高端制造是指在制造业领域中，采用高新技术、高精尖工艺生产高品质、高附加值、高科技含量的产品，并突破了传统制造业的生产工艺和技术，实现技术革新和产业升级。高端制造业具有技术含量高、资本投入高、附加值高、信息密集度高，以及产业控制力较高、带动力较强的特点。随着科技不断进步和国家产业政策的扶持，高端制造业已成为当今中国国家发展的重要方向之一，也为企业带来了巨大的发展机遇。 2023年6月，第五届雁栖湖会议高端制造前沿十大科学问题发布会在京举行。中国科学院院士、华中科技大学丁汉教授和中国科学院院士、清华大学雒建斌教授，与来自德国、俄罗斯、英国等国家的学者共同向全球发布会议凝练的2023年高端制造前沿十大科学问题。 如何实现原子级可控制造； 机器人化制造如何影响未来制造范式； 高能束增材制造如何实现精准控形控性； 如何基于任意元素与结构创制新物质； 如何实现机器人类人技能作业； 极端光场制造中载能粒子的时空演化机制及效应是什么； 如何实现异质异构跨尺度制造； 如何实现性能驱动的高附加值制造； 如何实现高效高性能多尺度激光制造； 如何实现面向未来制造的机器人系统。 丁汉和雒建斌表示，十大科学问题是对高端制造领域科学问题的凝练与聚焦，这些问题围绕激光制造、微纳制造、机器人化智能制造3个方向，从100余个覆盖不同领域的候选问题中研讨凝练而成，并面向全球公开发布，以激励更多的科学家对新的科学问题发起挑战，进一步推进高端制造相关科学领域的发展和进步。 3D打印技术参考注意到，以上科学问题中有多项可与增材制造产生直接关联。 据悉，第五届雁栖湖会议由中国科学院和北京市联合举办，会议聚焦高端制造前沿与国家重大需求，旨在分析科学前沿问题，推动科学发展和学科建设，促进学科交叉与国际学术交流，为关键领域提供跨学科和跨行业创新能力的科技支撑和战略咨询。 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.开辟传统SLM难以解决的新赛道——特种金属3D打印 2.影响陶瓷增材制造工业化推进的最大障碍及挑战 3.工艺总结：直接与间接陶瓷3D打印工艺种类及特点 4.3D打印助力新能源可持续发展

传统基于激光的SLM 3D打印技术已经可以打印非常广泛的材料，但仍有一些工业常用材料被SLM工艺如面临大敌，如高反射的铜、易产生缺陷的碳化钨基硬质合金以及其他具有极高熔点的难熔合金等。这些材料的工业用户实际上也渴望能够借助3D打印实现更高的产品性能及其他制造优势。本期内容，3D打印技术参考将对以上材料为何采用传统的金属3D打印技术难以生产进行补充解释，并对替代解决方案的潜在优势进行分析，后者能够专门弥补SLM技术的不足。 采用非SLM工艺3D打印的金属与陶瓷产品 纯铜 纯铜具有较大的发展潜力和应用前景，但随着应用端对复杂结构零部件的需求增多，传统制备纯铜部件的工艺已无法满足全部需求。3D打印制造金属材料最典型的工艺就是SLM和EBM技术，但实际上均存在不足，主要原因在于它的高反射、高导电、及高导热。 首先，纯铜属于高反射金属，传统的SLM打印机难以实现生产，这一点已经被行业内外所接受。作为替代解决方案，采用短波长的绿/蓝激光打印实际上也存在问题，那就是成本过高，而且这两种激光并不普及。EBM由于使用的是电子束为热源，不会受到SLM激光高反射因素的影响，因此稍具优势。但因铜具有高导电率，EBM打印过程会很短；又因铜的高导热率，会导致打印的模型尺寸精度和力学性能各方面的可控性较差，因此打印的铜零件表面质量不佳，这又给铜感应线圈等应用的后处理带来不便。 很显然，这两种常被使用的3D打印工艺面对工业纯铜应用均存在很明显的制造不足，这也导致纯铜的3D打印应用并未释放潜力。因此本领域内的企业希望结合3D打印和传统粉末冶金技术，实现纯铜零件控形、控性制造，如借助光固化技术3D打印纯铜浆料以及借助挤出3D打印纯铜粒料以进行塑坯，之后通过成熟的粉末冶金工艺使之实现金属化的解决方案。 升华三维UPS-250打印的纯铜换热器 基于以上方法，纯铜3D打印不需要高能激光束，巧妙避开了纯铜打印过程中的高导热、高反射问题，通过先打印生坯，然后再经过脱脂、烧结，得到纯铜零件。  升华三维制备的纯铜结构件 对于该方案，想要获得高致密度或高导电导热纯铜制件，其纯铜打印材料配方和脱脂烧结的工艺要求也非常高。3D打印技术参考注意到，国内升华三维开发的纯铜颗粒料UPGM-CU在保持了原料高纯净度的同时还具有更易实现致密化的特性，能满足不同铜零件的打印需求。该公司利用自主研发的3D打印设备，可加工纯铜及其合金材料，已帮助用户实现热交换器、散热器和电感应器的产品开发。 硬质合金 硬质合金是一种复合材料，通常包括难熔金属碳化物（钛、钼、钨、钽、铌等的碳化物）和粘结金属（镍、钼、钨、钴等）。硬质合金具备优良的力学性能，有良好的耐磨性能、抗氧化性以及热稳定性。可用于制造切削刀具、凿岩工具、采矿工具、钻孔工具、量具、易损件、金属磨削工具、气缸套、精密轴承、喷嘴等，被誉为“工业的牙齿”。 硬质合金传统制造完全依赖模具，对硬质合金制造成本造成很大影响；另外，如复杂形状、多功能/变化功能复合结构、梯度结构等硬质合金也无法采用常规方法制备，严重限制了硬质合金制品的结构设计空间、材料优势发挥和应用领域的拓展。 传统硬质合金结构件（来自网络） 采用激光粉末床3D打印技术制造硬质合金已经能够成功制备接近理论密度、力学性能良好的硬质合金构件，但也存在许多的问题：如该技术往往需要后续处理，如元素熔渗提高综合性能、易产生裂纹孔洞缺陷；打印过程中重复加热冷却过程会形成独有的微观组织，影响零件性能，需要通过热等静压和热处理等后处理手段达到性能，但会带来额外的时间和成本，阻碍了3D打印硬质合金的发展进程。 与SLM技术相比，基于烧结的技术线路制备硬质合金构件一般不存在明显的裂纹和孔洞缺陷，组织整体分布均匀，力学性能优良，不过表面粗糙度有待加强。升华三维开发出了适配于挤出工艺的3D打印硬质合金材料及打印、后处理解决方案。以所开发的碳化钨UPGM-YG10为例，它是一种粒径在8-14目的近球形颗粒金属-陶瓷复合材料，首先3D打印出具有一定密度和强度的生坯，再经过专用的脱脂烧结和后处理工艺，从而获得最终致密和性能优异的结构件。 升华三维硬质合金打印材料 3D打印的硬质合金样品（来自：升华三维） 在硬质合金的3D打印制造过程中，升华三维利用了低温成型、高温成性的规律，很好的解决了硬质合金3D打印制备过程中极易出现的变形、裂纹、孔洞等问题，从而确保了产品性能一致性，为硬质合金高性能复杂结构制造提供有效解决方案。研究发现，通过其PEP工艺制备的硬质合金构件其致密度、均匀性、力学性能均能达到甚至超过传统粉末冶金工艺，有望为硬质合金广泛应用打开新窗口。 难熔金属 难熔金属材料具有高熔点及特有性能，一直以来作为高新材料加以发展。这类材料由于熔点高、高温强度高，给冶炼加工也带来很大困难，具有复杂结构的难熔金属部件更是难以制造。即便是基于激光的3D打印，由于温度梯度的存在，也易导致残余应力并引起开裂。以钨为例，使用3D打印多用来制造格栅结构，其他类型的应用尤其是涉及到尺寸较大的块体结构，此时采用激光3D打印则存在困难。   激光3D打印的钨易开裂 基于烧结的技术为难熔金属提供了一种新的3D打印解决方案。升华自主研发了UPGM-93WNIFE钨合金颗粒料，并掌握了难熔金属间接3D打印在打印装备及核心器件、成形材料、工艺及软件等关键技术，通过其开发的PEP技术生产的钨合金部件完全可直接使用，并且能实现更快的生产与打样。该技术为解决钨合金机械加工难、复杂结构生产和减重设计提供一种新的3D打印解决方案。 升华三维钨合金烧结样品 END 总的来说，基于烧结的挤出PEP工艺有别于传统的SLM金属3D打印技术，其结合了3D打印和粉末冶金的双重优点，能够很好的弥足其他工艺的制造不足。实际上，本文介绍的难成形材料只是该技术所擅长的材料之一，其他如高温合金、不锈钢等也是该技术常规的可成形材料。 采用3D打印与脱脂烧结分开的工艺模式，传统产业的用户还可以利用原有的脱脂烧结设备，可极大减少投入成本，并充分利用3D打印的优势。 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.影响陶瓷增材制造工业化推进的最大障碍及挑战 2.为特殊金属和特种陶瓷开辟一种可行的3D打印解决方案 3.报名 | Formnext深圳增材制造展，超300企业+1.5万名观众+80场论坛 4.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动，看透技术、材料、应用与市场现状

熔融挤出工艺（FDM）具有打印灵活、低成本、操作简单、材料浪费少和环境友好等特点，在商业上具有广阔的发展前景。材料是促进FDM 3D打印机发展的关键，目前常用于FDM打印机上的聚合物有PLA、ABS、PA、PP、PCL、PEEK等，但是该类材料存在的共性问题就是打印制件机械强度较差，限制了其在工程结构件方面的应用。为了提升FDM打印部件的机械性能并满足承重要求，纤维增强聚合物复合材料被越来越多地引入到FDM加工中，这在工业领域引起了广泛关注。  图1 FDM工艺打印的纤维增强复合材料的应用 研究人员发现，添加单一类型的短纤维或连续纤维往往会增加复合材料的某些机械性能，但同时会降低其他机械行为。因此，不能只通过使用一种纤维来达到复合材料的性能平衡。为了克服上述缺点和限制，多种纤维混合和多种混合形式（下文统称混合纤维）可以减少短纤维和连续纤维的弱点，可全面提升制件机械性能且可自由设计制件其它性能，该项工艺受到研究人员的关注。 2023年4月，中南大学的研究团队在《Composites Communications》杂志上发表题为“Advances in hybrid fibers reinforced polymer-based composites prepared by FDM: A review on mechanical properties and prospects”的综述，该文旨在关注目前通过FDM技术制备的3D打印混合纤维增强聚合物（FRP）复合材料的研究。介绍了混合纤维增强复合材料的设计原则（图2）、混合材料类型及常见材料（表1）、打印方法及工艺（图3）。混合纤维增强复合材料打印方法主要分为两类：预浸法（预混丝材）和原位浸渍法（图3）。文章充分探讨了三种不同混合种类下打印的混合复合材料的机械性能，包括拉伸、弯曲、层间剪切强度（ILSS）和准静态压痕（QSI）行为，研究了变形和失效行为，最后讨论了3D打印混合纤维增强复合材料的局限性，并期待混合复合材料的3D打印性能得到改善。    图2 材料和结构层面下的3D打印混合纤维增强复合材料的设计 表1 用于FDM 3D打印混合复合材料的混合类型和材料  图3 用于纤维增强复合材料3D打印的主要FDM工艺示意图 (a-b)预浸法；(c-f)原位浸渍法 纤维增强方式 按照混合材料方式的不同，将混合纤维复合材料分为： 短-短纤维增强复合材料，即采用两种短纤维与聚合物基体形成预浸丝材； 连续-短纤维增强复合材料，即采用一种含连续纤维和短纤维增强的预浸丝材（单喷头打印），或采用长纤（预浸法或原位浸润法制备）和预浸了短纤的两束复合丝材一起使用（双喷头打印）； 连续-连续纤维增强复合材料，即采用两种丝材增强聚合物基体。 为便于下文的理解，此处需要特别指出的是连续纤维的加入可以通过两种不同的方法来实现： 第一种方法是使用预先浸渍的连续纤维丝，这些纤维丝已经嵌入热塑性基质，可以立即挤出；第二种方法是将打印头中的连续纤维与周围的热塑性基质合并，然后将其沉积在底板上。 这两种方法都有商用的3D打印系统和相应的丝材，过程示意图可见图4。在大多数系统中，都使用双挤出头，这既可应用连续的纤维增强，也可挤压纯热塑性材料。 图4 在挤出过程中引入连续纤维的方法:(a)带有预先浸渍的纤维长丝;(b) 在打印头上浸渍纤维 1. 短-短纤维增强复合材料 对于预浸法短-短纤增强复合材料，一个喷头即可完成打印，打印路径是连续的，不需要切割装置，不存在换层过程中的切割。 以基于ABS的混合短碳纤维和凯夫拉纤维填充的复合材料具有不同栅格方向和构建方向的力学性能及形态结构为例，短碳纤维和短凯芙拉纤维的加入增加了ABS材料的抗弯性、延展性及能量吸收能力。具有两种短混合纤维增强的复合材料比未增强和单纤维增强的材料相比具有更好的机械性能，但需要注意到的是，短纤维在工程结构应用中的刚度和强度仍然有限。 短单纤维增强丝材（来自Raise3D，左图为传统填充，右侧为内部填充短纤，外壳为聚合物，可减少喷头磨损） 2. 连续-短纤维增强复合材料 对于预浸法连续-短纤增强复合材料，若是采用含连续纤维和短纤维增强的单丝打印，则只需要一个喷头即可完成打印过程，FDM设备不需要切割装置。但是若是采用一个喷头挤出含有短纤的聚合物预浸丝材，另外一个喷头挤出含有长纤维的聚合物丝材或者单纯的长纤丝材（含有短纤的聚合物丝材填充边缘，长纤丝材填充内部），此时打印下一层的时候就需要两个喷头交替打印，（该FDM设备需要配备切割装置）需要切割。 相对于短-短纤维增强复合材料，连续纤维增强短纤维增强复合材料强度更高，后者是使用长纤增强已经混合了短纤维丝材的一种方式，其拥有更多的短纤维层-短纤维层、短纤维层-连续纤维层界面，具有更好的界面强度，因此具有更高的拉伸性能。影响此类增强复合材料强度的主要因素是纤维材料本身性能、打印参数、界面结合能力，其中界面结合能力是关键，为改善层间粘结性能，通常通过热处理降低界面间孔隙率。  长纤维增强方式，若基质丝材中添加了短纤，则为长纤增强复合基质材料 3. 连续-连续纤维增强复合材料 连续-连续纤维增强复合材料是在打印过程中添加两种纤维增强材料，填充的方式有三种：（a）层间混合，不同纤维材料的交替层；（b）层内混合，纤维材料在每层上形成规则或不规则混合物；（c）纤维内混合，是将两束不同的纤维预先组合成一束，在进行原位打印。   连续/连续纤维增强复合材料结构的示意图(a)层间混合结构，(b)层内混合结构，(c)纤维内混合结构  层内混合制备混合FRP复合材料示意图及图片 3D打印制造的局限性1)打印工艺的局限性。到目前为止，有两种FDM打印技术来制造混合纤维复合材料。然而，通过预浸法和原位打印法制备的复合材料都显示出局限性。对于打印含有长纤预浸的丝材或直接填充长纤，每层需要多次切割纤维且更换纤维需要时间，这导致制造效率低下。对于原位浸渍法，纤维的不完全浸渍使得混合纤维和基体之间的粘合行为不佳。浸渍性能差的原因是：（1）熔融热塑性塑料的粘度高，浸渍时间极短，打印过程中缺乏压力；（2）由于混合干纤维束的浸渍困难，基体分布不均匀和浸渍不良，可能导致混合纤维和聚合物在逐层打印过程中出现孔隙。 2)材料选择的局限性。在目前的研究中，用于FDM打印的复合材料的混合材料选择很少，主要由短纤维和连续纤维组成，包括碳纤维、凯夫拉纤维和玻璃纤维。尽管这些混合纤维与那些原始或单一纤维填充的材料相比，显示出协同增强的效果，但在工业上的应用仍然有限。 3)界面结合处机械性能弱。有关FDM打印的的混合复合材料的一个重要问题是在界面结合处获得的机械性能较弱。然而，尽管通过调整打印参数和制件进行后处理可改善该问题，但最终的结合强度值还是低于基础材料。造成界面结合处机械性能弱的原因是：（1）固体纤维和液体树脂本身不相溶，分子间扩散降低，得到的界面不连续、突兀，降低了机械性能；（2）在FDM打印过程中压力较小，导致制造的复合材料出现一定的空隙，造成材料断裂后出现明显的分层和脱粘。 未来挑战1)提高浸渍度，增强机械性能。通过多次原位浸渍工艺和挤出喷嘴的压力装置设计，提高浸渍度，可以提高3D打印玻璃钢复合材料的机械性能。树脂的浓度对浸渍纤维束的质量有很大的影响，增加浸渍树脂的浓度可以减少浸渍纤维束中的空气空隙数量，从而使纤维和基体之间有更好的界面。对于预浸料挤出方法，涉及两个以上预浸料纤维挤出头的组合方法可以节省生产时间和成本。另外，可以用混合纤维和多基体树脂来制造复合材料，以增强纤维和基质之间的界面。因为不同的基体树脂所拥有的不同性能可以改善材料之间的扩散和接触。 2)增加其他功能特性。3D打印混合复合材料的材料选择不仅是为了提高机械强度，还需要关注其它功能特性，如用于自我检测的导电性、用于防火的疏水性、用于缓冲的多孔性和用于环保的可降解性等。比如，在打印复合材料结构中加入更多的光导纤维可用来监测健康状态或实现健康自我监测。 3)模块化、功能化、承重化。拓宽3D打印混合复合材料应用的另一个未来挑战是制造具有模块化、功能和承重性的产品。混合复合材料的最大优势之一是可以同时使用多种材料来制造一个物体，这对于制造由不同部分组成的控制部件来说是非常理想的。此外，轻质结构也可以应用于打印混合纤维填充的复合材料，以满足更多的承重要求。 4)纤维表面改性及设计界面几何形状增加界面结合力。预浸料纤维的表面改性可能会增强层与层之间的粘合力，并进一步增加纤维和基体之间的界面强度。此外，还可以正确设计界面几何形状使其能实现机械互锁，增加界面阻力，增加界面结合力。 5)改善界面梯度。在不同材料之间（纤维和基体之间）形成有连续的梯度的界面，而不是突兀的界面，所制造的零件往往比有离散梯度的零件具有更好的机械性能和更好的粘合强度。 除以上挑战外，纤维增强复合材料对3D打印喷嘴的要求更高。纤维增强复合材料在挤出3D打印过程中，标准的黄铜喷嘴很容易被纤维磨损。3D打印技术参考注意到，当前商业的打印机通常采用专用喷嘴来打印纤维增强复合材料。以Raise3D E2CF为例，其配备了更坚硬的碳化硅喷嘴，以解决复合材料磨损喷嘴的问题。 Raise3D碳纤维打印的高温水管道泵 其他可打印纤维增强复合材料的国内品牌还有一迈智能、陕西聚高、斐帛科技以及远铸智能等。这些公司在短纤增强和长纤增强技术商业化方面实现了不同的成绩。 END FDM打印过程中混合不同类型纤维可以说是复合材料科学和智能制造技术发展的伟大成就之一。因此，具有优异综合性能的混合纤维增强复合材料在未来聚合物复合材料的结构和功能应用中具有巨大的潜力。最近，研究界进行了许多研究，以开发不同类型的混合纤维用于聚合物复合材料。尽管研究人员一直致力于开发用于各种用途的混合纤维增强3D打印聚合物复合材料，但它仍处于在实际产品上实现的初级阶段，需要更多研究者加入到该项研究中。 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： 1.5款国内已商业化的纤维复合材料FDM 3D打印机 2.五千余字国外测评：中国碳纤维3D打印机，性价比高，可批量生产 3.碳纤维颗粒3D打印 | 一迈联合雷孚斯测试染色碳纤维母粒，颗粒打印进入多材料兼容阶段 4.衍生式设计+纤维增强3D打印对汽车零部件进行轻量化设计制造

3D打印技术参考注意到，赛峰航天推进器公司在巴黎航展上展示了一款被称为HIPEX的热交换器，它是其基于革命性的空气动力学设计的新型高性能热交换器。由于其弯曲或可调节的形状，与当前型号相比，其空气动力阻力减半，同时提供相同的热性能。需要指出的是，该热交换器采用金属3D打印制造。 飞机发动机的大部分冷却是由位于发动机和机舱之间的空气-油热交换器提供的，热交换器可以冷却运行中发动机的机油，从而尽可能优化发动机的容量。由于目前的设计方式，热交换器很难集成到发动机中，并且会在气流中产生阻力，从而影响发动机的燃油消耗。因此，新型设计的热交换器必须设计成适合非常小的空间，还必须响应非常严格的机械要求（振动、冲击、叶片脱落等）。 凭借其在发动机油系统设计方面的经验，并在创新合作伙伴的支持下，赛峰航天推进器公司开发了单块交换器，该交换器结构紧凑、更具空气动力学性能且更易于集成到发动机中。基于优化设计和金属3D打印技术，新的热交换器可适用于当前或未来的所有类型的发动机。 金属3D打印的新型高性能热交换器 新的热交换器在测试台及发动机的实际测试中，均展示了强大的性能，甚至已集成到Leap发动机中以进行进一步测试。值得注意的是，这是赛峰航天推进器公司系列中的全新产品。  该公司总裁兼首席执行官表示，由于其完全创新的形状，新型热交换器将在某些发动机上节省高达1%的燃油消耗，碳排放和成本控制均可得显著改善。具体的说，该产品可以为长途飞机减少减少4000吨二氧化碳排放，并在飞机的使用寿命内减少超过100万美元的成本。 法国总统参观LEAP发动机 为航空发动机设计更为高效的热交换器因3D打印技术的成熟而变得可能。实际上，赛峰并不是唯一一家借助3D打印改进热交换器结构的航空发动机企业，根据3D打印技术参考此前的介绍，通用航空在知名的GE9X发动机上也使用了3D打印的热交换器。 GE9X上的3D打印热交换器 GE9X发动机上有1个3D打印的热交换器，使用粉末床激光熔融工艺和铝合金材料。3D打印技术将原先热交换器需要由焊接组成的163个零件优化成1个整体构件，具有优化的通道和充分利用3D打印设计自由度开发的复杂内部几何形状，借助3D打印一体成形，使重量减轻40%，生产成本减少25%，同时大大提高了热交换效率，并且提高了热交换器的使用寿命。 GE赞助的3D打印热交换器挑战赛入围作品 热交换器做为一种热量传递设备，广泛用于航空航天、汽车、电力等诸多领域，通用公司还资助过相关的大学生挑战赛。传统热交换器在优化方面已经做了大量工作，但在设计过程中受到几何造型、材料和制造工艺的限制，通常整个组件是由管道或金属板构成，必须考虑焊接、钎焊或螺栓连接等连接技术。 增材制造作为一种先进的制造技术，基于计算机辅助设计的三维模型，遵循逐层制造过程，能够制造非常复杂设计的热交换器。增材制造突破了热交换器的外形设计，由于不需要考虑传统的进出口与换热组件的连接工艺，异型进出口和应用全新设计理念的换热组件随之出现。 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： 1.2023 Formnext深圳增材制造展开启报名 2.2023 TCT亚洲3D打印展预约全面启动 3.90万欧元3D打印热交换器订单！ 4.中国汽车热交换器市场与3D打印制造潜力

3D打印技术参考注意到，深蓝航天于近三个月对自主研制的可重复使用发动机“雷霆-R1”进行了数次整机（同一台）全系统试车以及数十次不同工况的启动测试和点火测试，试验均取得取得圆满成功，凸显了“雷霆-R1”发动机可重复使用的优越性能和稳定性。 值得注意的是，“雷霆-R1”发动机的推力室、燃气发生器、涡轮泵、大直径导管等发动机关键组件的生产制造均采用3D打印增材制造技术，极大程度降低了发动机零组件数量、有效控制生产过程人为因素的影响，缩短了生产周期。在深蓝航天官网，3D打印技术参考注意到，深蓝航天将“雷霆-R1”描述为一款全3D打印制造的火箭发动机。其中，发动机零组件数量的减少，意味着该公司进行了大量的零件整合，借助3D打印一体化制造的优势，实现了部件的一次性整体制造。整体化制造，不仅减少原有部件的制造环节，还将提高部件的可靠度以及寿命。  深蓝航天“雷霆-R1”相关信息（来自深蓝航天） 据深蓝航天介绍，“雷霆-R1”可重复使用发动机是国内首个开式循环液氧煤油针栓发动机，具备30%~110%的推力调节能力，遵循“动力系统冗余、工业化低成本制造”的原则，采用“9+1”模式即火箭一子级并联9台基本型发动机，二子级安装1台真空型发动机的方式，将火箭的有效载荷送入预定轨道，同时实现一子级垂直回收。在总装布局上，新版本“雷霆-R1”发动机采用“泵后摆”方式，在保证摆动角度和灵活性方面大幅度降低了发动机摇摆力矩、显著缩小了包络尺寸，布局更加紧凑。主要零部件包括推力室、涡轮泵、阀门等均为自主研发。  据3D打印技术参考了解，深蓝航天相关发动机3D打印制造由公司自主完成，该公司与国内知名的金属3D打印制造商均有合作，但其并未透露制造该发动机所使用的设备品牌。对于全尺寸的火箭发动机燃烧室，其尺寸可达米级，此次试车的成功，证明了国内金属3D打印制造水平能够满足航天发动机严苛的运行条件，尤其是面向该领域大尺寸的制造场景，质量水平满足要求。相信不久的未来，我们可以看到深蓝航天可以像国外其他知名航天公司一样使用金属3D打印的发动机实现商业载荷的发射。 深蓝航天火箭发射于回收示意图 通过大胆使用新工艺、采用新技术，深蓝航天立足自身特点，建立了液体火箭发动机的批量快速生产能力，并通过持续测试反哺设计和优化改进，实现了快速迭代。建立高可靠、低成本、可重复使用液氧煤油发动机的设计、制造、测试全流程能力，有力支撑运载火箭的高频次、低成本的规模性商业化，是深蓝航天为之不懈奋斗的目标。 图片：深蓝航天可重复使用发动机“雷霆-R1”整机试车实况 “雷霆-R1”发动机本轮及后续系列化的测试，将为动力系统试车试验积累大量数据，也将为后续“星云-1”火箭一子级高空垂直回收飞行试验、入轨+回收的首飞奠定坚实的基础。后续该试车台位将持续进行发动机的常态化试车考核，确保“星云-1”火箭一子级垂直回收试验的顺利实施。  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.重磅分享（一）：航空航天增材制造批量生产面临的挑战与解决之道 2.重磅分享（二）：航空航天增材制造产线建设面临的挑战与要求 3.15%部件3D打印制造 | 美客运高超声速发动机完成关键测试，接近首飞 4.深蓝航天使用华曙3D打印设备实现火箭发动机大尺寸喷管一体化快速制造

2022年，铂力特推出面向金属3D打印“大·生产时代”，针对客户工业零件大规模批量化高效生产需求的BLT-A400设备。一年来，在客户使用验证与反馈的基础上，铂力特整合生产经验，持续进行设备研发与技术创新，推出了更高效更经济的五光BLT-A400，为工业领域用户提供更多降本、提质、增效的批量化生产解决方案。 BLT-A400设备 多激光器应用场景，实现更高效生产新发布的BLT-A400光学数量增加至五光，可以实现更快的制造。在不增加场地的基础上增加产能，助力提高厂房平效，降低运行成本，更贴合工业领域零件批量化生产的需求。 以汽车轮胎钢片为例，利用双光BLT-A400生产满版1004片汽车轮胎钢片需要128.8h，而利用五光BLT-A400生产满版汽车轮胎钢片仅需52.2h，可实现年产量超11万件，生产效率较双光设备提高近2.5倍。生产出的轮胎钢片尺寸精度可达±0.05mm，表面粗糙度达Ra3.2-6.3，质量精度满足轮胎钢片使用需要。 五光BLT-A400搭载了BLT-BP V2软件，针对多激光设备进一步优化，提高了零件剖分效率，多光设备的平均剖分时间仅有9.1分钟（BLT运行数据，以实际工况为准）。此外，BLT-BP V2可以实现多光分割线位置自由拖动和变层厚扫描功能，充分发挥BLT-A400的高效打印优势。自动拼接校准，节约打印准备时间设备搭载的全新研发的自动拼接校准模块，相较于传统扫描仪拼接校准方案，可以在校准过程中减少人工干预，简化校准工序，在提高拼接校准一次成功率的基础上大幅缩短校准时间，校准效率可提升386%以上，节约了打印准备时间。自动拼接校准方案的多激光拼接精准度更加可控，精度可稳定保持0.05mm。 粉末循环系统，助力自动化生产高效粉末循环对于批量生产非常重要，铂力特为BLT-A400系列设备开发了全新粉末循环系统，可实现粉末自动回收、筛分和供应，减少人员干预，真正做到自动化生产。粉末循环系统全程在惰性气体的保护下运行，实现粉末和人员的双重安全保障。 铂力特针对不同的生产场景可提供多台设备粉末循环方案，根据用户需求实现粉末循环系统的集成，在满足用户厂房产线生产需求的同时，大幅节约生产成本。 BLT-A400系列设备粉末循环系统 提效增益，经济生产。铂力特持续深耕工业应用领域，帮助工业生产向高效率、智能化转型。此次铂力特也对BLT-A320进行了设备升级，为提高人机交互友好性、设备稳定性，提升生产效率，降低生产成本提供更多解决方案。未来铂力特也将充分发挥金属3D打印优势，帮助工业领域生产实现降本、提质、增效。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.大尺寸金属3D打印批量生产！铂力特推出平台化方案BLT-S615 2.铂力特第1000台SLM设备顺利通过客户验收 3.中国航天日 | 铂力特2022年航天金属3D打印重要应用案例 4.铂力特2023一季度营收1.33亿，16万平米四期项目即将开建

3D打印技术参考注意到，铼赛智能（RAYSHAPE）于日前推出了业内全新力作产品——Shape 4K大幅面DLP 3D打印机，作为一款专业级3D打印机的创新之作，Shape 4K集大幅面、高精度和高效率于一体，以出色的性能和突破性的设计，为用户带来前所未有的3D打印体验。该产品的发布，展示了RAYSHAPE品牌的创新力量，该公司有志借助该产品来打破专业级DLP 3D打印机的天花板！ 更大尺寸，更高效率 Shape 4K大幅面DLP 3D打印机，实现了效率与性能双突破，在众多专业级3D打印机中极具竞争力。299.5×168.5×340mm的成型尺寸，能够在不分割零件的情况下完整打印出大尺寸零件，单次排版可以加工更多小尺寸零件，大幅提高用户的工作效率。与传统SLA打印技术相比，Shape 4K的打印效率更高出50%以上！ Shape 4K超大成型尺寸Shape 4K满版打印的大尺寸模型和小尺寸模型高精打印，细节呈现出色 Shape 4K像素尺寸为78μm，支持最小层厚达0.025mm，使得复杂结构的零件或精密的表面细节，都可以高质量呈现。无论是微小的纹理纹路还是精细的曲线轮廓，Shape 4K都能以出色的表现让每一个细节都得以清晰呈现。   Shape 4K打印模型的细节展示智能预热，确保打印成功率Shape 4K根据环境温度可自动开启打印前预热功能，打印平台及树脂槽底板均会进行加热，以增强打印平台与打印件的粘附力，减少零件脱落几率。   Shape 4K智能预热功能广泛适用，应用领域多样 Shape 4K适用于多行业，无论用户从事设计、教育、医疗、工业制造还是建筑领域的工作，Shape 4K都能提供强大的打印解决方案。  Shape 4K打印的电动工具外壳Shape 4K打印的人体盆骨模型 Shape 4K打印的耐高温喷嘴 多项技术，保障高可靠度得益于在光功率、光均匀性、光源寿命、结构安全性等方面的优势，Shape 4K拥有更高的整机可靠度，光学引擎无需定期维护，无损坏风险。 Shape 4K DLP技术 该打印机经过精心设计和精密制造，采用工业级一体式模组，其高精密滚珠丝杠，顺畅度好，配合高强度机体设计，轻松承受大件打印的高离型力，确保长期的打印精度。高品质的组件和先进的工艺制造，确保其稳定性和耐用性，为您提供长期可靠的打印性能。无论是小型项目还是大型工作量，确保用户的打印体验始终如一。 Shape 4K工业级一体式模组 Shape 4K大幅面DLP 3D打印机的问世，标志着铼赛（RAYSHAPE）在专业级3D打印领域的突破和创新。作为品牌力作，Shape 4K展现出强大的性能和应用潜力。它的出现不仅是铼赛品牌突破创新的典范，还有可能引领行业方向。无论是在设计、教育、医疗、工业制造还是建筑领域，Shape 4K都极具吸引力。  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： 1.一文概览：大众汽车集团布局了哪些3D打印技术和应用 2.工艺总结：直接与间接陶瓷3D打印工艺种类及特点 3.高性价比、易清粉｜华曙高科发布高分子“类PA11”新材料 4.项目征集 | 第二届3D打印风投大会启幕在即，欢迎投递BP！

6月26日，3D打印技术参考注意到，全球汽车行业领导者、同时也是增材制造技术应用最广泛的知名汽车品牌之一的大众汽车集团，已经采购了第二套Additive Industries的MetalFAB系统，进一步加强了其对增材制造的布局。大众汽车集团被誉为欧洲最大的汽车制造商，旗下拥有大众、奥迪、保时捷、兰博基尼等十二个知名品牌。 2018年，大众汽车建立了3D打印中心，依托该中心来测试和了解最新的增材制造技术，同时进行模具、工装夹具和最终零件的生产。根据3D打印技术参考对大众集团过往技术应用的总结，发现该公司已经深入布局增材制造技术。深入应用LPBF金属3D打印技术 大众汽车于2018年引进了Additive Industries MetalFab 1系统进行模具和备件的3D打印，该系统在大众汽车增材制造的成功中发挥了重要作用。而今年购买第二套系统，是大众汽车考虑到该系统的自动化水平高、无需手动流程且安全性更高。Additive Industries的系统具有模块化的设计，使大众汽车无需大量投资即可扩大产能。凭借全场激光器和自动构建转换等生产力功能，MetalFAB系统可实现高生产率和无人值守操作。大众汽车还投资于参数开发，并安装有粉末装载工具和粉末回收站，以提高效率并减少浪费。 Additive Industries MetalFab增材制造系统 2022年2月，大众集团子公司、从事发动机制造的MAN Energy Solutions购买了一台SLM Solutions的NXG XII 600，它拥有600x600x600mm的构建体积，配备12台激光器，比单激光系统快20倍，比四激光系统快5倍。它也是世界首台大幅面、配备超多激光数量的PBF金属3D打印机。 大众汽车为途观L 3D打印的喷嘴，每年为该车辆制造超过1000个；该元件此前由两个机加工和焊接部件组成。使用MetalFAB系统批量生产，无需后处理可降低650%的成本 为进一步研究在新技术业态下发动机继续减重的潜力，德国联邦经济事务和能源部发起了一项名为LeiMot(轻型发动机)的研究项目，吸引了多家汽车工业重量级公司的参与，如FEV欧洲有限公司、大众汽车、亚琛工业大学以及弗劳恩霍夫的相关研究机构。大众公司EA288Evo系列的2.0L涡轮增压直喷柴油发动机被设定为优化对象，项目旨在通过金属3D打印以及新型金属材料为发动机关键零部件减重。2020年8月，该项目现已进入了最终的发动机原型机阶段，通过使用纤维复合材料以及3D打印技术制成的部件替代传统的金属零部件，有望将最新一代内燃机重量减少30%。 采用金属3D打印的LeiMot发动机 对于当前最新、生产效率最高的区域金属3D打印技术，大众汽车集团相关负责人表示，“Seurat的3D打印工艺有可能以与海外制造相当的成本生产大批量零件，这将为供应链带来巨大缓解。Seurat的工厂部署模式使制造能够更靠近客户，这对汽车行业极具吸引力。”由此可见，大众汽车在时刻关注着3D打印技术的最新发展动态。  布局粘结剂喷射金属3D打印应用 粘结剂喷射技术是当前金属3D打印能够实现低成本、批量制造的最大希望。德国汽车制造商在开发用于最终零件生产的3D打印应用方面进行了迄今为止最大规模的投资。大众汽车集团报告称，3D打印在其零件生产中的采用率最高，奢侈品牌布加迪和兰博基尼的应用案例具有里程碑的意义；基于对更大产量和更低成本的需求，大众汽车已开始使用具有高吞吐量的惠普金属粘结剂喷射成型技术进行零件直接生产。 2021年6月，大众汽车宣称首次在生产中全面使用粘结剂喷射金属3D打印技术，未来几年将加速使用粘结剂喷射3D打印工艺进行汽车生产，并将在公司位于德国沃尔夫斯堡的主要工厂进行相关部署。为实现这一创新进步，大众汽车在过去几年中投资了数百万欧元。 采用HP设备制造的大众汽车档杆 此外，该公司还与西门子建立了软件合作伙伴关系，并扩大了与惠普的合作。惠普提供所需的粘结剂喷射金属3D打印机，西门子提供增材制造专用软件。西门子和大众联合开展的一项关键研究是优化构建室中组件的摆放，可以在每次打印过程中生产的零件数量提高了两倍。他们希望通过积累经验，发现哪些组件可以在未来经济快速的生产，或者增材制造如何支持大众汽车实现生产数字化转型。   采用HP设备制造的T-Roc敞篷车A柱组件 大众汽车沃尔夫斯堡工厂的目标是到2025年每年通过3D打印生产多达10万个组件。使用粘结剂喷射工艺制造的第一批组件——用于T-Roc敞篷车A柱组件，已进行认证。这些部件的重量比由钢板制成的传统部件轻了近50%，仅仅是这种质量上的减少就已经使制造商对这种工艺特别感兴趣。到目前为止，大批量生产的成本效益还不够。然而，新技术和相互间的协作已经体现出生产线在经济上的可行性。 惠普金属3D打印业务全球负责人Ramon Pastor表示，“大众等领先汽车制造商正在利用惠普的3D打印解决方案，将传统制造和规模生产转变为大规模生产，HP Metal Jet技术可以帮助客户解锁创新设计，最终更高效地生产性能更好的零件。”  发展多种3D打印技术应用金属3D打印并不是大众汽车唯一关注的技术，实际上，所有的汽车公司都在对所有的3D打印工艺进行探索。 2017年，大众汽车集团就已经在全球26个工厂拥有90台3D打印机，主要用于汽车备件和工装工具生产。大众集团旗下的意大利豪华汽车制造商兰博基尼长期通过Stratasys FDM和PolyJet技术进行原型设计和模具制造。2019年，兰博基尼与Carbon展开合作，后者的数字光合成技术被用于生产终端组件，如Urus SUV带纹理的加油口盖和风管夹，以及其他用户可定制、个性化的产品，实现了从设计到生产的快速过度，将零件交货时间缩短了12周。 兰博基尼Sian的内饰融合了皮革特征和3D打印组件 工装夹具，是3D打印技术在汽车领域的另一个重要应用。相较于数控机床加工，3D打印夹具和固定装置所需的生产时间减少了75%，浪费的材料更少且不会增加操作复杂性，而且几乎可实现无劳力生产。 大众集团采用3D打印制造的工装 2014年，大众集团葡萄牙工厂采购了7台FDM打印机进行工装夹具直接制造，将传统制造商完全甩开。现场制造的特点规避了很多不确定性，打印机的投资在两个月内快速回笼，并且制造成本大幅降低，也不再需要备件库存。更为关键的是，采用3D打印制造的夹具完全符合使用要求。2016年，葡萄牙工厂3D打印了约1000个工装零件，已成为整个大众集团的最佳实践。目前该工厂93％的工装夹具采取内部按需制造，节省时间并极具成本优势。因原型和工装夹具采用内部3D打印，该工厂在2016年节省了16万欧元的开发成本，2017年这一数据达到32.5万欧元，成本降低比例达91%；与此同时，其开发时间也减少了95%，大大加快了产品上市速度。 END 汽车工业不断发展并需要融入新的技术，而车辆生产过程中的技术涉及高度复杂的生产工艺，既面临着传统技术和新技术竞争性的双重挑战，同时准入标准又比较高。据Wohlers 2020报告，汽车行业已经成为3D打印技术最大的应用市场，超越航空航天、医疗等领域。 当前，大众、福特、宝马等汽车品牌已经在3D打印领域布局多年，投入的资金规模达到数十亿美元，并形成了众多的知名应用案例和规模效应。这些公司也在时刻关注着3D打印技术的最新发展，并试图将最新技术用于研发和生产，降低成本、提高效率，意图借助3D打印在大规模生产中取得竞争优势。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，未经单独授权，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.工艺总结：直接与间接陶瓷3D打印工艺种类及特点 2.增材制造与设计迈向智能化过程中的关键挑战 3.项目征集 | 第二届3D打印风投大会启幕在即，欢迎投递BP！ 4.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

陶瓷材料由于具有耐高温、耐腐蚀和良好的化学稳定性，在机械、化工、电子、航空航天、生物医学等工业领域得到广泛应用。传统的陶瓷加工技术，包括注射成型、干压成型、凝胶注射成型等，对模具的依赖性很强，无法满足集成化、复杂化、精密化陶瓷产品快速制造的要求。增材制造技术基于离散堆叠原理，根据预先设计的三维实体模型，将一系列离散材料按预定轨迹逐层堆叠，从而制造出物理零件。与传统的陶瓷加工技术相比，陶瓷增材制造技术打破了传统陶瓷加工过度依赖模具的局限，无需模具即可快速生产出完全个性化的陶瓷产品，结构设计自由度高，并被认为是构成工业4.0的众多颠覆性技术之一。 根据是否需要进行后处理，陶瓷增材制造技术可分为间接陶瓷增材制造和直接陶瓷增材制造。本文内容，3D打印技术参考重点介绍这些技术的成形特点。 一. 陶瓷间接增材制造技术 陶瓷间接增材制造也称为“多步”成型方法。第一道工序是通过光固化、激光烧结、粘结剂喷射、材料喷射和挤出制备无模具的陶瓷生坯，主要的工艺类型包括SLA、DLP、TPP、SLS、Binder Jetting、NPJ、FDM/PEP等；第二道工序是对陶瓷生坯进行高温脱脂和烧结，从而实现陶瓷部件的高致密化。该方法按原料形态大体可分为浆料、粉末、粒料以及丝材。 1. 激光烧结 激光烧结与光固化在成型机理上存在巨大差异，SLS技术需要利用低熔点的高分子粉末作为粘结剂将粉末连接在一起，导致脱脂后生坯致密化程度低。因此，在后处理过程中，压力渗透、温等静压和冷等静压通常用于实现SLS陶瓷部件的高致密化。此外，在脱脂和烧结过程中，SLS工艺制备的陶瓷坯体容易因高温热收缩而产生开裂缺陷。   激光烧结3D打印的SiC（薄壁结构的厚度为 1 mm） 2.光固化 光固化技术的优点是能够制备出均匀性高、内应力低、精度高的陶瓷生坯件。但对于光固化工艺，浆料由陶瓷颗粒、光敏树脂和光活性组分组成，光活性组分包括光引发剂、惰性染料和抑制剂，光引发剂吸收特定波长的光子后，会发生浆料中感光材料的聚合。对于该工艺，浆料中粉末的反射率会限制可加工的陶瓷种类。另外，陶瓷浆料是一种悬浮物，可能会造成打印层间的颗粒偏析，严重影响烧结件的致密度和机械性能。在SLS技术中，可以避免制备浆料的繁琐过程，提高了陶瓷坯体的成型效率。然而，SLS技术的低分辨率导致成型零件的精度差和密度低。 3. 粘结剂喷射 粘结剂喷射是一种基于喷墨技术的增材制造技术，也是基于粉末床的3D打印技术。该技术首先在打印平台床上铺设0.05～0.2mm层厚的粉末，然后选择性的在特定区域喷射粘结剂实现模型截面图案的固化。在通过层层叠加得到陶瓷坯体后，需要取出打印模型进行脱脂和烧结最终得到致密化的陶瓷零件。该工艺可以高效且批量打印具有复杂形状的陶瓷产品。国内的知名品牌有广东峰华卓立等，国外则有Exone（Desktop Metal），这些公司经过多年的探索与研究，均成功开发了基于粘结剂喷射技术的陶瓷3D打印装备、粘结剂以及脱脂烧结等后处理技术。然而，该技术但仍存在一些技术和工业应用方面的挑战，如粘结剂的种类（有机或无机）、粘度、喷射量、表面张力、干燥时间等参数会对陶瓷零件的形成质量、强度和后续烧结过程均会造成影响。   粘结剂喷射3D打印的 SiC 组件 4. 材料喷射 材料喷射技术是将包裹有纳米陶瓷粉（金属粉）或支撑粒子的液体装入打印机并喷射在建造平台上，通过高温使液体蒸发留下实体部分，最后通过低温烧结完成成型的技术。该工艺具有极高的技术难度，根据3D打印技术参考的观察，发展多年当前仍只有以色列XJET公司实现了该工艺的商业化。这种直接喷射陶瓷或金属纳米颗粒的方法，能够实现极高的细节和精度表现力，而其关键在于纳米颗粒在油墨中的分散以及喷射工艺。与其他工艺相比，它的高成本缺点也非常显著。 5. 挤出制造挤出工艺实际上也可以分的更为细致，如采用陶瓷线材的挤出、基于混合粒料的挤出以及陶瓷粉料的沉积。 陶瓷线材挤出工艺较为容易理解，它是将由陶瓷和高分子聚合物制造的线材通过FDM/FFF设备挤出制造生坯，3D打印技术参考注意到，国内Raise3D Pro2 3D打印机已经可以实现陶瓷线材的稳定打印。 基于混合粒料，国内升华三维开发了相应的解决方案。根据陶瓷粉体的物性（粒径分布、形貌、比表面积等）和产品的性能要求，选择合适的粘结剂配方体系（水基、塑基、蜡基等）进行适配，通过密炼机充分混合密炼高分子粘结剂与陶瓷粉末，最后通过造粒机制备得到粒径可控的颗粒料材料。然后借助3D打印机系统将颗粒料加热成熔融膏状，再挤压并逐层堆积成形，可得到高精度并具有一定密度和强度的生坯。 基于粉末沉积，国外一家名为Grid Logic的公司开发了一种独特的基于粉末的3D打印，其没有复杂的喷墨或激光系统，也没有铺粉装置，而是使用挤出式3D打印头进行粉末选择性沉积。打印机可配备多种粉末，其中一种充当支撑，打印完成后，将带有所有粉末的整个构建室放入烧结炉中，金属/陶瓷颗粒以传统方式熔合在一起，支撑粉末在烧结过程中继续支撑陶瓷材料，并在一定程度上可以重复使用。 根据该过程的特点可以理解，相比光固化和激光烧结，挤出技术在制造效率上可能存在不足。 二. 陶瓷直接增材制造技术 陶瓷直接增材制造技术通过高能量密度激光束直接熔化陶瓷粉末，可实现陶瓷零件成型与烧结一体化，按送粉形式可分为铺粉式（SLM）和送粉式（LENS/DED）。该方法可用于制造氧化物共晶陶瓷，3D打印技术参考查询到，西北工业大学苏海军教授团队在长期开展超高温氧化物共晶陶瓷定向凝固成形研究的基础上，针对共晶陶瓷领域发展面临的瓶颈并结合金属激光增材制造技术原理，率先提出将激光增材制造技术应用到超高温氧化物共晶陶瓷制备上的设想，并初步证实了该设想的可行性。 评判特定成形技术是否适用于加工某类材料的关键标准是该技术能否按照预设的方案顺利、高质量地完成对目标材料样件的制备。目前，激光增材制造技术难以制备大尺寸、复杂形状的氧化物共晶陶瓷样件，难点主要集中在两方面:  原材料粉末特性及凝固缺陷控制。 佳能使用选择性激光熔化3D打印的氧化铝陶瓷 激光增材制造技术以粉末作为原材料，粉末特性直接影响加工过程的稳定性及沉积试样的成形质量。为保证原材料供给及熔凝过程的均匀稳定，粉末颗粒要具有良好的流动性以及高的致密性。为此, 金属增材制造领域开发了气雾化等技术来制备高质量球形金属粉末，目前已实现了产业化应用。雾化技术的原理是利用高压气流等外力将连续金属熔体破碎成细小的液滴，经快速冷凝后获得球形粉末。球形形貌保证了粉末的流动性，液固相变保证了所得粉末的致密性。  与金属增材制造相比，陶瓷材料激光增材制造研究起步相对较晚，目前尚未有成熟的满足激光增材制造的高质量球形陶瓷粉末制备工艺。此外，陶瓷材料熔点高、熔体粘度大的特点为开发基于液固相变的陶瓷形貌改性工艺带来了极大的挑战。 独立控制各陶瓷组元输送的LDED成形工艺 需要指出的是，激光增材制造是一个局部急热骤冷且逐点快速循环往复扫描的过程，在基板及已沉积层内形成复杂分布的温度场，进而产生大的热应力。高的热应力是激光增材制造技术的一个显著特征，如何调控热应力是提升激光增材制造陶瓷材料成形质量和降低缺陷的关键。对于脆性陶瓷材料而言，试样中存在的应力极易诱发裂纹甚至造成试样开裂，导致成形失败。此外，原材料粉末中包含的空气极易在快速熔凝过程中诱发气孔缺陷。气孔不仅会影响逐层制备过程中熔池的稳定性，而且易导致成形试样的性能恶化。因此，控制裂纹、气孔等凝固缺陷是影响激光增材制造氧化物共晶陶瓷成形及成性的关键所在，是本领域当前研究的重点和难点。 END 陶瓷材料增材制造已成为先进陶瓷制造领域最具发展潜力的重要方向。本文，3D打印技术参考主要介绍了当前的陶瓷增材制造工艺类型及其制造特点。与其他材料增材制造应用相比，陶瓷发展相对缓慢。但研究公司IDTechEx发布的一份关于陶瓷增材制造市场的新报告，其市场规模将显著增长，这得益于越来越多的参与者寄希望于这项技术。 注：本文内容由3D打印技术参考整理，未经单独授权，谢绝转载。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.干货分享：陶瓷3D打印之粘结剂喷射技术的成形材料、优势与挑战 2.报名 | Formnext深圳增材制造展，超300企业+1.5万名观众+80场论坛 3.江南大学重磅研究：3D打印无支撑、多尺度、大跨度复杂结构陶瓷 4.金属+陶瓷 | 一种基于烧结，可实现多材料3D打印一体成形的方法

换热器最为一种热量传递设备，广泛用于航空航天、汽车、电力等诸多领域。传统换热器在优化方面已经做了大量工作，但在设计过程中受到几何造型、材料和制造工艺的限制，通常整个组件是由管道或金属板构成，必须考虑焊接、钎焊或螺栓连接等连接技术。   增材制造（AM）作为一种先进的制造技术，基于计算机辅助设计（CAD）的三维模型，遵循逐层制造过程，能够制造非常复杂设计的换热器。增材制造突破了换热器的外形设计，由于不需要考虑传统换热器的进出口与换热组件的连接工艺，异型进出口和应用全新设计理念的换热组件随之出现。 燃气轮机-逆流热交换器   历经三十多年的发展，增材制技术造突破了传统工艺和造型的限制，让换热器设计重心回归自身功能本身，一些增材产品常用的设计技术同样适用于高性能换热器的设计。   仿生技术 仿生技术被认为适用于增材制造换热器的路径设计。自然界中存在许多换热和传质现象，比如呼吸系统和血管系统，它们历经亿万年的进化，同时具备了高传热效率和低压降损失。这些系统管路都存在分形结构，流道结构相互重复，是一种分配流量非常有效的方法。分形仿生技术常用来解决换热器进口流量分布均匀性和降低流阻，有着较好的效果。   分形散热器，m代表重复次数 空间曲线填充 内壁面增加曲线状波纹是一种有效提升换热器换热效率的设计方法。曲线波纹构造出全新的内部流动区域，使得换热面积增大的同时在一定程度扰动了内部工质的流动状态。FASS曲线使用一个简单的逻辑定义，对图形重复具有良好的，常用于内壁的曲线的波纹创建。FASS是一类通过网格的每个点而不相交的曲线，代表空间填充、自避免、简单、自相似，具有分形行为，且每条线段都与整个曲线相似。 FASS 曲线四次迭代空间结构拓扑优化 拓扑优化是用数学的方法对给定区域内的材料进行分布优，在约束条件下寻找材料最佳的分布方案。散热器已经用拓扑优化寻找具有高传热效率和低压降流路的几何形状。但是拓扑优的最终方案通常外形结构非常复杂，传统的加工手段要么难以实现，要么实现成本过高，现实中更多的是依靠设计人员对拓扑结果二次设计，牺牲掉一些性能解决加工问题。增材制造的优势之一就是在不增加成本的情况下生产复杂的几何外形，因此它非常适合与拓扑优化结合使用，拓扑优化设计性能最优的散热流道，增材制造完成最终方案的生产。 流道拓扑优化 TPMS胞元结构设计 三周期极小区域（TPMS）是一种平均曲率为零的隐式周期曲面，可以用数学函数精确地表示出来，表面非常光滑，没有尖锐的边缘或连接。相同的TPMS的胞元填充在换热区域，三维空间被TPMS分成两个分离的连续区域，每一个区域都可以被视为一种换热流体，形成纵横交错又相互隔绝的两个流体域。  TPMS胞元类型D型胞元和G型胞元区域   G型胞元填充换热空间  孔隙率，比体积能够通过调整功能参数直接控制，不同的的孔隙率意味着可以调整TPMS孔隙率适用冷热工质不同的流量，平衡两侧的压降。光滑的表面、较大比体积、结构的完整性和良好的混合潜力使得TPMS成为高性能换热器较为理想的内部热流道，如下图所示。   航空冷油器增材制造 本文内容来自安世亚太，作者刘强是动力工程及工程热物理专业工学硕士，安世亚太DfAM赋能业务部流体仿真工程师，擅长三维流体仿真和流道拓扑优化，从事DfAM换热器流体仿真工作。 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.极速响应！国产3D打印数据处理软件功能大升级，满足更多工艺需求 2.90万欧元3D打印热交换器订单！ 3.一站式读懂如何为3D打印应用选择合适的聚合物材料 4.报名 | Formnext深圳增材制造展，超300企业+1.5万名观众+80场论坛