据国外调查机构SmarTech Publishing的最新报告，鞋类3D打印将在未来10年内达到63亿美元的市场规模，如果这一消费品细分市场能够在未来满足消费者的需求，那么大部分功劳可能要归功于五家主要的鞋类公司，因为他们在开发鞋类有效数字制造方面已经进行了大量投资。正如我们将在下面的文章和图表中看到的，这些领先的鞋类品牌——阿迪达斯、耐克、安德玛、New Balance和Reebok （锐步），都在依赖于不同的3D打印技术和材料制造不同的鞋类结构和产品。在先进制造业的总体宏观趋势之下，大规模定制和数字化生产正在成为大形势下的小趋势。本文仅关注主要鞋类制造商的3D打印制造活动，并不意味这是鞋类制造的唯一手段或最重要的手段。在鞋类3D打印中还涉及鞋垫/凉鞋、模具和原型制造。阿迪达斯应用：可变晶格结构中底技术：连续液态界面制造（CLIP）技术技术提供商：Carbon材料：聚氨酯数据特点：生成设计adidas是在鞋类批量生产中使用3D打印最重要的品牌。该公司使用Carbon数字光合成技术已经生产了超过100,000双带有聚氨酯中底的跑鞋，该公司表示在未来几年内会将产量提升至几百万双。阿迪达斯拥有足够的Carbon打印机，可生产百万双3D打印运动鞋，其采用的树脂材料具备足够的强度和柔韧性，不仅形状新颖，而且能提供十分舒适的穿着感。adidas Y-3 Runner 4D IIFuturecraft 4D是阿迪达斯首次涉足3D打印的项目，其特点是采用了生成式设计的中底。第一批跑鞋的生产成本高达300美元（很快售罄），但由于规模经济开始发挥作用，降低了材料和打印机的成本，因此后续的批次价格一直在下降。在小试牛刀之后，阿迪达斯后续推出了几款新品，包括AlphaEdge和Y-3 Runner，证明了这项技术已经初具品牌实力。耐克应用：大规模定制鞋面，定制足球钉鞋技术：FDM（固体矿床模型），SLS技术提供商：EOS，Prodways材质：TPU / 尼龙数据特点：仿生、定制设计耐克是首批在高性能产品开发中大量使用3D打印的公司之一，该技术用于快速迭代功能部件。耐克公司推出的Nike Vapor Laser Talon是第一款专门设计用于赋予运动员更快速度和更大力量的3D打印运动鞋。3D打印允许测试、迭代和创建传统制造工艺无法实现的形状，这有助于更快地推动创新的极限，这是耐克使用3D打印的重要原因。Nike FDM技术制造鞋面（点击图片观看视频）如今，耐克与Prodways合作，使用该公司的SLS技术和TPU材料开发创新型的3D打印中底。针对劳动密集型的鞋面生产，耐克也正在开展TPU熔融沉积技术试验，旨在使用该技术进行3D打印纺织鞋面制造。与传统的2D织物相比，3D纺织品通过在经纱和纬纱之外增加互连而提高了动力。New Balance应用：限量版，定制钉鞋技术：SLS，SLA技术提供商：EOS、3D Systems、Formlabs材料：尼龙、TPU、高性能耐用树脂数据特点：仿生、生成式设计New Balance是第一批为多种应用尝试3D打印的公司之一。2016年，New Balance与3D Systems合作推出的带有3D打印TPU弹性中底的Zante Generate跑鞋，是第一款商业化的3D打印跑步运动鞋。然而该型号当时只能在其官网和波士顿的体验店购买，数量也不过只有44双，价格则达到400美元。New Balance Zante Generate在其他项目中，New Balance还与EOS合作，为其精英运动员使用设计驱动模式进行3D打印定制钉鞋制造。此外，该公司还一直与Formlabs合作开展一独立项目，旨在通过该公司经济实惠的SLA打印机和新开发的材料大规模定制高性能鞋类；与Russell Finex的合作则将自动化表面处理技术用于3D打印中底制造。安德玛应用：限量版中底技术：SLS技术提供商：EOS材料：TPU数字数据：生成设计Under Armour是一家将创新作为其战略关键要素的运动品牌公司，也是最早采用3D打印进行终端产品制造的公司之一。该公司的第一款3D打印运动鞋UA Architech于2016年推出，采用Autodesk软件设计和EOS 激光烧结技术生产。安德玛最新的UA Futurist3D打印中底运动鞋第二款产品UA Futurist于2017年推出，售价300美元，是Under Armour迄今为止最昂贵的鞋品系列，同时也是该公司迄今为止最大批量的3D打印运动鞋。对于这两代鞋品，Under Armour的产量翻了两番，从最初的Architech 96双，到Armour的410双。目前，该公司正在生产一批超过2000双的新品。锐步应用：大规模鞋面3D打印技术：liquid drawing（液态沉积）技术提供：内部开发材料：巴斯夫聚氨酯数字数据：生成设计2018年，Reebok首次推出Liquid Floatride Run运动鞋，采用与Liquid Factory相同的技术制造，该过程类似3D绘图。这款鞋专为远距离跑步、有氧运动和舒适运动而设计。2016年，Reebok推出了液体制造工厂，采用基于机械臂的气动挤压工艺替代模具直接制造鞋面。 锐步 Floatride Run 3D打印制造工艺售价180美元的Floatride Run跑鞋将公司现有的Floatride Run运动鞋与Liquid Factory 3D打印技术融为一体，使整体重量减轻了20%。此外，锐步公司用流体式花边代替了传统的鞋带，这种特殊结构是直接3D打印而成，能够在不牺牲跑鞋稳定性和支撑性的前提下，为用户提供最大的舒适性。未来会怎样？虽然每次提到3D打印跑鞋便会引起很多关注，但与整体鞋类市场相比，3D打印跑鞋生产的数量仍然微不足道。当以大规模生产为目标时，鞋类产品与巨大规模的经济动力发生冲突，这可能会使注塑中底的价格（即便是具有晶格结构的中底）降至约1美元。直接3D打印如何与这种生产力竞争？在外包、自动化、定制和创建更复杂和有效的几何结构方面是否有足够的附加价值来证明实施3D打印生产线所需的投资是合理的？事实上3D打印行业的发展正在使这一状况发生变化。3D打印材料的价格，尤其是Carbon的技术和材料的使用成本已经大幅度降低，其树脂每公斤降至50美元左右，这主要得益于设备更高的生产能力和阿迪达斯的大量需求。激光烧结材料的价格仍然很高并且有局限性，但新的粉末床成型技术，如HP的MJF和voxeljet的HSS技术可能有助于提高制造效率，从而降低材料价格并减少投资。此外，鞋类结构的直接3D打印并不会很快取代注塑成型。但在一个2600亿美元不断增长的全球市场中，这两种类型的产品可能都有足够的施展空间。欢迎转发延伸阅读：解读：3D打印用于制鞋领域耐克：这次打印的不是鞋底，是鞋面最贵跑鞋穿上之后是什么feel？高清细节展示从先进制造的角度谈丁香园天价鞋垫的是与非 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：五大鞋类领导品牌使用3D打印引领鞋业制造的未来

2018年，宝马集团3D打印生产中心的产量超过20万件，GE庆祝了第30000个3D打印的燃油喷嘴，西门子3D打印燃气轮机燃烧室成功运行8000小时，这些令人瞩目的事件背后是3D打印在应用层面经过多年积累，开始由量变产生质变的结果。关于3D打印的质量越来越被认可，越来越多的行业开始引入3D打印，活跃的产业背后，是哪些前沿技术支撑着制造商业绩一路上涨？3D SYSTEMS公司副总裁兼中国区总经理周美芳女士分享了关于增材制造的看法： 细数市场变化，3D打印产业已逐步从服务于原型过渡到服务于小批量制造，最终落地于产品生产。实际上不只是3D Systems，传统的增材制造设备商EOS、Stratasys以及国内华曙高科等也陆续推出了迎合快速、大尺寸的3D打印设备；而后起之秀Carbon、Desktop Metal、HP则更为直接，他们带来了3D打印技术的变革，目标直指3D打印条件下的批量、直接和快速制造。3D打印从原型到实际零件3D打印在技术形式上的变化与绿色、柔性、高产和数字化生产密切相关，这从另一方面也表现出，这是设备制造商根据市场需求作出的预判，传统生产制造的方式，正在发生变革。迎合市场需求，保持创新，才能不惧挑战对于设备商而言，市场生产的需求极大推动了用于生产的设备销量。从塑料到金属，从铸造到机械加工，从航空航天到消费品，3D打印正以前所未有的速度影响着与制造相关的一切。而针对于市场需求所做出的改变使传统企业获得了新增长点，从事SLA技术多年的3D SYSTEMS于近年开始推出金属打印机，传统二维打印巨头惠普更是凭借新技术改变着3D打印行业并加快了传统制造方式的变革。ProJet MJP 2500IC打印的蜡模及其铸件然而当前3D打印行业正处于艰难爬坡的阶段，对于3D打印的发展更是衍生出不少挑战：由于部分材料性能的影响，使得一些用于原型制造的技术发展速度相对滞缓；在制造业延续低迷的情况下，企业对增材制造领域的投资热情相对延迟或消减。CNC制造的部件价格约等于3D打印部件的10倍但挑战的另一面则是机会，通过加快新品研发进程，推出颠覆性的技术，使企业可以抓住商机。3D打印需要进一步提高速度，在保持产品精度的前提下，解决客户最关注的成本问题，一次性满足成本和效率的双重要求。这是任何从事3D打印的公司，都要面对的问题。金属打印须解决制造痛点金属打印的痛点集中在设计、工艺、后处理加工、速度、成本以及有限的加工能力等方面。而如今，尺寸看起来正在获得突破，无论是传统的SLM还是粘结剂喷射技术，新型的大尺寸打印机正在进入传统制造的生产车间，随之而来的是成本的降低和效率的提高。3DSYSTEMS Factory500在工艺和设计方面也已经看到很明显的变化，基于打印过程的智能控制和仿真正在获得认可，针对增材制造和传统制造衔接的设计软件也在获得突破。以3DXpert™为例，它涵盖了整个金属增材制造流程所涉及的结构优化、晶格创建、计算路径、排列构建平台、发送数据等过程，甚至在必要时可执行机加工流程直到完成成品制造，这些都可以在一个软件解决方案中完成。END无论是大尺寸的3D打印机还是如3DXpert™这样的专业软件，实际上都是在实践工业4.0的规划。工业4.0的落地，首先应该解决的是产能过剩的问题，增材制造技术正是以订单为生产基础的绿色制造。不管是航空航天、汽车模具，还是消费品与医疗，都需要智能化的制造手段，为中国制造的转型升级添砖加瓦。欢迎转发延伸阅读：3D打印在各工艺领域的巨头公司及其主营业务南科大：一种将3D打印钛材料价格降低10倍的方法3D打印技术的应用对企业创新独占的挑战与对策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）：2019增材制造关键词：绿色、柔性、高产、数字化

3D 打印技术近几年在医学领域得到了较为广泛的应用，尤其是在口腔种植修复领域影响较大。那么3D打印对于口腔治疗的效果如何？如果好，为什么一直没有推广开？如果不好，为什么又得到大力提倡？在采用3D打印进行治疗的过程中，医生有哪些体会，患者又面临哪些问题？本期我们用数据说话。专业口腔科的调查研究针对3D打印技术在口腔种植领域的应用效果，深圳市儿童医院口腔科对此进行了相关研究。研究对象选取2017年5月至2018年5月该院接受口腔种植的106 例患者，他们被随机等分为研究组（3D打印治疗）和对照组（传统治疗）。患者均知情同意参与该研究，且得到了院伦理委员会的批准。两组患者的性别、年龄差异不对统计结果造成影响。传统治疗过程对照组使用传统种植方法进行治疗。患者在院检查后，应用传统的义齿制作技术，根据患者牙槽骨部位的形状大小等为患者制作义齿和植入。机加制造植入体治疗期间根据患者的不同情况密切关注义齿与牙槽骨是否契合，避免患者出现一系列的牙槽骨以及邻近牙齿炎症反应，一旦出现，应立即为患者做出相应的处理。3D打印介入治疗过程研究组使用3D打印技术进行治疗。医护人员使用安全的印模材料对患者口腔的缺牙部位进行口腔取模，待取模成功后注入石膏将该模型塑造出来，并且要使用三维扫描仪对该模型进行扫描，对患者牙齿表面的一些基本图像获取并分析。与此同时，为患者进行CT扫描获得口腔三维图像，分析患者口腔内部的神经走向、牙齿以及牙槽骨的结构。口腔内扫描通过之前患者口腔数据的收集与分析，使用三维图像处理软件将其整合处理和图像重组，医师可根据这个比较全面的图像为患者选择合适的种植体及手术方案。之后将设计出的导航模板打印出来，并在第一时间种植到患者的口腔中。3D打印的具有骨小梁结构的植入体3D打印的种植导板待种植体与患者的牙槽骨紧密结合之后，再在种植体上为患者接上一颗“人造牙”，数据采集之前需患者进行口腔清洁，手术后，要时常关注患者缺牙部位牙槽骨的变化以及邻近牙齿的感觉。评判标准将两组患者种植体与牙槽骨的契合情况以及术前术后 3、6、12 个月疼痛评分进行比较。疗效判断标准：显效: 患者种植体与牙槽骨十分契合，患者并未出现炎症等不良反应;有效: 患者种植体与牙槽骨较为契合，不影响患者正常咀嚼功能，偶有疼痛;无效: 患者种植体与牙槽骨后期十分不契合，在种植后期患者出现剧烈疼痛、无法咀嚼。疼痛评分，采用视觉模拟评分法( VAS)0 分: 无痛;1-3 分: 有轻微疼痛，能忍受;4-6 分：疼痛并影响睡眠，尚能忍受;7-10 分：疼痛渐强剧烈，难忍，影响食欲，影响睡眠，采用统计学方法处理数据，检验水准α= 0.05。结果比较从治疗效果来看，3D打印介入治疗虽也有失败案例，但其对于提高术后治疗效果、促进愈合、减少炎症发生确实发挥了重要作用。最直接的数据表现在手术成功率提高了21%，以及术后疼痛值的大幅降低，尤其是术后6个月患者几乎不再感到任何疼痛，这相对于传统治疗效果来说是显著的提升。治疗效果比较手术费用、手术用时比较疼痛评分比较（分）治疗效果的提升也预示着患者要付出更多的费用，采用3D打印介入治疗的费用是传统治疗的3倍多，医生所需要的手术时间也达到了传统手术用时的2倍以上。END3D技术用于口腔种植领域，主要就是将传统的口腔CT 扫描、口腔图像处理以及3D打印技术联合在一起，通过图像数字化采集重构、CAD/CAM 专业设计、标准化3D打印制造、规范化种植治疗等多项技术最终将患者的图像信息转变为较为简便的数据信息，并且通过多项技术的支持，医师可以直观地通过电脑预测患者的术后情况。3D打印技术在口腔种植领域的应用还克服了2D扫描影像中的一些问题，如出现影像重叠等容易造成患者误判错判的信息， 3D打印技术能够降低这种风险，而且能够大大减轻医师的工作负荷，提高诊疗安全性。但是，3D打印技术同时面临很多问题，包括对医师技术的要求较高、临床费用较高等，因此3D技术在口腔种植领域的推广还需要一定的实践与时间。欢迎转发延伸阅读：3D打印将彻底颠覆口腔正畸治疗方式医疗奇迹：3D打印如何改善我们的生活动画揭示：髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程3D打印如何辅助医生手术，如何宽慰患者 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印在口腔种植领域的应用效果如何？

3D打印的优势已经不能谈再多，在航空航天、卫星制造等方面，它几乎受到所有航空大国的重视。德国开展了热塑性材料（PA）3D打印在卫星大规模生产中的适用性研究；美国则采用金属3D打印技术制造直接制造卫星器件，甚至用来增强卫星射频滤波器的生产。2018年，嫦娥四号任务“鹊桥”中继卫星的成功发射实现了我国3D打印部件在轨应用，与此同时我国还将该技术用于卫星等离子体推进器筛网等器件的制造。航空大国无一不再积极探索3D打印的应用潜力，真正的区别在于，应该如何用好这门技术。本期我们来看欧洲航空航天制造商Thales Alenia Space，如何借助3D打印为卫星任务量身定制。79个金属零件与350个塑料零件的3D打印在轨应用Thales Alenia Space于2015年开始利用3D打印进行卫星部件制造，从铝合金天线支架的首次尝试，到此后每颗卫星上都有3D打印零部件，至2017年Thales Alenia Space已经将79个金属3D打印零件和350个塑料3D打印零件发射至太空并实现在轨应用。Thales Alenia Space金属天线支架在79个部件中，其中47个具有不同的设计用于执行13种不同的功能。塑料零件则全部相同，用于推进系统的支架，在此前发射的十颗卫星中，每颗卫星上面有35支3D打印的塑料支架。Thales Alenia Space为韩国通讯卫星制造的天线支架（450 x 400x 210mm）在今天Thales Alenia Space开展的Spacebus Neo（地球静止轨道卫星平台）项目中，公司计划将3D打印投入批量生产，实现更大规模的应用。大型金属3D打印部件用于卫星平台项目Spacebus Neo卫星将配备4个由铝合金制成的反作用轮支架以及16个天线展开和指向机构支架（4个铝合金和12个钛合金支架）。3D打印的反应轮支架旨在满足市场对低成本的需求，这种新的设计和制造方式使成本减少了约10％，并且使生产计划缩短了一到两个月。除此之外，新部件重量减轻了30％，性能也得到了提升。3D打印支架安装在Konnect卫星的一个部件上为了生产这些大型反作用轮支架(466 x 367 x 403 mm)，Thales Alenia Space采用的是Concept Laser Xline 2000R金属3D打印机，该打印机具有800 x 400 x 500 mm的构建尺寸，是目前国际普遍使用的大型金属增材制造零件专用机型。4个铝合金反作用轮支架已于3月初集成在平台项目之一的Konnect卫星上。为任务量身定制3D打印不仅适合生产卫星部件，而且还为航空航天制造商提供了生产过程的灵活性，可根据需要进行高水平的定制。换句话说，Thales Alenia可以动态地集成必要的设计变更，以满足新任务的确切要求。以此次制造的部件为例，每个卫星的四个反作用轮支架实际为两组对称部件，但每颗卫星的支架方向角和接口则可能不同，3D打印的自由制造特点允许设计和制造单件结构，因此支架的设计可以根据特定功能和位置进行开放式调整，实现为任务而量身定制。Thales Alenia Space为Konnect卫星制造的4个3D打印支架此外，Thales Alenia Space还将连接器和电缆配件直接整合到整体设计中，集成式的设计作为单个部件打印，避免了额外的装配要求。Thales Alenia Space卫星支架除目前确定的3D打印部件，Spacebus Neo平台项目还将在不久的将来推出更多有机设计的3D打印部件。END虽然我们看到最多的应用是各类支架，但它也是最能突出3D打印轻量化和复杂制造特点的产品，这无疑给航空发射带来了巨大优势。与此同时，为了确保最严格的质量标准，整个过程和各个组件都需要具有可追溯性，全面的测试和检验流程是3D打印得以深入应用的重要保证。作为全球知名的航空航天制造商，Thales Alenia Space在卫星3D打印部件设计、制造和应用方面成绩显著。同样的，我国在卫星部件的3D打印制造方面也积累了大量经验，中国航天科技集团五院、上海航天技术研究院八院等单位已经开展了卫星部件的全新设计和部件的在轨应用，也已经取得了不错的成绩。欢迎转发延伸阅读：您的下一航班将使用3D打印的引擎部件采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量从嫦娥四号登月，看航天529厂如何实现3D打印在轨应用两吨材料，数年时间，百万美元，3D打印如何为787客机完成认证工作 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印用于卫星制造：为任务量身定制

洛阳 “80后”高腾飞2013年返乡创业从事唐三彩制造，6年间生产规模不断提升。为了不断改进唐三彩技艺，他大胆引进3D打印技术，让唐三彩的制模时间从3天缩短到3个小时。 传统制模时间长，制模师傅紧缺洛阳南石山村是有名的三彩小镇，村里很多人世代经营唐三彩。高腾飞的父亲有高超的唐三彩制作工艺，已将自家的唐三彩家庭作坊，发展成一个初具规模的工厂。高腾飞2013年辞职后全面接手家中唐三彩的制作和经营。“唐三彩看似简单，但是每个花纹、饰品都需要单独制模成型，所有的唐三彩都由多个部件组合完成，这样才能保证作品的完整性。”高腾飞介绍道，传统制作的唐三彩需要先成模型，而后才能在模具中进行制作。一个模型从制模师傅开始制模，到彻底完成，需要近3天时间，“要不断反复修改，保证模型的形象逼真，并且要经过彻底阴干，才能保证硬度”。在唐三彩的制作过程中，好的模型是一尊唐三彩是否出彩的基础。花纹样式，人物形态及表情等都需要制模师傅反复修改，尽量还原出最真实的状态。模型无法完成，整个唐三彩的制作也就无从谈起。“好的制模师傅十分紧缺，村里手艺好的师傅仅有几位。”引入3D打印技术，从3天变为3小时，从批量生产到个性化定制熟悉了唐三彩的制作工艺，高腾飞思考如何将传统制模工艺做改进。随着电子商务的普及，高腾飞打开了唐三彩以销定产、差异化发展的局面。2018年，高腾飞收入近50万，较前几年有了一倍多的增长。在发展的过程中，高腾飞发现传统制模工艺已不能满足现代人对唐三彩的需求。“有客人需要私人订制，但传统工艺耗时费力，成本很高，并不适合消费者的个人需求。”一个偶然的机会，他了解到了3D打印技术。“它能在短时间内完成想要打印的物品，省时省力，又制作精巧。”高腾飞买来3D打印机，开始试着打印唐三彩。从建立3D打印模型，到完全打印出成品，他逐渐能够熟练运用3D打印。“原来的售销比较粗放，有啥卖啥，有了这样的技术，就可以满足消费者要什么就做什么的需要了。”高腾飞说，在3D打印机上，只要建立好模型，3个小时就能制作出唐三彩模型，大大缩短了传统唐三彩制模的时间。有了电脑等手段的介入，做好的模型也会更精细逼真，满足顾客多种需求。“想要真正将其使用到制作中，仍然有许多需要解决的问题，如模型制作大小的限制，还有材质对于模具制作的影响，都是我们仍在探索的问题。”笔者点评：技术好用，还得结合传统行业才能发挥价值。会3D打印，但不会烧制瓷器也是不行滴。欢迎转发延伸阅读：动画揭示：髋臼杯的机械加工、3D打印及植入过程钛合金和PEEK颅骨修复体的传统和3D打印制造方式及面临的问题科技与艺术的融合：2018 3D打印高定服装秀再次来袭 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：坚守or求变？当唐三彩遇上3D打印

导读：这款黑科技软件强在哪里？1. 输入材料成分及粉末粒度，自动输出适配工艺及对应性能；2. 完备的工艺性能数据库，修改参数，性能随之改变；3. 工艺参数全动态自适应在线调整。金属SLM工艺调试会花费大量时间、材料和金钱，在当下我们已经比较熟知的Ti6Al4V、AlSi10Mg、316L不锈钢等材料成熟打印工艺背后，是SLM设备商不断调试优化的结果，这些投入可能是数百公斤材料也可能是几十万人民币。等到设备成熟稳定之后，新材料的开发仍旧要花费工艺人员大量时间和精力。而这款OPTOMET软件，似乎在将材料的调试和性能优化变得简单。除此之外，我们之前所听到的材料性能数据库以及工艺参数的自适应在线调整方案，今天也成为了现实。工艺参数优化与性能数据库智能软件OPTOMET是由DMG MORI联合INTECH合作开发出的粉末床熔融工艺参数优化软件，INTECH是印度3D打印领域领先的软件解决方案提供商，对增材制造领域的人工智能深有研究。OPTOMET采用自调节和自学习算法，可在数分钟内计算出SLM工艺所需的全部参数，而无需工艺人员进行繁琐的优化测试。这款软件的性能数据库功能同样惊人，它汇集了多所大学数年时间的研究成果。 1.工艺参数自动优化功能正如我们所看到的，用户在拿到一款新材料之后，只需要输入材料的组成元素、相应含量以及粉末粒度，软件即可自动匹配这款材料相应的工艺参数。在内置元素周期表中选择材料组成元素并输入含量工艺的确定首先需要确定分层厚度，软件可自动输出最佳的工艺参数，并给出相应的性能数据，如打印件的硬度、孔隙率以及拉伸强度等。只要输入层厚，即可计算出一组工艺参数在假定与实际测试数据不会相差太大的情况下，工艺参数的自动匹配和优化功能可以大大简化参数的选择范围，工艺人员仅需要有限的实验次数即可得到理想的数据。是否使用OPTOMET进行工艺优化的制件表面粗糙度对比与此同时，OPTOMET对于粉末因不断循环使用而造成的工艺不再匹配也具有指导功能，其内置的粉末特性数据也可基于使用次数优化工艺组合，提高粉末的利用率。可针对粉末循环使用造成的质量下降匹配新工艺2.参数修改与性能预测功能对于3D打印而言，一种材料可以匹配多种工艺组合。同样的，OPTOMET提供了参数间的匹配功能，修改一个参数，其他参数都会随之发生改变，与此同时，材料的性能也会计算出一组新的数据。修改参数自动匹配新工艺参数修改与性能预测功能能够方便用户通过性能数据判断是否可以选择更快的打印速度。此外，该功能对于制备梯度材料、各向异性材料也存在指导意义。全动态工艺—参数的自适应在线调节功能CELOS SLM功能集成DMG MORI金属打印机的控制软件被称为CELOS SLM，它是一站式、全集成和统一用户界面的CAM编程和机床控制软件解决方案。这款软件的亮点是其全动态的自适应曝光策略。在整个工件成形过程中，控制系统能够准确地将10 µs周期时间内需要的能量输入到粉床中。而所有与工艺有关的参数，如扫描速度、激光功率和光斑直径，都在程序中定义。这项功能可以最大程度避免材料变形和应力集中，即使厚度很薄的水平和垂直壁板也能进行可靠的生产。DMG 3D打印的铝合金粉末喷嘴固定器笔者认为，这一功能的实现是基于打印过程中的智能监控和数据分析所做出的实时调整。3D打印技术参考曾在往期文章中提到卡内基梅隆大学和雷尼绍都曾进行相关研究。卡内基梅隆大学研究人员将3D打印和机器学习结合起来创建了一种机器学习算法，该算法对激光粉末床熔融技术进行实时过程监控，并对打印过程中的异常情况自动纠错。而雷尼绍则推出了被称为LaserVIEW和MeltVIEW的监控系统，前者使用光敏二极管测量激光能量强度，后者则通过红外线感知熔池温度，两个数据通过其分析软件得到反馈，可以了解整个加工中的零件质量，同时以高分辨率检测激光和熔池特性。工艺全动态在线调整功能对制备高质量部件至关重要CELOS似乎是将上述研究成果实现了进一步商品化，自适应的在线工艺调整对于安全、高质量生产具有重要意义。END关于金属粉末床3D打印工艺的前言技术，不外乎本文提到的这几项功能以及工艺仿真，这些功能的实现均需要大量的数据积累、智能算法和在线控制能力。虽然我们会怀疑工艺预测和仿真预测的准确性以及对设备的依赖性，但不得不承认这确实是产品竞争差异化和研究能力深入的一种体现。在这方面，国内需要由知名设备商或国家级的研究平台牵头来做这件事。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金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：一款基于3D打印工艺预测、性能数据库和全动态工艺自适应调整的黑科技软件

金属增材制造是增长速度最快的制造领域之一，众多行业企业都希望充分利用3D打印的速度和灵活性创建金属组件。最常见的工艺是利用激光粉末床熔融技术逐层构建金属部件，在此过程中，金属粉末与激光发生作用瞬间熔凝。但是，该过程也会产生热应力而导致变形。最好的结果是部件虽不能完全符合CAD模型尺寸，但仍在允许的公差范围内；最坏的结果则是变形的部件在打印过程中会干扰打印过程，发生刮刀碰撞，甚至造成设备损伤。基于此，越来越多的企业开始探索改进3D打印工艺的方法，将仿真纳入增材制造过程成为有效解决问题的手段。往期文章中，3D打印技术参考曾介绍过仿真软件的具体功用，本期我们以实际公司的具体案例分析工艺仿真如何实现零件打印首次即成功。ANSYS Additive Print用户案例分析ANSYS应用商PADT凭借其广泛的快速原型构建服务，长期位居增材制造的前沿地位。为了确保客户能迅速获得即用型增材制造部件，PADT的团队近年开始采用ANSYSAdditive解决方案进行设计。PADT在大约25年前购买了第一台3D打印机，此后一直在添加新设备。他们在该领域能向客户供应六种不同的增材制造技术，而且每月可加工成百上千个部件。一年多以来，PADT一直在使用金属SLM技术，在此过程中，工程师首先发现了残余应力及变形问题，有些部件变形并不严重，但另外一些却出现了像炸土豆片一样的翘曲。在大多数情况下，公司的工程团队都会设计薄的金属结构，以作为突出部位的支撑和对部件的约束，直到其经过热处理之后消除这些应力。不过，PADT此前仅考虑到需要哪些支撑，因而往往造成过度设计。其团队目前采用ANSYSAdditivePrint不仅能优化支撑，同时还能补偿变形进而避免刮板损坏。这就节省了大量时间。小型燃气轮机支撑优化仿真团队首先采用ANSYSAdditivePrint处理MonarchPower公司提供的部件—该公司正研发一种能让用户自行发电的创新型太阳能产品。在他们的新产品中，有一种配备有向心螺旋叶片压缩机、内燃室和向心螺旋叶片膨胀机的小型燃气轮机，非常适合采用增材制造，因为所有这些元件以及内置轴向磁通发电机都可以进行打印制造。ANSYS Additive Print确认小型燃气轮机的部件无需额外支撑，打印结果证实仿真结果无误它采用自支撑方式，不存在突出的几何结构，而且外表面可以对所有内部结构形成约束，因而只有部件底部需要采用支撑。ANSYSAdditivePrint预测了最小变形，并确定无需支撑，打印结果也验证了仿真结果。通过避免不必要的支撑对部件产生的过度约束，PADT为客户节省了大量时间与材料。T型管的变形预测、补偿与验证在设计用于增材制造的T型管时，在没有仿真的情况下智能不断试错，因此不得不花费数周时间以及数万美元的打印、后处理与工程费用，此外，试错法还会浪费材料和损坏刮刀。T型管结构PADT工程师团队决定对已生产数十年的T型管模型进行增材制造仿真，以确定支撑结构以及金属3D打印的精度。对生成的标准支撑进行仿真在采用PADT的标准3D打印前处理工具生成支撑后，团队在AdditivePrint中执行了快速假设应变分析，发现模型支撑设计不当。水平管底部前几层严重变形，因此如果部件打印出来，这些层就有可能损坏T型管并且造成机器故障。支撑优化与变形预测PADT员工采用ANSYSAdditivePrint优化了支撑结构，软件预测出有0.4毫米的变形，而此前的变形结果则达到了3毫米。然后，他们采用变形补偿功能计算了局部变形，并修改了相关几何结构，使最终打印的形状更接近预期尺寸。Concept Laser 设备打印，材料为17-4PH不锈钢去除支撑后进行精度检测PADT扫描团队采用结构光扫描仪对去除支撑后的部件进行检验，测量结果显示，与CAD模型之间存在约0.38毫米的偏差，这对于极易产生变形的部件而言已是不错的结果。在对比了扫描结果与最终几何结构后，工作人员发现支撑去除后表面粗糙（而非热变形）造成了大部分的尺寸偏差。支撑粗糙表面之外的区域只有大约0.13毫米的变形，这表明优化后的支撑以及仿真软件的变形补偿功能打印出了非常符合验收公差的部件成品。END从案例的分析结果来看，仿真过程如果利用的好确实能够成为公司和工艺人员的福音，这也证明了工艺仿真确实应该纳入增材制造过程流程。近年来国外诞生了一批以exaSIM、Amphyon、Stratonics以及SimufactAdditive为代表的工艺仿真软件，随着他们的影响力越来越大，开始受到传统的增材制造软件巨头materialise和业外仿真巨头ansys的注意，因此出现了我们现在看到的magics软件中集成了仿真功能，ansys推出了增材模块的现象。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粉末与激光作用过程为什么要仿真基于增材制造的模拟仿真有哪些功能？Materialise推出Magics在线仿真功能 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：利用ANSYS Additive Print实现金属3D打印首次即成功

创新独占是企业排他性的获取自有创新成果所带来收益的过程。3D打印技术的迅速发展与应用使得模仿行为变得更为容易，从而为企业的创新独占带来了前所未有的挑战。虽然一些学者已经关注到了3D打印技术所带来的问题，但研究主要从法律层面分析技术背后的知识产权问题，还未系统的探讨3D打印技术的应用对企业创新独占的影响，也未能为企业提出有针对性的建议。本文主要探讨3D打印技术的应用对企业创新独占和创新独占机制的影响及创新企业的应对策略。3D打印技术的应用对企业创新独占的挑战由于创新活动通常需要投入大量的人力物力，缺少一个完备有效的创新独占机制，可能会导致创新企业的前期投资“血本无归”。百代公司最早推出的医学扫描仪曾轰动一时，然而由于公司创新独占策略的失误，让其市场领导地位很快被竞争对手通用电气所取代。创新独占对企业发展至关重要。3D打印技术的发展和应用使得企业创新独占面临巨大挑战。3D打印的应用依赖于物理的3D打印机和CAD文件。正如传统的二维打印需要源文件一样，CAD格式的文件是新产品创意开发的结晶，一旦文件外泄，其他企业就可以复制出一模一样的产品。3D打印技术的应用主要从两个途径使创新模仿变得更为容易：其一，竞争企业通过直接盗取或者从网络分享平台获取创新企业的CAD文件实施模仿；其二，模仿者可以利用3D扫描仪对创新产品进行扫描来获得该产品的CAD文件，简化了对竞争产品技术原理、设计思想等方面的学习过程，使得模仿变得非常简捷快速。3D打印技术的应用对企业创新独占机制带来的挑战创新独占机制是指企业对创新成果带来的收益进行排他性占有所使用的方法和措施，主要包括专利、商标、商业秘密、设计复杂化、时间领先以及配套销售与服务。3D打印技术的发展和应用不仅使得竞争对手对创新成果的模仿变得“如烹小鲜”，也会给广为使用的创新独占机制带来挑战。面对3D打印应用所带来的挑战，企业主要从三个层面进行应对：创新独占机制、产品设计、商业模式。创新独占机制层面数据分析表明，国内企业主要通过专利、商标、商业秘密三种方式保护创新成果。专利与商标作为法定的知识产权制度是保护创新成果的有力机制，他们可以限制竞争对手获得大额政府补贴。然而现实中企业在国内的诉讼成本高、举证难，且申请专利所要求的信息披露风险大，相对而言，企业利用股权激励等多重手段进行保护的商业秘密能更有效保护创新成果。以工艺性的专利为例，取证难度大，法官不懂技术，判起来吃力，赔偿也比较低，所以企业对申请工艺专利就不那么热情了。从设计角度来说，无论设计多么复杂，别人想拆还是能拆，尤其有了三维扫描和3D打印技术，因此只能让技术衍进速度快于竞争对手。3D打印技术的发展对传统三种独占机制产生了巨大冲击，很多企业更是直言没有有效的阻止别人模仿的方式，因此企业会搭配其他的独占机制来占有创新成果带来的收益，尤其是时间领先机制。但设计复杂化会增加企业研发时间与资金投入，面对3D打印技术的应用，它通常无法有效的保护创新成果。基于以上分析，建议企业综合使用适宜的创新独占机制。对于非常核心、信息公开后风险较大的产品和技术可以作为商业秘密进行保护，而对其它创新成果则可以考虑申请专利。对于尖端技术即更新换代较快的技术，企业可以率先推出产品以获得时间领先，消费者对先驱产品的偏好与技术的快速更新可以抵消3D打印带来的模仿速度加快的劣势。对于其他类型的技术，企业可以为产品提供配套服务，即便模仿者众多也不会削弱自身产品的竞争力。产品设计层面面对3D打印技术带来的挑战，企业不仅要在产品推出后加强对创新成果的保护，更要从产品设计出发，通过加大创新产品软件化与定制化来避免竞争者模仿。传统上企业的创新成果大多体现在产品的实体部分，但随着科技的发展，创新成果的软件化在不断加深。当前很多企业都是将产品软硬结合，将核心技术放在软件内，防止被竞争者模仿，从而有效对抗3D打印技术带来的挑战。定制化是当前和未来消费的一大发展趋势，它的一大特点就是能够为每位顾客提供不同的产品和服务。在运动品制造领域，一些企业让顾客参与到鞋子的材质、颜色设计中来，只做个性化的运动鞋。此外还开放定制化服务，使得运动鞋更能完美贴合每位顾客的足部线条。在医学领域，根据患者自身特点进行定制化的骨骼建模和打印为患者带来了巨大福音。这些应用充分发挥了3D打印技术的特点，为顾客提供独一无二的产品，使产品不具有大规模生存的特点，因而竞争对手的模仿便失去了意义，从而保护了企业的创新收益。商业模式层面在3D打印时代，当模仿已经难以避免时，企业可以从商业模式入手，改变现有模式来稳定客户关系，减小模仿带来的损失。随着3D打印的发展和成熟，未来企业所面临的问题将与如今的数字音乐相似，当3D打印技术发展到与下载音乐文件一样成熟之后，模仿品将“遍地开花”，企业必须重新审视传统的商业模式，探索新的适合3D打印环境的商业模式。Shapeways生动展示了在3D打印环境下的企业如何改变商业模式。客户会在网站上搜寻并拍下感兴趣的设计产品，公司会根据订单为客户3D打印出想要的产品。Shapeways就像如今的音乐播放平台，平台上有无数作品供客户选择。企业可以与这样的公司合作甚至自己建立网络平台，将本公司的设计发布到网络平台，通过这种方式销售产品，保护自身知识产权。关系营销是意在建立、发展与保持成功的关系交换的营销活动，强调双方长期的互惠互利。面对3D打印技术应用带来的众多模仿者，擅长关系营销的企业则无需畏惧，产品虽可以模仿，但关系却难以复制。因此发展关系营销对企业应对3D打印技术带来的挑战起着重要作用。END3D打印技术为制造业带来了前所未有的机会，但该技术的发展与应用也为企业创新独占带来了巨大挑战。但企业仍然可以综合运用多种创新独占机制、加大创新产品软件化、提供定制化产品与服务、加快商业模式创新、发展关系营销等措施更为有效的应对3D打印应用给企业创新独占带来的挑战。注：本文详细案例分析请进QQ群下载。欢迎转发延伸阅读：顶刊：武汉大学实现纳米晶芯片高速打印美国家增材制造卓越中心与快速分析和制造推进项目【增材制造】将标准一网打尽 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印技术的应用对企业创新独占的挑战与对策

美国国家增材制造卓越中心（NCAME）成立于2017年，由奥本大学与美国宇航局合作推出，成员分别来自工业（航空航天、生物医学、国防、核能和汽车行业）、政府、学术界以及非营利组织/协会，总数量达到40多名。该中心领导了由美国陆军、海军、宇航局、国家标准与技术研究院（NIST）、ASTM、NSF认证以及私营企业赞助的众多增材制造项目，总资金超过1000万美元。NCAME的合作伙伴从政府机构到公私合作伙伴达70多个，专注于对增材制造有关键使用价值的重要领域，开展相关研究，包括：- 3D设计- 新材料开发- 过程监控- 后处理- 微观结构研究- 材料特性- 疲劳，断裂力学和失效分析- 资格认证- 非破坏性评估（NDE）2018年，NCAME成为ASTM International增材制造计划的创始成员，NCAME将对金属增材制造的机械测试问题进行研究，以更好的理解测试样品的性能和零件性能之间的关系。这项研究将有利于制定一个标准，为设计最能代表增材制造部件性能的测试样品提供指导。近期，奥本大学宣布，NASA向NCAME颁发了一份为期三年，价值520万美元的合同，用于快速分析和制造推进技术（RAMPT）的研究。快速分析和制造推进研究项目NASA的战略计划是开发新的支持技术，改进制造方法，使用先进设计和分析工具，这些都影响到NASA的太空探索活动。RAMPT项目的目的是发展一体化的多合金轻质推力室组件，该组件要显著增加当前增材制造技术的使用规模，降低成本，加快制造进度，并实现以前无法实现的设计。同时要求改善再生冷却推力室组件的性能（特别是燃烧室和喷嘴），解决发动机制造过程中周期长、成本高以及重量问题。此外，RAMPT还致力于建立国内供应链，培养专门的技术供应商，供所有相关的行业合作伙伴和政府机构使用。该项目将开展综合的专业过程开发、材料特性研究以及硬件开发和测试，完善整体过程。该项目通过公私合作伙伴关系，利用政府和行业投资，并在此过程中借助相关的研究成果推进一些行业的发展。NCAME参与RAMPT项目提高航天器制造效率近日，NASA对一台一顿重的3D打印铜合金火箭推力室进行了热火实验， 火箭推力室成功地承受了测试的高温和负荷。值得注意的是，这台火箭推力室具有复合材料外装，测试成功也证明了将3D打印和先进复合技术结合起来制造液体火箭发动机推力室组件具有重要潜力。火箭推力室各部分该铜火箭推力室即来自RAMPT项目，通过图示可以明确的是铜合金的推进器燃烧室和自由式喷嘴均是采用3D打印制造，这两种不同的材料无缝熔合。推理室热火测试那两部分是否来自于同一种技术呢？是采用了SLM与粉末沉积的结合还是均采用了粉末沉积制造。如果使用了同一种技术，也反映出粉末沉积在多材料打印方面的优势，此前华盛顿州立大学的研究人员曾使用lens技术制造了Inconel 718 与铜合金的复合部件。lens技术在多材料复合制备方面具有优势NASA与NCAME的合作，旨在推进设计和增材制造技术的使用，提高生产航天器火箭发动机组件的效率。最终，NASA计划将RAMPT项目的流程和成果转移到太空探索行业。END在太空探索领域，增材制造越来越多地被用于重新设计和更新火箭部件。事实上，该技术可被视为该行业重振的关键部分。除了像NASA这样的老牌运营商之外，很多太空探索初创公司也在使用3D打印来制造运载工具和航天器组件，这些组件比传统的同类产品更加一体化、轻量化，而且更容易生产。欢迎转发延伸阅读：国际商业航空公司如何使用3D打印开拓创新重点解析：铜材料的直接打印问题3D打印在太空探索中的应用航天529厂如何实现3D打印在轨应用 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：美国家增材制造卓越中心与快速分析和制造推进项目

近日，国际权威顶级期刊《美国化学会志》 （Journal of the American Chemical Society，JACS）发表邓鹤翔教授和程佳瑞教授合作研究成果。论文题为“Nanoscale Laser Metallurgy and Patterning in Air Using MOFs” （《空气环境下基于MOF的纳米金属激光冶炼及图案化》），被选为当期杂志封面，博士后江浩庆为论文的第一作者。论文链接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b00355实验装置示意图金属纳米晶粒是制备光电子器件的重要原料。但金属纳米晶粒活性高、极易被氧化，制备过程往往需要溶液、真空或惰性气氛保护，因此制造工艺复杂，难以大规模应用。化学与分子科学学院邓鹤翔教授与工业科学研究院程佳瑞教授团队合作，采用金属有机框架材料（Metal-organic Framework, MOF）作为原料，利用激光成功制备了颗粒大小均一的金属纳米晶粒。通过程序控制激光的开闭和光斑的移动实现了图案的制备，仅数十秒即可打印出由金属纳米晶粒构成的晶圆级别大小的芯片，整个过程完全在空气中进行，所需激光功率不到5瓦，非常适合规模化生产。激光照射金属有机框架材料（MOF）产生金属纳米晶粒及芯片打印MOF由金属与含碳有机配体构筑。目前大部分研究集中在MOF中有机成分上，而结构中丰富的金属离子尚未充分利用。此项工作提出了激光纳米金属冶炼及图案化方法（Nanoscale Laser Metallurgy and Patterning, 简称nano-LaMP）：以MOF为原料实现了空气环境下的金属纳米颗粒制备和同步图案打印。在反应过程中，MOF晶体内有序排列的金属离子和有机配体分别作为金属源和还原剂。纳秒脉冲激光器则负责将能量精准地投送到指定位置，为金属还原提供能量。MOF晶体高效吸收激光后产生局域高温，金属离子被迅速还原并从MOF丰富的孔道中喷射出来，在基底上沉积并迅速冷却形成金属纳米晶粒。实验结果微观图示nano-LaMP方法展现出较好的普适性，能够基于含有不同金属离子的MOF晶体制备出铁、钴、镍、铜、锌、镉、铟、铅和铋九种金属纳米晶粒及其图案。其中，基于铜纳米晶粒的表面增强拉曼效应芯片在对多种生物分子的检测中提供极低的检测限（10-12 M）。nano-LaMP结合了激光和MOF材料的优点，为芯片制造提供了节能环保、快速灵活的新方法。使用nano-LaMP制备的不同金属的纳米晶该工作获得国家自然科学基金，国家重点研发计划武汉大学创新团队项目的资助，以及上海光源（SSRF），武汉大学大型仪器共享平台和测试中心的支持。论文下载请进下方图片QQ群。欢迎转发延伸阅读：石墨烯3D打印工艺及其应用3D打印磁性活化材料—赋予材料生命力一篇顶刊配四项美国专利，香港城市大学首创陶瓷4D打印 原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：顶刊：武汉大学实现纳米晶芯片高速打印