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大多数熟悉增材制造（AM）的人们都知道，简单地将用于其他制造方法生产的零件通过3D打印来制造几乎没有意义。增材制造的真正优势在于，用来制造传统制造技术难以实现的设计。大多数公司尚不具备能够面向增材制造的设计能力，从而充分利用3D打印技术潜力的方式来实现面向功能实现的优化设计。目前这种深层次的正向设计能力不仅在国内，在世界范围内也是缺乏的。这种深层次的正向设计能力要求从根本上的范式转变，从人类设计者为主导的世界转变为计算机算法影响主要设计决策的世界。因此，设计和工程领域正在经历从“计算机辅助设计”向“计算机创成设计”的转变。增材制造-3D打印是催化这种设计范式转变发生的技术。 [图片] 当今的设计和建模软件使用户能够针对成本和功能两个维度来优化增材制造-3D打印零件。图片来源：additivemanufacturing 成本与功能的两大维度 过去几年中，关于增材制造如何实现结构一体化的产品这样的技术话题已有很多讨论。这意味着增材制造使得公司能够制造那些传统技术难以实现的几何形状。从理论上讲，这为设计师和工程师创造了以前无法企及的设计的巨大机会。然而，这在实践中常常被证明是困难的，这使得增材制造的采用比很多人所预期的要慢得多。 [图片] 增材制造-3D打印的零件与传统制造的零件比较 随着更多的企业了解增材制造的可能性，对可以优化产品几何形状并打印以前无法实现的设计的软件系统的需求正在增长。优化的几何形状减少了材料浪费，因为所分布的材料量仅是零件功能要求所需要的。优化的几何形状还可以通过减少零件的重量或优化其功能来提高零件最终使用的效率。通过单个的结构一体化3D打印零件替换原来的多个组件，一个典型的案例是通过用优化的增材制造零件替换3D打印机的组件，惠普降低了30％以上的成本，并缩短了交货时间。这个结构一体化零件是将冷却空气引入打印头的管道。惠普意识到，如果导管是注模成型的，那么它将需要多达六个单独的零件以及必要的组装步骤来生产。但是，如果使用3D打印技术打印风管，则可以将风管作为单个零件制造，从而节省多达34％的初始成本，并缩短了交货时间。 [图片] 将多个零件通过3D打印实现结构一体化制造，带来了成本的节约 不过这个案例并不是那么轻松的实现的，最初的时候惠普不知道的是，尽管他们的整合风道设计比传统制造的设计便宜，但效率却不如预期。由于Multi-Jet Fusion 3D打印机中的打印头在打印过程中会暴露在高温下。热量会对打印头的使用寿命产生不利影响，因此热量管理成为HP Multi Jet Fusion打印机设计的重要方面。HP为他们的300/500系列打印机设计的风管部件是系统中专门用于机器内部此类热管理的部分。该系统通过风扇和一系列管道将新鲜的冷却空气从打印托架的外部输送到打印头的位置。尽管该系统通过减少零件的成本进行了优化，但其优化程度还不到一个层次。通过与西门子合作，惠普了解到冷却系统仍有改进的潜力。如前所述，HP打印机的内部管道已经在HP的初始设计中进行了成本优化。根据3D科学谷的市场观察，通过使用Siemens的STAR-CCM +和NX软件，该团队不仅能够优化管道，而且还能优化管道性能。 [图片] 优化管道性能 利用基于Star-CCM +的计算流体动力学（CFD）模拟的一种拓扑优化，该团队能够实现一种截然不同的风管设计，与传统设计相比，其风道性能预计可提高22％。此过程的另一个积极成果是减少了设计零件所需的时间。原来的零件通过传统的CAD建模技术进行了四个月的设计。但是，STAR CCM +的仿真驱动设计过程以及使用NX进行几何优化的结果是，最终设计时间仅为4周。 [图片] 优化后的管道（右） 新的设计包含了人类难以手工实现的几何形状，该几何形状专门针对惠普管道系统进行了优化。设计过程是基于对高压通风管系统中气流的模拟，从而获得高度自动化的定制化优化解决方案。这使得对应着不同的冷却要求，所获得的管道部件的几何形状完全不同。概括起来上述的努力即为新的风管部件在两个维度进行了优化：将多个零件组合为单个零件是第一个优化。第二个维度是将几何形状进一步优化，旨在优化系统性能。在惠普的管道案例中，这种双维度的优化是通过NX和Star-CCM +现代设计和仿真软件实现的。

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最近，迪拜政府在Al Warsan完成了一个640平方米的3D打印建筑项目，高9.5米，被吉尼斯世界纪录评为世界上最大的3D打印两层结构。这个项目由工程承包商公司（ECC）负责建设，3D打印的建筑符合迪拜未来基金会的愿景，代表着高效的发展，迪拜希望到2030年成为增材制造的领先区域。 [图片] △位于迪拜Al Warsan的3D打印的两层建筑外观 该实验项目已于一年前开始。根据建造之前世界上第一栋3D打印建筑经验，使用3D打印技术完成这种规模的建筑目前只需要三个月的时间，而传统的建筑方法将花费近一年的时间。哈吉里指出，与传统建筑相比，3D打印建筑更具成本效益。且该建筑物已经通过了所有安全检查，具有与常规建筑物相同的使用寿命。 阿联酋的建筑3D打印 [图片]△位于迪拜Al Warsan的3D打印两层建筑的内部 ECC是阿联酋一家以质量服务为导向的土木工程和建筑公司，其分包商Abanos室内装修和木工，Prime Metal Industries（PMI）和Prime Ready Mix（PRM）开发了3D打印建筑结构。根据ECC的说法，这个二层建筑使用一台增材制造3D打印机机和本地采购的材料建成。二层建筑采用3D打印混凝土墙，可提高隔热效果并减少能耗。 ECC Group的关联公司也被分别指定为木门，玻璃，铝面板的供应和安装以及特殊混凝土制造的分包商。 [图片] 迪拜在2018年推出了一项全球性3D打印战略计划，旨在让迪拜成为全球3D打印领域的领导者，同时也要提升阿联酋和迪拜作为3D打印技术领先中心的地位。阿联酋副总统兼总理、迪拜酋长谢赫穆罕默德本拉希德阿勒马克图姆（Mohammed bin Rashid Al Maktoum）殿下制定了一项在2025年之前做到25%新建筑都采用3D打印技术制造的战略计划，并在2030年之前成为全球领先的3D打印中心，希望利用3D打印技术来削减医疗和建筑业的成本，并重组经济和劳动力市场。 [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片]

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中国在实施“中国制造2025”的进程中，3D打印技术的发展与应用可能将扮演着不可或缺的重要角色，那么，中国3D打印机在国外高端产业又占据着什么样的地位呢?近日，在俄罗斯的一场航空交流会上，中国3D打印机成了让万众沸腾的主角，国内众多权威媒体和微博大V(中国新闻周刊、新浪军事、思想聚焦、观察者网......)纷纷转发此事。 [图片][图片][图片][图片][图片] 据俄罗斯媒体报道，近日在俄罗斯联合航空制造集团公司(OAK)举办的生产系统改进项目年度竞赛中，下诺夫哥罗德“雄鹰”飞机制造厂首席设计工程师阿列克谢一人揽获两项年度大奖，他在米格-31升级项目中凭借中国3D打印机“救”了米格-31战斗机，不仅大大提升了效率，还降低成本，让战斗机在中国3D打印机的帮助下重返蓝天。 据资料显示，米格-31战斗机是苏联/俄罗斯一型串列双座全天侯截击战斗机，装有两台D-30-6加力发动机，单台加力推力151.9千牛，具备超音速巡航能力，最大飞行速度2.83马赫，作战半径720千米，最大起飞重量46200公斤，实用升限24000米，续航时间3.6小时，一次空中加油可飞行6-7小时，是俄罗斯空军主力战斗机之一。 [图片] 米格-31战斗机 据阿列克谢介绍，今年他们团队在进行米格-31战斗机升级项目时遭遇了巨大难题——辛苦生产的新零件装不上。所有零件都是按照图纸生产的，但是战斗机被不同的工厂维修，零件图纸也被做了各种修改，所以按照原图纸生产的新零件根本安装不上。 [图片] 如果这时继续按照传统的生产模式，只能对问题零件进行重新测量、试制、装机、调整、试制、装机、再调整……如此反复循环，直到新零件能够适配安装位置为止。阿列克谢介绍到，重制一个小零件平均耗时340小时，成本在2000-7850卢布之间。这要是一两个零件也就罢了，可难点在于米格-31是重型战斗机，猴年马月才能把成千上万的零件试模完呢? [图片] 米格-31战斗机 只要思想不滑坡，办法总比困难多。在焦头烂额之际，阿列克谢了解到外国同行已经在利用3D打印技术进行战斗机零件的快速制作，于是阿列克谢就通过阿里巴巴全球购从中国购得了一台3D打印机零件及耗材(一共花了1.6万卢布，约合1800元)，他们用这台3D打印机进行战斗机零件的试模，这才让整个项目起死回生。 [图片] 阿列克谢团队购买散件组装的3D打印机 3D打印技术本质上并不是印刷技术，而是一种制造技术，与传统制造业通过加工原料最终成型不同，3D打印技术是“无中生有”的制作过程，不仅不受原料几何形状的约束，还几乎不产生废料，能有效节约成本。阿列克谢的团队在第一次试模之后，简直像是打开了新世界大门，直叹3D打印技术简直就是黑科技。 为什么会有如此感叹呢?看看阿列克谢说的这几个数据就一目了然了。传统工艺制作一个试模件需要11道工序，而3D打印只需要4道;原先一个零件从设计到制造需要340小时，3D打印只需要29个小时，效率比原先提高了11倍;原先一批样件试制需要耗资100万卢布，而3D打印只需要1.2万卢布，平均成本下降98.7%。而实现这一切的，只是一台价格不到1800元的中国3D打印机，这对于下诺夫哥罗德“雄鹰”飞机制造厂来说几乎可以忽略不计，极小成本换来巨大效益。 [图片] [图片] 虽然3D打印技术最近几年才走入公众视野并引发普遍关注，但3D打印技术很早就在航天航空制造业崭露头角，这并非是外国人员首次强推中国制造的3D打印机，在此之前，美国空军的地勤人员也为中国制造的3D打印机“打过广告”，他们利用3D打印技术巧妙的解决了F-35B战机的维护问题。无论是俄罗斯航空大佬，还是美国空军，他们对中国3D打印机的技术都是非常认同的。

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在最近发表的“ 通过熔融沉积建模对LiFePO 4 /石墨电池进行3D打印 ”中，法国研究人员探索了改进的制造电池的方法。由于其多功能性，研究人员选择FDM 3D打印，并配有石墨/ PLA灯丝。能源和可持续性已成为当今世界广泛讨论的话题和关注点，并且随着3D打印技术通过各种不同的软件，硬件和材料持续发展，在储能和节能等领域的创新也在不断发展，这包括形状的定制，包括： 电极 分离器 固体高分子电解质 集电器 如今，电池和电子产品可以直接集成到3D打印产品中，这是“在减小体积和重量的同时最大化能量存储的需求”的直接结果。以前的研究人员已经使用商用石墨烯基聚乳酸丝作为材料，成功地进行了3D打印设备; 但是，材料的负载始终很低，足以显着影响电化学性能。文献报道了为FDM工艺准备的灯丝特性摘要。氦比重瓶材料密度用于重量-体积转换。 [图片] 对于这项研究，研究人员已经意识到，添加增塑剂可以克服材料的局限性： “的确，我们报道了一种高负载的3D可打印石墨/ PLA灯丝，该灯丝被专门设计用作锂离子电池的负极并用于传统的FDM 3D打印机。灯丝内的活性物质含量（石墨）应尽可能高地增加（整个复合材料中石墨的含量为49.2 wt％，因此相当于每cm 3 773 mg活性物质），以改善电化学性能，同时保留足够的机械强度特别是由于添加了聚乙二醇二甲醚，平均Mn〜500起到了增塑剂的作用。”研究人员说。 “因此，通过FDM获得的负极圆盘具有前所未有的可逆容量：在18.6的电流密度下 ，活性物质为200 mAh g -1（ 总复合材料为99 mAh g -1或至154.6 mAh cm -3） 6次循环后的mA g -1（C / 20）和电流密度为37.3 mA g -1 （C 时为140 mAh g -1的活性材料（ 总复合材料为69 mAh g -1或108.2 mAh cm -3）/ 10）。” 研究人员进一步开展了工作，但他们围绕优化LFP-PLA和PLA-SiO 2复合材料3D打印丝进行了研究，他们探索了炭黑作为正极导电添加剂和陶瓷添加剂的应用。分隔器。借助3D打印提供的灵活性，可以创建更复杂的几何形状，并更好地优化材料，并且更容易组装，因为可以一次创建所有零件。 研究人员说：“意识到3D打印机标称分辨率带来的局限性，这项工作在这里用作概念证明。” [图片] （a）配制过程：（1）将所有组分混合到溶剂中后，通过刮刀刮涂法将淤浆铺展在玻璃载体上，最后得到薄膜；（2）将复合膜均质片引入挤出机中。获得并卷绕了典型的直径为1.75 mm的3D打印丝。（3）将细丝引入到商用FDM 3D打印机中；DSC曲线：（b）具有不同量的导电添加剂（CSP）的纯PLA，PLA / LFP wt％40/60和PLA / LFP / PEGDME500；（c）比较10％CSP样品的胶片，长丝和3D打印的光盘。 使用增塑剂聚（乙二醇）二甲醚平均Mn〜500（PEGDME500），在80°C'左右有一个小的放热结晶峰（Tc）。温差是恒定的，并且据研究人员称，增塑的PLA / LFP薄膜的Tm低于未增塑剂的Tm，从142°C降至约132°C。为了鼓励电导率，研究团队创建了具有不同CSP范围的样品。当该含量增加时，吸热峰不变。但是，放热结晶峰（Tc）并非如此，该峰已更改为较低的温度，对于20％CSP样品，达到74°C。科学家指出，这种行为可能归因于PLA基质中的CSP。 “这项研究通过合并电池和3D打印技术，解决了许多电化学（厚度，电子和离子电导率，电解质吸收）和3D打印参数（填充密度，填充图案，周长，过度挤出和欠挤出，回缩），研究人员总结说：“这为性能更好的3D打印锂离子电池开辟了道路。” “最后，由于这项工作在这里用作概念验证，因此作者深知，目前，电极和隔板图案是2D的，因此可以使用非3D打印技术来实现。但是，未来的工作将集中在复杂的3D电池架构上，这需要对系统进行重大调整并进行彻底的设计优化。即将进行的研究也可能致力于机械地改善FDM 3D打印机的分辨率，并通过使用多喷嘴配置简化一次打印一次完整电池的乏味步骤。” 研究人员一直在寻找更好的3D打印电池方法，从定制定制的灯丝到3D冷冻打印，可穿戴设备的创新等等。 [图片] （a）含有CSP作为导电添加剂的样品的电导率的阿伦尼乌斯图；（b）胶片和3D打印的10％CSP光盘样品在不同C速率下的容量保留图。（c）3D打印的10％CSP光盘样品的充电/放电容量曲线。注意，对于那些实验，使用了商用的玻璃纤维隔板。（d）对于含不同SiO2含量的样品，在1M LiPF6的EC：DEC 1：1体积％电解液中1 h和10 h后的电导率。 [图片] （a）可以使用经典的3D打印切片机软件获得的不同隔板填充图案（填充密度为40％）；（b）相同填充图案的各种填充密度（希尔伯特曲线）；浸渍1 h后的完整电池组在4.25 mA.g-1（C / 40）时的容量保持曲线：（c）使用100％填充密度的隔板和（d）使用70％填充密度的阿基米德和弦模式。在这里，请注意每层的厚度为200 μm。

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《技术概览》网站（www.technologyreview.com）2019年12月22日刊发文章，谈到了3D打印锂电池的问题。文中指出3D打印技术将实现产品集成更小、更强大的电池，同时在设计是也将考虑到回收利用。二十一世纪，锂离子电池是我们生活方式的一项“使能技术”。 什么是“使能技术”技术？维基百科的定义：使能技术是指能够对用户的能力或文化产生根本性变化的发明或创新，其最明显的特征是一般会在不同领域快速形成衍生技术。这些能量包使移动电话、电动汽车、笔记本电脑、医疗设备、机器人和遥控传感器等都成为可能。也许并不奇怪，2019年诺贝尔化学奖的获得者正是锂离子电池开发人员。2019年诺贝尔化学奖授予美国固体物理学家约翰·巴尼斯特·古迪纳夫（John B。 Goodenough）、英国化学家斯坦利·威廷汉（Stanley Whittingham）和日本化学家吉野彰（Akira Yoshino），以表彰他们发明锂离子电池方面做出的贡献。 [图片] 3D打印技术将实现产品集成更小、更强大的电池 材料科学家迫切需要更好的电池，用于物联网、下一代个人设备等。更好的电池也将被要求用于存储太阳能和风能，从而让构建一个零化石燃料使用的社会成为可能。 电池性能的好坏是由许多不同因素决定的，能量密度是至关重要的，保持电荷而不泄漏的能力也很重要，成千上万次的充电能力以及安全性等都会影响电池性能。能将化学能转化为电能的电化学装置非常清楚这种平衡行为是多么微妙。电池制造商在尝试新方法时非常谨慎，以免造成性能下降。还有更好的改善电池的方法吗？现在我们需要的大改进可能来自哪里呢？ 爱尔兰科克大学的弗拉基米尔埃戈罗夫（Vladimir Egorov）和他的一些同事得到了一个答案：未来的电池将通过3D打印技术制造，3D打印将使新一代更小、更强大的电池的出现成为可能。 3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印是各种技术的总称，这些技术允许通过逐层添加材质来构建三维对象。它可以成为一种设计测试原型的方法，可以打印异国情调的食物，替换身体部位，甚至整个建筑物。并行使用多台打印机，可以大规模生产汽车、飞机零件和鞋子等物品。 材料科学家也开始尝试用聚合物墨水和银聚合物来打印电子线路的方法，因此不再需要焊接。这样，电路板就可以或多或少地呈现出任何形状，甚至可以构成设备结构的一部分。然而，一个重要的限制是需要应用特定的尺寸和形状的电池。打印3D电池的能力将改变这一点。Egorov和co说：“如果为了美观、舒适或功能性的原因，可以将它们无缝集成到产品设计中，那么在产品设计阶段就不需要容纳体积更大、形状固定的标准电池。”。 然而说起来容易做起来难。电池中使用的电活性材料具有固有的反应性，阳极和阴极等结构在物理上是复杂的。它们通常必须像晶体一样有序，有时像分子海绵一样多孔。它们必须始终具有良好的化学特性。无论是通过固体或液体的挤压，还是通过液体的聚合，创建适合3D打印的这些材料都是一项挑战。一旦打印出来，这些材料必须保持它们之间的电气连接，严格控制组件之间发生的任何化学反应，并确保电池可以在多个周期内充放电。 最重要的是，电池必须是安全的。所有的电池都必须通过严格的安全标准，才能用于家庭、汽车、飞机等。电池泄漏会造成昂贵的损坏。但最严重的风险是火灾。 即使所有这些挑战都能克服，另一个问题也迫在眉睫。3D电池会比现有的设计更有效吗？Egorov和co全面概述了电池行业在打印未来电源组方面所面临的材料、方法和挑战问题。但评论家们忽略了未来电池设计中的一个重要元素，即3D打印可以发挥重要作用。 [图片] 3D打印允许的灵活性有可能启动并加速电池技术革命 电池行业面临的最大和最重要的挑战之一是使其产品可回收利用。今天的电池是专门设计的，所以它们不容易被拆开，所以再利用它们所含的有价值的材料几乎是不可能的。所以很需要改变。目前的想法是，电池必须从设计开始就考虑到回收利用，这将需要电池设计师具有一个全新的思维态势。3D打印允许的灵活性有可能启动并加速这一急需的革命。 3D打印技术已经很成熟，成功的应用于多个领域，但一些专家指出，用3D技术用来生产锂离子电池或许不太现实，用来打印一些锂电池模型或许更为合适。3D打印锂电池是否可行，让我们拭目以待！

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到目前为止，我们已经介绍了碳纤维制造的一些关键方面，以及连续碳纤维与早期碳纤维3D打印模式下的短切相比。但是，还有一些新兴的3D打印复合材料方法。 复合材料增材制造CBAM 经过多年的研究，基于伊利诺伊州的Impossible Objects已开始商业化其基于复合材料的增材制造（CBAM）工艺。在CBAM中，粘合材料先沉积在增强材料片上，然后再用热塑性粉末填充，该粉末仅粘在粘合材料上。随后将粉末吹出或抽真空。剩下的只是增强纤维片上的塑料基质。相同的过程一层又一层地继续进行，这些薄片一个接一个地堆叠。最终将堆叠物压缩并移入将塑料基质融化在一起的烤箱中。从烤箱中取出物体后，使用化学浴或砂塑料将多余的基质材料除去，剩下最终物体。 增强材料的范围从碳纤维和玻璃纤维到聚酯，聚乙烯醇，PLA甚至丝绸和棉花。由于粉末在最初沉积时不会熔化，因此基质材料的种类可能比其他3D打印过程宽得多。目前，该公司已演示了PEEK和Nylon 12的用法，但正在开发一种用于CBAM的弹性体以及其他材料。 [图片] 股骨柄植入物部分由碳纤维-PEEK复合材料3D打印 使用这种技术打印的物体可以比通过熔融沉积建模（FDM）制成的零件强10倍。 CBAM-2 3D打印机能够使用12英寸x 12英寸的纸张进行打印，但是该公司的创始人Robert Swartz设想能够打印整个汽车引擎盖一样大的零件，并且速度可以达到每分钟100米。 几何形状受所需的后处理限制。喷砂将限制形状的复杂性，因为很难达到内部几何形状。化学过程使结构更加复杂，因为多余的物质被溶解掉了。尽管CBAM不能制造出与使用传统复合材料制造的零件一样坚固的零件，但与使用传统技术生产的零件相比，它可以更快地制造更复杂的零件。而且还非常节省劳动力。 CBAM-2仍然是新的上市产品，已于2019年5月推出，预计将于今年第三季度交付。但是，尚未发布有关初始发货的消息。我们确实知道Impossible Objects的旗舰Model One系统确实向包括福特汽车公司和捷普公司在内的客户推出。 CEAD Leapfrog 3D打印机的两位前联合创始人Lucas Janssen和Maarten Logtenberg离开了台式机3D打印业务，以开发大型连续碳纤维3D打印机。两人成立了一家名为CEADgroup的公司，致力于创造出大型，快速，可靠且能够生产坚固零件的产品。结果就是连续纤维增材制造（CFAM），据该公司称，该工艺可以以15公斤/小时的速度3D打印尺寸为4m x 2m x 1.5m的零件。如在注塑成型行业中通过使用工业挤出机和料斗来处理塑料颗粒，可以实现快速沉积速度。迄今为止可以印刷的基质材料包括PET，PP，ABS和PEEK。增强材料仅限于碳纤维和玻璃纤维，但该公司希望扩大到包括光学玻璃，铜和钢纤维。 CEAD声称CFAM通过加入连续纤维增强材料可以使部件的强度提高六倍，但是尚未公开将增强材料送入印刷品的确切性质。 阿雷沃（ Arevo） Arevo是硅谷的一家初创公司（部分由CIA的In-Q-Tel支持），已经开发了一种基于激光的碳纤维打印方法。该过程将沉积预浸渍的连续碳纤维长丝，并同时用激光加热它，然后用辊将其压缩到构建表面上。沉积头安装在多轴机械臂上，可以在最适合零件设计的任何方向上进行3D打印，从而弥补或利用碳纤维的各向异性。 Arevo开发的软件还可以通过使用仿真来优化设计。到目前为止，Arevo已通过为多家公司制造自行车车架展示了其定向能量沉积（DED）技术的功能。最近，它与日本的AGC合作提供制造即服务。 [图片] 连续复合材料 另一家开发3D打印连续碳纤维方法的初创公司是位于爱达荷州的Continuous Composites。其连续纤维3D打印（CF3D）方法将一卷干碳纤维送入安装在七轴工业机器人的打印头中。在打印头内部，纤维用快速固化的光敏聚合物树脂浸渍，然后通过末端执行器抽出，并立即用强大的能源固化。像Arevo的机器人一样，七轴臂可以使纤维以克服或利用材料的各向异性特性所需的任何方式进行定向。与Arevo不同，干碳纤维被用作起始材料，有可能改善最终零件的物理性能并开放各种可用的基质材料。有趣的是，树脂的固化还允许CF3D工艺在空中打印。 迄今为止正在开发的增强材料包括：碳纤维，玻璃纤维，凯夫拉尔纤维，连续铜线，连续光纤，镍铬合金线和碳化硅。虽然可以使用光纤将传感器嵌入零件内，但是铜线可以嵌入电子器件，而镍铬合金可以为除冰应用产生热量。Continuous Composites正在开发自动工具更换，以交换装有不同纤维和树脂的打印头。树脂正在与潜在的客户一起开发，但是到目前为止，该公司已经开发了一种耐候，耐紫外线的塑料，具有高玻璃化转变温度，并且该材料符合联邦航空局的烟，火和毒性要求。 强化 正如我们在该系列文章的前一篇文章中提到的那样，短切碳纤维比连续碳纤维要弱。但是，Fortify是一家初创公司，凭借其数字复合材料制造（DCM）技术，该材料的分段特性具有独特优势。DCM是一种新型的数字光处理（DLP）技术，其中使用投影仪来固化光敏聚合物树脂。在DCM的情况下，液体中会填充增强添加剂，例如切碎的碳纤维，这些添加剂会在打印过程中使用磁场对齐。 反过来，可以在必要时对添加剂进行定向，以实现整个零件的最佳物理性能。 DCM可以生产与标准DLP零件具有相同几何复杂度的零件，但支撑结构较少且悬垂较大。到目前为止，该公司仍处于早期阶段，为潜在客户制造零件，但是到目前为止开发的增强材料包括碳纤维，玻璃纤维和高温陶瓷添加剂。特别是，该公司认为其技术对于注塑成型的印刷工具很有价值。 除了本系列中提到的初创公司之外，还有更多的知名公司和研究机构用碳纤维做有趣的事情。 2016年，EnvisionTEC（DLP的发明者）展示了一款大型3D打印机，据说该打印机能够进行3D打印复合材料。但是，从那以后我们什么都没听说过，所以有人想知道它是否真的存在。 Stratasys还曾与西门子一起开发一种碳纤维3D打印方法，但在这方面也没有任何更新。 橡树岭国家实验室（ORNL）也一直在研究这种材料，已经协助辛辛那提公司提供了大面积增材制造技术。该工艺的特点是将短纤维填充的塑料迅速沉积到接近最终形状，并负责3D打印Shelby Cobra复制品以及Local Motors的车辆。 Thermwood创建了该过程的另一个版本，据报道Ingersoll将于2016年与ORNL在更大的系统上合作，但到目前为止尚未提供更新。

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屡获殊荣的工业制造公司西门子正在验证3D打印燃烧器，这是瑞典无化石燃料计划的关键。这是西门子与哥德堡市的电力供应商哥德堡能源公司（GöteborgEnergi）之间的合作协议的一部分，正在测试使可再生燃料运转的最先进的燃气轮机技术。 3D打印将加速这些涡轮机的开发，支持哥德堡10年的雄心壮志，即利用可再生或回收能源来为所在区域供热。 GöteborgEnergi首席执行官Alf Engqvist说：“ Rya CHP工厂在哥德堡的电力供应中起着重要作用。与西门子共同努力，我们将把电力和供热生产的转换作为我们无化石能源独立工作中的难题之谜进行探讨。” 百分之百无化石 该项目将进行的RYA热电联产（CHP）工厂目前以天然气为燃料。为了发电，该工厂运行着三台GT-1 SGT-800燃气轮机和一台ST-1 SST-900 DH蒸汽轮机，总容量为276兆瓦。 计划引入新的包含3D打印燃烧器的涡轮机，该计划是随着时间的推移逐步减少GT-1 SGT-800涡轮机的燃气消耗。为此，该场址将与天然气或氢气或生物燃料的比例增加共同燃烧天然气，从而减少其排放。“我们的目标是使SGT-600，-700和-800燃气轮机燃烧器100％不含化石。”西门子分布式发电和石油与天然气服务业务首席执行官Thorbjoern Fors说道。这是西门子与客户之间的独特合作，可以证明随着我们的行业和社会希望减少全世界的碳排放，可持续和具有成本效益的燃料的各种可能性。”据中国3D打印网了解，RYA CHP已安装了第一台测试SGT-800涡轮机，西门子目前正在努力验证其3D打印燃烧器。 致力于AM 2017年，西门子为其SGT-400使用的增材制造的涡轮叶片赢得了3D打印行业年度应用奖。为加强对天然气和电力增材制造的承诺，该公司于2019年7月担任德国联邦教育与研究部（BMBF）数字工程和增材制造（IDEA）赠款项目工业实施的项目经理。该项目开发的工业生产线的原型将在柏林的西门子燃气轮机工厂和乔治·斯明德的MBFZ工具厂制造。 [图片] 3D打印的镍超合金涡轮叶片。照片：西门子

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迪拜这个月建起一栋全世界最大的3D打印建筑，建筑面积640平方，高9.5米，是一栋两层的政府办公楼。 用3D打印技术盖房子已经不是什么新鲜事，几家3D打印巨头公司早就开始了大型打印机的研发，如今技术已经相当成熟。 目前看来，3D打印建筑既省工又省料，误差小、方便做造型，搭建速度也很快。只不过，看着混凝土浆层层浇筑的纹理，总觉得不如砖墙靠谱呢… [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片] [图片]

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一大群研究人员召集起来，探索有关3D打印中添加剂和材料新组合的更多信息，并在最近出版的《导电银-纳米线光敏聚合物复合材料的功能印刷》中概述了他们的发现。研究人员解释说，聚合物在3D打印中的使用及其存在的固有挑战已经造成了很大的局限性，他们对银-纳米线-聚合物复合材料进行了实验，并指出导电层对于特定的制造需求（例如电子应用）至关重要。然而，复合材料必须具有很强的抗隧穿性（因为电子从一个纳米颗粒转移到另一个纳米颗粒），并且由于团聚和强光子吸收等问题，以前的研究人员一直在努力创建具有合适电导率的材料。对于纳米线，可以采用另一条途径，因为它“绕过了导线方向的隧穿电阻。” 银纳米线（Ag-NW）复合材料提供了要求导电性的“可扩展工艺”，其中包括： 1、电子产品 2、触摸屏 3、集成光伏 4、先进的光电设备 5、生物传感器 样品涂有Ag-NW层，用UV光固化，然后通过多元醇路线合成。结果是纳米线展现出高纵横比-在这种情况下为100-1000。树脂在固化时趋于压缩，在聚合过程中，基体的收缩压在纳米线上。缺乏密度还导致纳米线连接和网络的灵敏度更高。 [图片] 坚韧的Ag-NW-聚合物复合材料的表征和2D打印。 （a）通过比较三种不同的Ag-NW密度（26 µg / cm2）的Ag-NW网络（黑点）和Ag-NW复合物（红色点）的薄层电阻，聚合物交联对Ag-NW复合物导电性的影响，39 µg / cm2和65 µg / cm2）。在高Ag-NW密度下，可以提高所测薄层电阻的可重复性，但可以减少聚合物涂层对电导率的影响。 （b）通过Ag-NW和Ag-NW复合材料传输可见光到近红外光。实线表示纯聚合物或Ag-NW薄膜，而虚线表示Ag-NW复合材料。对于归一化为裸玻璃基板的600nm至800nm之间的所有复合材料，透射率均大于87％。与裸玻璃载玻片相比，聚合物涂层减少了玻璃界面处的散射和反射，从而提高了透射率。 （c）生产的聚合物样品的示例性层厚度和粗糙度：纯聚合物层，Ag-NW（7μg/ cm 2）复合材料和聚合物-Ag-NW（22μg/ cm 2）-聚合物多层样品。请注意，20-300 µm之间的层厚度代表功能性打印中的典型厚度。厚度与表面粗糙度之比> 1000：1。 （d）空白太阳能电池（单晶60010，Sol-Expert）的照片和光学显微镜图像。用Ulbricht球曝光期间测得的光电流I为650 µA。 （e–g）涂层太阳能电池的照片，光学显微镜图像和测得的光电流（（e）Ag-NWs，（f）聚合物，（g）复合材料）。 在增加纳米线浓度的过程中，降低了透射率，并在相当低的纳米线浓度下优化了电导率，这表明聚合物基质与Ag-NW网络之间存在“微妙的相互作用”。研究人员还发现，值得注意的是，Ag-NW复合材料的表面粗糙度在110-160nm之间，这归因于聚合物的粗糙度。研究人员说：“这些结果表明，复合的Ag-NW聚合物材料可以作为导电和透光电极的竞争材料。” [图片] 样本中的二维（2D）GISAXS模式。 （a）Ag-NWs（58 µg / cm2）。 （b）涂有紫外线固化聚合物层的Ag-NWs（7µg / cm2）。 （c）裸露的紫外线固化聚合物。强度刻度栏显示在右侧。从（a，b）可以看出，从五角形形态的各个方面出发，从样本水平开始的清晰的票价为36°±2°（用红线表示）。 （d）模拟Ag-NWs的关键散射特征。 （e）硅衬底上的Ag-NW的SEM图像（Ag-NW密度约为120 µg / cm2）。 （f）多面Ag-NW的草图（改编自44,45）。 （g）水平切割强度（I（qy，qz1 = 0.63nm-1）），（h）I（qy，qz2 = 0.78nm-1），（i）I（qy，qz3 = 0.96nm-1） ）。相应地，将所有切口均归一化为I（0，qz1,2,3）处的强度。颜色代码对应于（a–c）。 在合成的初始阶段，在SEM评估中也证实了五重孪晶种子的形成，具有五边形结构和Ag-NW的孪晶顶部（尽管不适用于该材料）。研究人员通过专用软件模拟了GISAXS模式的关键特征，从而建立了五角形形态。对于3D打印，研究团队制造了由Formlabs制造的由Ag-NW和柔性光敏聚合物组成的电容器。他们不仅能够展示3D打印电子产品的潜力，而且还可以证明复合材料在提高功能性方面的作用。 [图片] 柔性Ag-NW复合电容器。 （a）电容器截面图。 （b）制作的Ag-NW电容器（10×10 mm2的照片）。白虚线表示横截面的位置，在（a）中显示。 （c）在玻璃棒上弯曲的电容器的照片，以便展示其灵活性。 （d）具有Ag-NW的剥离的电容器的下部的截面图。 “通过应用两种不同的聚合物，我们制造出了具有不同性能的复合材料，并针对两种特定应用进行了测试。首先，我们通过调整坚韧透明的基于HDDA的聚合物基质中的Ag-NW浓度，优化了Ag-NW复合材料以用作透明顶部触点。研究人员总结说：“我们已经实现了13Ω/ sq的薄层电阻和700nm的90％的相应透射率。其次，我们在复合材料中使用了柔性聚合物基体，用于3D打印的柔性电容器。大约7pF的容量与大约5pF的估计值非常吻合。我们的表征涉及GISAXS，它可以研究具有高度统计相关性的嵌入式纳米结构和界面。 Tis表明，GISAXS可以进一步发展为一种出色的技术，用于研究3D打印和技术相关的薄膜中的嵌入式纳米结构。” 点评：材料科学不断发展，在其中，复合材料已成为许多不同应用程序中提炼功能的重要组成部分。研究人员正在研究各种各样的添加剂技术，从玻璃纤维到木质素以及其他木质复合材料，而许多不同的材料都具有潜力，例如抗氧化剂等。在未来必将有更多的复合材料进行3D打印领域，为我们的应用增加光彩！

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当3D打印的高性能零件似乎还没有来到我们的生活中的时候，这一技术却已经创建效率更高的航天器，“猎户座”飞船，是NASA的新型宇宙飞船。是由洛克希德·马丁公司负责设计和建造的飞船。实际上由两个飞行器构成，它们分别是：载人探测飞船(CEV)和货物运载火箭(CLV)。“猎户座”飞船内部空间比阿波罗飞船大2.5倍，最多可容纳6名宇航员。 [图片] 宇宙探索 打开探索极限的极限大门 “猎户座”飞船一直在以指数级增长速度使用增材制造技术。根据洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin）和美国国家航空航天局（NASA）最近宣布的信息，目前已完成为Artemis I任务开发的“猎户座”飞船使用了100个3D打印零件。而在执行Artemis II任务的航天器中，洛克希德公司已开发了近200个3D打印部件。 [图片] “猎户座”乘员舱模块 2018年9月，美国国家航空航天局（NASA）与洛克希德（Lockheed）签订了生产和运营6个“猎户座”（Orion）航天器飞行任务的合同。最初，美国国家航空航天局以27亿美元的价格订购了三架“猎户座”飞船，在2022年，该机构计划以19亿美元的价格再订购三架“猎户座”飞船，到2030年，根据IDIQ合同，最多可再订购六架“猎户座”飞船，利用前六个任务的航天器生产成本数据来实现最低的单价。 [图片] “猎户座”飞船上使用的金属3D打印技术 采用3D打印技术，可以有效的降低包括“猎户座”飞船在内的开发成本和进度效率，并以此方式实现洛克希德的技术进步要求，并且3D打印技术还旨在使得航天器更有效地获得重用，3D打印更具成本竞争力，并能更快地交付具有更好技术性能的航天器。 [图片] 3D打印的“猎户座”飞船对接舱口盖由PEKK热塑性塑料制成。来源：洛克希德 一个典型的例子是洛克希德3D打印的接舱口盖可以节省成本，此外，得益于新型的ESD兼容高分子材料（一种防静电塑料），3D打印还实现了更多的技术性能。 [图片] 除了降本增效，3D打印还可以实现很多传统上难以生产的零件，例如经过质量优化的结构支架和可在整个机舱内引导气流的管道。洛克希德还3D打印了不同的垫片（在座椅边缘和宇航员臀部之间的部分），并且根据使用它的宇航员而设计出各种尺寸的垫片。 不过，除了降本增效，一个普遍关心的问题是3D打印零件可以承受太空中最严酷的环境条件吗？ 洛克希德经过多年的实践而得出的鉴定结论是3D打印的零件可以承受严酷的环境条件。2011年，洛克希德发布了有史以来第一个3D打印零件，现在这些零件还在正常使用。而在未来的载人任务中，洛克希德将进一步强调这些验证零件的重要性。这一点不仅仅基于测试，还基于经验。 当然，激发3D打印潜力，这其中设计是非常重要的。 洛克希德生产了许多不同的零件，这些零件几乎具有仿生学的形状结构，仿生学的应用在重量和可生产性方面都针对强度进行了优化，这种灵感随处可见，包括对于人体骨骼的模仿就被应用到洛克希德已经完成的一些结构性支架， 这激发了更多的想像空间，3D打印在能够将大量零件组合成一个零件，消除了许多紧固件和焊接的需求，并减轻了重量，这对于飞船来说是非常重要的进步。设计师正在使用创成式设计，创成式设计与3D打印的结合可以说是相辅相成。航天器的某些部分无法通过其他技术来完成，例如空心的复杂零件，这些零件通过创成式与3D打印的结合以不可思议的方式被创造出来。 在3D打印技术的作用下，洛克希德力争将成本降低 50％。去年，洛克希德的整个空间部门3D打印了大约6,500个零件。并且对3D打印技术的可持续性感到非常自豪。塑料产品可以根据需要进行回收和再利用，粉末床工艺非常高效，从材料的角度来看，3D打印技术是非常可持续且具有成本效益的。洛克希德发现经常可以通过3D打印将材料的浪费控制在低于5％的水平，而当将其与某些减材和传统制造应用进行比较时，这些数字会完全翻转，有时候传统制造技术甚至会产生高达90％的材料浪费。 “猎户座”飞船是目前唯一一个真正的探索级航天器的航天器。它与众不同，具有前所未有的独特功能，而3D打印正在为“猎户座”飞船探索更多极限。