mpa） •耐温（HDT热变形温度：94.5℃ • 高温低变形 左右滑动查看更多 【材料应用】正畸模型 正畸就用这一套！ SHINING 3D 关于先临三维3D打印解决方案 先临三维 齿科行业作为一个个性化与定制化并存的行业，在向数字化转型的过程中与3D打印有着密切的关系。先临三维提供从数据采集-CAD设计-3D打印的智慧口腔解决方案——云舒植™种植解决方案、数字化美学解决方案、技工数字化解决方案都解决了临床及技工的实际需求。同时，又辅以开发高性能专用打印材料，真正意义上建立了数字化齿科的应用生态闭环。 打印材料的研发是战略性、基础性的产业，也是高技术竞争的关键领域。新技术的突破和新材料的创新，是先临齿科跨越式发展新的增长极，也是先临抢占齿科赛道的重要动作之一。 SHINING 3D 配套齿科3D打印机推荐 先临三维 -点击图片查看更多- -点击图片查看更多- -点击图片查看更多- 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.先临三维重磅推出高精度光固化3D打印机，助力原型设计和柔性生产 2.先临三维发布自有品牌高端三维设计软件——SHINING3D Design 3.减少试错成本，研发工程师选择3D打印机要看哪些关键点 4.3D打印迎来新机遇，全球化齿科头部企业如何借势腾飞？

2014年，一件3D打印的空客A350 XWB支架连接器因彻底改变了飞机构件的制造方式和民用飞机的“轻量化”途径，从而入选“德国工业创新奖”。这个用于固定飞机机翼和发动机的部件因具有复杂的几何结构而无法采用传统工艺制造，但3D打印这种新的制造工艺却将其塑造为现实。这种跨行业的开发形式不仅获得了卓越的质量，更具有经济价值，从而促进性了它的批量化应用。 空客公司表示，通过整合这些零件的生产流程，3D打印使其对供应链的控制力更强。同时，在中等制造数量下，金属3D打印比传统工艺更具成本效益，且大大缩短了交货时间。在需求可能不可预测的行业中，这是一个重要的权衡因素。 这个相对较为复杂的支架，过去采用铝合金铣削制成，在加工时会产生大量浪费。而采用钛合金3D打印，结构的优化使其重量减轻了30%以上。在飞机制造过程中使用金属3D打印的重要依据是该技术实现了几何自由并能够减轻重量。“轻量化结构”能够帮助航空公司更经济地运营飞机。新的飞机设计需要数千个飞行测试安装支架，这些支架的生产单位数量非常少，而增材制造技术则允许设计师尝试新的结构。 3D打印带来的优势还包括生产中工具成本的降低，由于在3D打印过程中不需要工具，因此现在可以在早期阶段以较高的效率批量生产这些零件。以前需要6个月时间来开发一个组件，而采用3D打印之后时间缩短到了1个月。 基于以上优势，空客多年来一直在飞机设计和制造过程中采用3D打印技术，无论是Concept Laser、EOS还是西亚基都是空客的合作伙伴。多年过去，3D打印工艺和材料科学获得了进一步发展，“轻量化”和“仿生学”也指向了一个新的趋势。空客正在研究3D打印复合材料支架制造代替钛合金的可能性。一架商用飞机每减轻一公斤重量，就可以在其使用寿命期间减少25吨CO2排放，复合材料在性能可靠的情况下无疑会进一步推动轻量化的发展。 近日，先进制造商Arris Composites透露了与空客公司合作的一项研究，该项目专注于机舱支架的生产，并希望通过利用创新的制造方法和材料（包括复合材料）来实现航空碳排放量的显著减少。 据Arris称，将220克的金属支架进行拓扑优化后采用连续纤维复合材料3D打印可以使零件重量减轻75%到50克。由于每架飞机会配备500个这种支架，如果一年会制造100架飞机，50000个轻量化的支架在整个生命周期中会节省1.13亿吨的燃油，并减少3.57亿吨的CO2排放。 航空航天领域一直在探索热塑性复合材料的韧性和优势。这些材料开发工作已成为下一代复合材料研究的基础。尽管热塑性塑料具有理想的材料特性，但有限的制造能力限制了它们的使用。Arris Composites公司开发了一种称为Additive Molding的技术，通过在热塑性树脂中精确排列连续纤维，获得了具有无与伦比机械性能的下一代复合材料及成熟的大批量成型方法，这些产品具有高度集成性，所制造的产品比金属更坚固、更轻。 Arris Composites声称，金属替代的新时代已经到来，机加工、3D 打印、金属铸造、金属注射成型和金属包覆成型的产品可以被卓越的复合设计替代。连续纤维+热塑性塑料复合制造实现了高强度和轻量化零件的批量生产，通过这种新工艺，可以以与塑料成型产品相同的速度生产高级碳纤维材料，而碳纤维零部件替换钛材料，可使重量减轻78%。 空客公司创新经理巴斯蒂安·谢弗表示，“空客正在朝着使航空旅行更清洁、更可持续的方向迈进，要实现这一转变，需要探索具有重大影响和实际应用的颠覆性创新。我们设计和制造飞机的方式正在发生变化，像Arris这样的新兴技术公司能够帮助我们实现对更好航空旅行的愿景。我们知道仿生学、拓扑优化和先进复合材料是未来，Arris正在帮助我们将这些设计和材料理想结合起来，以实现更好的飞行未来。” 此外，Arris Composites指出，其增材成型技术结合了增材制造和高速压缩成型工艺，将对更换零件和未来的飞机结构产生巨大影响，因此减少碳排放是可能的。空客本身致力于探索这样的技术途径，以支持其实现更可持续的航空旅行的愿景。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.比钢强10倍，比铝高8倍|可用于航空航天结构件的3D打印连续纤维复合材料 2.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 3.Raise3D将以9.9万和2.9万的价格发售桌面金属和碳纤维3D打印机 4.美空军研究室大力开发连续复合材料3D打印，并用于无人机机翼成型