美国3D打印创造历史，NASA打印火箭发动机喷嘴的意义

henry2000888

据英国BBC报道，美国NASA宣布成功实验了使用激光3D打印技术的火箭发动机配件。打印的火箭发动机喷嘴通过了燃烧实验，这是人类历史上第一次，NASA和萨克拉门托火箭发动机制造商Aerojet公司共同实施这个项目，实验取得阶段性成功。据BBC报道，此次实验加工时间比日常普通生产缩短一半，成本降低了70%。MASA宣布实用化大规模生产预计在2017年以后。

分析：

这个成功的意义：

第一：经济上成功，加工效率上成功。

第二：这个实验为美国准备的小行星探矿和火星移民等深空项目提供了直接的支持，为将来的太空生产制造提供了必要的技术手段，未来的近地太空环境生产制造将不是科技幻想，而是现实的需要了

第三：原先3D打印的固有加工精度不够的毛病被一定程度上克服了，火箭发动机喷嘴是火箭发动机上面最复杂要求精密的元器件之一，这在某种程度上算是振兴了3D打印的前景

第四：结合美国最近几年开展的使用太空机器人收集近地轨道上面失效的卫星火箭部件的实验计划，这个3D打印技术升级到太空制造，那么美国完全可以采用机器人收集别国卫星或者太空设备，然后在太空中间再拿来修复或者翻新或者重新制造其他设备，太空战争的形式又出现了新的情况了

第五：美国这个实验成功会大大加速全球3D打印技术的竞赛和比拼，受益的将是激光行业，精密机械行业，极限制造的相关行业。

origin

是楼主分析的吗？还有个一二三四五，看来是行家了
请教几个问题：
第一，3D打印相对于传统加工技术，最重要的创新点在什么地方？
第二，3D打印的成品的材料是如何成型的？其硬度强度致密性等因素有保证吗？

henry2000888

引用第1楼origin于2013-07-19 20:29发表的 :
是楼主分析的吗？还有个一二三四五，看来是行家了
请教几个问题：
第一，3D打印相对于传统加工技术，最重要的创新点在什么地方？
第二，3D打印的成品的材料是如何成型的？其硬度强度致密性等因素有保证吗？

第一点是文章要点归纳
第三点是咱们论坛原先一个有关3D打印讨论帖子里面3D打印的弱点，现在看美国NASA已经攻克这个弱点了
第五点是行业要素归纳，国内有相关概念股票

剩下两个是本人总结归纳的：

第一阿凡达电影导演卡梅隆和其他不少美国人已经提出过小行星探矿的概念，这就必须准备太空机器人，还必须准备太空维修设备，同时也必须准备太空制造技术，这个3D打印很大程度就是给小行星探矿和深空探索准备的太空制造技术（找到矿石还必须解决利用的问题，不能都拿到地面来处理）

第二美国去年开始进行太空机器人对卫星进行太空加注和备件维修更换的实验项目，SPACEX公司也有类似项目报道过，就是说美国德国日本都在准备太空机器人的太空行走维修和摘星的实验，预计不久将来这些项目会成熟，换句话来说美国未来准备用太空机器人进行军事项目也是可以推测到的

henry2000888

引用第1楼origin于2013-07-19 20:29发表的 :
是楼主分析的吗？还有个一二三四五，看来是行家了
请教几个问题：
第一，3D打印相对于传统加工技术，最重要的创新点在什么地方？
第二，3D打印的成品的材料是如何成型的？其硬度强度致密性等因素有保证吗？

资料供应：

美国“太空制造”公司将为NASA打印国际太空站部件
2011年12月12日

美国太空制造公司2014年将向国际太空站运送一台3D打印机
2013-05-07
[据美国抛物线网站2013年5月4日报道] 美国太空制造公司将在2014年利用太空探索技术公司（SpaceX）的“龙”飞船向国际太空站运送一台3D打印机。这台3D打印机将交付国际太空站的宇航员使用。

这将是人类首次在地球以外进行制造操作。宇航员可通过3D打印机在轨“打印”零部件，而无需再从地球运输零部件。


太空制造公司成立于2010年，由奇点大学的校友创建。公司坐落于加利福尼亚州莫菲特场的NASA艾姆氏研究中心内。3年来，该公司致力于研制能在微重力环境下工作的卓越的3D打印机，目前公司已经进行了400多次微重力抛物线试验，以此验证3D打印机的性能。

strnghrs

亨利·福特发明的刚性生产线，实行的是“彻底分散”原则，一条由专用机床组成的生产线只专门加工一个零件。
而代替刚性生产线的柔性生产线，则是贯彻“集中”的原则，由不同加工中心组成的生产线可以混流加工不同的零件。
不论刚性线还是柔性线，都需要先通过铸造、锻压等手段获得毛胚，然后才能加工。毛胚的获得也需要生产线。
3D打印把“集中”贯彻到了极致，所有的加工都在一台设备上完成，所以节省了大量的时间、设备、人力、金钱。

bodelphi

引用第1楼origin于2013-07-19 07:29发表的 :
是楼主分析的吗？还有个一二三四五，看来是行家了
请教几个问题：
第一，3D打印相对于传统加工技术，最重要的创新点在什么地方？
第二，3D打印的成品的材料是如何成型的？其硬度强度致密性等因素有保证吗？

澄清一下这个新闻，来源和内容都不准确，这个不是NASA的项目，是GE Aviation的，GE并购了一个3D打印的公司，是使用Colbalt plus Chromium alloy to use additive method to make the fuel nozzle in the jet engine,

The actual production date is way back from today, as expected it could be in 2015 or 2016. However I think it should be much later in my opinion. You know the Boeing Dream Liner was delayed almost 10 years. Research projects into critical industrial production is a very time consuming process. But at least it is very very promising.

Thanks for sharing.

bodelphi

引用第4楼strnghrs于2013-07-20 19:42发表的 :
亨利·福特发明的刚性生产线，实行的是“彻底分散”原则，一条由专用机床组成的生产线只专门加工一个零件。
而代替刚性生产线的柔性生产线，则是贯彻“集中”的原则，由不同加工中心组成的生产线可以混流加工不同的零件。
不论刚性线还是柔性线，都需要先通过铸造、锻压等手段获得毛胚，然后才能加工。毛胚的获得也需要生产线。
3D打印把“集中”贯彻到了极致，所有的加工都在一台设备上完成，所以节省了大量的时间、设备、人力、金钱。

对我来说3D打印目前仅仅一个concept到visually/perception evaluation的过程，等你设计完一个产品，这个产品你可以马上打印出来，不过目前的3D打印都是基于塑料的，颜色还有精度完全不够。打印出来的成品放在手里玩一会儿很快就坏了。目前我们只会吧3D当做demo show的工具。就算是这样的设备价格还是很贵，我用过的设备便宜的也都在10万美元以上，各种打印原材料也很贵。不过总比我送到工厂制作便宜多了，哈哈。国内手工生产便宜，而且设备贵，所以3D制作还不会普遍。在美国制造加工就贵多了，制作一块2 inch by 2 inch的钢板，没有太大的精度要求，价格就可以过1000美元。。。
目前只是在创意的阶段，如果说到工业制造那目前还实在不行。

henry2000888

引用第5楼bodelphi于2013-07-21 11:30发表的 :


澄清一下这个新闻，来源和内容都不准确，这个不是NASA的项目，是GE Aviation的，GE并购了一个3D打印的公司，是使用Colbalt plus Chromium alloy to use additive method to make the fuel nozzle in the jet engine,

The actual production date is way back from today, as expected it could be in 2015 or 2016. However I think it should be much later in my opinion. You know the Boeing Dream Liner was delayed almost 10 years. Research projects into critical industrial production is a very time consuming process. But at least it is very very promising.
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请教您一下，请您帮忙看看下面这些新闻的真实性，多谢了

美研究利用3D打印技术制造火箭发动机零件

2013年04月03日

　中新网4月3日电 据中国国防科技信息网报道，最新的前沿制造技术已经对太空探索的未来产生了显著影响。

　　J-2X火箭发动机的主承包商——美国普惠·洛克达因公司近期正利用先进的“选择性激光熔凝”(SLM)3D打印工艺，制造用于发动机的排气孔盖(exhaust port cover)。SLM利用激光束，将金属粉末熔合成一种特殊形状来建造排气孔盖，这是火箭发动机涡轮泵的一个重要维护口。

　　这一零件在3月7日的火箭发动机点火试验期间，暴露在恶劣环境下进行了试验。J-2X发动机为NASA“太空发射系统”(SLS)计划提供重要支撑，SLS项目经理表示，此次成功验证了“选择性激光熔凝”概念：美国在推进下一代重型运载火箭的同时，工程师们正在寻求类似于SLM的方法，使得火箭更具经济性。例如，利用新技术制造该零件的成本是利用常规方法制造该零件成本的35%，节省力度尤为显著，希望在后续项目中推广。

　　排气孔盖在发动机点火时暴露在极端温度和环境下。发动机正常运转后，试验操作者打开排气孔盖检查涡轮泵上的转矩，并查看排气孔盖本身。初步结论认为，排气孔盖运行与预期一样。这是首次在全尺寸发动机试验中进行SLM零件点火试验。尽管排气孔盖在复杂的液体发动机中属于相对简单的零件，但能使得我们发展新的设计标准、审查技艺、材料特性。

　　NASA马歇尔航天中心近期验证了该技术如何通过将建造发动机零件的时间缩短数月，而为SLS节省预算。其中一个零件是RS-25发动机的弹簧Z隔板，用于减缓飞行中发动机可能遭遇的剧烈震颤。

　　传统隔板的成形、加工和焊接需要耗时9-10个月，而通过计算机辅助设计零件，利用SLM建造该隔板仅需9天，这显然节省了时间和成本。从结构上看，减少传统焊接也使得该部件更加坚固完好。

　　选择性激光熔凝是SLS先进研究办公室研究的前沿技术和概念之一，该办公室正在研究使SLS在安全、经济可承受、可持续性方面成为世界上最强的运载火箭的途径。这次成功的J-2X试验，为设计并制造用于J-2X发动机和RS-25发动机上更加复杂的SLM零件、最终节省成本和制造时间奠定了基础。

　　2017年，SLS将首次从NASA肯尼迪航天中心试射，将向月球轨道发射一个“猎户座”无人航天器。(陈菲 侯丹)

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美陆军加速3D打印技术实战化部署 增强持续战力
2013年01月14日
中新网1月14日电 据中国国防科技信息网报道，美国陆军快速装备部队(REF)1月7日将其第2个移动远征实验室部署到战区，该实验室集成有多项新式技术。

　　移动远征实验室是一个20英尺长的标准集装箱，由陆军研究、开发与工程司令部和工程公司Exponent联合研发。该实验室可通过卡车或直升机运送至任何地点，实验室通过使用3D打印机和计算机数字控制(CNC)设备将铝、塑料和钢材生产加工成所需零部件。

　　此举可帮助设计人员利用计算机辅助设计(CAD)软件在战区快速生产原型产品，其目的意在加速设计和生产的进程，同时也是为了减轻生产后勤压力。前线的用户能够立即提供使用反馈。美国陆军计划通过这种做法增强单兵作战、战区巡逻以及小型前线作战基地(FOB)的可持续能力。(中国船舶工业综合技术经济研究院 宋磊)

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美2015年将首次商业探索小行星 应用3D技术
2013年03月12日

中新网3月12日电 据中国国防科技信息网报道，美国新成立的深空工业(DSI)公司宣布，将发射一系列小行星探测航天器，进入太阳系探寻资源，以加速航天发展为地球带来益处。这些“萤火虫”(FireFly)航天器使用了低成本卫星零部件，通过寄乘的较大通信卫星发射任务的方式，以低价进入太空。

　　DSI公司主席表示，这是首次商业探索小行星活动。通过使用低成本技术，结合太空项目的经验和高科技人才的创新思维，将完成就在几年前来看还是不可能实现的项目。

　　“萤火虫”航天器质量约25千克，将于2015年进行首次发射，航行时间为2-6个月。DSI公司将建造一系列小型航天器舰队，使用创新的微型技术，并与NASA及其它公司、机构合作确立机遇目标。DSI公司将从2016年开始发射重31.75千克“蜻蜓”(DragonFlies)航天器，往返于小行星采集样本。“蜻蜓”航天器将航行2-4年，采集样本约27.21-68.04千克。

　　带回小行星样本只是深空工业公司众多较大规模任务的一步。该公司拥有一项专利技术——“微重力铸造厂”，即将小行星的原材料转化成复合金属零件。“微重力铸造厂”是一台3D打印机，利用激光器在充满镍的气体介质中按构图绘制，使镍成型为精确的造型。

　　“微重力铸造厂”是首台能够在零重力条件下打造高密度、高强度金属零部件的3D打印机。其他金属3D打印机熔烧金属粉末，需要在重力场且会形成多孔结构，另有一些要使用低熔点、强度低的金属。

　　NASA高级领导听取了DSI公司的技术介绍，通过使用源于小行星的推进剂，这种技术将降低最终的载人火星探测成本。如果抵达火星所需的燃料能通过太空中的小行星加注，则探测任务将需要发射的东西就比较少。通过“微重力铸造厂”打印替换破损的零部件，或是在飞往火星的途中制造全新的零部件，火星任务也将更加安全。

　　利用太空资源是获得永久太空开发的唯一方式。每年有900多颗小行星与地球擦身而过。因此，小行星上的金属和燃料能够扩展太空中工业的发展。

　　例如，DSI公司在为通信卫星生产燃料方面拥有巨大市场。在轨为通信卫星提供低成本的小行星推进剂将能延长卫星的工作寿命，每颗卫星每延长1个月其价值为500-800万美元。DSI公司已经与一个宇航公司签订了一份秘密协议，讨论在这个机遇里开展合作。

　　十年内，DSI公司将从小行星获得金属和其他建造材料，建造大型通信平台，以替代通信卫星，然后建造向地球用户发射不使用碳发生能量的太阳能电站。(中国航天系统科学与工程研究院 陈菲 侯丹）

henry2000888

两家相关公司网站链接新闻材料：

NASA, Industry Test Additively Manufactured Rocket Engine Injector CLEVELAND -- NASA and Aerojet Rocketdyne of West Palm Beach, Fla., recently finished testing a rocket engine injector made through additive manufacturing, or 3-D printing.

This space technology demonstration may lead to more efficient manufacturing of rocket engines, saving American companies time and money.

NASA's Glenn Research Center in Cleveland conducted the successful tests for Aerojet Rocketdyne through a non-reimbursable Space Act Agreement.

A series of firings of a liquid oxygen and gaseous hydrogen rocket injector assembly demonstrated the ability to design, manufacture and test a highly critical rocket engine component using selective laser melting manufacturing technology. Aerojet Rocketdyne designed and fabricated the injector by a method that employs high-powered laser beams to melt and fuse fine metallic powders into three dimensional structures.

"NASA recognizes that on Earth and potentially in space, additive manufacturing can be game-changing for new mission opportunities, significantly reducing production time and cost by 'printing' tools, engine parts or even entire spacecraft," said Michael Gazarik, NASA's associate administrator for space technology in Washington. "3-D manufacturing offers opportunities to optimize the fit, form and delivery systems of materials that will enable our space missions while directly benefiting American businesses here on Earth."

This type of injector manufactured with traditional processes would take more than a year to make but with these new processes it can be produced in less than four months, with a 70 percent reduction in cost.

"Rocket engine components are complex machined pieces that require significant labor and time to produce. The injector is one of the most expensive components of an engine," said Tyler Hickman, who led the testing at Glenn.

Aerojet Rocketdyne's additive manufacturing program manager, Jeff Haynes, said the injector represents a significant advancement in application of additive manufacturing, most often used to make simple brackets and other less critical hardware. "The injector is the heart of a rocket engine and represents a large portion of the resulting cost of these systems. Today, we have the results of a fully additive manufactured rocket injector with a demonstration in a relevant environment." he said.

Glenn and Aerojet Rocketdyne partnered on the project with the Air Force Research Laboratory at Edwards Air Force Base, Calif. At the Air Force lab, a unique high-pressure facility provided pre-test data early in the program to give insight into the spray patterns of additively manufactured injector elements.

"Hot fire testing the injector as part of a rocket engine is a significant accomplishment in maturing additive manufacturing for use in rocket engines," said Carol Tolbert, manager of the Manufacturing Innovation Project at Glenn. "These successful tests let us know that we are ready to move on to demonstrate the feasibility of developing full-size, additively manufactured parts."

http://www.nasa.gov/press/2013/j ... -engine-injector-0/

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Aerojet Rocketdyne Successfully Tests Rocket Injector Assembly Built Using Additive Manufacturing Technology
SACRAMENTO, Calif., July 11, 2013 (GLOBE NEWSWIRE) -- Aerojet Rocketdyne and NASA successfully completed a series of hot-fire tests on a liquid-oxygen/gaseous hydrogen rocket injector assembly built using additive manufacturing technology. This testing, in cooperation with NASA Glenn Research Center (NASA-GRC) under a Space Act Agreement, was a key step in the development and certification of the integrated manufacturing process, analysis and design tool, and component technologies required to implement Selective Laser Melting (SLM) for highly critical rocket engine components. Aerojet Rocketdyne is a GenCorp (NYSE:GY) company.

"This project combined new additive design / analysis tools and manufacturing processes to make a component with legacy engine performance characteristics, paving the road to implement these technologies in these engine products," said Jeff Haynes, program manager, Additive Manufacturing, Aerojet Rocketdyne. "This is a significant advancement in the application of additive manufacturing to rocket engines. Additive manufacturing has the ability to produce complex parts at a fraction of the time and cost, if applied through a rigorous risk-based process. Today, we have the results of a fully additive manufactured rocket injector with a demonstration in a relevant environment."

The hot-fire test required significant material design data development from the additive manufacturing process to ensure adequate factors of safety and reliability. This injector was designed by Aerojet Rocketdyne engineers to reduce manufacturing lead time from more than a year to just a few months, resulting in potential cost savings of more than 70 percent compared to traditional manufacturing processes. The next steps in the adoption of this technology include the generation of scale-up and establishing production requirements. Aerojet Rocketdyne is actively working to integrate advanced manufacturing technologies into the product lines to address affordability concerns across the industry.

Aerojet Rocketdyne is a world-recognized aerospace and defense leader providing propulsion and energetics to the space, missile defense, strategic, tactical missile and armaments sectors for both domestic and international markets. Find out more about the new Aerojet Rocketdyne at http://www.Rocket.com.


http://www.rocket.com/article/ae ... uilt-using-additive

bodelphi

[quote]引用第8楼henry2000888于2013-07-20 23:41发表的

henry2000888

引用第9楼bodelphi于2013-07-22 00:54发表的 :


NASA的测试是真的，简单来说就是NASA用的是laser melting manufacturing，就是用激光去溶解金属粉末，然后再塑性，用激光可以保证产品的精度。不过这种技术还不成熟，目前一个injector用新的工艺要4个月。其实还是传统工艺的变革，只适用于大型科研机构。这种工艺做的机械产品强度不如传统方法，用于火箭制造还不成熟，比如说要是燃油喷射器的喷射强度少了2%，整个火箭的载重就能少10%，这肯定不能接受。

这个工艺并不是我们理解的3D产品打印。3D产品打印应当是additive method，就是一层一层的把材料添加上去，就像一层层的糕饼一样，要完成一个产品几个小时到一天吧。NASA的这个产品称作为3D打印实在太牵强了。

两者共同特点其实一样，都属于增材成形，叫3D打印来说也是可以的，国内资料也有：

激光快速成形是3D打印制造的一种

激光快速成形是3D打印制造的一种，是利用计算机模拟切片的技术，逐步利用高能激光束熔化送到熔池中的粉末，如金属、陶瓷、塑料、砂等，从而逐步堆积成一定形状的零件和部件。该技术将多维制造变为简单的由下至上的二维叠加，大大降低了设计与制造的复杂度，甚至可以制造传统方式无法加工的奇异结构，如封闭内部空腔、多层嵌套等。

　　激光快速成形技术与传统工艺相比具有独特的优越性和特点。比如，可实现材料制备与成型的一体化，显著缩短零件制造周期，降低制造成本，提高材料利用率；具有广泛的材料及设计适应性；实现多种材料在同一零件上的集成制造，满足零件不同部位的不同性能需要；采用非接触加工的方式，无切割噪音、振动以及废水、废料等排放，符合现代绿色制造理念。

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3D打印技术类型与材料共同决定应用范围


目前SLA技术主要采用液态光敏树脂，FDM技术主要使用丝状热熔性塑料，LOM使用薄膜材料，SLS使用金属粉末，而3DP可使用金属粉末或塑料粉末等。反过来讲，材料本身的物理特性又会限制不同技术的应用。

　　立体光固化成型的成形速度快，精度相对较高，且外形表面好，但限于光敏树脂的物理特性，其3D打印产品主要用于代替熔模精密铸造中的蜡模和原型设计验证方面，而很少作为功能性零件使用。目前3D打印技术中唯一可桌面化的技术是FDM，京东商城所售的3D打印机就是基于这种技术，使用ABS或PLA丝状、线状材料制作玩具；而在工业中FDM使用的丝状才来主要是工程塑料，其产品多为塑料件、铸造蜡模和样件等。SLS是3D技术中最具潜力制备功能性零件的技术，SLS可再细分为金属粉末和粘结剂混合烧结、金属粉末激光烧结和金属粉末压坯烧结；SLS主要优势是制作相对高强度的金属制品，在高端制造领域中完成样件功能试验或装备模拟。南京航空航天大学用Ni基合金混铜粉进行烧结成型的试验，成功地制造出具有较大角度的倒锥形状的金属零件。

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3D打印关键技术、装备研制方向

来源：科技部

聚焦航空航天、模具领域的需求，突破3D打印制造技术中的核心关键技术，研制重点装备产品，并在相关领域开展验证，初步具备开展全面推广应用的技术、装备和产业化条件。设4个研究方向：

　　1 面向航空航天大型零件激光熔化成型装备研制及应用（国拨经费控制额不超过1000万元，前沿技术研究类）

　　针对航空航天产品研制（试制）过程中单件、小批量需求，研制适合钛合金等难加工零件直接成型的大型零件激光熔化成型装备，台面2米×2米，制件精度控制在±1%以内，堆积效率达300cm3/h以上。制定相关工业技术标准，并在航空航天产品研制零部件制造中进行应用。

　　2 面向复杂零部件模具制造的大型激光烧结成型装备研制及应用（国拨经费控制额不超过1000万元，前沿技术研究类）

　　针对复杂零部件模具快速制造的需求，研制适合制造蜡模、蜡型、砂型制造，以及尼龙等塑料零件制造的大型激光烧结成型装备，台面2米×2米，制件精度控制在±0.1%以内，堆积效率达1000cm3/h以上。制定相关技术标准，并在汽车、模具等行业产品研制中得到应用。

　　3 面向材料结构一体化复杂零部件高温高压扩散连接设备研制与应用（国拨经费控制额不超过1000万元，前沿技术类）

　　针对结构复杂、性能要求高、连接难度大等复杂零部件加工的需求，研制材料结构一体化复杂零件高温高压扩散连接设备和工艺，工作加热区域尺寸Φ1000mm×1000mm以上，并在航空航天产品的研制中开展应用。

bestluyf

很强大，鼓舞人心

golden21c

Z Corporation

http://en.wikipedia.org/wiki/Z_Corporation

golden21c

video
http://gyges3d.com/videos/23/Z-Corporation/most_recent/all_time/

56789

材料不成熟啊

oops1

国内好多高校也在搞这个，项目经费大大的。

bodelphi

给大家看看今年SIGGRAPH会议上出的成果，MIT的Openfab，算是目前最先进的3D打印制作了。
目前最先进的也仅仅是在塑料建模成型上面，谈到机械制造加工还没有几十年是达不到的。这个技术的特点就是模仿了RenderMan的概念，让3D打印的模型数据传输方便，这样就可以打印不同材质，颜色了。
看这几个犀牛酷的，


有兴趣的朋友可以看看这个论文，讲数据结构原理的，挺有意思的。
http://openfab.mit.edu/pdf/openfab.pdf

bodelphi

[quote]引用第13楼golden21c于2013-07-23 00:00发表的 :
video

henry2000888

引用第16楼bodelphi于2013-07-26 22:51发表的 :
给大家看看今年SIGGRAPH会议上出的成果，MIT的Openfab，算是目前最先进的3D打印制作了。
目前最先进的也仅仅是在塑料建模成型上面，谈到机械制造加工还没有几十年是达不到的。这个技术的特点就是模仿了RenderMan的概念，让3D打印的模型数据传输方便，这样就可以打印不同材质，颜色了。
看这几个犀牛酷的，


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3D打印有两种定义。狭义指“MIT开发的以粉末为基础的制造技术”。广义上指所有的增材制造技术（Additive Manufacturing）。


据Andreas Gebhardt对添加性制造技术的入门书籍Understanding Additive Manufacturing，添加性制造技术有很多种，MIT开发的3D打印技术只是其中一种：
1. 以高分子聚合反应为基本原理：激光立体印刷术（Stereolithography， SLA，有著名的Objet（已和Stratasys合并）和FormLabs为代表）, 高分子打印技术（Polymer Printing）, 高分子喷射技术（Polymer Jetting）, 数字化光照加工技术（Digital Lighting Processing）, 微型立体印刷术（Micro Stereolithography）。
2. 以烧结和熔化为基本原理： 选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering， SLS，3D打印行业龙头老大3D System的看家本领）, 选择性激光熔化技术（Selective Laser Melting, SLM）, 电子束熔化技术（Electron Beam Melting， EBM）。
3. 以粉末-粘合剂为基本原理：三维打印技术（Three Dimensional Printing, 3DP，MIT在90年发明的，Zcorp（已被3D Systems收购）、EOS和voxeljet是杰出代表）
4. 熔融沉积造型技术（Fused Deposition Modeling, FDM，著名代表有RepRap项目、MakerBot和Stratasys公司）
5. 层压制造技术（Layer Laminate Manufacturing, LLM）
6. 气溶胶打印技术（Aerosolprinting）
7. 生物绘图技术（Bioplotter）
每一种添加性制造技术的具体原理都不一样，但是主要都是想办法根据电脑数据制造出一层东西，然后在这层东西上面再制造一层东西，如此类推，直至制造出整个立体模型。
主要特点是成品结构复杂性几乎不受限制。

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主要技术 原理 使用材料 特点 主要应用领域
SLA 立体光固化成型 用特定波长与强度的“光”聚焦到“光固化材料”表面，完成单层材料的图形化。 液态光敏树脂，例如PI. 成形速度较快，精度相对较高，外形表面非常好。 制造多种模具、模型；代替熔模精密铸造中的蜡模；一般主要用于原型设计验证方面。


FDM 容积成型 将丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体，微喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在成型的“作品”上，冷却后完成一层图形制作。 丝状材料(石蜡、金属、工程塑料、低熔点合金丝)；桌面级3D打印机主要以ABS和PLA为材料。 使用、维护简单，成本较低，速度快，复杂程度原型仅需要几个小时即可成型。 塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。


LOM 分层实体制造 激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的薄材用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用粘压装置将已切割层粘合在一起。 纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜及涂敷有热敏胶的纤维纸等。 工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。 快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。


3DP 三维粉末粘接 先铺一层粉末，然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域，让材料粉末粘接，形成零件截面，然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，层层叠加，获得最终工件。 粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等。 成型速度快、无需支撑结构，而且能够输出彩色打印产品，目前其他技术比较难以实现。 主要应用在专业领域，桌面级别项目尚需观察。


SLS 选择性激光烧结 先铺一层粉末材料，控制激光束有选择地进行烧结，使粉末材料温度升至熔化点，被烧结部分便固化形成图形，接着不断重复铺粉、烧结的过程，直至完成整个模型成型。 金属粉末材料(Ni基合金混铜粉、Ti、Fe、Cu粉末) . 成品精度好、强度相对较高，最主要的优势在于金属成品的制作。 高端制造领域，样件进行功能试验或装配模拟。




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　北京航空航天大学航空材料专家王华明教授去年在中国科学院一个专题讨论会上表示，中国现在仅需55天就可以“打印出”C-919客机的主风挡整体窗框。王华明说，欧洲一家飞机制造公司表示，他们生产同样的东西至少要两年，光做模具就要花200万美元。王华明在一段讨论会视频中说：“传统飞机制造业不仅耗时久，而且浪费太多材料。一般只有10%的原材料能被利用，剩下的在铸模、锻造、切割和抛光工序中就损失了。”他还举例说，美国洛克希德·马丁公司制造一架F-22战斗机需要2796公斤钛合金，但实际只有144公斤用到飞机上。

　　香港理工大学企业发展院副院长西德尼·黄表示，3D打印技术可助中国加快新一代飞机的研发：“3D打印技术可节省时间和材料，研究人员能短期内轻易打印出组装样机所需的各种高端、精密的零部件。没有制模和其他复杂的传统工序，造样机的成本要低很多，科学家可以不断制造更多复制品用于试验。”

　　王华明认为，中国大型3D打印技术已超过美国，因为许多美国同行只是用这门技术生产“小玩意”。但位于北京的亚洲制造业协会首席执行官罗军认为，中国科学家在发展3D打印方面，与美欧同行“仍有一定距离”。


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王华明：3D打印从快速成形到直接产品制造
第二个，说一下到底什么是增材，增材制造或者是3D打印。这是传统的细胞膜，大家做零件的话，先有一个毛坯，然后制造零件，当然这个利润率比较低，这是一个传统的方法，但是不是说我们要取代它。增材制造就是往上面添加材料，更形象的就是高等数学里面的定积分。增材制造从分类上来说，是两大类，一类就是原型制造，快速成型，成型出来一个模样，再把它翻成一个金属零件，这个零件从80年代中期开始，现在扩展到更多领域。另外一个是做高性能的金属零件直接制造，这个从90年代初开始，难度比较大。原型子早主要是做树脂、石蜡、纸等原型件，这个件可以用，也可以再翻成别的零件。主要用途还是在新产品的快速设计，在这个阶段对设计的优化、商业宣传、产品的评估等做快速准备，效果是反映在新产品的研发成本和生产准备的成本，以及新产品研发周期。

　　这种快速原型制造的方法，应该说这是大家都知道的3D打印，这应该是1986年MIT发明的方法，叫3D打印。基本工艺包括光敏树脂化等等很多方法，3D打印就是这么回事，用喷墨打印机把胶水打出来，一烤干，建一个厚度，铺一层粉末，如何打印就可以反复打一个东西出来，这是铺纸工艺，这里就不讲了，刚才颜教授介绍了这个造型，清华大学做得非常好。然后，这个就是选择性激光烧结，3D打印完全被它取代，它的精度是比较高的。

　　第二类，就是高性能金属构建的直接制造，这个事情发展相对比较万，上世纪90年代。用的手段是一样的，主要用高功率的激光束或者是高功率的电子束对粉末丝材进行熔化，往上堆积，应该说这是它的一个主要方法。到现在为止，可能大家见到的都是做小的居多，做大的难度还会非常大，后面我还会讲讲个人观点，这可能是增材制造发展的方向，也是一个难点。

　　这是国外做的一些情况，关于在金属零件这块做得很多，要做到这个程度难度非常大，这个也可以看出来，表面并不是能达到真正的精度。像这个虽然说表面很光，但是离传统的加工还有很大的差别。这是密歇根大学做的梯度材料，这是热缩冷展的结构，这是所谓空心的结构。

　　下面我就讲一下我认为真正的方向，就是高性能难加工的金属大型复杂构建激光直接制造，我觉得这可能也是一个方向。这个方向刚才讲了，就是用高功率的激光或者是高功率的电子束对材料进行熔化，展现出一个毛坯。当然，它有很多优势，从典型的数字化技术得到一个成型的零件，而这些零件用传统的方法做很困难，例如这么一个零件，用传统方法做，从铸锭到制坯到模具非常困难。用增材制造方法做有很多好处，组织很细，力学性能很好，可以实现多材料去做。制造技术上有很多优势，不再需要模具、不再需要工装等等，有很多优点。从这个意义上来说，我觉得确实是一种数字化的带有变革性的，短流程、低成本的数字化制造技术。这种技术是一个发展方向，我觉得它也是增材制造的发展方向。到现在为止像钛合金这种技术还没有取得突破，难在哪个？热应力太大，凝固会收缩，体积收缩就带来非常大的应力。最终结果就是热应力太大，要做大零件就非常困难。

　　第二个难题是冶金过程复杂，焊接过程是很难控制的过程，所以带来的结果是力学性能不行，性能不行的结果就是关键构建没办法用。这是美国人做的结果，激光成型在锻压，疲劳性会差一些，2002年大概做过试验，现在就不再做了。我认为一个是变形、一个性能、一个是装备，还有一个是标准，这是非常重要的。这是美国的增材学会主办的增材制造的研讨会，我们看它的主题激光修复，只能做小的，国际上的方向是做表面工程。

　　下面，我就简单说一下我们大概是这样，干了快20年，走出了实质性的一步，包括从工艺到装备到标准走出了第一步，现在在飞机上有所应用。我们做出来了这样的装备我觉得是非常大的，可能有7、8米，尺寸做到4×3×2米的尺寸，我们具备这种能力，然后就是标准，我觉得这是非常重要的，经过20年，大概积累下一个初步的标准。应用我们大概也很庆幸，就是C919的机头的主风挡窗框就是这样一个情况，四个框，一个框50万，200万元的模具，我们采用了这个技术，大概不到55天，做出来四个框，成本就不用说了，太低了。2010年还出了这么一段，这是机翼和机身连接的部位，这边是一个翅膀，这是机身，大家看一下这个是非常大的，这是前面的零件、后面的零件，四个零件是采用激光去做，激光做有很多的优势。这边是采用锻件、这边是采用增材制造，确实它的优势太明显了，锻件可能是1600公斤，激光是1300公斤，我们已具备这种能力做出这么大的钛合金构建，恐怕这是其他方面做不出来的。

　　下面就简单说一下增材制造的个人观点，就是它前景的一个评价，我认为这种技术确实带有一种变革性的，短流程、低成本、数字化，高性能的制备构建制造一体化的技术。对构建的制造是重要的，尤其是这种技术一部分高性能难加工构建技术的革命。


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解读3D打印技术即将解禁的核心专利——激光烧结技术


当下，3D打印的发展也像其他众多我们所熟悉的产业一样，在相当程度上受到专利的制约。但近日荷兰3D打印公司Shapeways的设计专家Duann Scott表示截止到2014年2月将有一批3D打印的关键专利到期，由此他预测届时这些当下市场中的高端打印技术将掀起一轮3D打印设备的大爆发。

这些解禁专利所构成的关键技术被称为激光烧结（laser sintering，快速成型技术的一种）——这是一项廉价的3D打印技术。而由于激光烧结本身具有很高的分辨率，因而通过它打印的产品已经非常接近上市的成品。

当前人们谈论起3D打印将为制造业带来革命，显然不是指打印一些结构简单表面粗糙的模型。而现下成品级的打印往往只有大型工业机型能够做到，后者的价格高达数万美金。

　　选择性激光烧结技术（SLS)作为3D打印技术中的关键一环，近年来引起各国重视。

　　20世纪90年代开始，随着世界经济竞争的日益激烈化和全球化，产品制造商们越来越需要以最短的时间制造出符合人们消费需求的新产品来抢占市场。20世纪80年代末出现的快速成型(Rapid Prototyping，简称RP)就是在这样的背景下提出并逐步得以发展的。RP技术是一种逐层零件制造上艺，它突破传统的材料变形成型和去除材料成型的工艺方法，使用近乎全自动化的工艺从CAD文件直接生产所需要的模型或模具，可以显著减少产品原型的开发时间和成本，极大的提高产品的质量；另外，RP制造过程中不需要任何传统意义上的工装夹具、刀具或模具即可制造出任何复杂形状的零部件。因此。RP技术在现代制造业中越来越具有竞争力，有望成为21世纪的的主流制造技术。

　　目前典型的快速成型的方法有：光固化立体造型SLA(StereoLithography Apparatus)、分层物件制作LOM(Laminated Object Manufacturing)、选择性激光烧结SLS(Selective Laser Sintering)和熔融沉积造型FDM(Fused Deposition Modeling)等。各种RP方法具有其自身的特点和适用范围。


由于SLS工艺具有粉末选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结零件等诸多优点，成为当前发展最快、最为成功的且已经商业化的RP方法之一，在现代制造业得到越来越广泛的重视。主要综述SLS技术的工艺原理、实际应用、发展历程和现状。


Scott表示伴随着这批关键专利到期，3D打印的价格会大幅下降。

　　在过去的四五年里，更早一批3D打印专利——构成了熔融沉积成型技术（fused deposition modeling）——的解禁带来的是开源FDM打印机的爆发，而桌面打印公司Makerbot就是产自于这次大爆发。

　　最终，Makerbot在上月被巨头Stratasys以4亿美金收购——这桩收购案很有落叶归根的味道。Stratasys的创始人Charles Hull正是通过FDM发明了3D打印技术，这也是Makerbot的技术根本。

　　在FDM专利解禁后的几年里，最便宜的FDM打印机从最初的上万美刀降到了300美刀。这一改变极大推动了发烧友中打印机的普及，并且助力了兴起中的创客浪潮。

　　在当下，我们也期待着同样的效应发生在激光沉积3D打印机上。

　　“这一切曾经发生在FDM机型上，”Shapeways的Scott表示，“一旦这些专利的限制解除，这将迅速变得开放繁荣。5年以前，一台FDM打印机的价格是14000美刀，而现在我们300美刀就能买到。”

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863计划2014年项目征集：大功率光纤激光器与3D打印

2014年863计划和支撑计划新材料、交通、先进能源、先进制造、信息、地球观测与导航、资源及环境、生物和医药、人口与健康、海洋、现代农业等11个领域备选项目征集指南将于近期在科技部门户网站陆续发布。

　　以下为国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南中激光领域相关项目：

二、3D打印关键技术、装备研制

　　聚焦航空航天、模具领域的需求，突破3D打印制造技术中的核心关键技术，研制重点装备产品，并在相关领域开展验证，初步具备开展全面推广应用的技术、装备和产业化条件。设4个研究方向：

　　1、面向航空航天大型零件激光熔化成型装备研制及应用（国拨经费控制额不超过1000万元，前沿技术研究类）

　　针对航空航天产品研制（试制）过程中单件、小批量需求，研制适合钛合金等难加工零件直接成型的大型零件激光熔化成型装备，台面2米×2米，制件精度控制在±1%以内，堆积效率达300cm3/h以上。制定相关工业技术标准，并在航空航天产品研制零部件制造中进行应用。

　　2、面向复杂零部件模具制造的大型激光烧结成型装备研制及应用（国拨经费控制额不超过1000万元，前沿技术研究类）

　　针对复杂零部件模具快速制造的需求，研制适合制造蜡模、蜡型、砂型制造，以及尼龙等塑料零件制造的大型激光烧结成型装备，台面2米×2米，制件精度控制在±0.1%以内，堆积效率达1000cm3/h以上。制定相关技术标准，并在汽车、模具等行业产品研制中得到应用。

　　3、面向材料结构一体化复杂零部件高温高压扩散连接设备研制与应用（国拨经费控制额不超过1000万元，前沿技术类）

　　针对结构复杂、性能要求高、连接难度大等复杂零部件加工的需求，研制材料结构一体化复杂零件高温高压扩散连接设备和工艺，工作加热区域尺寸Φ1000mm×1000mm以上，并在航空航天产品的研制中开展应用。

　　4、于3D打印制造技术的家电行业个性化定制关键技术研究及应用示范（国拨经费控制额不超过1000万元、企业牵头申报，应用开发与集成示范类）

　　针对家电行业个性化定制迫切需求，结合以3D打印制造技术为核心的数字制造技术带来的制造变革，研究3D打印个性化零件设计技术、个性化定制模式、定制业务协同引擎、交互门户、运行平台等技术，开发个性化定制管理平台，并基于3D打印制造装备为终端用户提供个性化定制服务，在应用示范期内销售经济收入不少于3000万元。

golden21c

感觉3d打印有一重要应用是建立模具，无论石膏还是其他什么，建立模具后就可以浇铸或者其他处理，看处理的零件什么，是打印出来的东西可以发脆，但是最终产品未必。