8月，铂力特发布了其2021年半年度报告，披露了公司目前的营收水平及经营活动。特别的，该报告还涉及金属增材制造行业当前的发展情况。本期，我们重点关注上市公司视角下的国内金属增材制造相关的材料、工艺、设备及应用方面的发展水平。 铂力特半年度营收数据 本报告期内，铂力特实现营业收入14,353.44万元，较上年同期增加7,909.44万元，增幅122.74%。主要系公司产能扩大及市场推广力度加大，同时受疫情的影响减少，3D打印定制化产品和3D打印自研设备的营业收入普遍实现增长所致。 本报告期内，实现归属于上市公司股东的净利润及扣除非经常性损益的净利润分别为-7,885.42万元、-8,886.07万元，分别较上年同期下降6,956.79 万元、6,806.89 万元。主要系公司2020年度11月授予限制性股票的股份支付费用所致。 本报告期内，实现经营活动产生的现金流量净额-7,182.94万元，较上年同期下降 8,589.96万元。主要系公司扩大经营规模及采购原材料支付款项增加所致。 本报告期内，研发投入总额4,989.92万元，占营业收入的比例34.76%，研发投入总额较上年同期增长96.64%，但由于营业收入较上年同期大幅增长，导致研发投入占营业收入的比例下降4.62个百分点。 国内外行业发展总体情况及国内发展现状 近年来，3D打印技术受到国际社会的广泛关注，3D打印技术已成为美国增长最快的工业之一。造就如此现状的原因正是西方发达国家在3D打印技术上投入大量的人力、物力和财力，研发出更加丰富的打印原料，促使这一技术日趋成熟，精度不断提高，而且成本越来越低。随着这一技术在国外的大热，我国也开始重视3D打印技术的研发，并在不断研发中取得了可喜的成就。伴随着3D打印技术的快速成长和3D打印技术在各个行业领域的渗透，该技术进入到了产业化阶段。 国内总体发展现状 目前国家以及各地方对3D打印相当重视，未来3D打印行业将会出现大规模产业化的趋势，且竞争将更加激烈。中国增材制造技术在经历了初期产业链分离、原材料不成熟、技术标准不统一与不完善、以及成本昂贵等问题后，在增材制造技术方面与国际持平，增材制造装备甚至某些方面性能优于国外水平，但依然面临增材制造专用粉末材料不成体系，增材制造标准缺乏，增材制造装备及产品应用推广难度大等问题。 总体来说，我国增材制造产业化存在规模小、应用程度不高的问题。推动3D打印在工业领域的规模化应用，要从提升创新能力、推进行业应用、打造产业集聚区、深化国际合作等多方面功夫，强化专用材料、工艺、装备等产业链短板。 材料现状 目前常用的增材制造金属粉末材料基本实现国产化，但缺乏增材制造工艺适应性验证，以及零部件应用考核，因此需要大量试验累积数据，来促进应用推广。但是新型、高品质粉末材料如耐更高温度高温合金粉末、轻质高强铝合金、镁合金等还依赖进口，甚至某些先进材料国外对我国进行技术封锁、禁运等。因此，自主创新、独立研发依旧是增材制造技术发展的核心。 装备现状 增材制造装备方面，目前国内外可成形尺寸主要在1000mm以下。但随着航空航天领域对大尺寸精密构件的需求，国内外均在致力于大尺寸、多激光激光选区熔化成形装备及工艺技术研究。但随着航空航天领域对大尺寸精密构件的需求，国内外均在致力于大尺寸、多激光激光选区熔化成形装备及工艺技术研究。 国外，德国EOS公司的3D打印机在欧洲市场的占有率超过40%，EOS AMCM M4K 的成形尺寸为450×450×1000mm，是M-400-4的升级版本，Z轴成形尺寸提升1倍。其采用4激光系统，单个激光器功率可达400W，由此实现4激光高效的工业化成形应用。荷兰Additive Industries MetalFAB-600成形尺寸为 600×600×1000mm，使用10个激光器，成形效率达到1000cc/h。德国激光选区熔化Solutions公司专注于选择性激光烧结技术，这一技术上有着多项专利，居于领先地位。SLM Solutions的SLM-NXGXII600 ，配备12个1千瓦的激光器和一个600×600×600mm的成型舱室。NXGXII600 比 SLM280单激光设备快20倍，此设备主要用于大尺寸零件的批量化生产。 因此，大尺寸、多激光的高效增材制造装备是未来的发展趋势。 总体上，国内已实现装备整机层面国产化，与国外同类型装备对比，成形尺寸、精度等优于国外装备，但是整体稳定性还有不足，专业软件、激光器、振镜等核心器件等实现国产，但性能与国外一流供应商还存在差距，需要进行长时间考核、迭代提升，因此仍未完全实现国产化替代。需要集整国内行业力量进行创新研发，提升国产装备研制能力。 铂力特在报告期内开展了2个型号大尺寸成形装备效率提升研制，BLT-S1000已达到稳定生产状态。大尺寸多光束激光选区熔化装备BLT-S800，其成型尺寸为800×800×600mm。在报告期内，完成了四光束装备BLT-S800稳定性优化、批量化生产研制任务，该型号装备已对外发售；并针对大工业生产效率不足问题，进行更多激光协同扫描控制技术研究，目前实现10激光协同扫描，10光设备效率相较6光设备可提升30%以上，大幅提升打印效率。在SLM工艺技术方面，突破1米以上航空飞机大尺寸、薄壁、复杂钛合金结构件成形技术，性能优于锻件，持续进行工艺优化，提升成形精度控制；突破航空航天发动机用新型高温合金、钛铝合金成形工艺技术，成形组织致密，无缩孔、可见裂纹等缺陷；突破颗粒增强高强铝合金成形工艺技术，成形组织致密，无缩孔、可见裂纹等缺陷，性能高于 500MPa。突破铜合金、镁合金等新型材料成形工艺。激光立体成形（LSF）技术以逐层扫描堆积为原理，具有成形效率高、成形尺寸大、无需模具、成形精度较精密等特点，在大尺寸复杂构件快速制造领域优势显著。公司自主研发 BLT-C400、BLT-C600 和 BLT-C1000 设备，成形效果优良，已经过长时运行稳定性考核验证。 除铂力特公司开发大尺寸粉末床金属3D打印设备外，3D打印技术参考注意到国内市场范围内还有多家厂商于今年推出相关产品：如苏州西帝摩基于6激光+可移动式扫描系统的XDM2000实现了2000×2000mm的成型幅面；华曙高科推出了8激光、成型尺寸为720×420×420mm的FS721M；易加三维推出了基于4激光、成型尺寸为655*655*800mm的EP-M650。 增材制造工艺与检测 增材制造工艺技术方面，结构优化设计需要针对增材制造特征开展结构优化，实现构件一体化、轻量化等目的；工艺优化涉及成形过程仿真模拟、增材制造成形机理、金属材料物理化学特性以及热加工技术等多项技术；零部件检测涉及材料组织力学性能分析，无损检测技术分析等，因此增材制造行业具有一定技术门槛，但其良好的行业前景以及技术基础，确保其极具发展潜力。 END 随着信息技术的蓬勃发展，新业态悄然兴起，为提高增材制造全流程标准化管控水平，公司在生产经营过程进一步融合数字化技术、自动化智能化生产技术等，报告期通过国家级两化融合评定。科研项目方面，通过 2018 年行业质量共性技术推广项目验收，公司在金属增材制造工艺、技术研究成果获得专家认可。 未来必是挑战与机遇并存，只有不断的创新改革，不断突破核心关键技术，保持技术领先性，快速推进产业化规模，并推广以及拓展应用市场，促进增材制造产业快速发展，才能在未来快速产业化浪潮中保持领先地位，并带动整个产业良性发展。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印助力后疫情时代，梳理全球企业资源图谱，解析百亿美金市场现状 2.《Wohlers Report 2021》：全球3D打印市场规模（设备、材料、服务）发展情况 3.工信部装备工业发展中心：我国增材制造从业人员现状分析 4.Formnext深圳国际展百余3D打印品牌参展、百余论坛、百余新品发布

近日，美国海军与Stratasys签订了一份价值 2000 万美元的合同，将在未来五年内购买多达 25 台 Stratasys F900 3D 打印机，这是该公司收到的同类合同中最大的一份，预计在 2021 年底前交付前八台。 Stratasys 美国政府业务部门主管表示，此举有助于缩短美国军事供应链，同时为其海军提供增强的飞机维修能力。3D打印对美国海军等军事组织的帮助包括以具有成本效益的方式延长飞机等战略和战术资产寿命，同时确保维护活动不受地域和时间限制。这份合同是 Stratasys 迄今为止最大的政府项目，它将继续扩大 Stratasys 工业 3D 打印在美国政府中的存在。 美国防部3D打印战略 Stratasys 新宣布的海军合同是在今年早些时候美国国防部(DoD) 推出增材制造战略之后发布的。该蓝图与其他美国军事服务和国防机构一起起草，有效地概述了该部门通过在国防中采用 3D 打印来实现的五个目标。 为了最好地实现这些目标，主要涉及美国国防系统的现代化、改进设备维护和提高作战人员的战备状态，美国国防部已经为自己设定了一些短期目标。例如，该机构已承诺发布广泛的内部政策指导，允许在在国防领域“最广泛的实际范围”内采用 3D 打印。 国防部还制定了建立联合国防制造委员会的计划，以促进此类信息的共享，并重申其打算为其人员提供先进技术的具体培训。 根据国防部推进增材制造的途径，当前已处于第二阶段。未来，各军种与业务机构还将制定详细执行计划，并在每年列出优先级清单，支持预算和资源的分配（美国防部图片）自 2021 年 1 月发布战略以来，国防部一直在加大对 3D 打印的采用，仅仅一个月后，它与ExOne 签约开发“便携式 3D 打印工厂”。该系统设计安装在 40 英尺的集装箱内，旨在为军事人员提供在陆地、空中或海上 3D 打印备件。 在软件方面，国防部还支持对Senvol 的机器学习平台进行与国防相关的升级。尽管交易的范围、价值以及软件研发的具体细节仍未公开，但据了解，它将为涉及到的3D 打印材料和工艺开发“增效功能”。 如今，凭借 2000 万美元的 Stratasys 订单，美国国防部扩大了打印机产品组合，特别是在其美国和日本基地，首批八台系统将于 2021 年底发货。这些机器将用于生产最终用途零件、工具和培训辅助工具，并为海军的飞机维护和分布式制造计划做出贡献。 Stratasys F900 在航空领域的应用 Stratasys F900 Production 3D 打印机于 2018 年 4 月推出，基于Fortus 900mc 平台开发，具有更大的构建体积和更高的精度，使其能够满足更广泛的应用。特别的，该机器与 ULTEM 9085 等阻燃材料的兼容性越来越多地被用于生产满足严格航空航天监管标准的零件。 去年，BAE Systems宣布安装第四套 Stratasys F900 系统，作为其“未来工厂”计划的一部分。该机器现已在该公司位于英国的 Samlesbury…

中国航天科工集团二院第二总体设计部（简称二部）始建于1958年，是我国组建最早的从事尖端科学技术与研制的单位，是我国最为重要的导弹武器系统研制、生产单位和空天防御事业发展的领军单位。 8月27日，二院二部发布消息称实现了某型飞行器产品复杂结构的3D打印集成制造，并指出这是3D打印技术在航天领域飞行器研制中的重要里程碑，进一步提升了飞行器轻量化水平，为未来新一代飞行器发展提供了有力支撑。 中国航天科工集团二院二部实现某型飞行器产品复杂结构3D打印集成制造。图片来源：中国航天科工集团二院二部供图 飞行器结构产品“无模具”制造，生产效率提高了一倍，在确保性能不下降的基础上，成本降低近一半，解决了传统生产模式中加工时间长、质量管控难度大、成本高等难题，通过3D打印一体化成型技术，数字化制造能力大幅提升。 二部专家介绍，航天飞行器产品结构零部件多，生产周期长、成本高。此前，一套复杂结构产品的部件常常由数十个零件组成，每个零件都要建立三维模型并设计“个性化”的工艺流程，随后在数字机床上逐一进行生产加工，生产周期往往按月计算。同时，由于“车铣刨磨”等传统机加工艺的限制，要让飞行器“瘦身减肥”很困难，直接影响飞行器的性能提升。有时候，结构设计师为了减少几克的重量也是煞费苦心。 如今，通过3D打印技术实现面向增材制造的一体化结构设计与制造，可使复杂部件的零件数大幅减少，通过一体化三维建模后导入3D打印机中直接成型，一台打印机可实现多个零件的同时打印，制造时间从几个月缩短到十余天。同时，随着零件数量的减少，部件装配环节也更简化, 结构可靠性和装配效率大幅提升。 通过基于3D 打印的优化设计，设计师可突破“车铣刨磨”等传统机械加工工艺限制，选择采用网状支撑、空心流道等更加优化的结构形式。相比传统棒料或管料的机加方式，现在可通过“一次成型、少量加工”实现高效生产。针对“一次成型”的3D打印产品，只需要对结构安装面等表面精度要求比较高的局部部位进行少量精加工即完成零件生产，从而大幅提升生产效率。 二部3D打印青年创新工作室负责人金先生表示，团队一直紧跟国内外3D打印技术发展趋势，积极开展新技术、新方法、新工艺的学习与应用，牵头解决了多个项目结构轻量化设计与一体化制造难题，力争为先进飞行器打造更轻、更强、更耐热的“钢筋铁骨”。 3D打印技术是以金属粉末、金属丝为原材料，通过逐层打印、堆积成型的方式实现构件一体化成型的制造技术，涉及数字建模、机电控制、材料科学与工艺技术等多个领域的交叉融合，具有成型精度高、制造周期短、可成型复杂外形和中空结构的特点，可满足航天产品“轻量化、高性能、快速研制”的设计与制造需求，被认为是航天领域未来结构设计与制造技术变革方向之一。 在过去的“十三五”期间，二部紧跟3D打印技术发展步伐，开展面向增材制造的结构产品设计和应用探索， 在复杂拓扑结构建模技术、优化仿真分析技术、数字化制造仿真技术、新材料应用等方面开展了研究工作。以“赛”“研”“用”等多种形式，锻炼设计师队伍，多次组织团队参加全国3D打印设计大赛并屡创佳绩。 二部结构室相关负责人表示，科技人员在提高设计应用能力的同时，将经验固化形成《面向增材制造的结构设计手册》等知识成果，使增材制造和优化设计的理念深入人心，并且在项目研制中取得了良好实效。 后续，二部将持续推动基于3D打印技术的优化设计、应用和产品创新，加强一体化结构的设计、分析、制造、性能验证等基础能力建设，促进新一代航天飞行器结构性能提升。 注：本文内容来自中国航天科工二院。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.最大尺寸达0.6×0.6×0.6m，看3D打印如何深入影响我国民营火箭深蓝航天的制造流程 2.航天六院7103厂发布超3吨粉末需求，突破航天液体动力领域3D打印全流程技术 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.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

2021年8月20日，中国空间站航天员在机械臂的辅助下第二次成功实现太空出舱和相关工作。而在此前的7月4日，航天员乘组首次出舱检验了航天员与机械臂协同工作的能力，为第二次出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。 这两次的出舱作业将“机械臂”这一神器带入了大众视野，引起了广泛关注。2020年9月，面向空间超大型天线结构的在轨增材制造技术与超大型空间光学装置在轨组装和维护技术被纳入该年度宇航领域十大科学问题和技术难题。这两项技术的实现，都难以离开机械臂的辅助。 2021年8月26日，中国航天科技集团详细介绍了空间站机械臂，并将其称为——中国擎天巨臂，它是目前我国智能程度最高、技术难度最大、系统最复杂的空间智能制造系统。中国载人航天工程总设计师周建平介绍，机械臂的作用在于空间站组装建造、维护维修、辅助航天员出舱活动等任务，“是中国空间站在轨建造能力水平的重要标志”。本期，3D打印技术参考介绍机械臂在空间在轨增材制造技术中的应用。 空间在轨增材制造的需求 随着我国在轨任务需求的增长和规模的扩大，在可以预见的未来将会有更多且更大的空间系统在轨运行，如大口径空间望远镜、超大型通信卫星天线、超大型太空发电站等。 在大型构件的在轨组装方面，受火箭推力、整流罩包络及机构复杂度的影响，未来深空探测、天文观测、战略侦察等工程所需的大面积、大跨度空间结构一次性实现在轨布署有较大的难度。空间在轨增材制造、在轨组装可将单次/多次发射入轨的结构模块、功能模块等基本单元依序组装成期望的大型空间系统。 詹姆斯·韦伯太空望远镜的直径为6.5米，目前我国运载能力最大的火箭长征五号内部直径为4.5米 詹姆斯韦伯望远镜另一方面，航天器的质量往往非常大，但实际上在空间微重力环境下并不一定需要结构非常强，航天器的结构做的很重、很大，是因为要经受住航天发射过程中的巨大冲击。如果能够实现空间在轨制造，也将大大减轻航天发射的成本。 空间在轨增材制造属于在轨制造的一种重要形式，它将有效解决未来空间超大型天线系统建设的难题，为超大型空间结构的在轨建设和维护提供有效手段，对推动我国天文观测、空间太阳能发电等领域技术发展与应用具有重要作用。 太空发电站效果图   空间在轨增材制造的技术途径目前在轨制造主要通过真空增材制造设备或机器人实现。通过在“国际空间站”上的增材制造设备制造零部件，区别于地面的核心在于保证微重力、真空条件下制造零部件的力学性能；通过机器人在轨制造，即采用具有增材制造功能的多臂机器人，利用碳纤维等材料建造桁架子结构，并将这些子结构组装成为大型系统。 空间机器人通过在轨增材制造实现大型航天器构建 利用多臂机器人进行在轨制造则可以追溯到1993年，德国通过地面操作太空机器人完成预定任务，随后日本、加拿大、美国、俄罗斯、中国也进行了相关研究与探索。机器人的主要形式经历了从单机械臂到双机械臂到目前多机械臂的发展，任务形式也从在轨捕获、在轨维修，发展到在轨组装，也即机器人在轨增材制造。 中国擎天巨臂——空间机器人系统 中国非常重视空间机器人系统的研制，在载人航天空间站规划了大型、中型两套空间机械臂系统，也利用载人飞行器开展了空间机器人相关技术的在轨验证。 中国载人航天空间站在建造阶段配备核心舱 、 实验舱机械臂两套机器人系统。核心舱机械臂是空间站组装、建造以及航天员舱外操作的重要装备。从2006年开始，五院总体设计部就召集精锐专家、骨干力量组成空间站机械臂的技术攻关工作团队，先后花费6年时间开展近百余项工程摸底与关键技术验证工作，并在2015年、2017年顺利完成力学试验以及EMC试验，最终于2021年4月随着天和核心舱一起进入太空预定轨道。 空间站核心舱机械臂是目前同类航天产品中复杂度最高、规模最大、控制精度最高的空间智能机械系统，其展开长度为10.2米，最多能承载25吨的重量，是空间站型号任务中融合了机、电、热、控制、光学等多个专业的“大力士”。 同时，它模仿了人类手臂的七自由度，其中肩部设置了3个关节、肘部1个关节、腕部3个关节，一共7个关节。每一个关节对应一个自由度，就如同人的手臂一般，具有七自由度的活动能力。通过各个关节的旋转，机械臂能够实现自身前后左右任意角度与位置的抓取和操作，真实地模拟人类手臂的灵活运动，为航天员顺利开展出舱任务提供了强有力的保证。 机械臂多级联组合 空间站核心舱机械臂还是我国首个能长期在太空轨道运行的机械臂。作为我国首个实现工程研制的大型空间机械臂产品，机械臂还具备“爬行”功能。“肩3+肘1+腕3”的关节配置方案中，肩部和腕部关节配置相同，意味着机械臂两端活动功能相同。同时肩部与腕部各安装了一个末端执行器，作为机器臂的“触手”，末端执行器可以对接舱体表面安装的目标适配器，机械臂通过它们的对接与分离，同时配合各关节的联合运动，就能实现在舱体上的爬行转移。 NASA大型结构机器人在轨装配项目 2015年7月，NASA启动“大型结构系统太空装配”项目，旨在实现大型模块化结构系统在太空中的自动装配、服务保障、翻新、重构以及再利用。 NASA授予太空制造公司（Made in Space）价值2000万美元、为期两年的“建筑师”项目合同，研发装有机械臂的3D打印机，并将其安装在国际空间站外部分离舱。这种太空制造与装配设施将使NASA和私营公司仅需将增材制造所需的原材料和某些高价值部件（如传感器、电子元器件和电池）发送至太空，便可以在太空中用机械臂将这些零部件与增材制造的零部件装配起来。“建筑师”项目官方名称为“多功能太空机器人精确制造与装配系统”，是NASA“临界点”计划选取的3个在轨机器人制造与组装航天器和结构相关项目之一。 Made in Space空间机器人演示在轨增材制造 空间在轨增材制造地面试验 美国Tethers Unlimited公司研究的在轨制造系统——“蜘蛛制造”，将利用蜘蛛状机器人在轨进行大型空间结构如天线、电池板、桁架和其他多功能结构的制造与组装。只需要将原材料送入轨道，即可由机器人利用增材制造技术在轨制造，并将制造的零部件装配成大型系统。“蜘蛛制造”已完成机器人样机制造，进行了地面演示，验证了“蜘蛛制造”概念关键工艺的基本可行性。该公司从2016年开始制造第二代机器人原型。 END 配备机械臂的空间机器人是实现空间操控自动化和智能化的重要手段之一。在当前在轨应用及验证的基础上，未来空间机器人的应用方向将从空间目标的抓捕与移除、高价值目标的在轨服务与维修发展到空间大型构件的在轨组装等任务，空间机器人也将成为空间在轨增材制造的关键。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.专访中科院太空制造技术团队：介绍太空立体光刻3D打印的意义 2.新一代载人飞船实验船，实现60余件金属3D打印产品在轨应用 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.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构

2021年7月，深蓝航天“星云-M”1号试验火箭在陕西铜川深蓝航天试验基地完成了“星云-M”1号试验火箭首次垂直起飞和垂直降落（VTVL）的自由飞行试验（又称“蚱蜢跳”），首飞试验任务圆满成功。 执行本次飞行的“星云-M”1号试验箭配套了由深蓝航天自主研制的“雷霆-5”型液体火箭发动机（下文简称：LT-5），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。 “雷霆-5”型液体火箭发动机真空推力最大为50kN，发动机能够实现50%-110%推力区间调节；同时，LT-5采用了电动泵调节推进剂流量，针栓式喷注器可自动维持不同工况下的稳定燃烧，将此两项技术结合在一台发动机上在国际上也是颠覆式创新。 3D打印技术革新 LT-5发动机大量选用3D打印技术，利用先进的打印设备最大限度发挥镍基高温合金粉末材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等优质特性，成功突破传统火箭发动机制造模式的低生产效率、复杂工艺路线、周期长的瓶颈。 其中收扩段、喷注器壳体，氧入口等关键部件通过在打印过程中严格控制工艺，保证零件外形尺寸、内流道精度及降低粗糙度；且3D打印毛坯件仅需后期少量机械加工就可以满足装配精度要求和使用要求，零部件加工周期大幅缩减的同时，大大缩短了产品重复制造周期和迭代速度，摒弃了传统火箭发动机制造的重资产模式，产品供应链更短、更高效、更易协同，总成本更低。 供应链深度合作 深蓝航天另辟蹊径，多方位与国内一流打印服务商开展合作，促使深蓝航天产品技术研制能力的快速提升和工程化应用齐头并进。 目前正在研制中的新型发动机同样选择了经过验证的3D打印技术和后处理工艺，新交付的发动机结构部件最大尺寸达到0.6×0.6×0.6m。通过一系列的研制测试，自主掌握了3D打印粉末选型、增材制造形性控制、增材流道结构表面高质量磨料流光整等多项关键技术，具备了产品多行面、多腔道、再生冷却通道等复杂精密构件的增材制造研制能力。 LT-5发动机已先后参加多次地面点火试车、全箭静态点火测试，同一台发动机的累计工作次数超过10次、累计工作时间超过500s，每次均为大范围变工况工作状态。 本次飞行演示着陆后经综合测试，发动机状态良好，各项技术指标正常，满足再次复飞的要求,有力地证明了发动机产品初步达到可重复使用的预期设计目标，为工程化可重复使用发动机产品积累了宝贵的研制经验和实际使用数据。 3D打印技术在深蓝航天火箭发动机研制应用上获得的成功，使深蓝研发人员更敢想，更乐于新结构的尝试，让“设计-制造-测试”实现的更精益、更高效；3D打印技术已成为深蓝航天逐梦太空，实现低成本、可回收复用新一代智慧火箭的重要工具。 扩展阅读： 在当下竞争激烈的国际航天发射市场，美国的SpaceX、Blue Origin等商业航天公司已经在增材制造领域取得了突破性进展。Blue Origin贝索斯的蓝色起源首次载人太空之旅乘坐的新谢泼德太空船上就有超过400个增材制造的零件；而其新一代液氧甲烷火箭发动机BE-4，更是有很多关键部件采用3D打印制造，如发动机增压泵（OBP）外壳采用铝合金打印，液压涡轮，涡轮喷嘴和转子采用镍基合金打印。 在2017年，普惠·洛克达因公司利用增材制造工艺生产的铜合金全尺寸推力室通过了热试车考核，后续将用该推力室取代当前的RL-10C发动机不锈钢管束式推力室，获得更优的冷却性能，同时提高发动机可靠性。 3D打印技术应用在液体火箭发动机上有很多显著的优势，深蓝研发人员将不断总结经验，借鉴行业内已知成果的同时，继续在结构件轻量化设计、铜材&镍基高温合金异种材料组合增材制造、电弧增材制造等关键技术上深耕、创新。 注：本文内容来自深蓝航天。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.国内首次由3D打印制造的火箭发动机完成真实飞行工况考核，低空垂直回收飞行试验圆满成功 2.航天六院7103厂发布超3吨粉末需求，突破航天液体动力领域3D打印全流程技术 3.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 4.考虑工艺约束的3D打印自支撑晶格用于中国新型超轻航天器结构

近日，GE航空发布消息称，其位于奥本的增材制造工厂已发货第100000个3D打印的燃油喷嘴，这是该公司和3D打印行业的重要里程碑。奥本工厂于2015年开始生产3D打印的燃油喷嘴，是业内第一个使用增材制造技术生产飞机发动机零件的大规模制造工厂。 这款知名的3D打印燃油喷嘴最初转为LEAP发动机开发和制造，根据发动机版本的不同，每台发动机上安装有18或19个燃油喷嘴。基于3D打印带来的制造优势，新设计的燃油喷嘴将原来的20个部件变成了一个精密整体，并与其它组件通过钎焊连接，喷气燃料通过喷嘴内部的复杂流道实现自身冷却。最终，新喷嘴重量比上一代减轻了25%，耐用度提高了5倍，成本效益上升了30%。 实际上，LEAP 3D打印燃油喷嘴的开发先于GE Additive（GE增材） 的成立和GE对 Concept Laser以及Arcam的收购。而前者的发展一直依托于GE航空这个强有力的“靠山”，航空发动机燃油喷嘴也是GE增材实现快速发展的“诱因”。 2010年，GE航空成立增材制造部门，在2012年GE成功用增材制造的方式制造了第一个燃油喷嘴，而为了保证服务稳定性，财大气粗的GE开启了在3D打印领域的疯狂收购。 2012年，GE先是收购了最初的燃油喷嘴加工服务商Morris Technologies，使公司初步具备了一定的3D打印技术服务能力；2013年，收购意大利航天公司AVIO，掌握了“电子束选区熔融技术”，并用于制造钛铝合金低压涡轮机叶片； 2016年，GE先后斥资6.85亿美元以及5.99亿美元收购了两家世界领先的金属3D打印公司，瑞典Arcam与德国Concept Laser。随后，在整合了行业众多优质资源后，GE Additive公司成立。 GE增材将收购的两类增材制造技术纳入生产体系 至此，GE一跃成为全球最大的3D打印厂商，也完成了从增材制造应用向增材制造装备及服务供应商的转变。2017年，奥本工厂交付的燃油喷嘴数量为8000个；2018年10月，交付总量达到3万个；如今，GE增材已经打印了超过10万个航空发动机燃油喷嘴，并实际应用于其最先进的“LEAP发动机”中，空客A320 NEO、波音737 MAX和中国国产C919大型客机都采用了Leap引擎。 虽然，大规模的收购让GE快速切入金属3D打印领域，并成为这一领域的领头企业，但这一切的背后，GE航空功不可没。 GE航空是世界领先的民用、军用、公务和通用飞机喷气及涡桨发动机、部件和集成系统制造商，全球每2秒钟就有一架应用GE发动机技术的飞机起飞，而它的发展也可以看作是美国航空产业发展的缩影。 100年前，从GE研发的涡轮增压器首次解决飞机发动机在高海拔地区性能减弱的问题开始，GE正式进入航空领域。随后，GE航空相继创造了很多“第一”，其研发了美国第一台喷气式发动机、世界第一台大“涵道比”涡扇发动机、旗下CFM56系列发动机更是成为航空史上首个实现10亿飞行小时的发动机系列。 GE增材将300个零件合并为一个，3D打印的发动机中框结构 GE航空和GE增材合作证明，金属增材制造可以与传统铸件的价格持平 GE9X发动机包含304个3D打印零件可以说，GE推动了美国航空产业的发展，而美国航空产业也成就了GE航空。百年的资源积累，让GE增材能够与自身产业快速融合，与其他金属3D打印公司为了业务四处奔波不同，仅仅是来自GE航空的需求就足够竞争对手“眼红”，不仅如此，GE医疗、GE工业也将继续推动其3D打印业务发展。 而在金属3D打印技术的使用方面，GE增材并不局限于现有的技术。为提高3D打印技术的规模化制造能力，2017年，GE增材宣布开发粘结剂喷射金属3D打印技术，并获得了GE旗下多部门的支持。目前，GE增材已经可以采用该技术打印航空、能源、汽车和其他工业领域使用的多种合金，不断开发的新材料和形状解决方案，能够满足客户的各种应用需求。 目前，GE增材已经成为3D打印行业的重要参与者，尤其在新应用开发方面，一直在引领技术发展。 注：本文部分内容参考《美国航空业成就GE增材，中国航天崛起能否再造铂力特》。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.GE 增材：连续增材生产是一场马拉松，而非短跑冲刺 2.GE增材：具有增强后处理和质量控制的金属3D打印 3.大型零件增材制造整合设计，看GE增材高级设计工程师如何说 4.航天六院7103厂发布超3吨粉末需求，突破航天液体动力领域3D打印全流程技术

近日，美国航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）采用一种不同于基于激光或电子束的增材制造工艺生产了一种铝合金航天器用热交换装置。采用新设计的热交换器取代了在长期任务或极端条件下可能出现故障的数十个小零件和接头，不仅对太空应用而且在石油钻井和航空等领域都有潜在益处。NASA JPL 技术专家表示，该工艺所能解决的不仅是一个任务的一个问题，同时将为NASA和工业界解决一类问题。该工艺就是由Fabrisonic公司推出的超声波增材制造（UAM）技术。 超声波增材制造实现了铝合金热交换器的整体制造 超声波增材制造的技术原理 超声波增材制造（UAM）是基于传统的 “超声波焊接”工艺，其利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。而当这种焊接方式被应用到3D打印机上时，也就成就了这项新的3D打印工艺——“超声波增材制造”。 超声波增材制造原理 超声波增材制造能够实现不同金属间的冶金结合 超声波增材制造采用金属薄片为材料，能够实现真正冶金学意义上的熔合，并可以使用各种金属材料如铝、铜、不锈钢和钛等。UAM的制造过程包括通过超声波逐层连续焊接金属片，并不时通过机械加工来实现指定的3D形状，从而形成坚实的金属物体。通过结合增材和减材处理能力，UAM可以制造出深槽、中空、栅格状或蜂窝状的内部结构，以及其它复杂的几何形状，这些结构和形状通常无法使用传统减材制造工艺完成。此外，该技术的重要优势是能够制造多金属零件。 超声波增材制造生产多材料一体化构件 自 2011 年成立以来，Fabrisonic 已多次与 NASA 合作。2018 年，Fabrisonic和NASA JPL开始探索如何使用超声波增材制造来生产 3D打印热交换器。当时，3D 打印组件通过了NASA的质量控制测试，并被认为可以在太空使用。今年早些时候，NASA JPL宣布他们使用 Fabrisonic的设备为卫星开发了价值更高的3D打印热交换器。 3D打印的散热器由铝和铜两种材料构成，可以让热量更均匀地分布在整个表面 在太空中，极端温度可能会有数百度变化。热交换器可以通过吸入或排出热量来帮助航天器内部保持稳定温度。热交换器通常内置流道，并连接到带有支架和环氧树脂的金属板上。传统上，热交换器由多个相互连接的部件组成，这会给设备带来许多潜在故障风险，NASA JPL选择采用UAM技术3D打印一体化的热交换器。 ‍由UAM技术3D打印的大尺寸热交换器 事实证明，整体制造可以使组件的可靠性得到显著提高，并降低长期太空任务或地球极端条件下的故障可能性。3D打印热交换器还带来了性能提升，与通过传统方法制造的热交换器相比，重量减轻了约 30%，性能提高了30%。除此之外，这项技术在几天之内便完成了这种复杂结构的零件生产，缩短了NASA航天器的开发周期。 含有内部通道的铝铜复合材料部件 除铝和铜的一体化制造之外，NASA JPL还利用Fabrisonic的UAM 技术实现了金属钽与铝合金部件的结合。为保护电子组件免受强烈空间辐射并保持组件尽可能轻巧，NASA JPL在铝合金航天部件的中间添加了能够抗辐射的金属钽层，从而获得了既抗辐射又极轻的3D 打印组件，该组件的每种金属特性均保持不变并能按预期运行。 除以上应用之外，NASA还于2020年在 SBIR项目中使用UAM技术成功将不同的非晶合金与其他金属合并来克服腐蚀问题。 超声波增材制造生产内置传感器的“智能结构” 因为金属没有被加热焊接，UAM技术可以在零件的制造过程中嵌入电子装置同时不会发生损坏。过去使用常规焊接技术加工智能材料所面临的最大挑战就是，材料融化往往会大大降低智能材料的性能。因为UAM工艺是固态的，不涉及熔化，这个工艺可以用来将导线、带、箔和所谓的“智能材料”，比如传感器、电子电路和制动器等完全嵌入密实的金属结构，而不会导致任何损坏。因此，超声波增材制造非常适用于“智能材料”的打印以及“智能结构”成形。 内置电子装置的“智能结构” NASA在其航空测试中利用通过UAM技术打印的光纤传感器来检测商用机身的弱点和性能问题。这些传感器使用UAM技术内置于铝合金零件内部，能够获取有关金属健康和性能的准确、实时数据。同时，由于外层金属的保护，传统器可以在太空等恶劣环境中工作。除此之外，NASA还于 2019年采用UAM技术将传感器直接3D打印到了燃料管道中，用来收集低温燃料管道中的数据，以更好地了解发动机的运行情况。 内置传感器的发动机燃料管道 UAM可以结合智能材料本身的特点随时改变不同结构零部件材料的特点，因此UAM技术具有以下优势： （1）高速金属增材制造，成形复杂结构。UAM与传统3D打印技术一样，同样具有成形的高效性与高复杂性，属于自由净成形工艺。（2）固态焊接可以实现：异种金属的结合、包层、金属基复合材料、“智能”或反应式结构。UAM工艺是基于传统的电磁波焊接技术，因此，成形过程可以实现固态焊接，实现异种金属的链接或包层。（3）低温工艺可以实现：电子嵌入防篡改结构、非破坏性、完全封装的光纤嵌入。 END UAM工艺不需要高温环境，在低温下就可以实现制造过程，因此，对于那些在高温下会改变本身特性的材料而言，UAM可以轻松实现复杂结构的成形或者对需要封装的嵌入结构实现制造。基于传统工艺的新型3D打印形式正在使增材制造工艺的种类更加丰富，同时也满足了更多的制造需求。除超声波增材制造工艺外，3D打印技术参考在往期文章中提到的搅拌摩擦焊也是其中一种。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.无须高能热源、不需气体保护，能以10倍速度成型的金属3D打印技术 2.国家科技重大项目「微铸锻铣磨」增减材复合制造机床通过验收 3.基于SLM的增减材混合制造新形式：激光熔融与超快激光切割相结合 4.南科大：一种新型抛光技术，可获得纳米级超光滑表面

在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域中的复杂形状部件的制造，其主要应用领域之一便是航空航天工业。由于极高高的强度-重量比以及出色的可加工性，高强铝合金在航空航天业广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍然受到增材制造工艺中几种不可忽略的问题和缺陷的限制。多年来，人们致力于减少或消除这些缺陷，从而扩大了增材制造在高强铝合金中的应用范围。 高强铝合金在增材制造应用过程中的主要局限性 由于某些类型的缺陷会影响高强铝合金3D打印组件的质量，因此该技术在航空航天领域的使用仍然受到限制。另一个关键问题是，缺乏针对3D打印组件的全面、公认的质量标准，这限制了航空航天行业对该工艺的使用。目前，只有极少数的铝合金可以被适当地改性，同时由于3D打印过程中发生的热循环而导致的凝固相关问题，2xxx和7xxx系列合金很难通过3D打印加工。在3D打印的2xxx和7xxx高强铝合金产品中已经观察到了各种类型的缺陷，为了消除或避免缺陷并克服加工困难，需要对合金进行化学成分改性并开发相关国内工艺。 航空航天业未能广泛使用3D打印工艺来生产高强铝合金结构件的原因主要包括以下几方面： 3D打印工艺受到部件尺寸和生产速度的限制，导致该工艺在大型航空航天部件的生产中尚无竞争力。例如，通过增材制造工艺生产的最大的航空部件重约750千克，长4.7m、宽1.7 m、高0.5m。该部件旨在展示3D打印在生产下一代波音777x喷气式飞机的组件中的应用。然而，这和波音747客机64.3 m的翼展相比，相距甚远。航空航天业最重要的两个优先事项是安全保证和风险管理，这要求航空航天部件具有高精度和一致性。然而，目前只有少数几种3D打印工艺可以生产尺寸公差为30–40μm的组件，但航空航天公司要求的组件的尺寸公差通常小于10μm。因此，不能每次都获得航空航天部件的所需尺寸精度，并且为了达到所需尺寸而对零件进行机加工会导致额外的制造步骤和成本。 各工艺所能达到的最高尺寸精度 航空航天部件具有严格的质量认证体系，对于关键部件（如发动机涡轮叶片）非常重要。然而3D打印在航空航天业中的质量管理和认证方法仍在制定中，其复杂性在于缺乏关于增材制造的航空航天部件的失效机制，特别是对疲劳失效的理解。 近年来，已经建立了许多与金属增材制造有关的标准。但是，其中只有少数几个适用于航空航天领域，包括SAE AS9100和MSFC-STD-3716。标准的不足严重影响了3D打印工艺的广泛应用，制造商也多将重点放在开发此类标准上，以推动技术发展。与此同时，由于增材制造过程中物理过程的复杂性，现有的无损检测手段在孔隙、气体夹杂和裂纹等缺陷检测中可能存在问题，需要制定专门的测试方法。 高强铝合金增材制造过程中产生的主要缺陷 由于制造过程和合金本身的特性，在2xxx和7xxx高强度铝合金的3D打印零件中会发生几种类型的缺陷，包括开裂、孔隙、球化以及挥发性合金元素的氧化和蒸发等。 1. 开裂 在3D打印过程中会由于多种原因而产生裂纹，其中包括孔隙的存在（充当裂纹的起始位置）以及制造过程中加热和凝固的影响。铝合金3D打印过程中的裂纹可分为液化裂纹和凝固裂纹。液化是当施加热量时微观结构中某些成分的选择性熔化。例如，具有低熔点的第二相粒子或具有高偏析度的晶界可能具有比基体低得多的熔点，因此开始局部熔化，从而导致这些位置处的脱粘。液化裂纹的倾向与合金元素的高浓度和可热处理铝合金的高热导率特性以及高激光功率和/或高扫描速度有关。相比之下，凝固裂纹发生在凝固的最后阶段，此时液体流动不足以填充凝固金属之间的间隙，这种类型的裂纹与较大的凝固范围有关。凝固裂纹是高强度铝合金增材制造中非常普遍的现象，特别是对于2xxx铝合金。在合金的凝固过程中，柱状晶粒沿热梯度方向扩展，同时沿晶界收缩，从而导致裂纹形成。在凝固的最后阶段沿着晶界可以观察到凝固裂纹的形成和扩展。 3D打印铝合金零件中的裂纹 2. 孔隙 孔隙是高强度铝合金增材制造中最常见的冶金缺陷之一，特别是在涉及激光的情况下。它可以分为收缩孔、气孔和熔合缺陷。与孔隙形成有关的几个因素包括扫描策略、热裂解、扫描速度以及所用的保护气体等，即使优化了工艺参数，仍然可以观察到一定程度的孔隙。在SLM工艺中，孔隙的常见类型是锁孔和冶金孔。激光扫描后形成的气孔会留在零件表面以下，其中锁孔（> 100μm、形状不规则）大多在快速的激光扫描速度下形成，而冶金孔（<100μm、球形）多在缓慢的扫描速度下形成。由于铝合金粉末的不完全熔化或层与层之间的熔合不良，可能会出现其他类型的孔。 3. 球化和卫星球 考虑到最小表面能的原理，当与基材接触不良时，由于表面张力，3D打印过程中的液态金属可能会收缩为球形，这就是球化现象。球化作用会导致铝合金表面熔合不良，固化层表面粗糙，从而导致零件质量降低。高强铝合金在3D打印过程中的球化通常与熔化过程有关，同时，液滴飞溅和润湿性差也可能导致形成球化现象，当下部熔池中达到足够的熔化水平时，球化现象会减弱。卫星球的产生是另一钟表面缺陷，就微观结构和形态而言，它与球化略有不同。卫星球表面缺陷是由粘附在表层的粒子组成，并高度依赖于扫描速度。有关研究指出，在扫描速度为250 mm / s的情况下，观察到AlSi10Mg中卫星球的形成要比500 mm / s或750 mm / s时少得多。 a）扫描速度为750mm/s时AlSi10Mg中的球化和卫星球缺陷（b）6061铝合金氧化膜SEM图像 4. 氧化 另一个降低铝合金3D打印零件质量的问题是打印过程中发生的氧化。 氧化铝的热力学稳定性使得难以除去铝合金粉末表面产生的氧化膜。有研究人员分析了激光熔合6061铝合金和Al-12Si过程中熔池各点氧化皮的形成机理。在他们的研究中，熔池表面的氧化皮咋激光照射后蒸发，确定了搅动熔池的Marangoni力是破坏氧化皮的最可能原因。氧化物由于残留在熔池两侧，形成了区域性的孔隙。 在打印过程中，虽然腔室中充入了惰性气体，但粉末中仍有0.1–0.2％的氧气残留，这也导致了在逐层熔化的过程中存在氧化的发生。此外，氧化还会导致合金粉末团聚，使铺粉变得不均匀，导致零件的结构完整性和精度下降。 铝合金不同区域的熔化和润湿是通过氧化物的解离或破坏来控制的，而不是通过不同区域的熔化。通过控制氧化膜的形成，可以调节铝合金打印零件的质量，因此，需要密切关注打印过程中的氧含量。 5. 挥发性合金元素蒸发 在应用相对较高功率密度的增材制造工艺中，如果合金中某些元素的熔点低于合金母材熔点，则可能会发生选择性蒸发。由蒸发引起的成分变化将改变材料的耐腐蚀性、机械性能和凝固组织。目前研究主要集中在高强铝合金SLM加工过程中挥发性合金元素（如Zn、Mg和Li）的蒸发，目的是提高材料的加工性能。有研究人员评估了几种用于SLM的高强铝合金的适用性，打印后化学成分发生了明显变化，尤其是锌和镁的含量。   SLM工艺后高强铝合金化学成分变化（wt％） END 在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域的复杂形状部件制造，其主要应用领域之一便是航空航天业。由于极高的强度-重量比以及出色的可加工性，高强铝合金在该领域广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍然受到几种不可忽略的问题和缺陷的限制。多年来，人们致力于减少或消除这些缺陷，从而扩大了增材制造在高强铝合金中的应用范围。 在后续的文章中，我们将介绍最小化或消除缺陷的方法，也可进入QQ群提前查看相关资料。 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.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 2.当前国内外3D打印高强铝合金种类、性能信息汇总 3.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 4.铝和钛：航空航天增材制造的绝佳选择

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。5000.93指示是对国防部1月发布的《国防部增材制造战略》的进一步落实，将有力推进增材制造在装备研制、保障、战备中的高质量协同发展、安全应用和稳定供应，支撑应急能力采办和中间层采办等程序的快速应用与部署需求，以及以数据、模型为驱动的数字工程转型目标。 5000.93指示《增材制造在国防部的使用》文件首页（美国防部图片） 一. 指示发布背景 1. 增材制造是加速创新和提升战备水平的重要支撑技术增材制造作为一种可以快速、按需且可定制的制造手段，能够直接支撑美军的后勤和作战改革，短期看可快速使用以满足战备需求，长期看可通过创新设计改进系统。广泛使用增材制造给美军带来的预期优势至少包括：驱动更具杀伤力系统的设计创新，提升装备完好率，赋予作战人员在战区现场敏捷解决问题的能力。此前，国防部牵头成立国家增材制造创新机构，并先后发布《国防部增材制造路线图》、《增材制造标准化路线图》、《国防部增材制造战略》等文件，稳步持续地推进增材制造的发展和使用已是美军共识。 根据国防部推进增材制造的途径，当前已处于第二阶段。未来，各军种与业务机构还将制定详细执行计划，并在每年列出优先级清单，支持预算和资源的分配（美国防部图片） 2.《国防部增材制造战略》的落地实施需要政策明确规范与引导2021年1月，隶属美国防部研究与工程副部长办公室的国防制造技术项目办公室发布《国防部增材制造战略》，提出 “将增材制造集成到国防部和国防工业基础中、协调国防部和外部合作伙伴的增材制造活动、推动和促进增材制造的敏捷应用、提高增材制造应用熟练程度、加强增材制造工作流的安全性”五项战略目标，旨在促进建立更敏捷、适应性更强和更一致的国防供应基础，使增材制造广泛应用于武器系统创新设计，提高系统可靠性和作战能力。目标已明，关键聚焦领域与工作流程的建立还需出台政策进行规范引导，以细化需求方与责任方的职责与义务，建立统一的标准框架和协作机制。 2021年1月，《国防部增材制造战略》提出五项战略目标（美国防部图片） 3.国防采办改革与数字工程转型要求实现快速、数字制造为落实大国竞争战略和新兴技术快速发展的需要，美国防部在2018年提出数字工程战略，大力推进以数据和模型为核心谋事做事的转型；2019年底以来，国防部对采办政策进行了重大改革，建立了应急能力采办和中间层采办程序（采办周期为2-5年），凸显出灵活、快捷、安全的采办理念。增材制造作为新兴的数字制造手段，是满足数字、快速采办需求的重要途径，发布专项政策来推进建立安全、规范的采办流程，管理并维护核心数据源十分必要。 美国防部意在结合先进技术和数据交换共享等核心能力实现数字赋能的未来（美国防部图片） 二.主要内容与职责 1.国防部政策 通过5000.93指示，美国防部旨在： ——推进增材制造的应用来支持联合部队司令官和作战指挥官的战区需求、变革维修模式和供应链、增强后勤弹性、提升各军种的自主保障和战备能力； ——应用增材制造提升国防工业基础，提高武器系统的作战及持续保障能力； ——确保增材制造计划、项目和需求具备充分的资源； ——开展教育、培训及认证国防部增材制造人才队伍； ——确保国防部网络-物理基础设施和流程的安全性，支持增材制造在武器系统寿命周期中的使用； ——开发并使用有益于武器系统作战或保障能力的增材制造技术； ——通过增材制造社区开展合作并分享最佳实践； ——保护国防部在增材制造技术开发方面的投资，避免技术外泄。 2.主要职责分配针对以上主要事项与目标，5000.93指示明确了国防部研究与工程副部长、国防部首席信息官、国防部采办与保障副部长、国防后勤局以及参联会主席等各增材制造需求方或程序实施攸关方的职责。其中：国防部研究与工程副部长（USD(R&E)）总体负责国防部增材制造应用政策的维护，以及合作交流、供应链集成、教育培训、认证鉴定、标准与指标编制等具体工作的协调与监管，并将增材制造纳入数字工程相关政策和指南。此外，国防部研究与工程副部长要确保在武器系统采办的设计和工程阶段充分考虑增材制造的各种能力和流程，并充分记录增材制造生产的各种零件，为保障工作提供支持。国防部研究与工程副部长还需要组织并指定增材制造联合工作组(JAMWG)主席，以在国防部的联合监督下开展协作，分享最佳实践方法。特别地，国防部研究与工程副部长、各军事部门和国防后勤局(DLA)需要共同定义一个通用的国防部增材制造数据框架，包括增材制造数据管理最佳实践方法，以便在整个国防部内部安全地共享增材制造数据。国防部采办与保障副部长（USD(A&S)）牵头负责整个采办和保障组织体增材制造的协作工作，包括更新和维护相关政策；酌情推动使用增材制造来满足武器系统性能和保障要求；为特定的增材制造数据类别建立并维护包含商定价格和相关权限许可的数据库；将增材制造纳入知识产权政策和指南；评估国内增材制造设备和材料的工业制造能力，以打造一条能力强大且具有弹性的增材制造供应链；指导国防采办大学开展相关培训等。国防后勤局局长负责将增材制造纳入供应链，确保供应商生成的增材制造数据由国防后勤局提供给适当的国防部下属组织；开发、维护和管理联合增材制造模型交换（JAMMEX）系统门户网站，用于共享经批准的增材制造数据集和其他安全、可互操作的数据管理能力；牵头制定通用数据要求和验收标准相关流程和指南；识别最佳实践方法并根据需要修改系统和流程，将增材制造能力与供应链信息技术架构、业务支持系统和流程集成。国防部首席信息官（CIO）负责制定各种网络安全要求和标准，发布国防部“全球信息网格的通用集成信息计算和通信环境”指南，以在必要时为增材制造技术的实施提供支持。国防部具有相关需求的部局负责制定和审查机构层级的持续保障计划；建立和维护必要的数字、网络物理和整体网络基础设施；指导如何使用增材制造数据框架；推动增材制造能力与企业架构和业务支持系统和流程的集成；协助定义有关增材制造实施进度和结果的各项通用指标，按需跟踪和报告有关指标的数据。参谋长联席会议主席负责与国防部长办公厅合作推进联合部队的增材制造技术和创新；与军种采办负责人合作，确定与联合项目相关的寿命周期保障计划中增材制造的适用性；支持在作战司令部（CCMD）内部执行各种战区保障计划，促进增材制造在作战行动中的使用。 三.程序与指导 围绕增材制造推广使用中涉及的采办、研究与工程、供应链、数据管理、数据与设备安全、规格与标准、培训与教育以及合作等主要流程与要素，5000.93指示制定了相应的程序与指南，系统地指导各相关责任部门领导推进面向增材制造的设计、合同要求、数据管理框架、材料与工艺研究、质量鉴定与认证、增材制造供应链集成、跨域模型交换、网络风险评估、标准制定、知识体系构建等工作。 1.采办中的增材制造增材制造应被纳入采办过程，并充分考虑增材制造可能对武器系统设计产生的影响，以及合同或协议如何解决维修和持续保障期间增材制造零件和数据的可用性问题；确保合同包含并明确规定足以实现增材制造的数据要求，酌情包括一份增材制造数据管理计划；确保合同条款详细说明了需要标识的零件，这些零件在材料清单、构型管理文档和其他相关增材制造数据中明确使用增材制造进行生产，或者可能使用增材制造进行生产；确保增材制造数据要求包括测试要求和验收或拒收标准；仅获取必要的增材制造数据和相关许可权来满足机构的各项需求。2.研究与工程开展材料和工艺特性研究，提高增材制造工艺和零件质量的可靠性，加快鉴定和认证过程；对增材制造采取国防部通用的风险定义，并制定政策来定义使用增材制造零件所需的鉴定、认证、风险评估和批准权限级别；使增材制造的鉴定程序和验收标准与各项通用标准、规范和实践方法保持一致。3.在供应链中集成增材制造使用经批准的增材制造零件来源，以完善供应链流程和程序，满足装备战备需求；充分利用现有的增材制造能力，并根据需求的紧迫性制定支持快速生产增材制造零件的流程和程序；监控增材制造供应商的实施、使用、绩效和效能；向国防后勤局和适当的国防部供应组织提供增材制造零件数据和增材制造需求信息，并在必要时通过国防后勤局在国防部内共享；制定通用的增材制造数据标准和要求以及增材制造零件验收标准；记录并维护一份已成功交付增材制造零件和增材制造原材料的来源清单；定义有关增材制造实施进度和结果的通用指标，并根据需要嵌入各个流程来跟踪和报告增材制造的指标数据。 2021年2月，ExOne公司获得美国国防部合同，用于开发可部署在集装箱内的完全可操作、独立的3D打印工厂，集装箱工厂可通过陆海或空运直接部署在现场，用于制造支持战区、灾难救援或其他远程操作的部件（ExOne公司图片） 4.数据管理确保增材制造活动符合有关数据访问和技术数据、计算机软件和其他知识产权的所有法律、法规、政策和相关合同条款要求；充分利用国防部核心知识产权的资源；使用与国防部数字工程战略和实施计划一致的某种基于模型的工程制造工具集；开发、使用和支持联合增材制造模型交换（JAMMEX）系统和其他安全、可互操作的数据管理能力，并将基于通用数据框架的相关数据连接到每个组织内部的权威数据存储库和系统。5.数据与设备安全提供安全可靠、可互操作的数字化商业信息和数据系统，包括但不限于联合增材制造模型交换（JAMMEX）系统；根据需要对增材制造数据系统和设备的现有网络安全流程和政策进行更改，并定期开展基于任务的协作网络风险评估。6.规范与标准在最大程度上使用与增材制造相关的非美国政府规范和标准；如果缺少现有的规范或标准，可通过非美国政府的标准组织来制定此类规范或标准。7.培训与教育为国防部使用增材制造或承担增材制造相关职责的适当劳动力提供培训和认证，包括管理人员、工程设计人员、设计人员、操作人员、维修人员和采办专业人员；创造各种研究和教育机会，提高增材制造社区的技术水平和技能。8.协作通过增材制造联合工作组（JAMWG）和联合国防制造委员会（JDMC）积极开展协作，共享增材制造的最佳实践方法。 联合国防制造委员会（JDMC）、增材制造联合工作组（JAMWG）与细分领域的组织关系和成果物（美国防部图片） 结束语增材制造作为能够颠覆研制、生产和保障模式的前沿技术，受到了美国防部的长期重视。5000.93指示的发布标志着国防部对增材制造的规划布局已经从技术与标准探索阶段、形成战略共识阶段进入到政策落实与执行阶段。1.“同文共轨”-通用数据框架与标准规范是增材制造向供应链集成的关键5000.93指示强调由国防部研究与工程副部长牵头与各军事部门和国防后勤局共同定义一个通用的国防部增材制造数据框架，并推动建立一致的增材制造鉴定、认证和风险管理方法。此外，国防后勤局将基于数据框架开发联合增材制造模型交换（JAMMEX）系统，使国防部各实体安全地访问和共享经批准的增材制造数据集和其他安全、可互操作的数据。可互操作的数据管理能力将有助于国防部实体使用通用数据管理最佳实践方法和构型控制，根据需要安全地访问和共享、购买或许可使用增材制造数据，支持打造能力强大且具有弹性的增材制造供应链。2.“通功易事”-国防部各部局分工明确、协作共享，齐推增材制造使用5000.93指示明确了国防部使用和发展增材制造的各项职责，研究与工程、采办与保障、数据收集共享、信息安全等事项均有明确分配；协作机制方面，指示强调由国防部研究与工程副部长牵头组建增材制造联合工作组(JAMWG)作为国防部的联合增材制造论坛，并要求采办与保障副部长与国防后勤局、提出增材制造需求的各军事部门、国防部各直属局和国防部外勤机构相关负责人参与，以在国防部的联合监督下开展协作，分享最佳实践方法。国防部内相关部门各司其职同时协调配合，为联合推进增材制造的发展使用提供了有力保障。3.“相辅相成”-天生的数字制造技术已成为数字工程转型的重要抓手5000.93指示要求将增材制造纳入数字工程政策和指南，使用与国防部数字工程战略和机构层数字工程实施计划一致的某种基于模型的工程制造工具集，并将相关数据输入权威数字数据库。不同于传统制造方法，增材制造是天生的由数据驱动模型、进而驱动制造的数字制造手段，这一优势契合了国防部建立权威数据源并以数据模型驱动决策的数字工程转型战略，更易融入数字采办流程中；反之，数字工程转型建立的工具和数字线索方法也能为增材制造的使用赋能。5000.93指示顺应了国防部采办改革中对灵活、快捷采办的需求，并与数字工程战略联动实施，将持续加速增材制造向装备现代化治理中转化与集成，支撑建立更敏捷、适应性更强的国防工业基础。欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 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高强铝合金由于优秀的比强度已成为商用和军用飞机主要的结构材料。对于大多数对安全至关重要的应用，高强度和高韧性是对结构材料的关键要求。然而，强度和韧性通常相互排斥，韧性会随着强度的提高而降低，导致设计者可以安全使用的高强度铝合金的屈服强度受到限制。 近期，西北工业大学黄卫东教授课题组开发了一种采用SLM技术3D打印的Sc/Zr改性Al-Mg和Al-Mn基合金，具有良好的强度和韧性组合，实现了与高强度7xxx锻造铝合金相当的高屈服强度，为制造高强、高韧铝合金提供了一种有效的策略。 激光增材制造铝合金及其复合材料的力学性能 通常，断裂韧性与裂纹尖端和局部微观结构之间的相互作用有关。特别地，采用SLM技术3D打印的Al-Mg（Mn）-Sc-Zr合金不仅具有超细第二相颗粒，而且在整个熔池中还存在明显的的非均相α-Al基体组织（混合了等轴晶和柱状晶）。此外，激光轨迹的重叠进一步在宏观尺度上产生了空间非均匀的微结构。因此，其断裂韧性与裂纹尖端以及超细非均匀微观结构之间的相互作用有关。 本研究中的Al-Mg-Sc-Zr粉末采用真空感应气体雾化(VIGA)工艺制备，粉末化学成分为Al-4.66Mg-0.48Mn-0.72Sc-0.33Zr-0.12Fe-0.03Si(wt.%)，并使用EOS M280 3D打印机制造。采用优化的工艺参数可实现高于99.4%的致密度，打印完的样品在325°C下直接时效4小时（峰值时效），以引入二次Al3(Sc,Zr)析出物实现沉淀强化。 以往有研究发现，采用SLM技术打印的Al-3Mg-0.2Sc-0.1Zr(wt.%)合金由柱状晶粒构成。而在本研究中，由于提高了Sc、Zr的含量，获得了由细晶粒和粗晶粒交替组成的非均匀晶粒组织。在熔池尺度上，显微组织由熔合边界处的等轴晶带和熔池内部的扇形柱状晶区组成，异质晶粒结构的起源归因于整个熔池中初级Al3(Sc,Zr)相（有效的成核位点）的不均匀沉淀。由于原生Al3的富集(Sc,Zr)颗粒和高冷却速率，等轴晶粒带中的晶粒被显著细化为超细晶粒(0.1–1μm)，其比铸态Al-0.7Sc合金（25±2.7-70±4.6μm)小一个数量级。 SLM制造的Al-Mg-Sc-Zr 合金的力学强度、表面粗糙度及断裂韧性数据 传统的高强度锻造铝合金通常包含三种类型的第二相颗粒：在凝固过程中形成的粗颗粒（直径约1-10μm）；在铸锭均匀化过程中形成的中间弥散体（直径约0.1μm）；以及在时效过程中形成的纳米级沉淀物实现了沉淀强化。与传统锻造铝合金相比，SLM加工的Al-Mg-Sc-Zr合金中第二相颗粒特征的关键区别在于成分颗粒的显著细化。由于熔池凝固过程中的高冷却速度，组成颗粒的尺寸被超细化至50-200nm，体积分数约为1%。因此，直接时效后合金的成分和弥散颗粒很难区分。在直接时效过程中，在α-Al基体中形成了纳米级（半径约2nm）的二次Al3(Sc,Zr)析出物。 由于缺乏与晶粒超细化相关的位错积累，该合金在拉伸试验期间表现出较低的屈服伸长率和整体应变硬化能力。试验结果表明，该合金的抗拉强度各向异性较低，而延展性体现出各向异性的特点。将SLM 加工的Al-Mg-Sc-Zr 合金的强度和韧性与传统的2xxx、7xxx 和Al-Li 锻造铝合金进行比较发现，前者具有良好的强度和韧性组合，性能堪比7075-T651高强锻造铝合金。 所开发的铝合金的应力应变曲线及其与传统高强铝合金的强韧性比较 从断裂力学的角度来看，金属基材料的断裂过程可以看作是内在损伤/增韧和外在增韧过程的综合结果。内在损伤取决于微观结构的特征，一般涉及裂纹尖端前塑性区第二相粒子的开裂或脱粘以及基体相的晶间或穿晶断裂等过程，内在增韧机制阻碍了可能的损害行为。相比之下，外部增韧机制如裂纹偏转和裂纹从I型方向分叉，通常会导致I型裂纹扩展驱动力的损失。 SLM处理的Al-Mg-Sc-Zr合金的内在损伤/增韧和外在增韧机理 据报道，铝基合金的固有损伤过程取决于多尺度第二相粒子的特性。通常，纳米析出物在很大程度上控制了滑移和变形行为，并间接影响合金的断裂韧性。组成颗粒和分散体通过影响空隙的成核、生长和聚结直接影响断裂韧性。当基体塑性变形时，大的组成颗粒很容易开裂，而中间弥散体具有较强的抗裂纹能力。 总之，对于SLM处理的Al-Mg-Sc-Zr合金，由于熔池凝固过程中初生Al3(Sc,Zr) 相的高冷却速率和不均匀析出，在合金中获得了超细且非均质的显微组织。成分颗粒的超细化促进了内在增韧，而非均质 α-Al 基体微观结构诱导了外在增韧机制，如裂纹偏转或分支等。尽管由于二次Al 3 (Sc,Zr) 纳米析出物导致的有序平面滑移导致脆性裂纹，但断裂韧性通过与超细和异质微观结构相关的多种内在/外在增韧机制得到有效改善。这项研究展示了一种制造高强度和高韧性铝基合金的新策略。 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.西南交大采用X射线三维成像揭示3D打印铝合金疲劳行为的各向异性 2.华中科大：开发用于增材制造的新型抗裂纹、高性能铝合金 3.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 4.当前国内外高强铝合金种类、性能信息汇总