全球首座万吨级铸造3D打印

近日，全球首座万吨级铸造3D打印全流程智能工厂—国家智能铸造产业创新（泉州）中心的6台3D打印机，于日前开始试生产。国家智能铸造产业创新（泉州）中心是泉州（南安）高端装备智造园的重点入驻项目，于年年底开工，总建筑面积约1.4万平方米，项目建成后，将年产高端铸件约1万吨。项目一期建成，共计投入10台3D打印机，目前已有6台3D打印机开始试生产。

据了解，智能工厂主要由3D打印车间、熔炼车间和精整车间组成，依次完成砂芯的打印、熔炼浇注、冷却成型以及最终铸件的抛丸、热处理、打磨、喷漆等。与传统工艺比，3D打印解决了模具制备过程中周期长、成本高以及难以制作曲面等复杂构件的难题，打造了全新无吊车、无模型、无重体力劳动、无废砂及粉尘排放、无温差的“五无”生产模式。过去，传统铸件从工艺设计到产品生产出来，需要30天到40天，而现在，基于3D打印的铸件，7天到20天就能交付。

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指尖上的3D打印

世界最小

一般在定义一台3D打印机有多小时，我们常用的术语是“手掌上的3D打印机”、“口袋式3D打印机”、“A4纸3D打印机”。事实上，还能再小，小到只有一根火柴棒的高度。近日，国外的一名玩家正在突破可能性的界限，展示了一台能够输出清晰打印件但尺寸仅为18x31x41毫米的微型3D打印机，并且重量仅为17克。这是资源库见过或听说过的最小的设备，也符合其发明者声称它是世界上最小的3D打印机的说法。

在YouTube上的一段视频中，用户名为MyNMi的用户展示了微型SLA3D打印机在短短几分钟内输出了一个微小的半透明绿色机器人模型。这台微型打印机看上去是由木材和塑料组合而成，带有一个电机，可以上下移动打印平台，同时还一个看不见的LED光源将紫外线投射在料槽中的树脂材料上完成打印。

这是一款LCD光固化3D打印机，但真的很小。MyNMi通过注射器把微小树脂滴填充了树脂槽，打印机通电后通过其背面的微型USB端口接收数据。这台微型打印机最大构建体积为11x11x17mm，XY精度为0.mm，层分辨率为0.至0.3mm。相比之下，此前资源库曾报道过的纵维立方首款消费级MicroLED3D打印机的构建体积为6.4x4.8x30mm，其精度为0.01mm。然而，这台小机器长和宽的成型尺寸更大。更主要的是，这不只是一台只能摆设的机器，而是能够真正地打印模型，而且还是高精度，可以看出模型精细的细节。

多点开花

3D生物打印商业化

3D生物打印（或简称为生物打印）是指使用机器（3D生物打印机）逐层生产模型的一系列增材制造和数字制造方法。与传统3D打印一样，生物打印基于CAD软件中设计的3D模型创建对象。生物打印对象（或结构）通常是人类或动物的组织模型，通过细胞与其他生物材料和生物相容性材料（如聚合物和陶瓷）的组合而创建。

年，RobertJ.Klebe使用喷墨打印机打印细胞时，生物打印被“正式”引入。从那时起，该领域不断发展，并引入了新的方法和技术。最初生物打印是在学术层面的，现在部分产品已经进入了商业化。在过去的二十年里，研究人员一直专注于研究如何适应活细胞对生物材料打印过程中出现的压力（摩擦、压力、流体粘度等）的敏感性。

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生物打印过程，如工业AM过程，可分为两大类：基于工具或间接（基于支架的打印）和直接（无支架的打印）。这两者又进一步分为两类：激光辅助生物打印和无激光生物打印。生物打印结构本质上是多种材料，这与用于工业制造的3D打印形成了明显的对比。多种细胞类型、不同的支架和支架材料、血管分布（为低于构建体表面的细胞提供氧气）和大量细胞外基质材料都可以成为功能性生物打印结构的一部分。随着细胞的发育和适应，生物打印还需要考虑时间因素，这也是为什么有些人将生物打印称为4D打印的一种。

近十年来，3D生物打印变得越来越火热，已从专门用于学术研究的3D生物打印系统扩展到一个商业化领域。目前，生物打印系统的硬件能力不断提高、商业化、材料标准化趋势明显。

早在年，乌得勒支大学JosMalda教授举办了首批生物打印夏季课程，乌得勒支的研究人员与其他主要中心一起，一直处于生物打印创新的前沿。年2月，该小组首次展示了使用体积生物打印技术制造了功能性肝组织的模型，这表明3D打印复杂器官和再生组织的可行性。TrestleBiotherapeutics是根据哈佛大学维斯研究所JenniferLewis教授过去十年进行的研究，将肾脏（肾脏）组织移植物商业化。而生物打印有望彻底改变我们处理医学和组织工程的方式。它有可能解决全球器官捐献者短缺问题并改变医疗行业，为众多疾病和伤害提供解决方案。南极熊将介绍不同类型的生物打印机和生物墨水，并介绍各种生物打印应用。

一些工业增材制造已经从研究和原型发展到商业的最终用途应用。3D生物打印有望遵循类似的发展轨迹，但目前生物打印中具有商业潜力的硬件都集中在研究应用上。虽然这项研究仅限于学术机构，但一些企业也进行研发工作，比如很多制药公司。

生物打印的最终目标是打印功能器官，但通过生物打印制造复杂的器官十分困难，需要远远超出现有的技术和材料能力。生物打印应用目前集中在药物开发测试，并和食品相关产品（细胞农业）。在再生医学方面，也有生物打印的身影，包括组织移植物、一些基于非细胞生物相容性和生物可吸收的聚合物、陶瓷的植入物等。

多材料性仍然是所有工业3D打印方法的主要限制之一，是组织和器官打印的更大障碍，因为身体最复杂的器官由许多不同的细胞类型组成。需要更多体积方法（同时从所有侧面“全息”打印）。同时，生产速度是当前技术最明显的局限性之一。肾脏和肝脏组织的生产目前仅限于研究应用，其中3D打印组织比2D打印组织具有更多的优势，但真正的功能器官还有很长的路要走。心脏再生（例如3D打印的可吸收心脏瓣膜）和最近的肺再生取得了一些进展。再生医学应用生物打印的关键驱动因素之一是对移植器官的巨大需求。

铝合金的3D打印技术

未来将更轻

铝和铝合金被认为是增材制造发展到大批量生产应用的下一阶段最有潜力的材料之一。这主要是由于与钛合金等轻量化金属相比，铝具有出色的机械性能和低廉的价格。然而，增材制造铝基零件的工业化应用仍有很长的一段路要走，这是因为铝材3D打印面临的几个固有挑战仍未得到有效解决。

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近几个月来，铝价、产量和供应的大幅波动一直困扰着供应链，尤其是在俄乌冲突导致全球紧张局势加剧的情况下。首先是俄罗斯是全球市场的主要铝供应商，俄罗斯最大的制造商RUSAL供应欧盟40%的铝需求。二是铝冶炼是一个耗电大的过程，因此受到近期能源紧缩的影响。在某些情况下，增材制造可以通过减少生产某些增材制造零件所需的材料量来为供应链弹性运转提供解决方案。

铝3D打印的一个早期挑战是，几乎所有用于增材制造的铝合金最初都是为铸造应用而开发的。事实上，迄今为止增材制造中最常用的铝合金是AlSi10Mg，这是一种时效强化铝合金，具有良好的硬度，强度和动态韧性，传统上用作铸造合金。由AlSi10Mg制成的粉末通常用于增材制造，并且最终组件具有高耐腐蚀性，低密度和高机械强度。

铝合金Plus3D打印

更多可能

对于常见的铝合金材料，大多数硬件公司和服务提供商是采取L-PBF技术来进行加工，在同一时间，作为霍尼韦尔和SLMSolutions合作的一部分，新开发的铝合金F参数包AlSi7Mg0，6（A的新型无铍版本）与通过压铸生产的零件相比，材料性能有了明显改善。霍尼韦尔与SLMSolutions于年宣布合作开发基于具有高层厚度的金属粉末床融合3D打印，旨在减少制造时间和生产3D打印飞机部件的成本，以满足航空航天工业的要求。另一种流行的增材制造铝合金材料是A20X，它是专门为增材制造而开发的，可以提供高达MPa的抗拉强度，高达MPa的屈服强度和高达13%的断裂伸长率。

在俄乌冲突之前，全球最大的铝制造商之一RUSAL推出了用于增材制造铝的ALLOW系列铝产品，其中包括铸造合金和专为增材制造工艺开发的几种合金，并针对可持续性和低能耗需求进行了优化。其中包括RS-AlCu（一种耐热裂的2xxx系列合金）和RS-AlSiNi合金，适用于高达°C的应用;以及RSAlMg和RS-AlMgSc合金，它们是耐腐蚀的高强度材料，售价明显低于Scalmalloy。

随着金属开发商和制造商引入更多增材制造专用铝和铝合金材料，金属3D打印行业将持续取得增长。今天，尽管铝增材制造的应用潜力在很大程度上仍未开发，但它在某些领域正在取得进展。Scalmalloy是专门为航空航天应用开发的，并具有满足苛刻应用环境的特性。铝镁钪粉末合金具有较高的强度重量比，良好的延展性和耐腐蚀性。与拓扑优化结合使用，该材料可以提供轻量化、高性能的飞机部件。而大幅面铝打印零件，迄今为止最大的是由MELD制造公司生产的。这家美国公司使用其独特的摩擦固结3D打印工艺，通过使用现成的铝条打印一个十英尺（3.05米）直径的铝筒来展示其露天能力的可扩展性。

更好的合金3D打印

危险仍然不容忽视

一年多前，中南大学材料科学与工程学院发生一起爆燃事故，一名博士研究生受伤。而此次中南大学发生的痛心事件让我们对3D打印相关的实验安全性敲响了警钟，无论对于制粉还是3D打印工艺实验相关。年，美国马萨诸塞州沃本市的PowderpartInc.公司发生金属粉尘爆炸，一名当时独自在工厂工作的工人被三度烧伤，现场至少有一台使用可燃金属粉末的3D打印机。除此之外，国内也出现过与金属3D打印相关的危险事件。

3D打印的重要材料——钛和铝等均是活泼金属，这些材料可燃，因此会像粉尘一样爆炸。钛和铝的燃烧速度也非常快，并会产生极高的温度和压力，因此需要格外小心。与粉尘相关的危害程度在很大程度上取决于相关材料的数量及其在该数量下的行为。粉尘爆炸是由悬浮在封闭空间中的颗粒快速燃烧引起的。当这些颗粒与火花、明火、过热的表面或机器放电接触时，就会发生爆炸。

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金属3D打印的从业人员要考虑所使用的集尘器或吸尘器中混合的材料，会不会引发铝热反应，是否配备了D类灭火器等等。实际上，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。

不仅如此，在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。

金属3D打印保护

安全刻不容缓

基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。

金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLMSolutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。

（大型金属3D打印手套箱）

3D打印安全保护

3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。

金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。

（大型金属3D打印手套箱）

技术优势

●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。

●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。

●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。

●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。

●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。

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