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  • 近日,来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员成功地开发出了打印航空级碳纤维复合材料的3D打印技术,这使其成为第一个这样做的研究实验室。碳纤维复合材料开创了创造轻质、坚固的钢部件的可能性,被描述为“最终材料”。 这项研究已于2月28日在自然科学报告杂志上发表,介绍了LLNL研究人员如何推进碳纤维复合材料的微挤出3D打印技术。该材料在强度、重量和耐温性方面提供了令人难以置信的性能,但是其难以使用,特别是用于生产复杂形状。添加剂制造为这一挑战提供了解决方案,现在来自LLNL的研究人员说他们已经进一步提高了这项技术。 [图片] 通常,碳纤维复合材料通过围绕心轴缠绕细丝或通过将碳纤维编织在一起而制成。这些方法虽然有效,但倾向于将制成的物体的结构限制为扁平或圆柱形形状。现在,由Jim Lewicki领导的研究小组已经证明,复杂的3D结构可以通过增材制造工艺制造。 他们使用的3D打印过程是一种改进型的直接墨水写入(DIW),也称为Robocasting。根据Lewicki声称,研究人员开发了一种新的、专利的化学品,能够在几秒钟而不是几小时内固化材料。LLNL的高性能计算能力用于准确预测碳纤维丝的流动。 正如Lewicki解释的,“我们通过计算模型模拟如何克服堵塞,这在很大程度上是成功的。”LLNL使用的计算模型包括模拟数千碳纤维流经3D打印机的喷嘴,允许研究人员在实际处理过程中确定如何最佳地排列纤维。 [图片] 流体分析师Yuliya Kanarska解释说:“我们开发了一种数字代码来模拟具有碳纤维分散体的非牛顿液体聚合物树脂;通过这个代码,我们可以模拟不同印刷条件下3D中的纤维取向的演变。我们能够找到最佳的纤维长度和最佳的性能,但它仍然是一个进展中的工作,目前,我们需要寻求突破的是通过施加磁力来实现更好的纤维对齐,以稳定它们。” 由研究人员开发的新的3D打印和模拟过程将允许使用碳纤维复合材料准确地生产更复杂的部件。根据LLNL团队称,这包括对3D打印部件的介观结构的更多控制。最终,能够使用导电碳纤维材料3D打印诸如高性能飞机机翼、在一侧绝缘的卫星组件(不需要旋转)和绝缘可穿戴设备等部件。 此外,新的3D打印技术最令人兴奋的前景之一是,它可以允许所有的碳纤维在3D打印部件过程中朝向相同的方向,与具有随机的碳纤维部件相比,提供甚至更高的性能对准。对齐纤维的优点之一是保持部件强度性能。 目前,LLNL研究人员正在努力改进和优化其创新过程。据报道,研究小组已经与航空航天和国防达成合作伙伴关系,进一步推进他们的碳纤维3D打印技术。

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  • 美国哈佛大学约翰·保尔森工程和应用科学学院(SEAS)24日发布新闻公报称,该学院一研究小组开发出一种新的3D打印技术,可打印具有集成传感功能的器官芯片。他们首次打印出的心脏芯片可快速组装和定制,让数据收集更容易,为药物研究开辟了一个新途径。相关研究刊发在《自然·材料》杂志上。 [图片] 器官芯片被认为是生命科学研究中的一项革命性技术,在医学、科研及临床药物设计等领域具有广阔的应用前景。但器官芯片的制造及数据采集却不是一件容易的事,不仅对制造环境的要求极高,制造过程也十分复杂,成本高昂,费时费力。 此次,SEAS研究小组利用先进的数字化制造技术,开发出新的器官芯片制造方法。他们将柔性应变传感器与人体组织微架构集成,并开发出6种不同的“油墨”,然后利用3D打印技术,通过一种单一、连续的制造过程,打印出心脏芯片。这个芯片上有众多“小井”,每个“小井”中有独立的组织和集成传感器。利用这种芯片,能够研究多种心脏组织。 长期以来,研究人员一直没能得到简单的非侵入性手段来研究心脏组织的功能,他们很难长时间持续观察心脏组织发育过程中的缓慢变化,进行相应的数据采集和研究。心脏芯片则提供了一种新的研究手段,集成传感器可以在组织生长过程中持续搜集数据。为演示芯片功效,研究小组进行了药物研究和持续数周的心脏组织收缩扩张研究,结果表明心脏芯片表现良好。 研究人员表示,新方法将多种功能材料集成于一个设备之上,是3D打印技术的巨大进步。而新的可编程的器官芯片制造方法,不仅使研究人员能轻松设计定制匹配特定疾病甚至是个别病人细胞的器官芯片,还极大简化了数据采集难度,为体外组织工程学、毒理学和药物筛选研究开辟了新途径。 机器是硬邦邦的,也可以是软绵绵的,随着材料进步,软机器会越发普及,尤其是能贴肉亲合的芯片。今后,能监控器官的3D打印的芯片耗材或许只需花费一美元,设计和制造周期将大大缩短,而我们的人体科学知识储备也将爆炸式增长,我们会活得更健康安全。

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  • 相对于传统的铸件生产方式来说,3D打印具有能耗小,污染低,制作周期短,成品效率高,节省了大量人力物力等特点,而且对一些传统铸造方法难度较高的铸件,3D打印也具有较强的实现能力。3D打印技术将让铸造行业突破传统瓶颈,并注入新的发展希望。接下来小编以近日奥斯卡小金人制作流程为例,为大家普及一下3D打印技术在金属铸造领域的应用。 [图片] 小金人从1929年开始颁发,最初由米高梅电影公司的艺术总监Cedric Gibbons负责设计,并由洛杉矶的雕塑家George Stanley完成三维模型制作。外形是一个手持宝剑站立在电影胶片卷轴上的骑士。雕像高13.5英寸(早期为10.25英寸),重8.5磅(早期为6.75磅)。 小金人最初是由青铜镀金制作,二战期间,由于资源匮乏,战后才补发镀金雕像。 从1982年起,小金人由美国芝加哥的R.S.Owens公司制作,每年生产50-60个,供奥斯卡颁奖使用。最初小金人都是镀金实心铜像。几年后,小金人的原料被换成不列颠合金,这是一种类锡合金,然后镀上铜、镍银,最后再镀上一层24K黄金。 从去年开始,小金人改由纽约州的Polich Tallix公司生产。这家公司需要利用3D打印技术,还原出1929年第一届奥斯卡雕像的模样。今年,Polich Tallix继续承担了这一光荣的任务 [图片] 失蜡铸造方法的步骤:从草图蜡雕(A)到石膏(或陶瓷)铸件(B),通过thesculpturepark.com倒入熔融金属和成品(J-L)Image 3D扫描,打印,铸造和后处理 来自纽约州北部的Polich Tallix Fine Art Foundry于2015年开始生产奥斯卡。根据美国电影艺术与科学学院(AMPAS)的要求,Plonski首先通过3D扫描1929年早期的雕像和2015年“现在”的雕像,然后在此基础上对数字模型进行设计汇集元素,设计师用ZBrush建模软件在电脑上建立数据模型。 [图片] 奥斯卡的演变。 1929年的原始(左),“现代”奥斯卡(中)和组合更新(右)。 第二步,将这个新设计打印成实体通过3D Systems打印机上用树脂蜡打印3D模型,并用蜡浇铸。 [图片] 奥斯卡的3D打印蜡模型(目测为3510型号)。 第三:在每个蜡雕像涂上陶瓷材料的外壳,然后使其固化,并在1600华氏度下燃烧。 烧制使蜡气化,留下一个空的奥斯卡铸造成型的型腔,然后将超过1800度青铜液体倒入该陶瓷型腔并放置过夜冷却。然后将陶瓷外壳打破,将其青铜件取出并进行打磨抛光等处理,最终用永久的反射24K黄金层电镀。 [图片] 从青铜模型剥离陶瓷铸件。 [图片] 抛光青铜铸造奥斯卡。 [图片] 最后一步就是用永久的反射24K黄金层电镀 下面小编用一段PolyCast-3D打印的零件进行金属铸造视频来讲解其原理

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  • 香港警方正在利用3D打印技术的潜力打击犯罪,并将罪犯绳之以法。他们将制作3D打印模型的犯罪现场,用于进行调查,以及试验和法庭审讯。 [图片] 香港警方简报支援小组(briefing support unit)成立于1988年,多年来它已建立了18个不同的建筑物和飞机模型,为案件侦破提供了一个明确的可视化的模型。例如2014年九龙湾发生的致命枪击事件,2013年的热气球失事事件,以及2010年马尼拉巴士的人质事件,这些事件的调查都需要建造这些可视化模型。据资深督察陈伟顺介绍,手工创作一个模型需要长达一个星期才能完成,而在新购买的3D打印机的帮助下,这个过程可以大大加快,每次成本约10000港元。 [图片] 3D打印可以完美和准确地构建复杂的结构,效率大大高于手工建模。例如2011年曾在花园街发生的一场大火中,九人不幸丧生。调查要求,该地区的每一栋大楼和街道都要忠实地进行微缩复制。在3D打印过程的自动化和计算机辅助设计的基础上,可以迅速复制大量相同的窗口和门框,使建模时间大大减少。 [图片] 除了协助调查外,由简报支援小组制作的模型在法庭上也扮演重要角色。他们允许法官更好地了解犯罪现场的布局和细节,证人证言可以很容易地被测试和检查。 [图片] 香港警方的试验正是3D打印在这个领域应用的开始。随着3D打印变得越来越方便,尤其是它与3D扫描相结合,可以帮助警方随时获取需要的模型细节。我们可能最终看到3D技术将成为警务工作中的一个日常必备的工具,为保护公民和社会安全贡献科技的力量。

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  • “丝路之魂 敦煌艺术大展暨天府之国与丝绸之路文物特展”正在成都博物馆举行,吸引着来自全国观众的关注。保护敦煌就是在与时间赛跑。不凡的艺术宫殿——敦煌莫高窟经千年风雨正在消失,如何用最快的方式将它留下来?怎样在不伤害壁画的同时记录下所有细节?昨日,敦煌研究院文物数字化研究所所长吴健做客成博,为观众带来了《敦煌石窟数字化保护与应用》的讲座,为观众展示最新研究成果。 [图片] 好莱坞加工 敦煌记录资料 昨日的讲座座无虚席。讲座一开场,吴健便为观众介绍了“数字敦煌”项目的研究、实施和技术成果。其中,他们对敦煌塑像进行三维数据采集、加工处理及三维打印的技术创新,在国内外文化遗产数字化领域属首创之举。“我在敦煌研究院工作了差不多36年。这36年主要的工作就是以摄影的手段对敦煌石窟的文物进行拍摄,过去大量的出版物就是我们在20多年前、30年前拍摄的。”吴健透露,在1998年的时候,他们开始了敦煌的数字化工作,应该说在全国文物行业里面,敦煌研究院起步比较早。 吴健介绍说,从上世纪50年代开始,敦煌研究院就用传统的照相方法来记录敦煌壁画和塑像。1998年敦煌研究院跟美国西北大学进行了合作,通过架设轨道,平行移动,逐行拍摄,覆盖式地把敦煌壁画进行记录,进行采集。最后摄影素材还通过好莱坞这个电影工厂进行了加工。 转化成数字化 不是为了锁柜里 敦煌数字化保护团队一年基本上要完成20个洞窟的采集工作,10万张图像的处理工作。“通过原始数据,我们形成了数字的资源,把这个数字资源又转化成数字化成果,我们不是说采集完、处理完以后往柜子里面一锁,还要利用,这就是保护与利用的关系,而且还要把这个成果,进一步研究成文化衍生品,这几年我们就在做这个事情。”吴健告诉观众,敦煌莫高窟492个洞窟,已经做了高精度的数据采集119个洞窟,可以说主要的洞窟已经有数据了。整窟的图像拼接处理57个,洞窟空间结构是113个,雕塑三维重建17身,大遗址三维重建2处。石窟虚拟漫游节目101个,对外技术支撑7处。 吴健透露,做学术研究,一般的浏览用扫描的技术完全可以,但是文物的数字资料留存甚至需要比原件还要大的数据,扫描技术往往不够。他举例道,比如二维拍摄壁画数字化的时候,他们选取图片中间的核心部分,边缘部分品质不好的不用。一幅普通壁画的数字图片就需要上千幅去拼接。“你可想而知它出来以后是十几个G的文件,它要达到300DPI,甚至特殊用途里面要达到600DPI,就是为了以后不同的用途。”他说道。 吴健一边在大屏幕展示三尊高4米多塑像的3D打印图片,一边介绍说,拍摄一个雕塑,数字保护工作人员要拍摄800多个角度,进行合成处理后,进行3D打印。记者看到,这3D打印逼真地还原了原作。连尘土都依稀可见。“我们做这个数据不仅仅是一个数据,而是它去展示,我们进到洞窟看到是有局限的,因为不可移动,但是我们数据展示,我们可以360度来展示这个佛像,在现场是看不到的。”他说,数据不仅要保存下来,更重要还要广泛地去应用,应用到极致,去展示敦煌彩塑特别是唐代的这种美。 VR虚拟漫游 让你随时上网游敦煌 吴健介绍说,观众可以通过敦煌研究院成功上线的30个洞窟的高清图像和30个洞窟的VR虚拟漫游节目,感受到敦煌石窟的高清图像和VR虚拟漫游。他说,敦煌官网上线的数据库叫数字敦煌资源库,观众可以免费浏览。如果是做学术研究或者非商业性用途,观众可以给敦煌研究院提供一个申请,便可以获得授权下载。据悉,下一步就是要通过这样的资源库,达到全球共享。我们该网站的点击量是150万,很多游客到敦煌,去年敦煌接待130万游客,他们网上浏览是150万,所以今后旅游的数据统计,应该把线上线下结合起来统计。

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  • 时速300多公里的高速列车,让它跑起来相对容易,让它停下来难!其中主要难点之一是在列车制动瞬间,60多吨重的每节列车的巨大惯性,产生的巨大动能将因摩擦转变成热,制动闸片(俗称刹车片)要承受八九百摄氏度的高温还得保证性能不下降,即使在雨雪沙尘恶劣环境状态下也能正常工作而不能伤害制动盘。 此前,国际上只有德国、法国和日本等少数几个国家能够生产高速列车制动闸片,其中德国克诺尔公司曾垄断全球80%以上高铁刹车片的市场。 [图片] 近几年,国内高铁刹车片的研发与生产技术逐步获得突破,打破了国际公司垄断的局面,其中包括天宜上佳、贵州新安航空机械、博深工具、北京瑞斯福等。随着金属3D打印技术与应用面的深度结合,国内出现了将金属3D打印技术应用于制动闸片的探索。 制动闸片是高速列车组制动装置中的关键材料,利用闸片材料与配对制动盘材料的摩擦力使高速列车组的动能转化成热能或其他形式的能量,散发到空气中。闸片根据材料的不同可分为合成闸片、复合材料闸片以及粉末冶金闸片等。早期高速列车使用的合成闸片由于其机械强度较低、冲击韧性较差,磨损量较大,闸片在运行中会出现微裂纹,而且这种闸片材料对水比较敏感,列车在雨季和潮湿地区运行时,会因为闸片潮湿导致材料摩擦力减小,使其制动性能降低。 复合材料闸片一般采用碳/碳复合材料,这种复合材料材是以碳为基体的碳纤维增强的新型结构材料,其增强组分一般为短切碳纤维。这种复合材料目前大部分只应用于航空航天等重要领域。现有高速列车用闸片材料还是粉末冶金闸片为主。 粉末冶金闸片的制备工艺采用传统的粉末冶金方法,将原料粉末混合均匀后压制成型,然后将压坯固定在钢背上一起随炉烧结,最终得到耐磨层与钢背结合的闸片整体,将闸片整体与燕尾板焊接为一体安装到支架上,即可与制动盘组成刹车副。现有技术采用粉末冶金方法制备闸片在烧结过程中,由于闸片内各组分的收缩系数不同,容易产生孔隙、夹粗等缺陷,导致闸片的致密度较低,从而影响其最终的力学性能和摩擦性能。 而且,由于是将闸片压坯和钢背一同烧结,烧结过程中闸片压坯本身的收缩与钢背的收缩不一致,使两者的结合强度较低,在使用过程中容易造成闸片脱落的情况。另外,烧结过程中高温会使钢背内部组织结构的变化,影响钢背的机械性能,进而影响整个制动闸片以及刹车副的制动效果。 根据市场研究,通过电子束选区熔化或激光选区熔化3D打印技术,西迪技术股份有限公司将耐磨层直接打印在钢背表面,3D打印过程中采用的高能电子束能够使闸片材料中各组分充分反应、高度致密化,使得到的闸片具有较好的力学性能和摩擦性能。 西迪技术股份有限公司的这一应用特点包括: - 闸片原料为铜基闸片原料、铁基闸片原料、镍基闸片原料或钛基闸片原料。 - 将闸片原料粉末在附着有金属层的钢背表面进行3D打印,得到闸片。金属层的成分与闸片原料成分中的金属成分相同。 - 在3D打印过程中高能电子束能够使闸片材料中各组分充分反应,使得到的闸片具有较好的力学性能和摩擦性能。 - 采用表面附着有与闸片原料中金属成分相同的金属层的钢背,3D打印过程中在高能电子束的扫描下,金属层熔化形成一层较薄的熔池,与闸片原料粉末进行充分的冶金结合,使闸片中的耐磨层和钢背具有较高的结合强度。 - 3D打印过程中电子束能量在钢背表面的粉体原料上扫描,不会对钢背内部的组织结构造成影响,保证了钢背本身的机械性能。

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  • 意大利的Cameri-卡梅里,位于米兰和都灵之间平坦和肥沃的平原上,像大多数意大利城镇一样,灿烂的教堂和钟楼矗立在市中心。然而,卡梅里美丽宁静的外表下,却隐藏着3D打印和数字技术的暗潮涌动,而这一切将改变意大利飞机发动机制造业的面貌。 大约35%的发动机将被打印出来 GE于2013年8月完成了对航空航天业务服务商Avio的收购, 该公司是意大利领先的民用与军用航空零部件和系统的供应商。收购价格为43亿美元,不包括Avio公司的太空业务单元。Avio的航空业务之后更名为Avio Aero,成为GE航空业务体系中的一员。 通过收购增强了GE在机械传动系统、低压涡轮机、燃烧技术和自动化系统方面的实力。Avio Aero 是通过EMB 和粉末床金属3D打印技术制造航空零部件的领导者,尤其在3D的打印涡轮叶片方面积累大量经验,2015年12月Avio Aero一次性购买了10台Arcam 的EBM 3D打印设备,用于涡轮叶片的生产。此外,Avio Aero公司还研发适合增材制造的粉末材料。 [图片] GE集团旗下可打印的材料范围从简单的塑料到复杂的先进高温合金系列。例如,Auburn工厂的直接金属激光熔化(DMLM)技术用来制造喷气发动机燃油喷嘴。每层金属粉末的厚度在20到80微米之间,比人的头发丝还薄,而1英寸厚的材料可能会被分为多达1250层来打印。带有这种工艺制造出来的燃油喷嘴的喷气发动机已经在欧洲和亚洲往返运送乘客。 卡梅里工厂是特殊的,主要使用20台Arcam设备。通过电子束融化铝钛(TiAl)合金,这比镍基合金轻百分之五十。此外,工厂还尝试打印GE9X发动机低压涡轮喷气发动机的叶片。 [图片] Arcam机器使用电子枪加速光束直到它比目前用于打印金属零件的激光强大好几倍。因此,卡梅里工厂可以打印相当于激光技术下的四倍层厚,打印速度如此之快,在钛铝合金产品的制造方面,几乎可以与传统铸造竞争。 GE航空公司总裁兼首席执行官David Joyce认为,卡梅里工厂已经帮助GE了解增材制造的可能性,在同一台机器上工作小组可以改变叶片零件的形状,并同时打印不同的叶片,这带来了极大的制造自由。 [图片] 但3D打印只是增材制造过程中的第一步,一旦涡轮叶片在卡梅里被打印出来,这些叶片将南下到波米利亚诺阿尔科,来到坐落在维苏威火山脚下的Naples的一个工业区。 今天,这里也是通用航空公司的“卓越中心”之一。在这里,工程师正在测试完成3D打印零件的最佳和最快的方式。包括卡梅里制造的叶片将被安装到先进的涡轮螺旋桨发动机部件(ATP-advanced turboprop engine)里面。增材制造使设计者能够将大约800个零件整合成十几个部件。总的来说,大约35%的发动机将被打印出来。 [图片] 复杂性的降低将有助于减少高达百分之二十的发动机燃料燃烧,并降低飞机重量,同时实现大约百分之十的功率提升,并有助于加快生产。 卡梅里不仅仅开发新一代的增材制造技术应用,也在培养下一代的科学家。位于意大利北部城市中心的都灵理工大学为这家工厂输送了大量的人才。这所大学不仅仅帮助卡梅里工厂掌握电子束技术,该校也将在都灵校区开设一个新的研究实验室,专注于增材制造和测试新材料。 除了卡梅里工厂,GE在意大利的增材制造版图令人叹为观止。2013年GE石油天然气部门在意大利佛罗伦萨工厂开设了增材制造实验室,在实验室中安装了粉末床金属3D打印和设备,用于制造叶轮机零部件和先进合金零部件。2016年5月,GE还在其位于意大利塔拉莫纳的石油天然气工厂开设了一条增材制造零部件生产线。 该生产线的主要任务是通过以激光为基础的增材制造技术制造燃气轮机燃烧室。

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  • 3D打印所使用的金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低。目前,应用于3D打印的金属粉末材料主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等,此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属粉末材料。3D 打印金属粉末作为金属零件3D 打印产业链最重要的一环,也是最大的价值所在。 [图片] 在“2013年世界3D 打印技术产业大会”上,世界3D 打印行业的权威专家对3D打印金属粉末给予明确定义,即指尺寸小于1mm 的金属颗粒群。包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末。目前,3D 打印金属粉末材料包括钴铬合金、不锈钢、工业钢、青铜合金、钛合金和镍铝合金等。但是3D打印金属粉末除需具备良好的可塑性外,还必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。 钛合金 钛合金具有耐高温、高耐腐蚀性、高强度、低密度以及生物相容性等优点,在航空航天、化工、核工业、运动器材及医疗器械等领域得到了广泛的应用。传统锻造和铸造技术制备的钛合金件已被广泛地应用在高新技术领域,一架波音747飞机用钛量达到42.7t。但是传统锻造和铸造方法生产大型钛合金零件,由于产品成本高、工艺复杂、材料利用率低以及后续加工困难等不利因素,阻碍了其更为广泛的应用。而金属3D打印技术可以从根本上解决这些问题,因此该技术近年来成为一种直接制造钛合金零件的新型技术。开发新型钛基合金是钛合金SLM应用研究的主要方向。由于钛以及钛合金的应变硬化指数低(近似为0.15),抗塑性剪切变形能力和耐磨性差,因而限制了其制件在高温和腐蚀磨损条件下的使用。 然而铼(Re)的熔点很高,一般用于超高温和强热震工作环境,如美国 Ultramet公司采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)制备 Re基复合喷管已经成功应用于航空发动机燃烧室,工作温度可达2200℃。因此,Re-TI合金的制备在航空航天、核能源和电子领域具有重大意义。Ni具有磁性和良好的可塑性,因此Ni-TI合金是常用的一种形状记忆合金。合金具有伪弹性、高弹性模量、阻尼特性、生物相容性和耐腐蚀性等性能。另外钛合金多孔结构人造骨的研究日益增多,日本京都大学通过3D打印技术给4位颈椎间盘突出患者制作出不同的人造骨并成功移植,该人造骨即为Ni-TI合金。 不锈钢 不锈钢具有耐化学腐蚀、耐高温和力学性能良好等特性,由于其粉末成型性好、制备工艺简单且成本低廉,是最早应用于3D金属打印的材料。如华中科技大学、南京航空航天大学、东北大学等院校在金属3D 打印方面研究比较深入。现研究主要集中在降低孔隙率、增加强度以及对熔化过程的金属粉末球化机制等方面。李瑞迪等采用不同的工艺参数,对304L不锈钢粉末进行了SLM成形试验,得出304L不锈钢致密度经验公式,并总结出晶粒生长机制。 潘琰峰分析和探讨了316L不锈钢成形过程中球化产生机理和影响球化的因素,认为在激光功率和粉末层厚一定时,适当增大扫描速度可减小球化现象,在扫描速度和粉末层厚固定时,随着激光功率的增大,球化现象加重。Ma等通过对1Cr18Ni9Ti不锈钢粉末进行激光熔化,发现粉末层厚从60μm 增加到150μm时,枝晶间距从0.5μm增加到1.5μm,最后稳定在2.0μm 左右,试样的硬度依赖于熔化区域各向异性的微结构和晶粒大小。姜炜采用一系列的不锈钢粉末,分别研究粉末特性和工艺参数对SLM成形质量的影响,结果表明,粉末材料的特殊性能和工艺参数对SLM 成形影响的机理主要是在于对选择性激光成形过程当中熔池质量的影响,工艺参数(激光功率、扫描速度)主要影响熔池的深度和宽度,从而决定SLM 成形件的质量。 高温合金 高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力环境下长期工作的一类金属材料。其具有较高的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化性能以及良好的塑性和韧性。目前按合金基体种类大致可分为铁基、镍基和钴基合金3类。高温合金主要用于高性能发动机,在现代先进的航空发动机中,高温合金材料的使用量占发动机总质量的40%~60%。现代高性能航空发动机的发展对高温合金的使用温度和性能的要求越来越高。传统的铸锭冶金工艺冷却速度慢,铸锭中某些元素和第二相偏析严重,热加工性能差,组织不均匀,性能不稳定。而3D打印技术在高温合金成形中成为解决技术瓶颈的新方法。美国航空航天局声称,在2014年8月22日进行的高温点火试验中,通过3D打印技术制造的火箭发动机喷嘴产生了创纪录的9t推力。 镁合金 镁合金作为最轻的结构合金,由于其特殊的高强度和阻尼性能,在诸多应用领域镁合金具有替代钢和铝合金的可能。例如镁合金在汽车以及航空器组件方面的轻量化应用,可降低燃料使用量和废气排放。镁合金具有原位降解性并且其杨氏模量低,强度接近人骨,优异的生物相容性,在外科植入方面比传统合金更有应用前景。

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  • 近日,一个雄心勃勃的马来西亚年轻创客团队MinNature Malaysia历时8年,终于完成了他们17000平方英尺的微型仙境。目前,该3D打印作品是马来西亚最大的微型展。 [图片] [图片] 在项目的早期阶段,没有任何建筑背景知识的团队初始成员Alvin和Chan每天唯一做的一件事情是不断学习设计和构建3D打印部件。据二人讲,这是整个项目最耗时的一部分,对3D打印的热情支撑他们度过了这个阶段。这种状况持续了几年,与此同时他们的核心团队成员扩展至7名。到2016年夏天,该团队成员增长至近60名。 [图片] 据了解,迷你仙境的12个部分由两类模型组成:基于马来西亚现有建筑的模型和团队成员想象出来的模型。据Alvin说,第一类模型更难设计和3D打印,因为必须确保模型包含所有的真实细节以及一个正确的缩小比例。 [图片] 这意味着团队成员必须先实地拜访建筑物并拍照,然后用3D建模软件进行重新绘制。完成后,文件被发送至MinNature的3D打印机。Alvin说,为了保证比例正确,他们会进行测试打印。 [图片] 根据不同的复杂度,每个模型需要的打印时间从2天到3个月不等。难度最大的模型是Masjid Negara,其中包含近1300个零件,4个不同的团队历时3个月才完成。 [图片] 完成组装后,他们会清理和打磨接头以备上色。最后,电子元件被添加进来,整个模型得以亮起来,一个17000平方英尺的微型马来西亚仙境由此诞生。整个作品主要由塑料制成,但也有真正的岩石、石头、木材和布线。 [图片] MinNature很快将开始他们第二个建造项目,其中包括一个机场和马来西亚标志性的双塔。 Alvin解释说,在未来几年,他的团队将继续扩大,并计划推出新项目。 [图片]

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  • 增材制造(3D打印)技术已然成为未来制造业发展的重要趋势之一。随着产品精度的提高和成本的的降低,3D打印技术在汽车、航空以及医疗等行业取得了越来越多的应用和进展。 还记得在2014年芝加哥国际制造技术展览会(IMTS)上,由3D打印零部件组装的汽车,从众多展品中脱颖而出,吸引了很多人的目光,这一切都得益于3D打印技术所取得的成果,所使用的机器和运动控制技术、以及材料科学所取得的进步。汽车车身材料为碳纤维增强聚合物,车轮和轮毂则由金属材料直接打印而成。整个过程花费44小时,包括40个部件。当打印完成后,首台3D打印汽车的试驾活动,吸引了众多媒体的关注和报道。 [图片] 在2014年度的IMTS 展览上,辛辛那提公司的大面积增材制造(BAAM)系统,被用于生产3D打印汽车,从此以后,随着技术的不断发展进步,3D打印持续成为制造业的讨论热点,获得了工业设计人员、生产制造商和工程教育人员的关注。 1、3D打印汽车的微工厂 在2014年的IMTS展览期间,辛辛那提公司的大面积增材制造(BAAM)系统,主要用于生产3D打印汽车。最近,他们出售了其中两套系统给总部位于美国菲尼克斯的Local Motors汽车设计公司,用于“微工厂”的生产。BAAM系统的工作范围最大可达 2.4 × 6× 2 米,大规模增材设备使用底盘、驱动器和激光切削系统的控制作为基础。BAAM由线性马达驱动,挤压融化的热塑材料,层层打印部件,相较于现有的增材设备,其速度可提高200到500倍,尺寸则提高10倍。 在占地不到4000平方米的厂区内,Local Motor的“微工厂”可以生产在高速路行驶的3D打印车、在公路上行驶的高档越野车以及社区电动车,每年的生产能力高达250辆。客户可以亲临微工厂,设计并采购汽车,然后现场就可以“打印”出来。Local Motor公司计划在下一个十年,在全世界建设100个这样的“微工厂”。 2、航空和医疗产业的3D打印 据IDTechEx的一份报告中指出,金属行业的3D打印市场增速最快,其销售额增速高达50%,材料销售增速超过30%。在高价值、低产量行业尤其是航空航天、生物医学,由于需要考虑如何快速制造不同的高精度零部件以及各种物料,目前更是充分利用3D打印技术的重点领域。因此,无论是医疗行业还是航空航天工业,都在投资诸如钴、镍和铝等合金,以便提供可生产和打印的多样性材料。 最近,GE航空集团和法国斯奈克玛公司向空中客车公司交付了首批装有3D打印燃油喷嘴的LEAP发动机。据悉,GE公司在阿拉巴马州投资了5000万美元建设新工厂,其主要任务就是使用3D打印技术生产新一代LEAP喷气发动机的燃料喷嘴,以及制造发动机的涡轮叶片。该发动机所使用的燃料喷嘴,由高温合金打印而成,而叶片则由钕碳复合材料编织而成。发动机还采用了部分轻、耐热陶瓷基复合材料(CMC)。通过这种途径制造的发动机,可以减少碳排放量,提高燃油效率。 “增材制造正在趋向为发电机涡轮叶片这类的更大尺寸金属件提供制造可能性,这一趋势可以在IMTS 展会现场一览无遗。”美国机械制造协会(AMT)副总裁Peter Eelman 先生说道。在2016年美国芝加哥国际制造展(IMTS)的AMT新兴技术中心设置了增材制造展示专区,共有19家企业带来包括金属、塑料等多种材料零部件的增材制造解决方案。 在医疗行业中,3D打印被用于静态应用,如骨科植入物。它们也被用来打印牙齿、骨骼、复杂的结构,甚至用于教学的人类心脏模型。该模型旨在提供CT扫描无法提供的信息,帮助医生准备复杂的外科手术。在教学环境中,它们也大显身手,可以为医生提供具体的工作和实验,而不仅仅是抽象的概念。 3、面向教育的3D打印器人 想象一下,遇到一个机器人,可以播放“西蒙说”、可以响应指令、甚至可以自拍的情景吧。在美国新泽西州的自由科学中心,通过一款名为SARA的机器人,任何人都可以做上述事情,甚至更多。SARA是由3D打印而成的机器人,具有完整的人形上半身,可以进行互动的。新泽西州霍博肯的史蒂文斯理工学院的学生开发了该机器人,它可以移动、旋转、举手臂,拾取物品和摆动手指。 LSC公司总裁兼首席执行官Paul Hoffman说,“我们的很多客人,都是初中生和高中生,年龄与史蒂文斯学院的学生相差不大。这尤其令我们兴奋,激发着我们年轻的客户,在社区内与史蒂文斯团队分享他们令人震惊的作品。” 基于法国设计师Gael Langevin和他的InMoov开源项目工作,SARA机器人是由计算机辅助设计(CAD)设计而成的。大约由100个部件组成,包括关节、“骨头”和其它用聚氯乙烯(PVC)塑料打印而成的机器人机械部件。 史蒂文斯原型对象制作(PROOF)实验室主任Kishore Pochiraju教授,与自由科学中心协调,举办了该项展览,吸引了大批年轻人参观该中心。 “我们非常高兴,能够把史蒂文斯学生的聪明才智,与我们自己的技术结合起来实现的一个有趣的应用,展现给不同的观众。”Pochiraju说,“我们希望它能吸引一些年轻人来参观科学中心,并让他们对科学和工程教育职业感兴趣。” [图片] 在新泽西自由科学中心,举办了一个名叫SARA的机器人展 3D打印的制造业前景 随着3D打印越来越具经济性,制造业对3D打印的潜在商业收益也越来越感兴趣。2016年5月18日,西门子公司宣布与惠普公司结成了一项重要的合作关系。这两家公司将共同致力于推动将3D打印从原型应用到可用于完整生产的可行性研究。 此前一天,惠普正式推出了备受市场期待的3D打印解决方案,分别是HP Jet Fusion 3D 3200和HP Jet Fusion 3D 4200。据悉,这两款产品都在体素(voxel)的基础上实现了精度、细节和热力学方面的控制,3D打印速度提升了十倍,而每个打印对象的成本降至最低,材料的可重用性也大幅提升。其中4200被设置为具备更高的制造能力水平,可以满足从原型到短期制造等各方面的需求,甚至可以满足同日交付的业务需要。 西门子的3D打印软件可以在惠普新的Jet Fusion 3D打印机上实现多种材料和多种颜色的3D打印。另外,西门子公司开发的软件可以最大限度的提高惠普3D打印机的成型精度,其软件能够进行打印控制,并将对于打印对象颜色和材料的控制延伸到体素水平。这些优势以及惠普3D打印机更快的速度和更低的打印成本,将使3D打印成为最终产品制造和研发的一个非常好的选择。 “3D打印正在为制造业带来一场工业革命,企业可以利用3D打印来实现创造性和创新型产品的开发。”西门子PLM软件的总裁兼首席执行官Chuck Grindstaff说道。 工业增材制造技术要想超越现有细分制造方式的状态,变成一种大面积普及的主流制造应用,就必须具备降低其成本和复杂性,并保持其较高产品稳定性的特质。以金属3D打印为例,打印出来的部件不仅需要广泛的后处理,而且在此之后还需要进行测试,以确保没有缺陷或者错误,避免在使用的时候出现问题。 为了更高效的解决上述问题,金属增材制造公司Sciaky最近开发了一种被称之为层间实时成像与传感系统(IRISS)的金属3D打印技术。IRISS可以对零件外形、机械性能、微观组织以及大型3D打印部件的金属化学性能提供一致的过程监控。该技术可以实时监测金属沉积过程,及时调整过程参数,以弥补在整个打印过程中的波动,从而减少制造后的检测时间,并能通过实时打印调整来改进最终产品的质量。通过IRISS技术将使电子束增材制造(EBAM)用户在打印大尺寸金属部件过程中,实现对几何形状、机械性能、微结构构建和金属化学等方面稳定、可靠地控制。 “增材制造已然成为未来制造业发展的重要趋势之一,虽然它并不完全成熟,但是技术发展之快,如果你忽略了3D打印,那么你可能就犯了一个大错误。”全球商业咨询服务公司的创始人David Burns说。 例如,Burns引用了3D打印对航空部件的重新设计,其中3D打印将每个部件的重量从7磅减小到2磅,并且提供更好的机械性能。每个部件节省5磅的重量,对航空公司来说,可能意味着每年节省上百万美元的燃油成本。 在另一个示例中,3D打印能够在用于注塑成型部件的工具中集成共形冷却通道。新设计减少了循环时间,减少了与变形相关的废品率,并且能讲生产率提高20%至70%。 此外,3D打印使设计团队能够将18个零件组合成1个单一组件,减轻了25%的重量,更重要的是,减少了维护问题。 “将3D打印的设计理念集成到工业应用中,需要完全不同的方法。你需要扩展你的思维,以充分利用3D打印的力量。” Burns说, “成本节约和生产效率的提高将来自于你还没有想象到的方式。” “将3D打印的设计理念集成到工业应用中,需要完全不同的方法。你需要扩展你的思维,已充分利用3D打印的力量。” 关键概念 1.制造业将成为未来3D打印技术应用的重要领域之一。 2.实时监控和反馈系统,将帮助用户提高大型金属3D打印的产品质量。

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