2022年9月，全球工业巨头GKN集团因使用粘结剂喷射（Binder Jetting，下称BJ技术）金属3D打印技术而被业内外广泛关注。GKN集团的主要业务包含大型民航客机、运输机、汽车、农用机械等领域的零件和产品等制造，其多年以来一直在多项业务中使用增材制造，并专门成立了GKN Additive品牌，持续改良和研究这项技术。 GKN Additive生产车间的惠普粘结剂喷射金属3D打印设备单元 截至到当前，GKN Additive已经认定粘结剂喷射金属3D打印在工业应用中具有巨大潜力，包括在批量生产中具有明显的成本优势、快速上市、添加创新产品功能，以及根据客户的具体要求灵活调整产品和组件的能力。作为一项似乎还未发展成熟的工艺类型，GKN Additive却已经尝到了甜头。 采用BJ技术的关键成功因素 就如3D打印技术参考一直以来所强调的，BJ技术最为关键的是后烧结阶段的变形控制。GKN Additive当前已经通过为施耐德电气开发专用的过滤器证明了对于其成功至关重要的因素便是其数十年来通过金属注射成型（MIM）和粉末冶金为汽车行业生产高性能结构部件的经验。 用于MIM大批量生产而设计的的连续烧结炉安装在GKN工厂，但也能够烧结BJ技术打印的零件 (来自GKN PM) 需要尤其指出的是，GKN Additive烧结BJ技术打印的零件使用的是连续炉而非增材行业常用的间歇炉。3D打印技术参考查询到，间歇式窑炉体积普遍要比连续式窑炉小，该窑炉每烧制一次产品必须等待降温后才能取出，而再烧制的时候又需要升温，所以单位能耗比连续式窑炉要高。连续式窑炉的特点是能连续生产，能耗要比间歇式窑炉小，能大量生产同类型的小型产品。这有助于以比分批烧结更有效的方式生产更大量和更大体积的部件，克服了金属BJ技术大批量生产路线上的障碍。当然，应该注意的是，分批炉与连续炉的使用取决于合金，一种炉型相对于另一种的优势受到诸如生产量、部件尺寸和具体应用要求等因素的影响。 深入探索BJ技术为制造带来的革新 施耐德电气是能源管理和自动化数字化转型的全球领导者，为其ComPacT®断路器开发了基于金属BJ技术的过滤器解决方案，用于大型工业工厂和船舶应用。在短路的情况下，这些过滤器捕获电离粒子，降低电弧引起的气体排气压力和温度，使开关设备占地面积更小，并为其全球客户提供具有成本效益的解决方案。过滤器必须能够承受等离子体产生的极端温度和高压。最初的过滤器采用金属板组件制造，因此存在性能限制。在开发新的解决方案时，施耐德电气测试了各种制造工艺，但没有一种达到要求的性能。使用3D打印，滤网、栅格和框架可以作为一个整体制造，即一体制造。激光粉末床熔融(LPBF)取得了成功的结果，但由于过滤器内部结构复杂，批量生产成本过高。粘结剂喷射工艺被证明是有吸引力的，但由于过滤器本身结构复杂，清粉是最初面临的重要挑战。 施耐德电气极复杂结构过滤器 为了推进该项目，GKN Additive与惠普展开了合作，它也是惠普金属喷射技术商业开发的早期合作伙伴，后者受益于GKN粉末冶金的广泛专业知识（世界上最大的烧结产品生产商和第二大金属粉末制造商）。双方的合作，使GKN Additive能够为其客户提供具有成本效益的工业规模生产，同时利用3D打印提供重大创新潜力。GKN PM全球产品中心增材制造经理Stefan Hundrieser表示，“作为顾问和产品开发人员，我们非常仔细的研究产品的设计，并尽可能根据客户的要求和生产过程对其进行优化。我们将这种方法称为‘烧结增材制造设计’。仅八周，GKN Additive就能提供用于验证测试的功能样品。” 安装在ComPacT®断路器中的金属BJ过滤器 使用金属粘结剂喷射，样品零件的生产过程与批量生产相同。当涉及到样品生产时，这是其他制造技术的决定性优势。传统上，样品部件使用不同的工艺制造，后续系列部件的制造始终存在不确定性。相比之下，金属粘结剂喷射并不局限于原型或小批量生产。即使样品部件也几乎与成品系列部件具有完全相同的规格。因此，该工艺可以实现可扩展和可复制的金属增材制造，在工业规模上以可确定的时间和预算精确的复制最复杂的形状。 基于“烧结的增材设计” 该项目的挑战是在短时间内建立稳健的生产解决方案并实现盈利。为了做到这一点，必须对整个过程进行协调和优化。 “在产品开发之初，我们有能力决定性的、积极的影响设计，以提高功能和可制造性。这也会影响成本，如零件尺寸（熔炉空间）、重量（粉末成本）和粉末清理（劳动力成本）等成本驱动因素。此外，在这个阶段，我们可以为客户的产品开发提供重要的动力。这是我们咨询和辅导服务的基本组成部分，也是我们‘基于烧结的增材设计’的独特之处。” 装载金属过滤器的烧结托盘通过连续烧结炉系统 (来自GKN PM) 对于施耐德这个案例，这包括推动在设计空间中实现最大的“零件密度”——创造一个尽可能紧凑的组件，以便能够经济高效的生产。产品越紧凑，打印机和烧结炉所需的空间就越小。其他关键因素包括在烧结过程中管理收缩和变形。如果不深入了解烧结过程，最终零件的尺寸精度就有可能较差，从而产生大量废料。设计一种可以在没有昂贵烧结支架或固定器的情况下烧结的部件，或者消除后处理的需要，可以节省大量的工艺成本。粉末开发也要求极高，与构建和烧结工艺的精确匹配需要广泛的冶金专业知识。 快速满足大批量生产 GKN PM全球产品中心增材制造经理Stefan Hundrieser表示，“我们在粉末冶金方面拥有丰富的经验，并在金属粘结剂喷射和大批量烧结方面也积累了高水平专业知识。我们能够以最佳方式协调所有组件和参数，同时观察客户的需求和规格。我们熟悉管理复杂的项目，就像我们熟悉保持最高的质量标准一样，例如在汽车行业中经常发现的那些标准。” 在与施耐德电气初步接触仅9个月后，GKN Additive已经能够开始批量生产过滤器。为此，粘结剂喷射工艺连接到其工厂的所有系统(物流、生产计划、质量保证等)，该工厂通常为汽车和其他行业生产零件，从而为高效的工艺开发创造了条件。“我们使用粘结剂喷射的工厂将汽车行业的标准与增材制造系列生产相结合。这使我们能够满足最复杂的工业要求——远远超出了增材制造行业的要求”。 生产采用三班制，有三台粘结剂喷射打印机(如果需要，可扩展到12台机器)，三个固化站和一个为粘结剂喷射工艺改进的烧结炉，可处理多达六台机器生产的零件。通过这种方法，每月可以在短时间内生产多达1300个零件，并且随着规模的扩大，这个数字可能会增加几倍（实验系列已经交付了5000多个零件）。 施耐德电气工业化负责人Thomas Rivoire证实：“GKN Additive和惠普的联合项目使我们完全相信了粘结剂喷射工艺。得益于此，使产品在批量生产中具有明显的成本优势。”施耐德电气的增材制造专家Guillaume Fribourg博士补充道：“重新设计的过滤器具有显著的改进，其增加了刚度，提高了效率，而且更容易集成。然而，对我们的客户来说，关键的好处是将机柜的尺寸减少了20-30%，从而减少了全球电气开关设备的占地面积，并因此减少了包括铜母线在内的相关材料消耗。” GKN Additive掌握从粉末生产到设计、零件制造、烧结和后处理的整个过程。该企业在增材制造领域拥有全球业务，深知陷阱和影响，知道应该如何调整战略并为客户提供价值。Binder Jetting使金属增材制造扩展到工业大批量生产，并为许多组件提供了巨大的优化潜力。 END 所有行业的工业公司都可以从这些优势中受益，特别是如果他们面临创新的压力，并且在传统技术(如金属注射成型)方面已经达到了极限，增材制造将为产品带来新的创新维度并为其增加新的价值。粘结剂喷射比传统的标准制造技术更昂贵，但比其他增材制造工艺便宜得多。然而需要指出的是，从技术上讲，许多产品可以由BJ技术生产，但并非所有产品都具有商业价值——其他工艺可能更适合。 最后，3D打印技术参考对本文介绍的案例的特征进行特别说明，过滤器具有蜂窝结构，惠普将其作为商业案例进行展示，展现出了其在复杂、脆弱特征方面的制造能力。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.粘结剂喷射金属3D打印│知名汽车品牌均在挖掘其应用潜力 2.粘结剂喷射金属3D打印技术在电子3C行业的机遇与挑战 3.粘结剂喷射金属3D打印质量不好？航空航天用户和苹果都在尝试 4.3D打印后处理 | 决定零件能否使用的最后关卡（全干货）

汉邦激光始终坚持以市场为导向，不断根据市场需求研发创新技术工艺，努力推动金属增材制造技术的突破，从而满足多样化的生产需求。3D打印可能技术参考注意到，汉邦激光正在走出一条差异化的道路。在技术发展方面，该公司正在走在行业前列。本期内容主要介绍汉邦激光在无支撑、超薄壁、高表面质量金属3D打印方面的三大技术创新。 无支撑打印解决方案 支撑结构会增加打印时间和材料成本，而去除支撑又费时费力，并且薄壁结构容易发生变形和损坏。对于封闭式结构和内部流道等结构，内部支撑无法去除，限制了增材制造技术在这类零件上的应用。因此，无支撑成形工艺具有重要的应用价值。 低悬垂角度（小于45°）结构的成形面临易翘曲变形、局部过热、表面粗糙等难题。汉邦激光通过扫描路径规划和工艺参数优化，避免了打印过程中的翘曲变形，实现10°以下悬垂结构的无支撑打印，特定结构可以实现6°的无支撑成形，为低角度悬垂结构的成形提供解决方案。 超薄壁成形工艺 薄壁构件在满足高端装备对轻量化、低能耗和高稳定性的要求方面具有显著优势。汉邦激光在保证加工质量的同时，成功实现了多孔薄壁厚度达到0.065mm的精细打印。此外，汉邦激光积极探索解决曲率突变、壁厚超薄易变形等问题的有效途径，为薄壁构件的制备提供了更为可靠的技术支持。 高表面质量成形工艺 汉邦激光实现了在未进行任何表面处理的情况下，镍基高温合金GH4169成形零件的表面粗糙度降低至Ra2.229μm的成果。 需要指出的是，汉邦激光在巩固传统SLM技术打印质量、极限特征制造能力、自动化和制造速度更快之外，还推出了绿激光金属3D打印、全激光增减材复合制造解决方案，自研多模组振镜及超强粉末材料，同时开发全流程智能管理系统。该公司不断突破创新，以先进的技术、稳定的质量以及全面的服务赢得了信誉。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.3D打印巨头限时促销，包含塑料3D打印机 2.在轨制造，再进一步！太空3D打印即将开展舱外打印实验 3.粘结剂喷射金属3D打印技术在电子3C行业的机遇与挑战 4.从零件看 | 国产软件3D打印先进结构设计与数据处理能力

3D打印技术参考于近日注意到，NASA马歇尔空间飞行中心与致力于推进和航空航天金属增材制造技术开发和应用的QUADRUS公司合作，采用SLM 3D打印工艺开发了一款双金属结构旋转爆震火箭发动机喷射器，并计划于今年夏季开展高温测试。 这在航空航天推进技术领域被认为取得了行业首创突破。旋转爆震发动机喷射器由于旋转爆震波产生的高热而面临重大挑战。 新的先进应用有哪些特点 2023年12月22日，NASA马歇尔太空飞行中心成功测试了3D打印的旋转爆震火箭发动机，测试持续251秒，产生超过5800磅（28000N）的推力。这一成功测试，获得了广泛报道，被形容为重大突破。 该类型发动机的进一步研发是为了应对热管理的挑战，研发团队开发了一种创新解决方案，结合了两种不同金属材料的特性： 采用高导热的GRCop-42铜合金来制造喷射器面板，其特性确保了在高热环境下，喷射器面板能够维持相对较低的温度，从而延长喷射器的使用寿命和可靠性。 采用具有高强度、耐氧化的镍基超合金Monel K500来制造歧管，允许歧管在保持结构完整性的同时，壁厚更小，这不仅减轻了整体重量，还提高了火箭发动机的性能和效率。 通过结合GRCop-42和Monel K500两种材料，QUADRUS公司成功创造了一种双金属一体结构。这种结构充分利用了两种材料的优势，既保证了喷射器的有效冷却，又实现了歧管的轻量化设计。这种优化的热管理策略确保了旋转爆震发动机喷射器在高温环境下的稳定运行。 面临的制造挑战有哪些 3D打印技术是目前制造双金属结构的重要手段，但制造如此精密的结构，SLM技术无疑具有最佳的制造精度、力学性能、表面质量以及复杂结构制造能力。但通过该技术制造双材料，却仍然面临一些技术挑战： 精确几何对齐：在制造双金属一体结构时，需要确保两种材料之间的精确几何对齐。根据报道，制造部门通过先进的制造技术和严格的质量控制流程，成功实现了这一目标。 材料交叉污染风险：在制造过程中，需要避免不同材料之间的交叉污染。通过严格的材料管理流程和清洁控制策略，有效降低了这一风险。 高强度双金属结合：为了实现双金属结构的高强度结合，需要优化材料连接区的工艺。 Aerosint3D打印多金属零件 通过采用双金属一体结构、优化热管理策略和克服技术挑战，双方成功开发了一种适用于旋转爆震发动机喷射器的创新解决方案。这种解决方案不仅提高了喷射器的性能和可靠性，还为未来的火箭发动机设计提供了新的思路和方法。 体现多重重要价值 在该应用中，可以体现出3D打印技术的多重应用价值：以一体化和轻量化制造为基础，推动实现了更高的耐热性能，提高了火箭发动机的性能，从而体现出结构、功能一体化的价值。 双金属一体结构通过优化材料的组合和布局，GRCop-42铜合金的高蠕变性能和高温强度，以及Monel K500镍基超合金的耐氧化和高温强度，实现了在高温环境下的稳定工作。双金属结构在保持性能的同时，还能显著减轻火箭发动机的重量，提高整体性能。 NASA于此前采用SLM工艺打印的双材料喷射器 双金属一体结构的成功制造是增材制造技术的重要突破，展示了在材料科学、制造工艺和工程设计方面的创新能力。这种结构的成功研发和应用将推动火箭发动机技术的进一步发展，为未来的载人航天、深空探测和军事应用提供更加强大和可靠的动力支持。 然而需要特别指出的是，多材料SLM工艺随取得了很大进步，但距离稳定高效批量生产组件仍有很大距离。此类工程化应用的案例仍然相当少，但以相对并不高的代价制造出创新的结构，以推动产品的发展，却意义重大。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.首席工程师分享经验！NASA借助3D打印实现下一代火箭发动机重大突破 2.使用多工艺融合开发3D打印多材料梯度合金 3.基于SLM粉末床熔融的多材料3D打印送粉方式介绍 4.SLM-可进行多金属3D打印的材料体系，制造潜力、难点与要点

3D打印技术参考注意到，人类首次太空舱外3D打印实验即将由欧空局开展。5月16日，欧空局发布消息，欧洲最新的火箭——阿丽亚娜6号将于2024年7月迎来首次太空发射，它将执行多项太空任务，其中包括执行Orbital Matter公司的Replicator任务。 任务概况 该任务旨在展示新的3D打印技术在国际空间站“保护环境”之外的恶劣太空条件下的表现。在此前，Orbital Matter已经在欧空局增强计划（ESA PUSH计划）的帮助下进行了轨道实验。 到目前为止，多种类型的聚合物3D打印工艺通常需要预热，这在地球环境并不存在问题。空气热对流可以快速带走零件的热量从而使其冷却，而在太空真空环境下，热量的消散依赖于辐射，通过以红外能量的形式辐射出去，过程很慢，可能需要数月时间。 Orbital Matter Replicator真空打印机原型 Orbital Matter 的卫星进行测试活动 而报道指出，新的3D打印工艺可以直接在真空和微重力下工作，且不需要热量，因此建造结构的速度要快得多。该任务将在580公里高度的太空舱外开展实验，使用聚合物材料3D打印出一条长度50cm的光束，这将是3D打印首次在国际空间站以外的开放空间进行演示。如果成功，Replicator将证明复杂的结构可以直接在太空中建造，这将为太空探索开辟新的可能性，并有可能彻底改变太空制造的方式。 舱外3D打印具有重要意义 直接在太空中制造有几个潜在的优势。 首先，直接在太空中建造大型结构比从地球发射更高效、更划算。从地球发射大型结构需要将载荷的结构强度设计和制造的非常强才能抵抗发射时的强大冲击，而这势必增加航天器的重量，导致发射成本高昂。而通过在太空中建造这些结构，可以用更少的材料制造，使制造过程更容易、更便宜。 其次，当前太空发射的航天器尺寸仍然受到整流罩尺寸的限制，而太空在轨制造，将允许制造更大尺寸的结构，有助于建造太空太阳能发电厂、大型通信天线、用于科学任务的大型望远镜，甚至更大的空间站。 太空3D打印技术发展进程 多年来，研究人员一直在研究可以利用太空和其他星球上的材料建造结构的技术。 2014年，3D打印首次在国际空间站进行测试，主要聚焦于从普通塑料到高性能聚合物的丝材3D打印。事实证明，该技术有助于按需制造工具和备件，同时已成功3D打印生物组织。 2020年5月，中国首次实施了国际首次太空连续纤维增强复合材料的3D打印实验。 2024年1月，首台前往国际空间站的金属3D打印机搭乘SpaceX 猎鹰9号火箭成功进入太空，目前相关实验和测试正在开展中。 然而，目前没有一项3D打印技术能够在国际空间站外“开放”空间的恶劣条件下发挥作用。Replicator任务旨在改变这一现状。 在不到四个月的时间里，Orbital Matter建造了卫星，开发了有效载荷，将其与平台集成，并完成了所有必要的测试。阿丽亚娜6号发射系统的最终全面审查也已于4月完成。该技术可能为使用更少资源制造出原本不可能实现的新型太空结构打开大门。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.在轨制造！人类首次太空金属3D打印相关看点 2.回顾：我国首次在轨太空3D打印 3.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 4.最新：国内航天首次实现一体化3D打印贮箱在轨应用

3D打印技术参考注意到，BMW Group于5月23日公布了一则消息，在位于Oberschleißheim的“增材制造园区”，即宝马集团3D打印生产、研究和培训中心枢纽，2023年3D打印的零件数量超过300000件。此外，从斯巴达堡和德国工厂到亚洲工厂，构成全球生产网络的所有工厂每年3D打印生产零件超过100000件。 宝马集团是应用增材制造技术的先行者。早在1991年，3D打印机就已用于生产单个汽车零部件，最初用于概念车、原型车和赛车，后来用于生产模型。宝马集团如今还通过各种3D打印工艺制造各类教学用、生产用工装夹具及其他工作辅助工具，还包括用于CFRP车顶、地板组件等部件的重量优化大型机器人夹持器。本文内容，3D打印技术参考主要介绍宝马集团的最新应用案例，并梳理该公司近些年应用3D打印技术的发展脉络。 大规模生产3D打印砂型模具 长期以来，宝马集团兰茨胡特工厂每天都在使用增材制造工艺。多年来，这些工艺包括用于制造铝制气缸盖的模具，这些模具采用砂型3D打印工艺制造，这使得制造非常复杂结构的模具成为可能。 3D打印制造大型机器人夹持器 多年来，宝马集团位于兰茨胡特的轻量化结构与技术中心一直在使用一种特别大的夹持器，其采用3D打印工艺制造。该机器人夹持器重约120公斤，仅需22小时即可制造完成，然后用于压机生产BMW M GmbH车型的CFRP车顶。与传统夹持器相比，使用3D打印制造的版本重量减轻了约20%，从而延长了机器人的使用寿命，减少了系统的磨损。机器人夹持器的独特之处在于两种不同3D打印工艺的完美结合。真空夹持器和针式夹持器的夹钳采用选择性激光烧结 (SLS) 制造，而大型车顶外壳和轴承结构则采用MAKEiT的大尺寸挤出3D打印工艺（LSP）制造。 宝马集团慕尼黑工厂3D打印机器人抓手 宝马集团兰茨胡特工厂的3D打印机器人抓手 2023年夏，宝马集团新一代更轻的夹持器问世。为了实现这一目标，对之前的夹持器概念进行了分析和拓扑优化。这是一款仿生的机器人夹持器。新夹持器比其前身轻25%，这意味着制造BMW M3的车顶的整个过程只需一台机器人即可完成，而以前需要三台。如今，宝马集团兰茨胡特工厂的所有CFRP车顶都使用由宝马集团内部单独制造的双夹持器，这要归功于3D打印技术。 新型3D打印夹持器用于底盘制造 宝马集团还在底盘制造中使用了采用3D打印工艺生产的夹持器，例如，宝马集团雷根斯堡工厂使用LSP工艺打印的夹持器来安装车门。3D打印技术提高了夹持器的刚性，同时减轻重量。宝马集团慕尼黑工厂的首批仿生机器人夹持器已在母厂投入使用。该夹持器可以夹持和移动BMW i4的整个地板组件。对于地板组件夹持器，使用3D打印来创建充满液态铝的砂型铸造模具。支架在重量和最大负载能力方面进行了优化，加上所有附加元件后重量仅为110公斤，这比之前的传统型号轻了大约30%。使用砂型铸造和铝制造可以呈现复杂的负载优化结构。这可以最大程度地减轻重量，从而可以在中期内使用更小更轻的重型起重机器人，从而减少能耗，从而减少二氧化碳排放。 宝马集团雷根斯堡工厂3D打印机器人抓手 宝马集团慕尼黑工厂3D打印机器人抓手 宝马集团慕尼黑工厂工厂工程和机器人技术负责人Markus Lehmann 表示：“在慕尼黑工厂，我们正在不断扩大通过增材制造创造的生产辅助工具的使用。在夹持器和搬运系统领域，我们使用3D打印为现有的夹持器配备单独的打印附件，并且已经用高度集成和重量优化的轴承结构替换了整个夹持器系统。在搬运整个BMW i4地板组件时，这使我们能够将整个夹持器的重量减轻30%（50 公斤），从而延长了设备的使用寿命。” 宝马集团增材制造技术应用脉络 宝马集团声称，2010年-2018年已生产超过100万3D打印组件。仅在2018年3D打印的零部件就超过20万个。很明显，如今的生产规模已经发了一番。2020年，宝马集团耗资1500万欧元的增材制造园区正式启用。该园区将原型和系列零件的生产集中在一起，同时研究新的3D打印技术，并为全球无工具生产的推广提供相关培训。 宝马集团增材制造园区 随着3D打印生产和应用规模的不断升级，无人车间、自动化就显得尤为重要。经过多年、多方努力，宝马集团成功建成金属、聚合物及砂型3D打印自动化产线。 2022年5月，3D打印技术参考报道了宝马集团IDAM项目成功实施。该项目由宝马集团牵头，与吉凯恩、亚琛工业大学、弗朗霍夫激光技术研究所在内的12家企业和研究机构共同参与推动，目标是在汽车生产领域彻底改变金属3D打印的使用方式，降低成本和减少工时（如模具制造环节），更好的满足定制产品的需求。宝马因此建立了一条数字联网的全自动金属3D打印生产线，并为汽车系列生产做好了准备。通过将金属3D打印集成到汽车行业传统生产线中，IDAM计划每年至少批量生产50000个组件和10000个零配件用于汽车生产，同时保证零件的一致质量并释放目前极高的成本压力。 宝马集团金属3D打印自动化产线一角 2023年四季度，宝马声明完成聚合物和砂型3D打印自动化产线建设。聚合物3D打印自动化产线的建设基于EOS P500 SLS系统，其专为高度自动化并集成到现有生产线而开发。产线运行过程中，可自动更换打印缸并冷却刚打印完的缸体，通过安全运输容器和自动导引车，以及带有KLT处理和箱式拾取机器人的单元，用于进一步处理和分类组件。系统自动化和集成水平因每个用例而异，并且可以根据每种情况进行专门调整。在这种情况下，机器确保了最高的可靠性、最高水平的均匀性、重复性和再现性。 宝马集团聚合物3D打印自动化产线一角 砂型自动化产线的建设基于定制的低排放解决方案，将voxeljet的高速VX1300-X砂型3D打印机集成到全自动的预处理和后处理工作流程中，包括用于固化3D打印芯材的工业微波。最新一代VJET-X 3D打印机的打印速度提高了十倍，砂芯的无工具设计允许以前所未有的速度进行变体更改，而无需耗时的工具更换和生产停机。未使用的材料100%回收并在生产过程中重复使用。 宝马集团砂型3D打印自动化产线一角 3D打印自动化产线项目无疑将会给增材制造技术的工业化规模实施带来巨大改变，同时促进效率及成本效益的进一步提升。一旦减少了人工参与，3D打印厂房将真正变成了黑灯工厂，各环节的自动化运行将使人们看到3D打印将真正成为革新制造技术的重要推手。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请联系授权。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.先临三维通过德国TISAX最高等级AL3认证，获欧洲汽车行业信息安全认可 2.应用行业渗透：宝马将使用电弧增材制造生产汽车部件 3.一辆车安装115个3D打印零件，汽车3D打印直接应用稳步破冰 4.吉利汽车研究院高级技术专家：3D打印如何实现车规级的创新应用

梯度材料是两种或多种材料复合成组分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料；它要求功能、性能随内部位置的变化而变化，实现功能梯度。在组合方式上，梯度材料有金属/金属、金属/陶瓷、金属/非金属、陶瓷/陶瓷、陶瓷/非金属以及非金属/塑料六种。在制造工艺方面，对于不同的材料组合方式已经发展出了不同的工艺类型，3D打印是其中之一。 3D打印的多材料结构 欧洲的多国团队已经发起了联合项目，共同推动多材料、多工艺协同金属3D打印。国内清华大学林峰教授团队、北京科技大学曲选辉教授团队以及华南理工大学杨永强教授团队也已将该方向纳入其中。本期内容以NASA的实践为例，介绍采用最优的工艺组合实现多金属梯度成型的实践案例。 增材制造为开发具有复杂内部特征和薄壁的火箭发动机组件带来了重要设计和制造机会，但主流的工艺都集中在制造单一材料，而现实应用中的整体式部件可能是多种材料的组合。因此，现有的增材制造工艺无法完全优化应用结构。NASA在定向能量沉积技术方面的探索已经表明，增材制造为节省成本和缩短制造周期带来了可观回报，同时使零件重量和性能也得以优化。 GRCop-84铜合金与In625复合 NASA于2014年开始旨在探索使用3D打印技术生产低成本上层级推进系统能力的LCUSP项目。在该项目中，NASA成功展示了使用激光粉末床熔融技术（SLM/L-PBF）制造GRCop-84铜合金燃烧室衬里以及使用电子束自由沉积技术（EBF）在推力室衬里上制造Inconel 625冷却通道和外壁的能力。这种3D打印的多金属复合结构燃烧室于2018年成功进行了热火测试，NASA还通过与工业界的合作进一步将其发展为成熟的双金属燃烧室。 SLM制造的燃烧室铜合金衬里和DED制造的镍基合金外衬 LCUSP项目的成功实践表明，不同工艺之间的“最佳组合”为快速开发低成本、梯度材料高质量火箭推进部件提供了上升通道。 GRCop-42铜合金与HR-1镍基高温合金复合 RAMPT是NASA于2017年开始的另一项借助3D打印开发并推进火箭发动机部件设计与制造的项目，其不仅希望减少零件数量和重量、提高可靠性，还希望保持稳定的供应链。在该项目中，NASA采用激光能量沉积技术（LP-DED）打印了直径1.5米、长度1.8米的镍基高温合金（NASA HR-1）整体通道火箭喷管，并将零件数量从1100多个减少到10个以内，制造时间也仅仅90天。这种近乎完整的原型设计和制造能力使研究团队迅速用于制造更大尺寸的火箭演示器件，如SLS火箭的RS-25发动机喷管，它的尺寸相当于此前打印喷管尺寸的1.5倍。研究人员最终在五个月内验证了3D打印的整体冷却通道和薄壁结构，并有效控制了打印变形。 NASA采用激光能量沉积制造整体式火箭发动机喷管NASA采用激光能量沉积制造的HR-1合金整体式喷管，直径1.5m，长度1.8m，其尺寸为RS-25喷管的65％ RAMPT项目进一步增强了3D打印在喷嘴和燃烧室制造中的优势，并进一步完善了相关技术。NASA近些年新开发了一种新的3D打印铜合金GRCop-42，并正在研究在SLM打印的该合金的燃烧室上直接采用激光沉积HR-1高温合金冷却通道喷嘴，这种整体式的结构将不再需要螺栓连接，增加了结构稳定性。与之相关的预防构建失败和变形的建模、工艺仿真也都在计划之内，相关的材料表征、测试等也在进行之中。 NASA在L-PBF打印的GRCop-42铜合金外采用 LP-DED工艺打印HR-1高温合金制造整体式部件NASA使用L-PBF工艺打印的GRCop-42铜合金和 LP-DED打印的HR-1高温合金整体式部件 GRCop铜合金系列已经在NASA多个项目中获得测试和应用，同时HR-1高温合金的微观结构和材料特性也正在得到研究。结合铜合金的导热性和镍基合金的高温强度，双金属或多金属的一体化结构部件无疑会减少很多制造步骤并增加稳定性。但是，与其将这种结构称之为双金属或者多材料，不如称其为梯度材料。 3D打印梯度材料在航空航天领域大有可为 成分梯度合金在航空航天领域具有重要的应用潜力，工件的不同位置工作条件可能不同，所需要的的特性也会有差异。例如一个位置需要抗腐蚀，另一个位置需要抗蠕变，这就需要连接两种或多种不同的合金；再以燃烧室为例，其衬里需要铜合金的高导热性，外层则需要镍基合金的高温强度。虽然目前已经有冷/热涂层和熔焊等不同的金属连接技术，但它们对于大型部件的连接要么成本很高，要么工艺复杂。 使用激光粉末床熔融（LPBF）和直接能量沉积（DED）等技术对金属部件进行增材制造具有非常大的优势，它提供了更好的尺寸精度，最大限度的减少后处理，并改进了组合材料的机械性能。 在该领域，清华大学、西安交通大学、北京科技大学等均有知名学者在进行研究；北京隆源和广州雷佳也开发了基于铺粉的多材料3D打印设备。3D打印技术参考注意到，2024 TCT亚洲展期间，升华三维正式发布了最新研发的金属/陶瓷功能梯度材料3D打印机UPR-241，基于粉末挤出3D打印技术（PEP）的功能梯度材料打印方法，采用颗粒材料按梯度设计自动调控混合打印成型，工序简单、设计自由度高，可实现材料的梯度连续性变化。可结合传统粉末冶金的后处理工艺，实现连续梯度层的整体型功能梯度材料制备。 升华三维钨-铜功能梯度材料3D打印结构样品展示 除此之外，中航工业沈阳飞机设计研究所早在多年前已经采用增材制造实现了300M与A-100钢梯度复合设计成型，这种方式可以使飞机起落架的制造成本降低45%。而火箭燃烧室等部件的梯度也有进展。金属3D打印技术包含多种不同的工艺，粉末床熔融、定向能量沉积、冷喷涂等等，各种工艺已经证明适用于不同的制造领域。然而各种工艺都有其技术限制，无论受制于材料、尺寸还是成本，各项工艺无法通用。 如何推动金属增材制造多材料和多工艺融合发展，充分发挥增材制造技术的潜力，综合运用多种工艺突破单一技术的制造极限，正在美国和欧洲地区获得关注。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.SLM 3D打印机内部集成机械臂，实现多材料及功能部件制造 2.基于SLM粉末床熔融的多材料3D打印送粉方式介绍 3.SLM-可进行多金属3D打印的材料体系，制造潜力、难点与要点 4.多材料金属3D打印：高制造成本与高价值回报的博弈

随着航空航天技术的不断发展，对飞行器的性能提出了越来越高的要求。采用高性能铝合金结构件尤其是大型整体铝合金主承力结构件仍然是减轻飞行器结构重量、提高运载能力和飞行速度的重要技术途径之一。因此高性能铝合金的材料制备和零件制造新工艺、新方法始终是研究的热点。 一些民用干线飞机用材结构比例（%） 近年来，美国、欧洲的航空设计部门发现，采用大型整体式铝合金构件替代传统的组合式铝合金构件，可减重15-20%，并且构件寿命及可靠性明显增加。明显可以感觉到，大型客机、战略运输机、战斗机的机翼主翼梁、翼身对接肋、机身承受力框等对铝合金的高性能化、构件大型化的要求越来越突出。随着3D打印技术的兴起，大型铝合金构件的直接制造备受重视。 激光能量沉积，制造大型铝合金构件的问题 然而，当前以SLM技术为主的铝合金3D打印工艺仍无法满足数米大型铝合金构件的制造需求，而激光能量沉积技术的一大优点是能够一次成型整体大尺寸构件，而且其材料利用率高、适合个性化零件生产。在众多激光能量沉积技术的应用案例中，我们看到比较多的是大型钛合金框架结构、镍基高温合金以及铜合金的火箭燃烧室，但铝合金零件的激光能量沉积案例极少看到。究其原因，主要有以下几点关键技术难题未能有效解决： 与钢和钛合金相比，铝合金的导热率更高，而铝本身的激光吸收率低、反射激光率高，在铝合金激光直接沉积过程中，会有更多的能量通过基体的热传导损失掉，降低铝合金零件成形效率； 钢的热膨胀系数是铝合金的一半，铝合金激光直接沉积过程中的变形和应力都较大，需要采取零件变形开裂预防措施； 铝合金在激光直接沉积过程中极易与氧发生反应生成熔点高（2050℃）、相组织稳定、密度相对较高、难以去除的Al2O3。Al2O3氧化层会在后续沉积过程中形成夹渣、未熔合等缺陷； 铝合金密度低，激光沉积过程中易受到激光轰击产生粉尘飞溅，一方面使制品产生缺陷，另一方面造成成形腔室粉尘飞扬，影响打印环境； 铝合金在熔融的状态下，氢在铝合金中的溶解量会大幅度增加，同时由于良好的导热性，在熔池快速凝固的情况下，氢难以逸出，滞留在熔池中形成气孔； 铝合金在激光直接沉积过程中可能造成低沸点合金元素（如Zn、Si等元素）烧损，造成合金成分的变化，影响零件的组织和性能。 电弧代替激光，直接3D打印大型铝合金构件 需要指出的是，虽然激光能量沉积在大型铝合金构建增材制造方面存在困难，但当前另一种增材制造工艺却悄然成为大型铝合金构件3D打印的重要工艺，那就是电弧增材制造。 电弧增材制造（WAAM）由于高沉积效率、高材料利用率和低设备成本的优点，在工业和学术界引起了极大的兴趣。目前，WAAM已成功用于制造Ti6Al4V、钢、In718等材料。特别的，WAAM工艺可以处理对激光高度反射的金属，如铝合金和铜合金。此外，电弧增材制造工艺能满足大尺寸铝合金部件的生产需求。如今，航空航天工业对应用WAAM技术制造高强度铝合金结构的要求越来越高。 使用电弧增材制造零件（来自voestalpine） WAAM流程示意图以及测试样品的位置和尺寸（来自林鑫教授团队相关论文） 电弧增材制造的铝合金零件（来自10.1016/j.jmrt.2021.04.076） 到目前为止，许多不同系列铝合金的电弧增材制造试验已经成功进行，例如Al-Cu（2xxx系列）、Al-Mg（5xxx系列）、Al-Si（4xxx系列）和Al-Zn（7xxx系列）。然而，由于湍流熔池和焊接缺陷，使用WAAM制造Al-Mg-Si(6xxx)和Al-Zn(7xxx)合金一直具有挑战性。对于实际工业应用，WAAM沉积的Al-Mg(5xxx)合金的强度相对较低，尽管采用了许多创新方法来改善WAAM获得的Al-Mg(5xxx)合金的性能，但这些合金由于强度低而难以满足航空航天工业的需求。 电弧增材3D打印大型铝合金构件应用案例 电弧增材制造在国内，尤其截止到今年的发展，已经形成了一定的规模，成为即SLM、LENS之后另一种受到关注的金属3D打印工艺。在近几年的航空航天应用中，铝合金电弧增材制造技术发挥了重要作用。 2023年3月，全球首枚3D打印技术制造的火箭Terran 1成功发射，首次向全世界展示了其全3D打印的火箭可以承受最恶劣的轨道发射条件。Relativity所开发的Stargate工业机器人3D打印机，其末端执行器采用了电弧和激光沉积技术，并采用铝合金材料打印。 Terran 1火箭 2023年4月19日，首都航天机械有限公司发文指出，公司电弧增材制造技术获评中国航天科技集团2022年度十大技术突破（公开信息）。而在2022年12月，我国相继成功发射捷龙三号和长十一火箭，其中捷龙三号火箭的卫星支架（直径达1.4米，高度近1米，重量达120千克）和过渡段产品的成形应用的是电弧熔丝增材制造技术；长十一火箭卫星支架的端框（尺寸达1.3米×0.8米）和支撑杆的成形应用的是电弧熔丝增材制造技术和激光选区熔化增材制造技术。火箭院首都航天机械有限公司此前曾发文指出，公司已有12件电弧增材产品成功通过了飞行考核，成功率达100%（点击查看来源）。 电弧打印卫星支架毛坯件 面对电弧增材制造质量差的问题，2022年弗劳恩霍夫激光技术研究所开发了一种将电弧和激光沉积融合在一起的混合金属3D打印技术，能够提高焊接速度、获得更优的表面质量并推动电弧金属3D打印的应用。除此之外，3D打印技术参考还注意到，从事电弧3D打印的英尼格玛公司已通过工艺优化实现大尺寸零部件精细化打印；融速科技研发团队则研发出了高效铝合金气孔抑制技术，符合HB963一级标准。 未经打磨、加工等后处理的电弧增材打印毛坯件 融速科技铝合金电弧增材制造气孔抑制技术 总的来说，航空航天领域已经充分认识到电弧增材制造工艺在大型铝合金构件直接制造方面的优势，相关应用已经呈现出一定的规模。 END 总的来说，当前铝合金电弧增材制造正在加速得到应用。相比激光能量沉积，电弧增材制造技术具有成形效率高、设备成本低、柔性制造等优点。相比其他铝合金大型构件增材制造工艺，如搅拌摩擦焊，电弧增材制造工艺的优势同样突出。 如今，从事电弧增材制造的几家企业也在得到广泛关注，美国海军部门以及波音公司均与从事该技术开发的澳大利亚AML3D建立了合作；国内的英尼格玛公司在多领域取得了应用进展，并推出了原位增减材复合技术装备；电弧增材厂商融速科技在两年多的时间内，顺利完成了从零到一、到多的全系列产品布局，为后续研发提供了强劲动力。首都航天机械有限公司也指出，近年来，航天任务呈高强密度态势，电弧增材具有快速响应的优势，为型号生产开辟了一条“快车道”。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，谢绝转载。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.电弧增材制造爆发式增长！国内创新开发出原位增减材复合技术装备，助力大尺寸制造 2.大连理工：激光-电弧混合增材制造超600Mpa高强度铝合金 3.激光+电弧混合增材制造新工艺 | 哈工大团队取得重要研究进展 4.视频：ORNL使用3组机器人，电弧3D打印大尺寸金属零件

金属3D打印材料通常用于医疗、工业、汽车、能源和航空航天领域的各种应用。铜及其合金在许多行业中是不可或缺的，因为它们具有高导电性和耐腐蚀性，这使得它们可用于热交换器和其他高导热性和导电性应用。基于巨大应用前景，NASA开发了GRCop-84和GRCop-42两种3D打印专用铜合金，它们在升高的工作温度下具有高导热率和高机械性能。 3D打印技术参考注意到，来自美国路易斯安那州立大学、南方大学、NASA马歇尔太空飞行中心以及格伦研究中心的科研人员对使用LPBF工艺制造的这两种高性能合金的热物理性能进行了检查。本文内容将对这两种铜合金的优异性能机理进行介绍，干货内容不容错过。 详解两种铜合金的性能及应用差异 多种合金元素如Cr、Zr、Al、Fe、Ti和Nb，通常用于开发不同的铜合金。例如，Cu-Cr合金具有优异的机械性能，添加Nb、Zr或Ag后，Cu-Cr合金发展成三元系（Cu-Cr-X）。与Cu-Cr-Ag和Cu-Cr-Zr三元体系相比，Cu-Cr-Nb三元合金体系表现出高强度和优异的导电性。此外，该三元合金体系具有高抗氧化性。 1. 高导热性能 在Cu-Cr-Nb三元合金中，最突出的是GRCop-84（Cu-8Cr-4Nbat%）和GRCop-42（Cu-4Cr-2Nbat%）。它们由NASA开发用于在高温下需要高强度和高导电性的再生冷却火箭发动机燃烧室衬里。这些GRCop合金主要依赖于Cr2NbLaves相。对于GRCop-84和GRCop-42来说，Cr和Nb大部分保留在Cr2NbLaves相中，因此合金的基体几乎是纯铜，因此具有出色的导电性和导热性。 GRCop-84表现出卓越的微观结构稳定性、抗蠕变性、良好的导热性和低循环疲劳寿命以及针对500–800°C进行优化的高拉伸强度。从室温到1000°C，GRCop-84的热膨胀性也低于铜和稀铜基合金。由于这些特性，GRCop-84在高温应用中表现出良好的潜力，如火箭燃烧室、永久金属铸造模具、聚变反应堆、焊接电极和高温热交换器。 采用LPBF工艺打印的GRCop-84 Velo3D打印的GRCop-42铜合金散热器件 GRCop-42是通过降低Cr2Nb体积分数牺牲机械性能来提高导热性的。其导热率比GRCop-84高约15%。由于GRCop合金能够在壁温升高的高应变条件下重复使用，因此NASA广泛采用GRCop合金用于高热通量应用。例如，GRCop-42已被选为用于制造运载火箭的材料，如采用3D打印制造火箭发动机再生冷却燃烧室。 2. 热膨胀性能 大多数材料在加热时都会膨胀。这种热膨胀会给火箭发动机衬套带来三个问题。第一个问题是热引起的应力：内衬通常受到低温高强度护套的约束，使衬里不能自由膨胀，而热膨胀会产生应力，应力通常会超过GRCop-42和GRCop-84的屈服强度。第二个问题是这些热应力会导致材料永久变形，进而造成冷却通道内的热壁失效。第三个问题是低循环疲劳，燃烧室衬里由于反复循环产生造成热膨胀从而使局部承受超过1%的重复应变，这是导致衬里失效的主要原因之一。 NASA采用LPBF和电子束工艺复合3D打印的GRCop-84和高温合金燃烧室 3D Systems打印的GRCop-42燃烧室 GRCop合金的热导率和热膨胀很大程度上分别由铜基体中溶解的微量元素以及存在的第二相的数量和类型控制。相对于纯Cu、Cr和Cr2Nb沉淀物的存在降低了GRCop合金的热膨胀，因为这些相的热膨胀比Cu低。降低热导率的主要元素是环境中的O、Cr、原料中的Fe以及用于熔化合金的陶瓷耐火材料中的Al和Si，任何未析出的过量Cr都会影响热导率和热膨胀。 从实验室到生产环境，性能会有变化 为了实现所需的微观结构、热物理性能和机械性能，GRCop合金在凝固过程中需要高冷却速率。这是由于当温度降至略低于合金液相线温度而铜仍处于熔融状态时，Cr2Nb快速形成。高冷却速率限制了Cr2Nb相的尺寸并确保了Cr2Nb相沉淀物在铜基体中的均匀分布。传统上，GRCop粉末是通过气体雾化技术制造的，其冷却速率为104K/s。更传统的制造技术，例如挤压和热等静压用于GRCop粉末成型。随后，可以使用轧制、锻造等方法对材料进行常规加工。与GRCop-84相比，GRCop-42可以减轻粉末雾化过程中的一些高温要求，因为Cr和Nb含量降低导致液相线温度较低（1460°C vs 1580°C）。 金属增材制造是一种逐层制造金属零件的工艺，具有多种构建方法，包括粉末床熔融、定向能量沉积、冷喷涂、搅拌摩擦沉积和粘结剂喷射。在NASA等团队的研究中，GRCop样品是通过激光粉末床熔融（L-PBF）工艺制造的。由于熔池尺寸小和快速激光扫描，L-PBF工艺具有104K/s至106K/s的高冷却速率。采用该工艺，GRCop-42的层厚通常比GRCop-84有所增加，从而提高生产率。 虽然L-PBF工艺可以在实验室条件下进行实施，但当转化为完整的生产环境时，工艺和输入可能会发生变化。当多个生产商使用自己的独有的参数进行打印时，差异可能会更加复杂。 不同 GRCop-42和GRCop-84样品的热导率 不同 GRCop-42和GRCop-84样品的热扩散率 在这项研究中，使用不同批次的气雾化粉末构建了八个GRCop-42样品和两个GRCop-84样品。这些样品由八家不同的供应商生产，他们采用不同的专有操作程序，包括使用混合的原始粉末和回收粉末。使用回收粉末和多个供应商是控制生产成本的现实规划考虑。随着GRCop合金从实验室转移到生产环境，了解这些工艺能力并捕获由此产生的微观结构、几何形状和性能差异至关重要。 本研究的目的是分析和比较不同供应商使用不同L-PBF平台和粉末批次生产样品的热物理性质，特别是导热率和热膨胀。目的是评估商业供应商供应链内热物理特性的潜在变化，及影响GRCop合金热物理性能的内在因素，并相应的建立工艺能力和设计指南。 材料性能显示出高度的一致性 研究人员分别测量了样品从室温到700℃的热导率，还测量了20°C-1000°C的热膨胀性。基于相分析、成分分析和热导率测量，阐明了L-PBF打印的铜合金部件热导率和热膨胀的微小变化。 结果表明，用L-PBF工艺生产的GRCop-42和GRCop-84合金的热物理性能表现出高度可重复的结果，与加工参数、粉末原料差异和机器类型无关。这意味着零件内部和零件之间的一致性，并使设计人员更有信心在制造过程中满足设计最小值，从而提高可靠性并降低风险。 挤压和增材制造合金热膨胀比较 GRCop-42样品的热导率表现出±4%的变化，并超出了已知的±3%的仪器变化，可能与溶解在铜基质中的溶质原子的量有关。虽然没有发现明确的相关性，但事实证明这些因素可能是重要因素。未来需要进行全面的原子尺度和微观尺度研究，以充分阐明导热系数的变化。 Velo3D和3D Systems分别对GRCop-42进行了商业化 对于3D打印的GRCop-42和GRCop-84热膨胀样品，其热膨胀行为与传统工艺制造的材料在统计上显著不同，但每种合金的热膨胀行为是一致的。较低的热膨胀将导致较低的热致应力、较少的热致应变引起的永久变形以及较长的低周批量寿命。 END 根据3D打印技术参考的观察，Velo3D和3D Systems均对NASA开发的GRCop-42铜合金进行了工艺开发并实现了商业化，且两家给出的材料性能确实极为接近。 重要的是，虽然L-PBF工艺打印的零件可以在受控实验室环境中成功构建，但到生产环境的转换并不总是无缝的。许多机器和粉末批次之间存在差异，因此需要全面了解彼此独立运营的多个供应商之间的性能差异。整个商业供应链的可重复性和再现性对于设计师来说至关重要，旨在确保零件符合预期的性能和操作要求。具体来说，热导率和热膨胀在设计过程中显得至关重要。通过利用热性能变化的知识，可以建立工艺能力和设计指南，促进正在进行的商业应用的发展和进一步的研究工作。 推荐文章：Thermophysical properties of additively manufactured (AM) GRCop-42 and GRCop-84。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.采用无支撑金属3D打印GRCop-42航天增材制造专用铜合金 2.增材制造用铜及铜合金材料发展现状概述 3.最新突破：粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造 4.In625-铝青铜│双金属火箭喷嘴3D打印制造及热火测试过程

3D打印技术参考于近日了解到，英国国家增材制造中心（MTC）从EOS下属公司AMCM购买了其最新的工业3D打印系统AMCM M 290-2 FLX。值得注意的是，这是一台完全不同于传统意义上的SLM金属3D打印机，展现出了这家公司在引领SLM技术创新方面的领导者应有实力。同时，种种迹象已经显示出，金属增材制造行业正在悄然发生改变，笔者将在文末做出讨论。 MTC团队在机器交付前前往AMCM接受培训 该设备的最大特点是其配备了能够调节光斑尺寸的双nLIGHT AFX激光器，光斑尺寸从85µm到210µm可调，从而可以在打印过程中创建更浅、更宽的熔池。因此，AMCM M 290-2 FLX可实现更快的打印速度、更稳定的打印过程以及更少的烟尘和飞溅。这些改进解决了传统方法所遇到的局限性，将金属3D打印的发展重点转向具有巨大潜力的光束整形方法。 切换赛道，引领SLM技术创新 在诸多设备商正在发展具有超大幅面、数十台激光的SLM金属3D打印装备时，国外设备商实际上并没有跟进。尤其以EOS为代表的传统SLM技术开发商，仍旧选择从基础上攻克该技术的制造过程。 AMCM M 290-2 FLX可覆盖全幅面，这意味着两台振镜即可覆盖到基板上的所有点，并且在构建方向上具有充分的灵活性。AMCM在使用IN718材料时已经显示出生产率的显著提高。与光斑尺寸为85µm的标准单400W激光加工相比，单nLIGHT激光曝光速度提高了2倍，而且零件具有相同的机械和表面特性，如果再增加一个激光器，这一性能有望得到进一步提高。 ▲  AMCM M 290-2 FLX高效曝光，高精度打印 气体流量和氧气含量通常是PBF-LB工艺质量的决定性因素。当速度超过一定临界值或使用对氧化敏感的材料时，尤其如此。由于AMCM专注于工业解决方案，因此其系统具有独特的长期稳定气氛控制功能，其浓度小于50ppm。MTC 最初将使用 AMCM M 290-2 FLX对纯铜打印进行全面评估，因为纯铜是一种在追求工业质量和可靠性时极具挑战性的材料。 此外，AMCM系统可将构建平台加热至 500°C。由于预热和后热处理对某些高性能铝合金和难熔金属的加工至关重要，这使得MTC能够对航空航天和国防工业等广泛的高端应用进行评估。  采用nLIGHT激光器打印叶轮，曝光时间减少45%，打印时间减少40% 除了探索新材料，MTC还在开发提高3D打印生产速度和增大产出部件尺寸的方法。要减少时间和成本，就必须采用高效的曝光工艺。nLIGHT的可变光斑大小可在30毫秒内切换，以最高精度打印轮廓和精细结构，并以更快的吞吐量进行填充曝光。这意味着，该机器能够使用小光斑进行轮廓打印，并能在打印内部填充时切换为大光斑，从而实现更快的打印过程，而且光斑尺寸是实时切换的。  就像绘画大师使用不同的画笔来描绘大面积区域而不是细节一样，在增材制造中，较大的光斑尺寸也是填充大块材料的不错选择。毕竟，这样可以在每次通过时产生更多的体积，大大减少填充线和激光偏转。此外，英国增材制造技术中心还将通过新型原位光束相互作用和过程监控，研究减少热处理等后处理步骤的新方法。AMCM M 290-2 FLX配备了两个1200 W激光源，是一款高功率系统，非常适合挑战速度和尺寸的极限。金属增材制造光束整形概览 光束整形涉及在激光束与粉末床相互作用之前使用各种光学元件操纵激光束轮廓。这允许创建超出标准高斯轮廓的不同光束形状。  Fraunhofer IAPT的L-PBF负责人Philipp Kohlwes证明了光束整形是一个很有前景的研究领域，他强调了光束整形在提高金属增材制造稳定性和生产率方面的潜力。为了实现这一目标，该研究所的研究人员探索了一些技术，例如调整激光轮廓以优化LPBF工艺期间熔池中的能量输入。传统的高斯激光轮廓存在问题，因为它们会导致能量分布不均匀，从而导致汽化问题并损害工艺稳定性。光束整形提供了一种潜在的解决方案，通过调整激光轮廓来确保熔池内温度分布的一致性。这反过来又带来了诸如改善微观结构控制、潜在成本降低以及通过更快的打印速度提高生产率等好处。   早在2021年，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL) 研究了如何使用激光束整形来增强金属增材制造。通过锥形透镜和增加加光学器件将激光塑造成贝塞尔光束，从而重新分配能量，减少孔隙形成和“钥匙孔”缺陷。这些光束对热沉积提供卓越的控制，从而减少熔池中的湍流和飞溅。与使用高斯光束打印的零件相比，使用贝塞尔光束打印的零件表现出更致密、更强、更稳定的特性。 END 追求更快的打印速度无疑是降低成本的关键。纵观整个SLM技术近年的发展，该技术领域因SLM Solutions公司于2020年首先推出配备12台激光器的机器而进入大尺寸、多激光发展阶段。但从2024年的最新市场态势看来，这一现象有戛然而止的迹象。 3D打印技术参考认为，行业开始进入反思期。传统SLM技术的发展，是应该堆放更多的激光器，还是应该转向突破光学原理，就如同EOS推出的光束整形3D打印系统，以及Seurat推出区域打印技术一样。在这一新的发展态势下，很多公司，无论是大厂还是新的创新企业，都面临机遇和挑战。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.光束整形技术对提高金属3D打印质量、获得定制组织、降低成本具有重要价值 2.Fraunhofer ILT使粉末床激光3D打印的飞溅减少了4倍 3.光束整形+优化球形粉末质量，使3D打印速度提升9倍 4.一文讲透增材制造技术为什么是新质生产力！

材料、成本、质量，一直是影响3D打印技术应用的重要因素。材料的可打印性以及打印后的产品性能是决定3D打印制件能否应用的关键，成本则影响其能否广泛使用，几项因素共同决定了该技术的应用发展规模。 值得注意的是，工业级FDM技术近来的一些新进展，如高打印速度、高质量可靠性，不仅使该技术在消费级FDM技术之后正式迈入高速、高精度创新阶段，更成为其打破工业领域应用壁垒的关键。 01工业级FDM工艺进入高速、高精度3D打印阶段 影响3D打印大规模落地应用的一个重要因素是3D打印速度。一般的FDM 3D打印机，打印速度通常不超过100mm/s，且在标准参数下每天仅能生产几百克模型样件。这样的加工速度，对于面向工业生产端的3D打印，是难以接受的。 基于以上原因，FDM技术开发商开始了3D打印速度加速开发模式，首先是消费级取得了突破。紧接着，工业级FDM技术在本次TCT展会期间也被宣布攻克。据3D打印技术参考了解，远铸智能全球首发高速FUNMAT PRO 610LT和FUNMAT PRO 310N两款设备。它们分别针对大尺寸和小尺寸的工业级3D打印需求，提供了高速高精度的打印能力，满足了对精密零部件制造的严苛要求。 FUNMAT PRO 610LT执行打印任务 FUNMAT PRO 310N 从生产成本的角度来看，3D打印速度与设备的运行成本、折旧、人工成本等直接相关。3D打印的提升，有助于降低综合生产成本。其次，从生产时间的角度来看，时间是宝贵的资源，快速的生产周期意味着更快的产品交付和更高的生产效率。较快的3D打印速度意味着能够在更短的时间内完成产品的打印，从而加速产品上市速度，满足市场需求。 作为最新发布的超高速工业级3D打印设备，FUNMAT PRO 610LT专为满足大尺寸的工程材料生产需求而量身定制。配备了350℃的喷头温度，120℃恒温腔室设计，实现610x508x508mm大尺寸复杂结构的一体成型。FUNMAT PRO 310N则被称为是桌面级中的“战斗机”，搭载了100℃的恒温腔室以及全新自研高速打印控制主板，双喷头最高打印速度可达500mm/s，将工程材料的打印时间缩短50%以上。由数台FUNMAT PRO 310N组成的3D打印服务集群，满足工业客户工程材料批量生产需求。 02高速高精度打印还须保障材料质量 需要注意的是，3D打印速度只是影响工业应用的因素之一。重复性、一致性和稳定性对工业3D打印生产同样重要，它们共同确保了生产过程的可靠性、产品质量以及生产效率。过快的打印速度可能会导致打印精度下降，从而影响产品质量。因此，在调整打印速度时，需要权衡打印质量和打印速度之间的关系，找到最佳的平衡点。此外，不同的3D打印技术和材料对打印速度的要求也有所不同。这就造成在选择3D打印技术和材料时，需要充分考虑其特性以及所需的生产成本和时间。 远铸智能FUNMAT PRO 610LT配备先进的伺服控制系统，高精度丝杠导轨结构配备远铸智能独特的易剥离、水溶性支撑材料双喷头打印，即使在高速打印下也能确保超高质量的打印效果，满足工业制造的严苛标准。FUNMAT PRO 310N则配合震动补偿技术，即使在500mm/s的高速打印环境下也能保证卓越的打印质量。 03过程的稳定性与易用性将优化生产效率和流程管理 在3D打印过程中，如果每次打印的重复性高，那么就可以减少因打印失败而导致的材料和时间浪费，从而提高生产效率。高重复性意味着生产过程中的损耗减少，降低了生产成本，同时可以确保生产出的产品具有一致的质量和性能。而产品的一致性高，则意味着每个打印出的产品都符合预设的标准和要求，从而提高了产品的可靠性和稳定性。 以远铸智能FUNMAT PRO 610LT为例，该设备已经过20万小时生产级打印验证，在大尺寸零件打印方面的成功率高达90%以上，为批量生产制造注入了先进的生产力。 结合全新的切片软件和云平台管理系统，不仅提升了打印操作的易用性，还实现了远程操控和批量管理的可能性，极大地优化了生产效率和流程管理。 对于客户而言，一致的产品质量可以增强他们对产品的信心，提高客户满意度。稳定的3D打印过程可以减少故障和停机时间，延长设备的使用寿命，保证生产线的连续运行。 04高性能材料生产级解决方案赋能高端制造业的突破创新 作为远铸智能整体生产级解决方案的一部分，高性能材料的打印能力一直是其优势所在。TCT亚洲展期间，该公司展示了包括各种PEEK、PEKK、PEI 9085和碳纤维增强材料的样件，代表了该公司一直深耕的航空航天、医疗、军工等高端制造行业的突破创新。 展会同期该公司还发布了高温尼龙PPA-CF和PPA-GF这两款新型尼龙线材，推出包括ABS-GF、PET-CF/GF、PETG、PETG-CF等通用材料包，在不增加额外设备成本的情况下提供更多打印材料的选择，进一步降低客户长期使用的成本，进一步拓展行业应用的边界。END总的来说，3D打印速度、重复性、一致性和稳定性以及材料性能在工业3D打印生产中都起着至关重要的作用。远铸智能一直在通过持续的技术创新推动3D打印效率提升和成本降低，在保证打印质量的前提下，降低生产成本并缩短生产时间。其最新的工业FDM生产级解决方案旨在有效提高企业竞争力和市场响应速度，为客户带来满意的投资回报率。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.基于导弹防御技术，3D打印过程实时检测实现纳毫秒级反馈！ 2.英尼格玛获得中国船级社首个电弧增材技术认可 3.绿激光、新型增减材、“光驰”技术 | 汉邦激光差异化3D打印技术发展 4.表彰优秀企业和个人，2024 TCT Asia Awards获奖得主揭晓！