3D打印工藝的案例
大壁厚陶瓷光固化3D打印工藝，因泰萊激光實現(xiàn)新突破
△蜂窩板
△陶瓷型芯
△實心圓柱
因泰萊激光自2016年開始一直專注于陶瓷3D打印技術，針對光固化陶瓷3D打印中大壁厚陶瓷件普遍存在的脫脂燒結后開裂問題，這幾年因泰萊激光在研發(fā)上持續(xù)投入、組織技術攻關，對漿料配制、生坯打印成型、生坯的脫脂和燒結各過程進行有效控制，經(jīng)過大量測試研究后，最終規(guī)避了大壁厚陶瓷件開裂風險，技術取得重大突破， 整個打印生產(chǎn)過程僅需一周的時間，便可得到合格的大壁厚陶瓷結構件，并已通過了多次試驗論證。
大壁厚氧化鋁陶瓷件3D打印工藝
以下是大壁厚氧化鋁陶瓷件3D打印工藝過程：
①3D打印成型：
△工藝人員操作打印中
△CeraBuilder 100Pro陶瓷3D打印機
△陶瓷3D打印過程
△打印完成升起
②脫脂燒結：
△放入燒結
③燒結后成品：
△脫脂燒結后氧化鋁陶瓷件
△脫脂燒結后的實心圓柱
展開 繼高速3D打印后，這家再進一步完善工藝，可混合不同的金屬粉末3D打印
近日，澳大利亞3D打印設備制造商SPEE3D表示已進一步完善了其著名的超音速3D打印流程。他們獨特的工藝是以超音速將金屬粉末的細顆粒噴向目標，由快速移動的金屬粉末顆粒攜帶的能量使粉末粘合到目標上，從而逐漸形成完全3D金屬物體。
其工藝的主要優(yōu)勢是更快的3D打印速度，比典型的粉末床激光工藝快得多。此外，該工藝還可以使用在常見金屬3D打印工藝中不易使用或甚至不可能的金屬粉末。例如，銅是SPEE3D系統(tǒng)中常用的金屬，但在其他系統(tǒng)中很少使用。
（SPEE3D僅用十二分鐘3D打印的銅輪）
進一步完善了這項工藝后，SPEE3D甚至可以混合不同的金屬粉末以形成動態(tài)合金，以及將材料混合在一起。例如，SPEE3D的機器生產(chǎn)了復雜的鋁制散熱片，使用銅制的功能來傳遞熱量，適合戶外使用。
（SPEE3D僅用六小時3D打印出一個大型銅輪）
SPEE3D的另一項改進是他們提高了噴嘴的可用性，特別是針對某些材料。當噴嘴以超音速噴射金屬顆粒時，噴嘴承受很大的應力，噴嘴極容易發(fā)生磨損和堵塞的情況。
該公司的旗艦機LightSPEE3D打印機將有更大的機器WarpSPEE3D加入。這臺機器可能使用相同的內(nèi)部組件，但是實現(xiàn)更大的構建體積（1000直徑x700mm）。
展開 3D打印技術分類，及非主流技術介紹
南極熊導讀：本期將向熊友們簡單歸納一些主流3D打印工藝，以及重點介紹一些非主流3D打印技術。
增材制造（Additive Manufacturing；AM）是指以三維模型數(shù)據(jù)為基礎，通過材料堆積的方式制造零件或?qū)嵨锏?em>工藝。三維打印（3D printing）是指利用打印頭、噴嘴或其他打印技術，通過材料堆積的方式來制造零件或?qū)嵨锏?em>工藝，此術語通常作為增材制造的同義詞，因此，又稱為“3D打印”。
△由鈦制成的3D打印噴嘴
它的制造形式，一般是以逐層沉積的形式構建組件。同時，國際上ISO/ASTM認可七種不同類型的增材制造技術：
1、光固化--紫外光通過逐點或逐層的光照，選擇性地固化液態(tài)樹脂；
2、粉末床熔合（PBF）--使用能量源（通常是激光或電子束）將粉末狀金屬或聚合物熔合在一起；
3、粘合劑噴射--沉積在金屬粉末或沙子上的粘合劑形成了幾何形狀；對于金屬，通常在打印之后還需要進行燒結，以熔化粉末；
4、材料噴射--材料的液滴被精確地沉淀下來，以建立一個幾何體；
5、片材層壓--通過超聲波焊接、釬焊、粘合劑或化學手段將材料片材堆疊并層壓在一起；
6、材料擠出--聚合物長絲或顆粒等材料被加熱并通過噴嘴擠出；
7、定向能量沉積（DED）--金屬粉末或金屬絲被送入由激光或電子束產(chǎn)生的熔池中，過程類似于焊接。
另外，"混合制造"描述了一種，將增材制造與傳統(tǒng)的減材技術相結合的工藝。例如，一臺數(shù)控機床可以配備一個DED打印頭，使同一臺機器既能3D打印材料又能銑削。
同時，南極熊需要特別強調(diào)的是，這七個系列中的每一個都有不同的3D打印細分類別。例如，定向能量沉積（DED）可以使用粉末或線材，用于制造金屬零件。光固化則包括立體光刻技術（SLA）和數(shù)字光處理（DLP）等類別，SLA是點掃描，而DLP一次固化一層。
展開 3D打印技術分類，及非主流技術介紹
南極熊導讀：本期將向熊友們簡單歸納一些主流3D打印工藝，以及重點介紹一些非主流3D打印技術。
增材制造（Additive Manufacturing；AM）是指以三維模型數(shù)據(jù)為基礎，通過材料堆積的方式制造零件或?qū)嵨锏?em>工藝。三維打印（3D printing）是指利用打印頭、噴嘴或其他打印技術，通過材料堆積的方式來制造零件或?qū)嵨锏?em>工藝，此術語通常作為增材制造的同義詞，因此，又稱為“3D打印”。
△由鈦制成的3D打印噴嘴
它的制造形式，一般是以逐層沉積的形式構建組件。同時，國際上ISO/ASTM認可七種不同類型的增材制造技術：
1、光固化--紫外光通過逐點或逐層的光照，選擇性地固化液態(tài)樹脂；
2、粉末床熔合（PBF）--使用能量源（通常是激光或電子束）將粉末狀金屬或聚合物熔合在一起；
3、粘合劑噴射--沉積在金屬粉末或沙子上的粘合劑形成了幾何形狀；對于金屬，通常在打印之后還需要進行燒結，以熔化粉末；
4、材料噴射--材料的液滴被精確地沉淀下來，以建立一個幾何體；
5、片材層壓--通過超聲波焊接、釬焊、粘合劑或化學手段將材料片材堆疊并層壓在一起；
6、材料擠出--聚合物長絲或顆粒等材料被加熱并通過噴嘴擠出；
7、定向能量沉積（DED）--金屬粉末或金屬絲被送入由激光或電子束產(chǎn)生的熔池中，過程類似于焊接。
另外，"混合制造"描述了一種，將增材制造與傳統(tǒng)的減材技術相結合的工藝。例如，一臺數(shù)控機床可以配備一個DED打印頭，使同一臺機器既能3D打印材料又能銑削。
同時，南極熊需要特別強調(diào)的是，這七個系列中的每一個都有不同的3D打印細分類別。例如，定向能量沉積（DED）可以使用粉末或線材，用于制造金屬零件。光固化則包括立體光刻技術（SLA）和數(shù)字光處理（DLP）等類別，SLA是點掃描，而DLP一次固化一層。
展開 
工藝品制造業(yè)加速轉型 3D打印會取代傳統(tǒng)工藝嗎？
隨著3D打印在工藝品制造行業(yè)應用程度的不斷深入，有關3D打印技術與傳統(tǒng)制造工藝孰優(yōu)孰劣的爭論也開始越來越激烈。那么，未來3D打印技術會取代傳統(tǒng)制造工藝嗎？
當前，我國的工藝品行業(yè)面臨著與以往不同的機遇與挑戰(zhàn)。工藝品是一個追求個性化的行業(yè)，缺少設計風格的產(chǎn)品在激烈的市場紛爭中很難長久存在。運用代代相傳的手工藝制造技術，可以保存某些產(chǎn)品較為古樸的面貌，并在一定程度上展示手工藝人的精湛技藝。與此同時，靠手工制造的工藝品難以在短時間內(nèi)進行規(guī)模化生產(chǎn)，這對稀缺手工藝品的廣泛普及造成了一定的阻礙。
將3D打印用于工藝品制造后，工藝品各個部位的彎曲程度、大小尺寸都更為統(tǒng)一。在量化生產(chǎn)方面，借助3D打印設備可以有效提升生產(chǎn)效率，并縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)時間。與此同時，采用3D打印進行人形、動物工藝品制造時，往往不如手工制造那樣可以展現(xiàn)其神態(tài)，產(chǎn)品能在一定程度上達到形似，但很難達到神似。
總之，工藝品制造既需要精湛的技藝，也需要長久的耐心。將傳統(tǒng)制造工藝與3D打印等前沿技術結合起來，集中這二者的優(yōu)勢，或許能推動整個工藝品制造業(yè)加快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，并取得新的發(fā)展成果。從目前來看，3D打印技術還不大可能取代傳統(tǒng)工藝。至于未來3D打印技術是否會取代傳統(tǒng)工藝，相信時間會告訴我們答案！
展開 鎢金屬的3D打印工藝參數(shù)研究
在金屬3D打印領域，有一種尚未普遍實現(xiàn)增材制造應用的金屬材料是鎢。鎢（簡稱W）是一種稀有的高熔點金屬，它具有很高的耐腐蝕性，是電子、電光源、化學處理、航天以及武器行業(yè)的理想材料。然而，也正是由于高熔點和高硬度的特性，使鎢成為一種難加工材料，也難以通過金屬3D打印技術進行增材制造。
根據(jù)3D科學谷的了解，在市場上已有公司實現(xiàn)了鎢金屬的3D打印，但是市場上有關3D打印工藝參數(shù)對鎢粉末材料的影響的研究仍然很少。
為了探究工藝參數(shù)對鎢材料加工的影響，來自GTP（Global Tungsten Powder）和Incodema3D等公司的研究團隊進行了一項題為“直接金屬激光燒結/選區(qū)激光熔融鎢粉（Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting of Tungsten Powders）”的研究，目的是確定影響鎢粉致密化的關鍵工藝參數(shù)，這對于制造具有良好機械性能的復雜零件至關重要。研究團隊還對低表觀密度或低球形粉末作為選區(qū)激光熔融3D打印原材料的可行性進行了研究。
激光功率為影響鎢粉致密化的關鍵參數(shù)
根據(jù)3D科學谷的了解，研究人員使用兩種樣品進行比較，一種是低表觀密度粉末，一種是具有高球形度高表觀密度粉末。研究人員使用EOSINT M 280 3D打印機為每種粉末創(chuàng)建了16個立方體樣件，共計32個樣件。隨后使用掃描電子顯微鏡觀察樣品的微觀結構，并使用軟件進行統(tǒng)計分析。
200W激光功率時，平行（頂部）和垂直（底部）激光掃描方向的微結構，圖片來源：GTP。
最終，激光功率被確定為影響鎢粉致密化的關鍵參數(shù)。對于低表現(xiàn)密度和高表觀密度的鎢粉末樣品，激光功率對于最終密度變化的影響分別占92％和70％。
展開 后記——三旋翼無人機輕量化結構的FDM 3D打印處理
原文鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/426318
案例一出，瞬間驚起千層浪...有不少感興趣鄰友私信我，向我討論關于無人機的優(yōu)化問題并問我能不能做出實物來,為了更好的驗證原設計的加工工藝性，筆者決定親自通過3D打印的方式得到實物模型，由于設備限制，筆者只能通過FDM 3D打印工藝得到實物，以下是具體的打印過程，供大家瀏覽：
FDM 3D打印工藝
我們對校核后的模型進行了簡化，通過FDM 3D打印工藝得到了一個等比例縮小后的實物模型，在此過程中非常感謝學校控制與計算機工程學院的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)俱樂部暨Hunters本科生實驗室在打印設備和實踐場地上提供的大力支持，以下是具體的加工過程。
5.1 3D打印前處理
針對模型在FDM 3D打印過程中可能出現(xiàn)的問題，我們對模型進行了一些簡化和修復，目的主要是減少支撐和提高打印的質(zhì)量，簡化后的模型如圖11所示。
圖11 簡化后的模型
限制于3D打印機平臺的大小，我們把原模型等比例縮小為原來的40%，并用JGreat軟件對其進行切片，每一處生成支撐，打印平臺粘附類型設置為檐邊，打印前的預覽如圖12所示。
圖12 3D打印預覽
5.2 3D打印
我們選用極光爾沃系列的A3型3D打印機，其打印精度在0.1mm左右，材料選用常見的PLA，打印前應調(diào)整平臺高度適中，預熱平臺和噴嘴。
展開 分析比較：3D打印與傳統(tǒng)CNC、注塑和金屬注射成型之間的工藝差異
如何在粘結劑噴射金屬3D打印與MIM之間選擇?
大多數(shù)情況下，如何取舍，主要在于產(chǎn)量。對于原型制造和小批量生產(chǎn)，比如幾萬件，選擇前者是不錯的選擇。但是MIM在大批量生產(chǎn)時更具成本效益，比如幾十萬件以下可以選擇MIM工藝。
除了產(chǎn)量是決定性因素之外，還有其他的原因。
由于脫脂的限制，MIM不能做太大和厚實的零件。一般MIM零件的質(zhì)量在500g以下范圍，所以對于大尺寸零件，傾向于選擇3D打印工藝。
注射成型和粘結劑噴射金屬3D打印的零件對比
此外，復雜的設計也傾向于選擇3D打印，因為MIM零件的幾何形狀受到脫模的限制。
兩種工藝在表面質(zhì)量方面也存在差異。MIM 的表面光潔度略高，粗糙度約為1~2μm，粘結劑噴射金屬3D打印零件的表面粗糙度在3μ以上。對于具有較高裝配精度要求的，加工后期工藝需要采用CNC，既可以選擇注射成型也可以選擇3D打印。
END
無論對于3D打印的哪種工藝形式，均是對傳統(tǒng)制造工藝的有益補充。對于一些小批量、較復雜的產(chǎn)品，開模或者其他傳統(tǒng)工藝的成本比較高，這時候用3D打印可能具備更為明顯的價格優(yōu)勢和制造效率。因此未來，隨著具體行業(yè)對3D打印工藝認識程度的加深，該技術將成為該行業(yè)鏈條上的一種選擇。3D打印，僅僅是一種加工工藝而已。
注：本文內(nèi)容來自3D打印技術參考。
展開 CAE仿真可以讓3D打印更簡單
采用MSC提供的特殊建模技術，無論部件形狀多么復雜都能快速建立適合 3D打印工藝仿真的模型；在求解技術方面中，通常一個復雜的3D打印工藝仿真可以在幾十分鐘到數(shù)個小時內(nèi)完成，預測的變形誤差在5%以內(nèi)。下面是實際通用機械和飛機結構金屬3D打印仿真的結果示意圖：
Nature子刊：立體光固化新工藝顯著提升3D打印微流體分辨率與精度
立體光固化(VatPhotopolymerization)作為一種很有前景的微流體制造技術，可以輕松制造出更加復雜的3D幾何形狀實現(xiàn)更強大的功能，以及在普通環(huán)境中一步式加工，便于微流體技術研究，推廣與共享。然而，當前立體光固化3D打印的微流體器件在打印方向上難以實現(xiàn)微米級精度（小于100微米）。造成這一問題的根本原因是打印方向即Z方向上的過度固化（over-curingissue）。在打印通道頂層（channel-roof layer）及之后的層時總是難以避免地固化通道內(nèi)的樹脂導致通道堵塞。
新工藝、新思路
光固化3D打印機+輔助打印平臺
新工藝的核心思路是在傳統(tǒng)的立體光固化打印機上增加一個輔助打印平臺作為約束平面，將至關重要的通道頂層通過兩次曝光分開打印，并原位轉印到微流體器件上。通過這種方式極大減少了通道內(nèi)樹脂吸收的光能，使得總吸收能量遠低于固化所需的能量閾值，避免了過度固化導致的通道堵塞。
圖1.傳統(tǒng)立體光固化與IsT-VPP工藝對比
圖 2.IsT-VPP 3D打印工藝原理
研究成果
通過這種方法，研究者打印了一系列10微米級微流體通道并展示了一系列微流道應用如微流體閥，微粒篩選器等。
圖3. 3D打印微流控通道
圖 4. 3D打印微流控閥
圖5. 3D打印微粒篩選器
研究人員認為借助于高分辨率的投影儀或激光，通過IsT-VPP工藝3D打印的微流體器件精度可以媲美PDMS軟刻蝕，這將極大促進微流體器件的新設計與功能拓展。
此外，比起其他高精度立體光固化技術，南加州大學團隊的論文中展示的實驗樣機采用了低成本的405nm光源，普通的商用透明光固化樹脂可直接使用無需添加特殊的吸光劑。
展開 金屬粘結劑噴射3D打印：在嘗試使用該技術時須考慮整個工藝鏈
打印性能對比分析
2.基于燒結工藝的FDM和粘結劑噴射金屬3D打印的工作原理
3.最新：ExOne、DM同時宣布突破鋁合金粘結劑噴射3D打印
4.Voxeljet推出『巨型』聚合物粘結劑噴射成型3D打印機
金屬3D打印的最佳實踐(一)：NASA新材料3D打印工藝開發(fā)備忘錄
采用3D打印制造火箭發(fā)動機部件已經(jīng)被業(yè)內(nèi)專家作為一種潛在的解決方案，基于輕量化和一體化的制造優(yōu)勢，3D打印可以減少部件的總數(shù)量并能釋放火箭的容量，同時帶來成本的降低。在這個過程中，材料及其安全可靠的打印工藝是極其重要的。
突破性3D打印固態(tài)電池技術！黑石磷酸鋰鐵陰極工藝無需鈷或鎳
導讀：能源一直是人類社會的永恒議題，如何利用3D打印技術在電池等能源技術上取得進一步的突破也是許多人一直在探索的課題。
南極熊獲悉，瑞士黑石資源股份公司（Blackstone Resources AG）（SWX：BLS）于2021年4月12日宣布，其專有3D打印生產(chǎn)技術已在3D打印固態(tài)電池領域走過了一系列重要的里程碑，代表了公司在這種下一代技術的重大突破。據(jù)了解，黑石德國子公司Blackstone Technology GmbH已成功打印并測試了首款可工作的固態(tài)電池，并展示了由Blackstone固態(tài)電池供電的LED燈。
△5x5平方厘米的袋式電池，帶有發(fā)光二極管
固態(tài)電池3D絲網(wǎng)打印工藝
固態(tài)電池的生產(chǎn)標志著3D絲網(wǎng)打印工藝已完成研究和評估階段，這是生產(chǎn)固態(tài)鋰電池的一種靈活的新方法。這項工藝需要實現(xiàn)三個重要概念：
完成作為隔膜的機械穩(wěn)定的3D打印固態(tài)電解質(zhì)。
生產(chǎn)3D打印復合陰極（加上固態(tài)電解質(zhì)和磷酸鐵鋰的復合材料）。
完整3D打印5x5平方厘米的袋式電池，無需使用機械墊片，即可正常運行。
與使用液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)電池設計相比，Blackstone Technology的3D打印固態(tài)電池技術具有明顯優(yōu)勢。它可以大大降低生產(chǎn)成本、提高電池的能量密度、并提供更多充電周期。Blackstone Technology已從生產(chǎn)技術中獲得了最高效率和最大杠桿作用，代表了全球電池制造過程的變革者，也為使用各種正極材料的量產(chǎn)固態(tài)電池鋪平了道路。
△3D打印固態(tài)電池生產(chǎn)工作流程
3D打印固態(tài)電池使用LFP技術，具有基于磷酸鋰鐵（LFP）的陰極，這項技術的好處是便宜且不需要鈷或鎳。公司還計劃與其他金屬（如NMC電池）進行組合。
展開 鉭金屬3D打印，全球第一高密度和高性能
最近河北某公司使用華曙高科SLM設備完成球形鉭金屬粉體激光熔化3D打印工藝開發(fā)。
打印出的鉭金屬樣件相對致密度高達99.3%，拉伸強度大于485 MPa，屈服強度大于420 MPa，斷后延伸率大于18 %， 綜合力學性能遠高于鉭金屬鑄造件，接近鍛造件。打印多孔樣件孔隙率可超過85%。鉭金屬屬于難熔金屬，熔點高達2996 ℃，其3D打印工藝難度大，對粉體性能、激光熔化參數(shù)、設備穩(wěn)定性、鋪粉質(zhì)量、打印精度等要求很高。
目前報道鉭金屬打印工件致密度低于95%，拉伸強度低于400 MPa。
鉭金屬在工業(yè)領域和醫(yī)療領域應用廣泛。研究和臨床應用表明多孔鉭金屬具有比金屬鈦和鈦合金更好的骨融合和骨傳導性能，骨組織長入良好，骨性生物固定優(yōu)良。3D打印高致密度和高力學性能鉭金屬核心技術將為我國在高端骨科植入物、醫(yī)療器械和難熔金屬工業(yè)部件的發(fā)展做出積極貢獻。
（來自：3D虎）
展開 新增——三旋翼無人機輕量化結構的SLS 3D打印處理
前言
不久前，筆者就所做的三旋翼輕量化結構的加工工藝性進行驗證，通過FDM 3D打印工藝得到一縮小40%的實物（原文鏈接），中間還調(diào)侃了想用SLS一次成型的土豪們：）
不過時來運轉,筆者竟偶然趕上了一次某寶上體驗高精度SLS尼龍打印的活動 (≧?≦)ゞ
惠普尼龍打印的精度在0.003mm左右（震驚.jpg）,表面顆粒狀,石墨灰色，磨砂質(zhì)感,又如上圖，筆者把模型又縮小了一些，以便縮短打印周期，遂得到等比例縮到30%后的實物模型。
多圖預警 ￣O￣)ノ
總結
1.惠普SLS尼龍打印的精度（0.003mm）實在是令人嘆為觀止，表面很多微小細節(jié)都表現(xiàn)的非常細致，磨砂質(zhì)感也令人愛不釋手 o(^▽^)o
2.采用射流熔融3D打印方案，可以打印任何復雜的結構，包括鏤空，空心結構等，打印過程跟零件的復雜程度無關，制件的強度高。
3.筆者打印整個模型花費不到150元，網(wǎng)上有很多3D打印店，通過SLS SLA SLM等打印工藝可以得到較高的尺寸精度和精美細節(jié)表現(xiàn)力的部件，并具備一定的功能性，對外觀設計情有獨鐘的鄰友不要錯過~
附錄|SLS 3D打印工藝概述
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