德國Formnext增材制造展覽會是歐洲首屈一指的模具制造及加工、快速成型制造、增材技術(shù)專業(yè)展覽會，是專業(yè)人士了解當今最前沿3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的重要窗口，能夠從中找出未來幾年技術(shù)發(fā)展的方向。今年為期四天的展會已于11月舉辦，有802家展商和29581名觀眾參加，相比去年分別增加32%和64%。中國也有28家企業(yè)參展，相比去年增加了18家。
從數(shù)據(jù)看，這次展會的舉辦是成功的。本文部分內(nèi)容來自國外資深3D打印編輯Peter Zelinski的視角，3D打印技術(shù)參考同時補充并融合了大量觀點，從十個方面來看國際上最新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。
一. 陶瓷3D打印技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展
陶瓷已經(jīng)成為即金屬和聚合物之后被關(guān)注的第三種重要的3D打印材料，其發(fā)展速度雖沒有前面兩種材料的打印工藝那樣快速和引人注目，但現(xiàn)有技術(shù)在成熟度和應用廣度方面正在穩(wěn)步發(fā)展。
Lithoz是致力于各種工程陶瓷材料和醫(yī)療植入物的3D打印技術(shù)制造商，該公司認為3D打印也是一種具有成本效益的大規(guī)模生產(chǎn)方式，可用于具有挑戰(zhàn)性的陶瓷部件制造。下圖展示的一種精密針狀元件，可用于要求具有惰性或耐熱性、耐化學性的苛刻應用，該公司的設(shè)備可以每次400多個的構(gòu)建速度批量生產(chǎn)該零件。
Lithoz平臺每次可以打印400個上述零件
高速聚合物制造商Nexa3D則展示了一種xCeramic3280陶瓷復合樹脂，憑借高耐熱性和抗拉強度，可用于陶瓷模具制造。
Nanoe打印的具有高介電常數(shù)的復雜通信組件
專門從事工業(yè)用創(chuàng)新陶瓷材料開發(fā)和制造的工業(yè)公司Nanoe展示了其在3D打印通信組件方面的技術(shù)。在無線電通信組件中，介電常數(shù)是一個關(guān)鍵參數(shù)。該公司使用聚合物絲材進行打印，經(jīng)過脫脂和燒結(jié)制成實心陶瓷部件。這種方法損害了陶瓷的一些有用特性，但在介電常數(shù)是主要或唯一關(guān)注的參數(shù)情況下，這無關(guān)緊要。
二. 無人值守的生產(chǎn)流程
用于批量生產(chǎn)的3D打印已經(jīng)在當下廣泛提及，這實際上相對于至少五年前來說是一個巨大的進步。對于可預見的未來，自動化、無人值守并保持生產(chǎn)，可能會是3D打印用于生產(chǎn)的另一幅圖景，就如同現(xiàn)在的其他工業(yè)技術(shù)一樣。
Stratasys在展會上提供了這方面最突出的例子。一條無人值守的增材制造生產(chǎn)線有一個機器人照管著六臺不同的Origin光聚合物3D打印機，零件通過機器人從打印機傳遞到其他設(shè)備并進行進行自動化后處理。
Stratasys展示無人值守的3D打印生產(chǎn)線
Boston Micro Fabrication (BMF) 是一家制造微型精密零件的光聚合物系統(tǒng)制造商。它的新機器能夠自動開門來讓機器人進入，這也是對未來用戶需求的預期。
3DSystems展示了對其機器框架和結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計，一個重大變化是機器的機械裝置已移至側(cè)面，因此可以打開機器的背面以便機器人進入。
3D Systems對其機器平臺重新設(shè)計
Additive Industries是激光粉末床熔融 (LPBF) 和相關(guān)后處理自動化模塊的制造商，它展示了一個可以裝入構(gòu)建室的校準單元。該裝置結(jié)合了激光功率傳感和聚焦傳感，允許快速校準、驗證激光器的精度，它作為無人值守生產(chǎn)的無縫銜接部分，不需要技術(shù)人員參與。
GE Additive則展示了粘結(jié)劑噴射金屬3D打印生產(chǎn)流程的自動化處理能力，如預測燒結(jié)過程中零件幾何行為的精確建模以及自動化的粉末循環(huán)處理裝置和各處理設(shè)備之間能夠自動移動的打印腔室。
GE Additive展示的粘結(jié)劑噴射金屬3D打印復雜零件
英國初創(chuàng)公司Rivelin則正在開發(fā)機器人技術(shù)，以對SLM/LPBF技術(shù)打印的零件進行有效后處理。它開發(fā)了一個高效軟件，允許用戶通過為零件CAD模型的不同表面分配適當?shù)慕饘偾邢骱途庸すぞ邅砜焖賹C器人進行編程。該公司技術(shù)的另一部分是力傳感。在精加工過程中實時感應和響應零件的細微運動，使機器人能夠巧妙使用這些工具，最大限度降低過切和讓高價值零件報廢的風險。
Rivelin用于金屬增材零件的機器人后處理系統(tǒng)
三. 歐、美對3D打印技術(shù)的態(tài)度有差異
DMG MORI和Velo3D分別是歐美兩個地區(qū)增材制造技術(shù)的杰出代表，并分別在這個地區(qū)擁有市場，但兩個公司的人員均表示歐洲和美國對增材制造技術(shù)的態(tài)度有差異。
美國用戶更有可能從傳統(tǒng)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向增材制造，并將兩種技術(shù)進行比較；歐洲用戶更有可能根據(jù)過去使用增材制造技術(shù)的一些經(jīng)驗來考慮這項技術(shù)的可實施性。例如，DMG MORI的多材料3D打印技術(shù)在歐洲的更多應用是模具組件，但在美國則更多應用于航天領(lǐng)域，這其實是因為商業(yè)航天工業(yè)是美國增材制造的重要推動力。
DMG MORI裝備制造的多材料火箭發(fā)動機零件
此類的差異可以被看作是市場成熟的跡象，不同大陸的文化在應用制造技術(shù)的方式上一直存在差異。如果增材制造技術(shù)只在很少的范圍內(nèi)使用，那么唯一圈子就只是從事這項技術(shù)的人。但如果體量夠大，應用領(lǐng)域夠廣，不同地區(qū)面對技術(shù)的文化差異就會顯現(xiàn)出來。實際上，中國用戶對3D打印的態(tài)度也已經(jīng)顯示出與歐美不同，這正是技術(shù)應用發(fā)展到一定階段所體現(xiàn)出來的。
四. 更大的成形平臺能否視為技術(shù)的最新發(fā)展
無論金屬還是非金屬3D打印成形平臺，做的更大已經(jīng)是一種現(xiàn)狀或者趨勢。更大的打印空間無疑能夠打印更多的零件和更大的零件，從而為3D打印批量制造和零件集成及一體化制造帶來更多機會。
例如，SLM Solutions已決定開發(fā)成形尺寸達3米的SLM打印機，阿博格的新機器構(gòu)建室增大到了原來的2.5倍，Photocentric DLP制造平臺的成形尺寸也達到了700mm，如此等等。
Photocentric 新DLP3D打印機（700 x 395 x 1200 mm）
SLM Solutions將開發(fā)3 x 1.2 x 1.2m的SLM金屬打印機
更大的成形空間也意味著要解決更多的問題，但這到底算不算是技術(shù)的發(fā)展與革新？如果從解決需求的角度，這算是技術(shù)或設(shè)備的迭代，但如果從技術(shù)的創(chuàng)新性角度，則需要將Carbon（連續(xù)液面制造技術(shù)）和Seurat（面區(qū)域金屬3D打印）拿出來對比。對技術(shù)的未來發(fā)展，是每一個增材制造技術(shù)設(shè)備制造商都應該考慮的問題。
五. 傳統(tǒng)制造商繼續(xù)進入增材制造領(lǐng)域
今年的Formnext有更多從事傳統(tǒng)行業(yè)或其他領(lǐng)域的巨頭公司開始或進一步關(guān)注增材制造技術(shù)。
尼康在今年的動作備受關(guān)注，因為它已與SLM Solutions達成收購協(xié)議，此舉將使其成為增材制造技術(shù)的主要供應商。今年早些時候，它還推出了自己的金屬增材制造系統(tǒng)，并宣布投資混合制造技術(shù)，這些操作將使行業(yè)格局再次變化。
世界知名高端機床生產(chǎn)企業(yè)Grob（格勞博）也首次在Formnext上展示了其液態(tài)金屬3D打印機。
中國化工集團旗下全資子公司KraussMaffei（克勞斯瑪菲）展示了兩款工業(yè)級聚合物3D打印機，這可能是中國化工集團首次進入增材制造領(lǐng)域。
具有百年歷史的高質(zhì)量有色金屬及零部件制造商德國Otto Fuchs （歐福在中國擁有獨資公司）展示了使用DED工藝來制造鍛造零件極端特征的可能性，從而減少鍛造（或大部分鍛造）零件所需的模具數(shù)量。
Otto Fuchs展示DED工藝創(chuàng)建鍛造零件極端特征的可能性
六. 用于3D打印的光源正在突破認知
長時間以來，每種材料都有幾個熟知的固定波段的激光用于成形，如打印金屬材料采用波長1064nm的光纖激光，打印光敏樹脂采用波長355nm/405nm的紫外激光，以及打印聚合物粉末采用波長10.6μm的CO2激光（早期也用于打印金屬）等。
光源的屬性對材料的吸收效率至關(guān)重要，對它的傳統(tǒng)認知正在突破界限。例如，華曙高科通過改進粉末材料組成，推出了采用光纖激光打印高分子聚合物的3D打印機，進一步提高了材料的成形效率；Metshape和Incus則通過配制金屬漿料，開始采用DLP技術(shù)實現(xiàn)金屬間接3D打印成形；基于藍色激光和綠色激光的SLM設(shè)備也已經(jīng)被開發(fā)出來，而且部分已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，為金銀銅等高反射金屬的高效率3D打印提供了可能。
Axtra3D推出了一種結(jié)合DLP和立體光刻的技術(shù)
一家名為Axtra3D的公司則推出了一種結(jié)合DLP和立體光刻的技術(shù)，它能夠在同一構(gòu)建中兼容速度和精度。在這個新系統(tǒng)中，DLP快速固化每一層的區(qū)域，而立體光刻確保每一層輪廓和細節(jié)的精度。關(guān)鍵是波長控制，執(zhí)行立體光刻的激光必須與執(zhí)行面曝光的DLP同步，以確保能量輸入在每一層都是連續(xù)的。該公司聲稱其可提供市場上最快的打印速度，同時仍可提供極高的分辨率，以獲得精細的特征細節(jié)和光滑的表面。
七. 不加支撐或少加支撐是趨勢，但有途徑
對工藝和技術(shù)的理解與控制使不加支撐或少加支撐成為流行，這為后處理提供了更多便利。
優(yōu)化的設(shè)計是避免/減少支撐添加的重要途徑，因此基于增材的設(shè)計要理解工藝的屬性，更加智能的參數(shù)設(shè)計軟件將為此提供更多便利。
從工藝的角度出發(fā)來避免/減少支撐也是重要的發(fā)展方向，尤其在Velo3D帶來的“革命”下，老牌的金屬3D打印領(lǐng)導者EOS最近幾年也在開發(fā)無支撐打印工藝，并已經(jīng)取得了較大的進展。在Formnext展會現(xiàn)場，其展示了一個帶有幾乎水平頂面的封閉貯罐。
EOS展示的大尺寸無支撐打印封閉貯罐
3D Systems也正在該方面做出努力，目前它已將原來的3DXpert軟件劃歸到后來收購的Oqton產(chǎn)品系列中，通過該軟件可以設(shè)計折斷式的支撐。
3Dxpert為渦輪葉片設(shè)計的分離式支撐
除了通過改進零件設(shè)計、支撐設(shè)計和打印工藝，對設(shè)備的改造也是一種避免/減少支撐的手段。弗勞恩霍夫研究所和一家名為Metrom的公司展示了一種具有并聯(lián)運動機器的聚合物沉積3D打印系統(tǒng)。機器的五軸工作臺運動允許在每個時刻以恰到好處的角度定位零件，因此可能不需要抵抗重力的支撐，并且使用平行運動平臺來實現(xiàn)這一點，允許五軸運動既準確又迅速的執(zhí)行。不過這種形式并不新鮮，美國橡樹嶺國家實驗室也開發(fā)了使用8軸工業(yè)機器人和旋轉(zhuǎn)運動的5軸激光定向能量沉積系統(tǒng)。
橡樹嶺國家實驗室的3機器人定向能量沉積大型金屬3D打印機
八. 3D打印為鑄造帶來新形勢
增材制造為許多零件提供了一種替代鑄造的方法，同時它也是一種無需借助工具或通過金屬鑄造廠即可獲得近凈形金屬部件的方法。3D打印技術(shù)融入鑄造，通常是用來制造熔模、砂模，基于此的鑄造流程通常需要一到六周的生產(chǎn)時間。
Foundry Lab展示了一種特殊的工藝，該公司首先使用粘結(jié)劑噴射3D打印來批量生產(chǎn)陶瓷模具，并使用微波燒結(jié)。然后，其并不通過澆注液態(tài)金屬來進行鑄造，而是在模具種放置一個金屬塊（鋁和鋅已經(jīng)可用，其他金屬即將推出），再使用微波來熔化金屬塊并制造出最終的鑄件。Foundry Lab表示該技術(shù)能夠克服當前金屬鑄造技術(shù)在速度、易用性和成本方面的限制。憑借該技術(shù)，該公司于去年11月獲得了800萬美元A輪融資。
金屬塊在Foundry Lab的3D打印模具中熔化成為鑄件
Massivit3D則開發(fā)了一種復合材料模具制造工藝，它采用水溶性材料3D打印大型外殼，打印同時間歇性的將熱固性樹脂澆筑到殼中。在固化后將零件放入水中，待外殼溶解后可獲得近凈成形的鑄造模/工具。該公司提供了一種快速生產(chǎn)大型復合材料工具的方法，使船舶制造商大大縮短航海部件、模具和原型的生產(chǎn)周期，因此于9月榮獲IBEX創(chuàng)新獎。
九. 用于規(guī)模生產(chǎn)的粘結(jié)劑噴射金屬3D打印持續(xù)發(fā)展
2022年，粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展進入了一個新的階段。主要表現(xiàn)為用于生產(chǎn)的裝備產(chǎn)品集中上市、市場重組，以及一些此前默默從事該技術(shù)開發(fā)的企業(yè)開始走向前臺。
本年度，Desktop Metal終于將第一臺生產(chǎn)級系統(tǒng)（Production系列）P50交付給客戶；HP公司歷時四年，推出了其首款基于所謂Metal Jet技術(shù)的S100系統(tǒng)，GE航空（GE Additive）也正式推出了旗下Series 3系統(tǒng)。這些事件標志著用于最終用途金屬零件大規(guī)模生產(chǎn)的粘結(jié)劑噴射金屬增材制造技術(shù)真正商業(yè)化。與此同時，市場整合也出現(xiàn)新的變化。Markforged已經(jīng)從Hoganas集團收購了瑞典公司Digital Metal；富士康也宣布開發(fā)基于粘結(jié)劑噴射的金屬3D打印機；國內(nèi)從事該技術(shù)開發(fā)的峰華卓立、寧夏共享以及三帝科技開始退出隱形模式走向前臺。
展望未來，這項技術(shù)號稱能夠?qū)崿F(xiàn)金屬3D打印低成本、批量化生產(chǎn)且擁有高于其他3D打印技術(shù)數(shù)十倍工作效率的工藝，將成為市場增長最快的技術(shù)之一。
十. 電弧增材與冷噴涂等正在脫離非主流
雖然粉末床熔融工藝仍然是最為主流的金屬3D打印技術(shù)，但需要主要的是，其它工藝類型也在穩(wěn)步發(fā)展，尤其以電弧增材、冷噴涂增材最為引人注意。
電弧增材制造的成形效率高、成本低，尤其適合于制造火箭外殼、導彈艙段等大型零件。在最近的應用中，西北工業(yè)大學林鑫教授團隊的鋁合金電弧增材制造技術(shù)基礎(chǔ)研究，就為我國空間站夢天艙和長五B的研制貢獻了重要技術(shù)；另一國內(nèi)知名的從事電弧增材制造的企業(yè)是英尼格瑪。不過電弧增材制造也有缺點，電弧具有方向性，難以像激光那樣實現(xiàn)精準聚焦，因此熔化軌跡不精細、層堆積導致表面非常粗糙。弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所在今年開發(fā)了一種將電弧增材制造和激光沉積融合在一起的混合金屬3D打印技術(shù)，使之既能兼顧制造速度又能實現(xiàn)精細加工。
冷噴涂是另一種不常被提到的金屬增材制造工藝，常被用于軍事裝備修復與再制造。知名的澳大利亞企業(yè)Spee3D已經(jīng)被美國海軍選中參加軍事演習，意在推動將3D打印部署在實戰(zhàn)中。該技術(shù)可以實現(xiàn)陸地和海上打印軍用部件，幫助減少和消除供應鏈問題。中國從事冷噴涂增材制造的企業(yè)超卓航科也在今年實現(xiàn)了科創(chuàng)板上市，其為維修保障及裝備費用節(jié)約做出了重要貢獻，具有突出的行業(yè)地位。
時至今日，3D打印技術(shù)的發(fā)展與五年前相比已經(jīng)發(fā)生了很大變化，所謂的爆發(fā)可能也正在這一年一年的悄悄變化中發(fā)生著。
最直觀的感受是，從業(yè)人員或者說讀者，對于新的應用變得不再像以前那樣敏感和對內(nèi)容瘋傳；當然，還體現(xiàn)在3D打印展商越來越多的出現(xiàn)在非增材制造行業(yè)的展會中。越來越多的企業(yè)似乎也變得更為自信，這是技術(shù)確實獲得應用的表現(xiàn)，還有一批企業(yè)獲得了大量融資。技術(shù)發(fā)展從未停滯，新技術(shù)正在穩(wěn)步革新現(xiàn)有技術(shù)。再過幾年，你可能更加驚嘆于這些變化。
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