在近期结束的TCT 3D打印展会期间，国内各大增材制造设备厂商纷纷推出了超大尺寸、超多光束的激光选区熔化装备，最大幅面超过1500×1500mm，最大高度达到2000mm，配备10光、16光甚至26、36光束，更大尺寸、更多光束似乎成为了激光选区熔化3D打印设备发展的主流方向。 这类设备的应用场景有哪些？应用前景如何，问题有哪些？3D打印技术参考邀请了北京动力机械研究所增材制造中心马瑞主任对此进行分析。文章将以幅面1500×1500×1500mm、25光束的设备，打印高度1500mm的高温合金产品为例进行测算。 作者介绍：马瑞，北京动力机械研究所增材中心主任，担任中国航天科工集团某项目常务副总师、某科技重大专项项目技术负责人、中国机械工程协会增材制造技术分会委员，获国防科技进步二等奖两项。文章内容已经保密审批，授权发布。   设备端1. 多光拼接区域超过40处，是4光设备的10倍 光束数量的增加意味着拼接区数量的增加，以矩形布局进行测算，4光拼接区域4处，9光12处，16光24处，25光则达到了40处，是4光的10倍。而拼接质量与振镜长时间工作的温飘、机械结构稳定性等诸多因素相关，拼接区域越多，保证拼接质量的难度越大，产品出现质量问题的风险越高。   2. 风场跨度达到1500mm，远超当前较为成熟的600mm当前主流的大幅面打印设备中，EOS M400-4等采用中间入风、两侧出风的风场模式外，多数设备均采用一侧入风、一侧出风的“穿堂风”风场模式。在“穿堂风”风场模式下，风场跨度较小时，还能较好的保证全幅面的风场质量；当风场跨度较大、超过800mm后，出风口部位的风速很低，无法有效带走打印过程产生的黑渣。如果进一步增加风机风速，有可能造成入风口风速过大影响粉床铺粉质量的问题。当风场跨度达到1500mm时，这个问题就更加明显。  Slm Solutions打印机风场 “穿堂风”风场示意图，入口和出口风速不一致 打印过程中零件表面留下的黑渣  3. Z轴需保证从3.5吨负载到20吨以上负载长时间稳定工作 对于幅面超过1500×1500mm的设备，200mm厚的不锈钢基板重量就达到3.5吨左右，加上满仓填仓粉末，负载超过20吨。同时Z轴的机械设计还需要考虑传动机构与加热板、加热板与基板之间的稳定连接、Z轴机械结构与成型舱之间的动密封、1500×1500mm大幅面每次步进0.03-0.06mm的精度和可靠性等一系列因素，保证Z轴机械结构的长时工作稳定性和可靠性难度巨大。  Z轴下降过多造成未熔合   Z轴下降高度不足造成错位 应用端 1. 填仓粉末需求19.5吨，总价格1500万元左右 如需打印1500mm高度高温合金产品，按照松装密度4450千克/m3、铺粉系数1.3、单价650-900元/千克进行测算，需要填仓粉末19.5吨，总价格1500万元左右，启动生产所需成本巨大。2. 单仓打印周期数十天 幅面1500×1500mm、光束数量25个的设备单光覆盖区域300×300mm，与幅面为600×600mm、4光设备是相同的，而铺粉过程跨度远大于600×600mm幅面设备，单次铺粉时间更长。打印截面积较大、高度1000mm以上的产品，时间很容易超过50天。通常认为，打印时间控制在20天、最好15天以内，设备稳定性和可靠性好，产品的合格率较高；50天以上的打印时间对设备考验严苛，质量风险巨大；同时经济风险同样巨大，一次打印失败意味着损失了50天的有效工作时长，几乎相当于全年白干。3. 单仓产品的打印机时费用200万元以上，产品价格300万元以上 按照小时费用率2000元/小时、打印50天测算，单仓产品仅打印机时费用就超过200万元，加上粉末、后处理等其他费用，产品的价格将超过300万元。即便是在对成本敏感度相对较低的军工行业，单件产品价格超过300万的产品极少，尤其是批量生产的产品中几乎没有。 4. 需要大尺寸的线切割设备和热处理设备作为配套条件 当前市面上能够完成截面1500×1500mm产品加工的线切割设备和热处理设备很少；此外，还要考虑厂房的地面承重、吊顶高度、吊车载重等一系列配套因素，配套条件苛刻。总结综合以上数据来看，当前如果采用超大尺寸、超多光束激光选区熔化设备打印单件大尺寸产品，存在打印周期长、设备稳定性和可靠性差、打印风险高、生产投入大、配套条件苛刻等诸多问题，应用场景少，应用前景不明朗。仅有少数产品极其复杂、对生产周期要求严苛、采用其他加工手段难以保证、对生产成本不敏感的研制初期产品适合采用该类设备。  超大尺寸、超多激光设备具备小尺寸零件批量打印潜力  同时换一个角度，采用超大尺寸、超多光束激光选区熔化设备不是为了打印单件大尺寸产品，而是为了打印多件小截面积、小高度产品，就可以规避拼接区域多、小区域问题导致单仓打印全部失败等高风险问题，一台设备可作为10多台300×300幅面单光设备或者4~5台600×600幅面4光设备，发挥出高集成度的性价比优势。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.数十激光+米级幅面！2023年国内重量级SLM金属3D打印新品装备一览 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.多材料金属3D打印：高制造成本与高价值回报的博弈 4.过程-结构-属性！两大工具探索金属增材制造技术的基础物理机制

10月28日，3D打印技术参考注意到，Desktop Metal旗下多材料金属3D打印部门Aerosint已被其出售给舍弗勒集团旗下的机器制造部门舍弗勒特种机械公司。 Desktop Metal 2023年第一季度季报透露其大幅降低了Aerosint的价值，使其低于最初收购时的估计水平。报告指出：“Aerosint收购包括与收入指标和技术里程碑相关的或有对价。报告指出，Aerosint的收购包括与收入指标和技术里程碑相关的或有对价，截至收购之日的公允价值为610万美元，截至2023年3月31日的公允值为180万美元，而根据2023年第二季度季报文件，这一价值甚至下降到了20万美元。 这可能意味着Aerosint没有达到最初预期的收入指标和技术里程碑。Desktop Metal已支付与这些里程碑相关的160万美元现金和80万美元股票。鉴于公允价值从610万美元跌至20万美元，这可能表明此次收购对Desktop Metal的财务效益并不如预期，这可能是Desktop Metal决定出售Aerosint的原因之一。 2021年7月，Desktop Metal收购多材料粉末床熔融工艺的领导者Aerosint，后者发明了一种独特的选择性粉末沉积装置，能够同时3D打印多种材料，提高了粉末使用效率，进一步降低了运营成本并提高了吞吐量。 Desktop Metal创始人兼首席执行官此前曾表示：“这项交易推进了我们拥有差异化打印技术的战略，这些技术支持大规模扩展增材制造2.0的产品组合。”当前，3D打印主要集中于制造单金属零部件，而未来，人们将更多倾向于直接打印完整的产品，这些产品可能由多种材料组成，多材料3D打印是增材制造的下一个前沿领域。  Aerosint第一台商用双金属L-PBF打印机 3D打印技术参考此前曾发文分析，Aerosint公司的技术可与聚合物、金属和陶瓷兼容，能够在打印过程中对材料进行全区域打印控制，并且可以扩展至激光粉末床熔融、激光烧结以及粘结剂喷射工艺中。Aerosint作为同类产品中唯一的高通量、多材料3D打印机开发商，与传统的粉末床打印工艺相比，该技术减少了浪费和交付时间，并允许用户局部优化零件的机械性能，它具有开启新的增材制造应用的潜力。使用选择性粉末沉积，可以调整组件的化学和物理质量，提高它们的耐磨性、减振性和导热性或导电性。 Aerosint3D打印的铜—钢双金属热交换器 在收购该公司之后，Desktop Metal打算将这种多材料工艺稳步整合到自己的产品中，同时允许该公司作为一家全资子公司独立运营。这为Aerosint提供了更广泛的分销网络，并抓住新的市场机会。 但目前的结果是，这份该公司的技术未能成功商业化，技术潜力似乎未能充分挖掘，而未能解决的技术问题可能使其未能成功的关键因素。3D打印技术参考曾有多篇文章介绍采用SLM技术打印多金属材料的重要应用潜力及难点，其中指出，高制造成本及高浪费是需要解决的重要问题，同时也需要面对应用场景较少的窘境。 舍弗勒集团是一家来自德国的家族企业，极活跃在汽车制造、工业制造和航空航天领域。该公司在多个国家设有工厂，拥有在增材制造领域进行大量投资的财务实力。舍弗勒收购Aerosint旨在加强其增材制造能力。这笔交易似乎对双方来说都是双赢，舍弗勒获得了一项创新技术，帮助其在增材制造领域保持竞争优势，而Desktop Metal考虑到其财务状况，可以从直接的现金流入和降低的运营复杂性中受益。 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.多材料金属3D打印：高制造成本与高价值回报的博弈 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.SLM-3D打印一体化多金属材料散热器，揭示未来应用潜力

2023年5-10月，中国科协智能制造学会联合体开展“中国智能制造科技进展”研究，经过15家成员学会、智能制造领域内专家的推荐、遴选，现有10项科技进展成果入围“2023中国智能制造十大科技进展”。现将入围项目予以公示，公示期10月27日-11月3日。3D打印技术参考注意到，"基于5G+工业互联的增材制造产线及在航天高端装备中的应用"入围。 1 活体细胞精准操作机器人技术及系统 关键词：机器人技术；显微操作；细胞操作；动物克隆 入围理由：活体细胞操作对生物医药的发展，农业育种关键核心问题的解决具有重要意义且需求增长迅猛。南开大学面向生命科学发展的迫切需求，研发活体细胞精准操作机器人技术及系统，旨在利用机器人代替人工实现自动化活体细胞操作。活体细胞有生命，具有操作成功率低、操作后成活率低、后续发育率低的特点，对机器人技术提出了极大挑战。本项进展为生命科学研究与成果推广提供自动化细胞操作系统，具有广泛的应用价值。研发基于最小力的精准定点操作技术、基于最小应变的精准微创操作技术、面向最小去核量的定量去核操作技术，研制出国内活体细胞精准操作机器人系统。成果应用于生物医药、脑科学研究，已在14家单位实现应用。 2 核燃料组件自主化关键制造技术及成套装备 关键词：核燃料组件；制造技术；装备开发 入围理由：核燃料组件作为最重要的核岛内反应堆部件及核工业的战略性基础部件，对国家“安全高效发展核电”的能源战略、核工业产业安全等具有重大影响。湖南大学面向国家重大需求，历经10余年产学研联合攻关，针对核燃料从“芯块”到“元件”再到“组件”整个链条关键智能制造技术开展系统研究，攻克一系列关键共性技术及核心智能制造工艺，研制成套智能化装备，包括：辐射损伤可靠性分析与设计关键共性技术；核燃料芯块制备的磨削制造工艺及自动化装备；核燃料组件组装制造的格架条带级进模冲制工艺与智能化装备等。本项科技进展自主开发芯块制备、元件制造、组件组装3个方面共计8类关键工艺及11类系列化高端设备/装备，支撑建设我国5条核燃料组件制造骨干生产线，推动我国核工业实现“中国芯”的核心能力建设，形成完整的技术、工艺及装备体系，相关研究成果有力推动了我国核燃料组件制造从受制于人到整体技术自主可控的重要转变，为核工业产业安全及国家能源战略安全提供有力保障。 3 燃气轮机全寿命周期一体化研制关键技术研究与应用 关键词：燃气轮机；数字化工厂；全寿命周期数字化 入围理由：燃气轮机是国之重器，是涉及国家国防安全和能源安全的战略性高端装备，在船舶动力、分布式能源和发电等领域有着不可替代的战略地位和作用。中国船舶集团有限公司第七〇三研究所、中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司联合攻关燃气轮机全寿命周期一体化研制与新一代信息技术创新融合，利用数字技术对燃气轮机研制进行全方位、全角度、全链条赋能，提升全要素生产率。通过近10年的建设实践，解决燃气轮机设计、制造、维修等核心技术问题，成功研制具有自主知识产权的工业燃气轮机，在天然气输送、油气开采、分布式能源、应急供电等领域实现应用。本项科技进展以全面建设燃气轮机数字化工厂为目标，构筑燃气轮机全寿命周期数字化、智能化创新链，实现研发设计数字化、制造过程可视化、试验数据资产化、服务保障智能化，产品研发周期缩短30%，生产能力提升一倍以上，单台燃机成本降低约600万元。 4 水稻生产全程数字化管理与智能装备产业化 关键词：水稻智慧生产；智能农机；数字化管理平台；决策模型 入围理由：中联农业机械股份有限公司、中联智慧农业股份有限公司、国家农业智能装备工程技术研究中心与安徽中科智能感知科技股份有限公司以水稻生产为对象，全过程运用耕、种、管、收、储五个环节智能化农机装备和数字化管理，通过解决水稻生产智能化水平低、数字化管理缺失、农机农艺数据不融合等问题，使水稻生产从“靠天吃饭”，转变为依托智能装备，依靠科学决策依据进行全过程数字化管理的农业生产方式。水稻生产全过程使用卫星激光平地技术，使土地平整度不超过3cm；种植过程采用无人化有序抛秧机抛秧技术，替代人工并缩短秧苗缓青期，实现增产；收获环节人工智能收割机根据作物姿态、土壤环境、天气情况等信息，实现自适应调节、低损收获；运输环节由无人运粮车与收获机完成自动卸粮后，转运至智能烘干中心，利用水稻水分烘干曲线控制技术，降低爆腰率、减少谷物内伤，从而增加水稻出米率，同时保粮食品质。生产过程中配合数字化管理平台，构建土壤、病虫害、肥力等决策模型，90%以上的病虫草害和水分长势识别精度，实现精准喷药、变量追肥、智能灌溉和作物长势全程监控。全程智能装备与技术应用，每亩可以减少农事作业30%~40%；减少农药投入约20元；减少各类肥料20-30元；节水30%左右；碳汇量约1.8~2吨，效益显著。 5 离子束设备与工艺解决方案的国产化替代 关键词：离子束装备；超精密微纳加工；国产替代 入围理由：佛山市博顿光电科技有限公司从源头突破核心技术和关键工艺，实现高性能离子源及离子束装备的全国产化，工艺应用功能表现优异。如：在航天探测领域实现SiC光学遥感反射镜大面积高均匀性低温镀银；实现激光陀螺反射镜的亚纳米抛光修形、5PPM超低损耗极致指标镀膜；在国产光刻机镜头的超光滑镜片亚纳米抛光修形、掩膜版多层纳米级镀膜/刻蚀（钼硅）、193极紫外超低吸收镀膜等工艺上得到应用。高性能离子源产品进入半导体领域并实现批量和标杆客户复购的离子源产品，助力半导体领域特色工艺线应用实现突破。同时，开发出矩形射频离子源产品，在高温超导带材领域实现超薄超高精度种子层薄膜的低温大面积卷绕式镀膜量产。 6 立面维护机器人在大型复杂立面的智能化作业技术及装备 关键词：立面维护机器人；爬壁机构创成；工艺动态规划；智能安全作业；人机高效协作 入围理由：面向船舶、石化、风/核电等行业大型立面维护作业需求，彼合彼方机器人（天津）有限公司聚焦爬壁机器人工程应用中的技术与工艺瓶颈，系统突破爬壁机构创成设计、高效高质工艺规划、智能感知安全作业、人机互助高效协作等关键技术，创新研发出立面除锈、喷涂、检测机器人，构建覆盖立面维护全流程的智能化机器人立面维护作业体系。机器人现已应用船舶、石化、风/核电等行业，并实现海外供货。 7 面向批量定制的自适应可重构柔性控制技术 关键词：在线工艺规划；自适应运动规划；自动编程 入围理由：中国科学院沈阳自动化研究所针对批量定制产品离线工艺规划、机器人与PLC离线编程周期长的难题，通过融合在线工艺知识学习与推理、自适应运动规划、自动编程的工艺控制一体化、自动化架构，突破非结构化工艺知识高效提取、工艺知识主动推荐、复杂约束下机器人快速路径寻优、机器人和PLC程序自动生成与转换等技术，实现批量定制过程柔性控制系统的自适应可重构，大幅缩短批量定制的工艺规划、编程离线调整时间，以及交付周期。有力支撑批量定制产品对于生产系统快速响应的需求。本项科技进展已在电梯行业进行示范应用，研发出的上坎门头自适应可重构柔性装配系统，缩短电梯批量个性化定制的交付周期40%。该项科技进展成果也已推广至航天重大防务装备的柔性制造。 8 基于5G+工业互联的增材制造产线及在航天高端装备中的应用 关键词： 增材制造产线；5G+工业互联；航天高端装备 入围理由：面对当前增材制造单机设备有效利用率低、全流程自动化水平低、数据价值低、过程管控弱等问题，北京星航机电装备有限公司增材制造与5G融合，建成基于5G+工业互联的增材制造产线。通过开发多缸体连续生产的增材制造设备、自适应粉末循环供粉系统、基于力传感补偿的成形缸粉末自动清理、以及基于5G低时延RGV/AGV物流和基于力反馈的基板自动紧松螺钉等增材制造产线全流程的自动化成套装备，借助5G“大带宽、低时延、广连接”技术，打通自动化和信息化孤岛，增材制造产线实现设备、生产过程、工艺数据的全方位采集与信息集成。开发基于任务驱动的增材制造产线协同控制系统，实现基于5G边缘云存储与低时延的打印程序下发，生产调度、生产状态实时反馈，产线装备异常管控等功能。该科技进展成果已在近10余种航天装备4000余件产品实现应用，显著降低生产成本、提高生产效率，提升产品管控质量。 9 差别化聚酯长丝高效规模化智能制造工厂 关键词：智能制造；工业互联网平台；5G技术；未来工厂 入围理由：化纤行业是我国纺织工业的重要支柱产业，正面临着领先地位竞争激烈、产业不断外移的风险与压力。新凤鸣集团股份有限公司针对设备多、环节多、批次多、作业细的生产过程特点；规模化、长周期、产业链长的工艺制造特点和多工艺段、多产线并行的规模化制造特点，打造差别化聚酯长丝高效规模化智能制造工厂。综合应用5G、人工智能、数字孪生、工业互联网和先进制造工艺等10余项技术，以解决超3000万吨产能和近500亿产值所带来“大而不强，大而不精，大而不智 ”的工厂管理问题，同时解决行业装置分段式运作、数据链不完善、产业链协同管理能力低等共性问题。本项科技进展构建形成：“1（凤平台）+2（双网融合）+4（四链协同）+N（N家企业输出服务）”智能工厂构建新模式；产业协同化、产业数字化、管理现代化和数字产业化的智能工厂“四化”运营新样板；5G MEC云网融合、5G飘丝巡检机器人等工业场景5G创新应用；解决方案可复制可推广，服务行业多家企业。 10 现代制造业高速高精智能感知测控关键技术及应用 关键字：现代制造业；智能感知；测控技术；高速高精；生产流水线 入围理由：上海大学通过产学研协同攻关突破现代制造业高速高精智能感知测控关键技术难题，针对现代高速生产过程中造成视觉传感图像亮度不均、拖尾、模糊等问题，提出基于局部能量离散水平集图像子空间定位算法，攻克复杂场景下模糊图像的精准定位技术，技术高速动态检测精度达到了0.01毫米。提出基于区域投影直方图不变特征的数据稀疏表征映射匹配算法，实现图像子空间快速搜索。研发了速度1100米/分钟线缆检测装备。研制拥有自主产权的高速高精智能感知测控系统，攻克车辆紧固件、医药包装、新能源电池等产线的高速测控难题，实现在确保检测后产品合格率100%情况下，误检率小于0.3%。 以上为“2023中国智能制造十大科技进展”入围项目基本介绍。公示期为2023年10月27日-11月3日。公示期内若有异议，请及时反馈给智能制造科技进展遴选办公室。 联系电话：010-68799025   邮箱：liuyq@cmes.org  关于“中国智能制造十大科技进展” 自2017年起，中国科协智能制造学会联合体持续7年开展“智能制造科技进展”研究，以智能化车间/工厂、智能制造技术及装备、基础、标准、服务模式等维度，持续跟踪发展与应用趋势，研究分析不同行业、企业推进智能制造的实践案例，遴选“中国智能制造十大科技进展”。 智能制造科技进展的研究、推荐、遴选，主要从创新性、引领性、应用成效、影响力、未来预期、知识产权等方面考虑，在智能制造领域中具有前沿性、新颖性或实质性、示范性的技术突破；解决智能制造领域技术难点或行业热点问题；在劳动生产率、效能回报率、对生态和生活环境改善的贡献程度；以及对行业创新能力和竞争力的提升等方面都具有一定影响。 本文来自：中国机械工程学会 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打印融合人工智能，影响七个环节，面临十项挑战 2.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 3.为量产而生！峰华卓立粘结剂喷射金属3D打印技术重大升级 4.工信部组织开展增材制造典型应用场景征集工作

当前，增材制造与人工智能(AI)技术都已独立掀起了应用革命，重新定义了各自领域的可能性，但正两者的融合正在为制造带来更多潜力。本文将从优化设计到质量控制需求，探讨人工智能和3D打印技术的交叉点，特别阐述生成式人工智能如何增强增材制造的能力。最后，将讨论两者结合面前所面临的挑战。   01人工智能如何增强增材制造 随着3D打印领域的不断发展，人工智能(AI)的集成已被证明是一股变革力量，引入了增强功能和无数专为增材制造定制的方法：  1. 衍生式设计：人工智能在设计优化方面的能力非常出色。考虑到最初的限制，人工智能探索了无数的设计变化，产生了比人类所能设计出来的更轻、更坚固和更高效的零件。 2. 流程优化：人工智能能够对制造流程进行微调，保证打印质量的一致性。根据传感器反馈调整打印速度、层厚或温度等参数，确保最佳打印条件。 3. 用于质量控制的机器学习：增材制造的质量保证受益于人工智能的分析能力。先进的机器学习模型，例如卷积神经网络(CNN)，可以评估打印组件的图像以识别缺陷或设计偏差。 4. 预测性维护：利用人工智能分析运行数据，可以提前进行设备维护。这减少了计划外停机时间，确保制造过程顺利高效。 5. 材料创新：人工智能的实力已延伸到材料选择和创新。它有助于挑选合适的材料，并建议针对所需特性量身定制新组合。神经网络模型可以预测新型材料的特性，甚至在生产之前就可以提供见解。 6. 强化学习促进流程细化：持续改进对于增材制造至关重要，不断强化学习通有助于实现更好的材料特性或表面质量。 7. 通过NLP进行文档记录：人工智能采用自然语言处理(NLP)技术来自动更新或创建与设计更改保持一致的文档。  人工智能会影响3D打印的多个环节02生成式人工智能的兴起及其影响 生成式人工智能是一种能够根据学习到的数据模式生成新内容或设计的人工智能，这项技术给增材制造领域带来了多方面的影响。近期，ChatGPT展示了其在各个领域的影响力，凸显了生成式人工智能在制造业的变革潜力。  生成式人工智能最显著的优势之一是其快速促进设计进化。该技术无需延长开发周期，而是可以快速生成针对特定约束的多种设计选项，从而简化从初始概念到最终设计的过程，并减少多次原型设计迭代的需要。设计处理的加速伴随着创新的冒险。生成式人工智能不受人类偏见或传统设计范式的限制，使其能够探索独特的设计途径，乍一看似乎违反直觉，但有可能带来创新的解决方案。   除了单纯的设计之外，生成式人工智能的能力还扩展到前所未有的定制规模。无论是根据个人独特的生理机能精心定制的假肢，还是设计在特定环境条件下发挥最佳性能的工程汽车组件，生成式人工智能都将个性化置于制造的中心。这种对精度的承诺不会以牺牲可持续性或效率为代价。通过优化设计，生成式人工智能可确保使用尽可能少的材料来制作产品，将强度和功能结合起来，不会造成浪费。这种资源效率不仅支持可持续制造实践，而且被证明具有成本效益。 与3D打印流程的无缝集成是生成式人工智能的另一个特点。其本质上的数字优先设计可以顺利过渡到增材制造世界，确保产品的物理表现与其数字蓝图完美契合。更有趣的是，生成式人工智能并不是静态的，而是动态的。它在不断发展，通过每个反馈循环，从用户响应到性能指标和新发现的材料特性，它都会完善其设计建议，使它们更加复杂并与现实世界的要求紧密结合。 如今，生成式人工智能和增材制造的结合带来了一个设计高效、可定制、不断发展的未来，重塑了制造业的结构。 03应对挑战 虽然生成式人工智能和增材制造的融合有望带来革命性的设计和生产方法，但它也并非没有挑战。认识到这些挑战并制定解决这些挑战的策略将是充分发挥这种整合潜力的关键。  1. 计算需求：生成式人工智能模型可能需要大量计算，特别是在处理复杂几何形状和约束时，使用者可能需要投资高性能计算集群或利用云平台。 2. 数据质量和可用性：生成式人工智能的有效性通常取决于其训练数据的质量和数量。数据不足或有偏差可能会导致设计不理想甚至有缺陷。 3. 解释人工智能输出：有时人工智能生成的设计可能是违反直觉或非常规的，工程师和设计师必须严格评估这些输出，确保它们符合安全标准和实际考虑。 4. 与现有系统集成：引入人工智能驱动的设计流程可能需要对现有设计和制造工作流程进行重大改变，无缝集成对于避免中断至关重要。 5. 材料限制：虽然人工智能可能会产生复杂而新颖的设计，但当前适合3D打印的材料范围可能会限制它们在现实世界中的适用性。 6. 知识产权问题：确定人工智能生成的设计的所有权和专利性可能是一个法律灰色地带，使用者需要应对这些挑战以保护创新。 7. 可靠性和测试：人工智能设计的产品需要严格的测试，特别是在航空航天或医疗设备等关键应用中，传统的测试协议可能需要调整或扩展。 8. 成本影响：虽然生成式人工智能可以节省材料和设计优化的成本，但人工智能基础设施、培训和集成的初始投资可能会很大。 9. 人机协作：生成式人工智能的最佳用途不是取代人类设计师，而是增强他们的能力。建立人类和人工智能共同工作的协作框架可以产生最佳结果。 10. 监管和认证挑战：产品，尤其是受监管行业的产品，必须符合特定标准。监管机构可能需要调整其框架以适应和验证人工智能生成的设计。04结论 展望未来，生成式人工智能和3D打印的结合预示着设计和生产的边界会不断扩大并将重新定义未来。人工智能和增材制造之间的协同关系具有变革性，象征着技术与创新制造错综复杂的未来。然而，当我们在这一创新之旅中前行时，我们必须以战略远见来应对挑战，确保这种技术共生不仅是创新，而且是维持和发展，不断推动走向无限创新的未来。 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.将碳纤维增强3D打印用于第22届全国大学生机器人大赛 3.为量产而生！峰华卓立粘结剂喷射金属3D打印技术重大升级 4.颜永年教授：发展大型高效激光金属熔化3D打印装备，助推我国航天航空制造发展

光束整形在金属3D打印领域偶有提及，关注不多。但知名的研究机构如德国Fraunhofer IAPT以及美国LLNL国家实验室均在该技术领域进行着深入研究，甚至已经有打印机制造商的参与。金属3D打印要成为重要的工业化生产技术，必须稳定可靠，而多方均已认识到光束整形对于金属增材制造的价值。 Fraunhofer IAPT的光束整形研究可将金属增材制造生产率提高2.5倍，并将工艺稳定性提高40%。该机构的负责人表示，光束整形技术能够实现最佳的熔池能量输入。实际上3D打印技术参考此前也报道过，另一家知名的研究机构劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员也在探索高功率激光打印中常用的高斯光束的替代形状，以规避打印过程中出现的缺陷，颜永年教授也曾在演讲中提到过该技术。 01什么是金属增材制造的光束整形？ L-PBF技术当前所使用的光斑呈现高斯分布，但这种光束的能量分布并不完美。高斯分布是指根据高斯函数形成的分布或曲线，通常称为正态分布或钟形曲线。高斯函数的形状是对称的，许多激光器在能量强度分布方面都符合这种分布。 高斯分布导致能量分布不均匀，因中间能量过多，一些低熔点合金元素会发生汽化，这会造成“熔池行为不稳定”并损害工艺的稳定性。同时，高斯分布的外边界通常能量不足，导致熔化不彻底。在L-PBF 3D打印过程中使用高斯光束，会导致激光与金属粉末相遇处产生较大的温度梯度和复杂的熔池不稳定性，产生强烈的蒸气，并在构建过程中在金属基底中形成一个深腔，即形成钥匙孔。匙孔会在熔池中产生气泡，形成气孔，导致成品零件的机械性能下降。不同激光形状的温度分布以及所得横截面 在这种本身就不稳定的情况下，去优化工艺，本身就充斥着各种不确定性。平顶轮廓被认为可以解决这些问题，但这带来了热量不均匀的挑战。Fraunhofer IAPT则引如了“环形轮廓”的想法，它可以实现更一致的温度分布。实验证明，光束整形可以增强“工艺稳定性”并显著提高生产率。 激光束轮廓与相应应用的匹配越高，能量输入和相关工艺稳定性就越好。这最终会带来更高的工艺效率和生产率，并降低制造成本。 02为什么汽化会严重影响3D打印过程 如果熔池稳定性下降，就会出现飞溅效应。过多的能量输入导致局部汽化增加，因突然膨胀而产生反冲力，将材料垂直推出熔池。当与激光束相互作用时，这些飞溅粒子会独挡激光，从而削弱到达粉床表面的能量，而且这些飞溅可能落到粉床表面导致零件内产生夹杂或者未熔合。以上这些现象无疑都会造成缺陷的产生，而且循环往复，导致更加严重的缺陷甚至事故。   熔池周围的压力梯度也会导致飞溅产生，伯努利效应引起的湍流可能是另一个需要考虑的因素。在激光加热过程中，光束路径周围会产生湍流，湍流能将半烧结颗粒拉回到熔池中。总的来说，飞溅的来源有两种情况——熔池内和熔池边沿。  03L-PBF技术中的光束整形有哪些选择？ 激光光束整形是将激光光束转换成特定图案、形状或强度分布的过程，以针对特定应用优化其性能。为了提高激光的能量利用率，常常需要把高斯分布或其他非均匀分布的光束整形成均匀分布，以满足特定的结构或应用要求。激光光束整形技术在激光领域中发挥着极其重要的作用。 使用激光粉末床熔融(L-PBF)进行光束整形有多种选择——直接在光纤激光器内进行整形，另一种方法是在光路中使用光学元件进行整形。 对于前者，一家名为nlight的公司面向金属增材制造市场推出了所谓可编程的激光器，可以在单模光束和其他光束轮廓之间切换而不需要在光路上使用光学元件。它所提供的环形模式几何形状光斑可稳定大型熔池，减少灰尘和飞溅，提高打印质量。离散光束轮廓可以每秒快速选择30次，为控制熔化和凝固速率、物理微观结构和热应变提供了新的自由度。   Fraunhofer IAPT使用nlight公司的AFX-1000可编程激光器获得的不同激光光斑 Nlight激光剖面图及不同情况下的打印情况 但是目前流行的做法还是通过光学元件进行整形。例如，LLNL的研究人员将激光穿过两个锥形透镜及其他光学器件和扫描器，在中心光束周围形成环状，从而获得了贝塞尔光束形状。研究人员使用实验室的商用3D打印机，用该实验装置从不锈钢粉末中打印出了立方体和其他形状。为了研究激光束整形实验的效果，研究人员使用了高速成像。对熔池动力学的观察表明熔池湍流和飞溅显著减少。与此同时，研究发现使用贝塞尔光束比传统高斯光束制造的零件更致密，拉伸性能更高。 LLNL研究人员对光束进行整形获得贝塞尔光束原理图 高斯光束和贝塞尔光束熔融过程中的高速快照 通过结合简单的光学元件进行光束整形来提高L-PBF 3D打印金属部件的质量，具有更高的成本效益。实际上这是光束整形技术选择的权衡问题，每种选择都有其独特的优点和挑战。而对于L-PBF未来潜在的发展，稍微偏移的环形轮廓可能有利于熔池的加热和冷却动态。 04减少飞溅、稳定打印，定制微观结构 Fraunhofer IAPT研究人员指出，通过光束整形，L-PBF打印过程中的飞溅减少了30%至40%，从而减少了构建失败的几率。与此同时，还可以对同一零件的不同位置定制所需微观结构，从而无需热处理或其他表面处理就能使零件获得诸如内部高韧性而表面硬化的特性。这无疑是通过其正在研究的可编程激光而获得的优势，因其可以在制造过程中切换光束形状来得到所需的能量分布。 除该机构之外，滑铁卢大学的研究人员也指出，光束整形被认为是一种修改打印部件微观结构的新方法，研究发现，椭圆光束可获得更细的等轴晶粒、更高的泰勒因子和机械性能。 05可提高整体制造效率 除可定制微观结构外，光束整形还可带来打印效率的提高。在近似打印参数条件下，光束整形后打印效率可以提高1.5-2.5倍。Fraunhofer IAPT研究人员指出，如果最大限度减少后处理，提高金属生产的打印效率，可以将成本降低三倍。 LLNL研究人员同样指出，L-PBF技术若若进行光束整形后则无需像使用高斯光束构建的部件那样进行昂贵且耗时的后处理。 END 通过光束整形，可以减少高斯光束制造零件通常需要的后处理技术所涉及的费用、缩短时间，比交替扫描成本更具明显优势。坚固且无缺陷的零件生产以及以经济高效的方式打印大型结构是大势所趋。为了使3D打印真正与工业标准兼容、超越传统制造方法、避免交替扫描技术带来的集成性挑战，需要不断探索光束整形，使其广泛应用于各种金属的打印，并将其纳入商业3D打印系统。 实际上，光束整形技术的研究与商业化都在加快。根据Fraunhofer IAPT的说法，其正在多家金属3D打印设备制造商共同研究，也许不久会有能够进行光束整形的金属3D打印机面世。 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.美LLNL国家实验室：通过光束整形，3D打印更光滑、孔隙率更低的超高密度零件 2.「3D打印态」钛合金具有均匀且不间断的柱状晶，获得良好的抗蠕变和抗疲劳性 3.为量产而生！峰华卓立粘结剂喷射金属3D打印技术重大升级 4.颜永年教授：发展大型高效激光金属熔化3D打印装备，助推我国航天航空制造发展

2018年，峰华卓立基于砂型3DP技术的多年积累开始探索金属和陶瓷3DP技术装备。2020年推出了自主研发的第一代下送粉的粘结剂喷射金属打印装备BJM430，2022年推出第二代上送粉BJM460机型。至2023年，随着市场需求的不断扩大，峰华卓立面向批量化生产客户推出了第二代升级款BJM460金属打印装备。相比于之前，在结构上进行了优化和改进，在性能和功能方面进行全面的提升和完善，配置了全产业链的附属设备。 第二代升级款BJM460展示图 升级款BJM460，是面向批量生产客户的而设计的高效金属增材制造装备，凭借其大小缸配置、产线优化、开源策略等优点，已经在汽车、粉末冶金、机械模具、教育科研等行业获得了良好的工业应用。 01全面优化，高效生产 喷头负压管理+在线监控+多层压实 第二代升级款BJM460在上一代的基础上进行了优化； 升级打印系统矩阵式布局，喷头分辨率为400/720/1440dpi，客户可以根据精细度、打印速度、不同应用场景等需求选择不同分辨率的喷头。 配置喷头独立负压管理系统，打印自动纠错优化算法，喷头系统可单独工作也可以联合工作，避免打印系统因单个喷头损坏而导致工作终止，提高了设备的稳定性和可靠性。 提供在线监控功能，实现实时打印过程中自动纠错、喷头自保湿和自清洁功能；水基低碳粘结剂的成功使用，喷头使用寿命可超过2年，售后维护成本更低。 粉末多层压实功能，生坯打印致密度提高10%，可达68%左右。 02大小双成型缸 研发与批量生产兼备 秉承创新理念，BJM460拥有大小缸配置，集研发与批量生产一体，成型缸为大小缸（160*125*80mm & 460*375*300mm）设计，能满足多种材料打印测试需求，也能满足航空航天、汽车、医疗、科研、模具等行业大尺寸和批量打印成型需求。 在科研行业和制造领域，用户可使用小成型缸进行工艺、材料开发，有效降低用户的开发和工艺验证成本；当成型大尺寸零件或批量生产时，则使用大成型缸，减少了设备重复投入的经济成本，降低了不同设备带来的工艺风险。总的来说，用户可以利用大小成型缸技术，完成从样件到批量生产的快速导入，从而更好地满足市场需求。 03一体化集成解决方案 产线定制+模拟仿真+烧结控制 客户可根据需求，选配自动送粉装置、除尘循环系统、转运小车、固化炉、清粉及粉末回收装置、真空脱脂烧结炉等辅助设备，从而提高整个生产流程的安全和效率。辅助设备的配置能够减少对人力的依赖，改善工作环境和劳动强度，确保粉末回收利用率超过95%。此外，峰华卓立为客户提供定制化的高真空脱脂烧结一体炉，可以用来适配多种金属材料烧结，特别是氢气还原系统，可以用于钛合金的烧结。通过定制化，该公司可以快速的帮助客户完成烧结和工艺测试。 BJM460产线配置及工艺流程方案 生坯烧结过程中的收缩变形是当前金属3DP技术面临的主要挑战之一。由于不同材料的热膨胀系数不同、升温和降温速度不同、结构复杂等原因导致生坯会发生不同程度的收缩变形。这种变形将直接影响产品的精度、尺寸和表面质量，可能导致打印件无法达到客户所需的精度要求，甚至无法正常使用。为了解决这个难题，峰华卓立采用烧结模拟仿真软件，对材料进行热分析和流体分析，模拟烧结过程中的变形情况，并在打印之前通过校正和补偿来消除收缩的影响，有效控制产品收缩，其收缩率偏差可控制在±1%以内。 目前，3DP技术的发展确实面临着许多技术和工程难题，其中如何保证在高速打印过程中仍能保持较高的产品精度和质量，以及使打印后的生坯密度分布更加均匀并达到较高的强度等问题尤为重要。 峰华卓立一直致力于技术创新和产品研发，不断地探索和应用新的方法和技术来解决这些问题。目前，该公司自主研发的第二代升级款3DP金属打印装备BJM460在这些问题上取得了显著的进展：生坯尺寸精度±0.1mm，2 Pass打印平均速度20s/layer，这意味着它能够在较短时间内完成复杂的3D打印任务。同时，在生坯的强度问题上，也做了深入的研究，并采用了一系列先进的方法和新材料来提高其强度，经过实验和测试，BJM460打印出来的生坯强度可以达到3Mpa以上，远高于一般3D打印设备的水平。 粘结剂喷射技术BJM460产线布局规划  面向研发以及定制化批量生产的不同需求，峰华卓立将始终致力于为客户提供高质量、高效率和低成本的金属增材制造解决方案，以满足客户不断变化的需求。峰华卓立期望能够与更多的合作伙伴沟通交流（产品开发总监 张唯18673163568 zw@fhzl.co），共同推进粘结剂技术在3D的打印行业的应用与发展。 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.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.机械臂砂型3D打印机和智能化产线，峰华卓立推动铸造产业升级 3.Apple Watch 9或使用粘结剂喷射金属3D打印生产表壳 4.烧结，影响粘结剂喷射金属3D打印零件控形控性的重要因素

在上周举办的第三届航空航天增材制造大会上，颜永年教授做了《发展大型高效激光金属熔化3D打印装备，助推我国航天航空制造发展》的主题演讲。 颜教授指出，永年激光所做的一些工作，主要是为了航空航天领域的应用。3D打印技术，尤其是激光粉末床熔融工艺的发展，引起了产品结构的重新定义。该技术已经初步完成了精度和经济的统一、精度和效率的统一，以及精度和材料的统一。而对于世界航空航天领域，颜教授认为，该领域已经进入了金属3D打印（SLM）制造的新时代，其他行业的大门也已经打开。 面对今天种类繁多的金属3D打印工艺，颜教授指出，区域打印、多激光大幅面粉末床SLM技术、能量沉积技术以及粘结剂喷射技术应当引起行业内的关注。而具体到SLM技术，多激光、无支撑、少飞溅以及蓝光、绿光等替代光源的发展正在成为新的方向。 永年激光近年来已取得众多关于大型高效金属SLM 3D打印的研究成果，包括集成式扫描头、激光动态再分配技术、冗余扫描技术等，克服了工程上的一些列困难，如空间、热、电磁干扰和安全隐患极限；开发了多款适用于航空航天领域的超多激光和超大尺寸金属3D打印装备。以下为颜教授的完整演讲资料。 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.数十激光+米级幅面！2023年国内重量级SLM金属3D打印新品装备一览 2.3D打印成功制备无裂纹、高性能超高温碳化钛陶瓷 3.波音与空客均在使用3D打印制造直升机零件，认为综合成本更加经济 4.借助机器学习和3D打印，快速实现超材料结构逆向设计

陶瓷3D打印一直备受关注，如今业界已经开发出了多种基于不同3D打印工艺的商业化设备，并适用于不同领域的陶瓷应用，3D打印技术参考在往期文章中也进行过详细介绍。但需要指出的是，陶瓷3D打印技术并没有像金属和聚合物那样成熟，在应用领域也远未有后两类材料那样广泛，所能制造的材料种类也多局限于氧化物陶瓷。 非氧化物陶瓷（碳化物、氮化物和硼化物）具有非常理想的特性，包括高导热性和导电性，以及对长时间暴露于高温、化学、辐射、应力和机械磨损的适应性。非氧化物陶瓷中的超高温陶瓷具有所有二元化合物中最高的熔点（超过3000°C），并且在2000°C以上的空气中具有热和化学稳定性。由于其极端的耐火特性，受到了航空航天、火箭推进和高超音速领域的关注，该材料可用于制造这些领域的热保护系统、喷管、喉管以及天线罩，这些应用通常在高热通量、腐蚀性氧化环境和快速加热/冷却速率场景下使用。 导弹上的陶瓷天线罩 应用航空航天的陶瓷3D打印产品：高温合金涡轮叶片熔模铸造二氧化硅基陶瓷芯、氧化锆离心叶轮和由氮化硅制成的燃烧喷嘴（来自Lithoz） 使用增材制造或传统陶瓷加工技术生产具有复杂结构的超高温陶瓷既困难又昂贵。这些材料中的强共价离子键和金属键抑制了足够的原子流动性以减轻加成过程中的热诱导应力，并且在加热到产生流动性的温度时可能导致分解，因此需要高后处理温度和压力辅助技术来生产致密部件。这些方法通常将几何复杂性限制为简单的轴对称形状（如圆柱体）或没有内部特征的组件。当使用 3D打印技术成形耐火陶瓷时，颗粒材料的高温固结（烧结）需要结合相或有机添加剂（分散剂、粘结剂、增塑剂、润滑剂等）以在非反应性材料上提供所需的流变和内聚特性原料。对于超高温陶瓷材料的3D打印，需要高温（＞ 2000 °C）、缓慢加热（0.1–2°C/h）和热等静压，缓慢的原子扩散阻碍了非氧化物颗粒的固结和烧结。 3D打印技术参考注意到，约翰霍普金斯大学的一组研究人员使用商用系统成功制造了超高温碳化物陶瓷。这是一种被称为两步反应的3D打印技术，制备出了具有亚毫米分辨率的碳化钛 (TiC)立方体和晶格结构。而碳化钛是一种类似于碳化钨的坚硬耐火陶瓷，具有高熔点 (3067°C)、高硬度、极高的抗压强度、耐化学侵蚀、低摩擦系数以及高导电性和导热性。该材料通常被作为金属基复合材料的增强成分使用，作为单独材料进行3D打印则未看到过报道。 https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103318 本文研究打印完未清理的晶格结构 该研究主要包括两个重要步骤： 将钛粉与酚醛树脂混合，使用粉末床激光烧结（SLS）工艺打印成生坯，期间使用氩气保护； 将坯体在甲烷（CH4）气氛中进行原位等温气固转化，经两步反应得到超高温碳化物陶瓷TiCx；为反应生成TiC，需要进一步处理。 研究发现，与不发生气固反应的其他间接增材制造技术相比，钛粉在与甲烷发生反应时释放的大量热量促进了粒子间的键合；同时，Ti转化为TiC会产生体积膨胀，弥补了酚醛树脂分解产生的孔隙，从而减少了材料收缩，获得无裂纹试样。 立方体和晶格结构生坯 生坯部分和完成转化的结构对比 温度控制和加热持续时间可用于改变生坯微观结构并调整转化率和碳化物的量，在生坯致密化之前进行气固反应，直到气体扩散率受到限制，这种两步后处理程序可能被证明在创建致密、坚固的 超高温陶瓷组件方面最有效。在此反应合成过程中，必须仔细控制温度、气体成分和加工条件，确保同时发生放热反应、反应结合和致密化，从而生产出结合良好、致密性更高的TiC部件。 该技术制造的立方体块体和晶格结构细节 对晶格结构进行热冲击实验 研究人员使用该技术打印了立方体块体和金刚石立方晶格结构，其中晶格结构的分辨率达到50μm，具有足够的强度且无裂纹。经过快速、高温加热，晶格结构能够在1300°C的峰值稳态温度保持2分钟；经过热冲击测试的晶格保持了机械性能并能够支撑800g的氧化铝耐火砖。 总的来说，这项研究为实现非氧化物超高温陶瓷的增材制造开创了一种可行的方法，进一步的研究将能推进该技术在火箭推进、高超声速热防护及其他极端环境中的应用。 参考：Reactive two-step additive manufacturing of ultra-high temperature carbide ceramics 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; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 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 3.2300万！燕山大学陶瓷增材制造课题获科技部国家重点研发计划支持 4.陶瓷3D打印面临的挑战，一种增韧解决方案与未来市场

3D打印技术参考注意到，NASA于10月19日发布消息称，其最近成功测试了由3D打印制造的铝合金火箭发动机喷嘴。此前由3D打印制造的火箭发动机喷嘴材料通常为镍基高温合金、铜合金或不锈钢，由铝合金制造喷嘴是第一次报道。材料的改变使喷嘴更轻，可携带更多有效载荷，从而为深空飞行奠定基础。 根据该机构的合作机会公告，NASA马歇尔太空飞行中心的工程师与Elementum 3D公司合作，开发了一种可焊接铝，其耐热性足以用于火箭发动机。与其他金属相比，铝的密度较低，可用于制造高强度、轻质的部件。 然而，由于铝对极热的耐受性较低且在焊接过程中容易破裂，因此到目前为止，铝通常不用于火箭发动机零件的增材制造。此前，NASA发起了名为Reactive Additive Manufacturing for Fourth Industrial Revolution Exploration Systems (RAMFIRE-ACO，用于第四次工业革命探索系统的反应增材制造)项目，以期为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。该项目下，NASA与 Elementum 3D合作，通过工艺开发、表征和测试来推进高强度铝合金的大规模定向能量沉积 (DED)工艺制造，并使供应链可供更广泛的航空航天、汽车和其他行业使用。 先进铝合金是具有高强度、高导热性和低重量的理想组合，使其成为许多复杂运载火箭结构的理想选择。高强度铝合金的使用受到这些合金较差的可焊性和可打印性的限制。Elementum 3D利用获得专利的反应增材制造 (RAM) 技术开发了一系列用于激光增材制造的可打印高强度铝合金。这些原料的强度等于或超过可比的高强度锻造铝合金，同时与锻造铝合金不同，它们还可以焊接和3D打印。这些铝合金目前被用于太空、航空航天和汽车行业，并为新的创新设计铺平了道路。RAMFIRE项目将把这些铝合金发展至大规模DED工艺，为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。  带有整体通道的大型气动塞式演示喷嘴的制造工作正在进行中 NASA和Elementum 3D将所开发的变体铝合金命名为A6061-RAM2，并使用其进行喷嘴打印。火箭喷嘴具有小的内部通道，基于再生冷却原理防止熔化。使用传统的制造方法，喷嘴可能需要多达一千个单独连接的零件。RAMFIRE喷嘴采用一体式设计，所需的连接大大减少，并显著缩短了制造时间。  NASA的月球到火星目标需要能够向深空目的地发送更多货物，这种新型合金可以在制造能够承受高结构载荷的轻型火箭部件方面发挥重要作用。STMD先进制造首席技术专家John Vickers表示：“质量对于NASA未来的深空任务至关重要。像这种成熟的增材制造和先进材料项目，将有助于发展新的推进系统、太空制造和月球、火星及其他任务所需的基础设施。” 铝合金火箭喷嘴成功测试 今年夏天早些时候，两个RAMFIRE喷嘴使用液氧和液氢以及液氧和液甲烷燃料配置完成了多次热火测试。由于压力室超过825磅每平方英寸 (psi)（超过预期的测试压力），喷嘴成功累积了22次启动和579秒（接近10分钟）的运行时间，这表明喷嘴可以在最苛刻的深空环境中运行。 NASA工程师在成功进行热火测试后检查RAMFIRE喷嘴 “这个测试标志着喷嘴的一个重要里程碑，在对喷嘴进行一系列严格的热火测试后，我们证明了该喷嘴能够承受月球着陆器规模发动机的热、结构和压力负载。” 除了成功建造和测试火箭发动机喷嘴外，RAMFIRE项目还使用RAMFIRE铝材料和增材制造工艺来建造其他先进的大型部件用于演示目的。其中包括直径为 36英寸（914mm）的气动塞式喷嘴，其具有复杂的整体冷却通道和用于低温流体应用的真空夹套罐。 采用A6061-RAM2 铝材料开发真空夹套制造演示罐，该组件专为低温流体应用而设计，设计有一系列壁厚约为1.5mm的整体冷却通道 NASA和行业合作伙伴正在努力与商业利益相关者和学术界共享数据和流程。多家航空航天公司正在评估这种新型合金和LP-DED增材制造工艺，并寻找将其用于制造卫星和其他应用部件的方法。 与标准生产技术相比，增材制造的零件可以提供复杂的几何设计，并大大节省成本和进度，为推进系统的设计开辟了新的领域。材料选择在系统设计、性能和重量方面也发挥着重要作用。 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.ORNL和NASA合作，3D打印一体式月球车车轮，减少组装 2.NASA投入新资金启动25项太空探索3D打印项目 3.62页成果下载：ASTM发布由NASA支持的增材制造现场监控技术战略指南 4.NASA着力开发火箭发动机的多合金和多工艺增材制造

3D打印技术参考注意到，关于波音与空客在使用3D打印技术制造直升机零件的新闻在近日集中出现。两家公司均涉及到批量3D打印，通过对比传统制造工艺发现，3D打印在一定情况下可以更加便宜。这不禁让笔者联想到，GE公司此前的探索也发现，采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济（点击）。 波音：3D打印小批量生产更经济 报道称，波音公司已开始使用3D打印为波音AH-64阿帕奇攻击直升机生产零部件，目标是缩短较长的制造交货时间并改善供应链。波音公司在一次贸易展上表示，最初的部件（旋翼系统的接头）已经在世界上最大的金属3D打印机之一上打印出来，由此可以看出该部件的尺寸较大。波音计划于2024年春季测试完整的3D打印旋翼系统原型。 波音公司表示，生产第一个3D打印部件只需45分钟，而传统生产则需要一年时间。其长期目标是采用3D打印技术制造过去需要昂贵锻造技术生产的数千个零件。该公司同时表示，除了缩短交货时间外，3D打印还可以更加经济，尤其是对于小批量生产。然而，对于大批量生产，该公司将继续依赖传统制造。此外，3D打印在某些情况下可以实现更高的材料强度。 波音公司将首先检查关键磨损部件，如果该技术得到证明，它可以简化阿帕奇战斗直升机的生产和维护。 空客：3D打印轻量化组件节约运营成本 除波音公司外，空客直升机公司也被报道使用高科技制造解决方案提供商通快制造的3D打印零件改善了燃油消耗。 如今，空客直升机公司已使用部分通快金属3D打印机批量生产飞机部件，以此实现了两个目标——轻质结构和节省燃料。 近期，这家航空航天巨头在德国建立了一个新的3D打印中心，扩大了其增材制造能力，通快为该中心提供了金属3D打印所需的机器。空客直升机中心现场经理表示：“通过创新的制造工艺，我们正在开发未来的直升机。除此之外，3D打印有助于减轻组件的重量”。 欧瑞康3D打印的空客卫星部件 空客直升机公司称，3D打印的飞机零部件将帮助飞机运营商减少燃油消耗，最终降低成本。这些3D打印零件还可以使航空航天业变得更加环保，因为它可以通过降低飞行中的二氧化碳排放量来减少该行业的碳足迹。 这家航空航天巨头正在利用3D打印技术为其电动城市客车和高速赛车直升机制造飞机部件，空客A350和A320等客机也将配备了3D打印零件。通快首席执行官强调了采用3D打印技术如何节省成本并减少浪费，他表示：“增材制造可以节省昂贵的原材料，并可以降低航空业的生产成本。3D打印机仅使用设计师实际需要的材料来制作其组件，并最终在飞机上起飞。另一方面，传统的制造工艺需要比最终产品多十倍的原材料。因此，在铣削或切削时，大部分原材料最终都会被浪费”。 空客直升机公司批量3D打印的A350 客机组件 中国商飞增材制造中心主任张嘉振指出，3D打印通过轻量化组件的制造，可以通过为飞机减重的方式减少飞机全寿命周期内的运营成本。比如减重1公斤，在其整个运营周期内可以节约几十万人民币，即使零件的制造成本比传统工艺更高，综合来说这也是划算的。 GE：3D打印代替铸造，成本更加经济 大多数制造商都难以在支付了铸模费用的情况下，放弃使用铸造而选择金属3D打印，主观上的成本考量都不会将两者相提并论。然而，GE Aviation和GE Additive在2021年的合作证明，金属增材制造可以与传统铸件的价格持平。其成功制造的四个3D打印部件将削减多达35％的成本，这足以让管理部门淘汰旧的铸模。 同样重要的是，GE Additive的工程师从识别目标零件到3D打印最终原型，总用时仅10个月，而使用铸造工艺生产这些零件则需要12-18个月甚至更长时间。GE Aviation的增材制造部门负责人表示，这是他们第一次发现金属3D打印比铸造还要便宜，即便在有外部供应商报价的情况下，金属3D打印仍然具有成本优势。 与以往利用零件合并来减少组装从而降低大量成本不同，此次3D打印的零件完全基于铸造模型，没有任何的设计更改。这一发现让GE Aviation着手寻找其他发动机上更多的零件，并采用金属3D打印来降低成本。 END 通过本文的案例可以说明，在计算3D打印成本的时候，不能以单一的思考方式计算其直接制造成本，应该综合考虑各种因素，要对比制造需求、组件性能提升带来的综合价值等因素。在不同的场景需求下，来判断使用传统加工手段还是3D打印技术。 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.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 2.380万欧元！空客大手笔签订3D打印零件制造合同 3.波音扩大电弧增材制造工艺测试，将3D打印大型铝合金构件 4.CONTEXT最新3D打印报告：工业级、专业级和桌面级市场变化趋势