根据3D科学谷的市场洞察，计算模拟方法，尤其是基于相图计算（CALPHAD）的方法，可以预测并筛选出具有所需微观结构和性能的潜在高熵合金。计算模拟工具，如CALPHAD相图计算、有限元法（FEM）、计算流体动力学（CFD）和分子动力学（MD）模拟，能够帮助研究人员精准预测材料的微观结构、力学性能和热物理特性，从而优化激光粉床熔融工艺参数。这些方法有效降低了试错成本，提升了打印质量。

本期，借助材料人的分享，本期3D科学谷与谷友共同领略3D打印高熵合金设计、制备、微观组织和性能的综述！尤其是如何通过多种计算模拟方法，加速合金的筛选与优化。

▲论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100834

3D科学谷洞察

“计算模拟在增材制造高熵合金中的作用是多方面的，它不仅能够加速新合金的发现和优化，还能深入理解材料的微观结构与性能之间的关系，为高熵合金的研究和应用提供了强有力的工具。”

 01【导读】

近年来，金属3D打印技术在制造复杂金属结构方面取得了显著进展，而高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)凭借其卓越的机械、物理和化学特性，已成为金属增材制造领域的热门材料。由新加坡南洋理工大学的周琨教授团队撰写的最新综述，聚焦激光粉床熔融（Laser Powder Bed Fusion, LPBF）技术在高熵合金领域的应用，系统总结了不同种类高熵合金的设计策略、粉末制备方法、打印态微观组织、性能表现以及潜在应用前景。
该综述以“Recent progress in high-entropy alloys for laser powder bed fusion: Design，processing, microstructure, and performance”为题，发表在材料综述的顶刊《Materials Science & Engineering R：Reports》上。文章旨在为研究人员提供宝贵参考，助力开发高性能高熵合金，推动这一新兴材料在增材制造中的应用与发展。

 02【内容简介】

高熵合金是一类新型合金，通过在接近等原子比的成分下混合多种主要元素，展现出优异的强度、韧性、耐腐蚀和抗辐射性能。相比传统合金，高熵合金具备更广泛的设计空间，适合应用于航空航天、能源和生物医学等高性能需求领域。然而，由于组成复杂与多元素混合带来的材料制备和稳定性问题，传统制造技术难以实现有效加工。激光粉床熔融技术凭借其高冷却速率、极致的几何设计自由度和可控的微观结构调控，为研究人员提供了克服这些挑战的有力工具。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

该篇综述将高熵合金分为七种类别：3d过渡金属高熵合金、共晶高熵合金、沉淀强化高熵合金、耐火高熵合金、亚稳态高熵合金、间隙高熵合金和高熵基复合材料 （如图1）。研究中详细分析了每种高熵合金在不同应用中的微观结构特征及其制造过程中的技术挑战。例如，通过激光粉床熔融制备的共晶高熵合金，具有优良的打印精度和机械强度，广泛应用于对力学性能和轻量化有极高要求的工程领域。

▲图1、激光粉床熔融高熵合金的设计分类

由于实验的高昂成本且耗时，文章总结了多种计算模拟方法，加速了合金的筛选与优化。综述详细介绍了多种计算模拟工具（如图2），包括CALPHAD相图计算、有限元法（FEM）、计算流体动力学（CFD）和分子动力学（MD）模拟。通过这些工具，研究人员能够精准预测材料的微观结构、力学性能和热物理特性，帮助优化激光粉床熔融工艺参数。这些方法不仅有效降低了试错成本，还显著提升了打印质量，为高熵合金的增材制造提供了可靠的理论支撑。

▲图2、计算模拟激光粉床熔融高熵合金的成分设计和工艺优化

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

高熵合金的微观组织对其性能具有决定性影响。激光粉床熔融工艺的高冷却速率使得高熵合金在打印过程中形成独特的微观结构。例如，3d过渡金属高熵合金通常形成单相面心立方（FCC）结构，展现出优异的强度和韧性平衡。此外，共晶高熵合金由于其特有的双相微观结构（如FCC和BCC相交替排列），在满足强度要求的同时提高了延展性。沉淀强化高熵合金通过在合金基体中形成精细的析出物，提升了材料的硬度和抗蠕变性能，非常适合高温应用。耐火高熵合金则展示了极高的熔点和优异的耐磨损性，在极端环境应用中表现突出。文章还指出，LPBF过程中的残余应力和热处理策略对于控制这些微观结构起着重要作用。

▲图3、激光粉床熔融各类高熵合金的拉伸性能总结

3D打印的高熵合金在强度和延展性平衡方面表现出色（如图3），使其在承受动态载荷和冲击时能够有效抵抗断裂。其强化机制包括析出强化、形变诱导相变等。在极端环境中，耐火高熵合金的高熔点和热稳定性表现尤为突出，适合应用于高温结构部件。共晶高熵合金因其双相结构和较好的导热性，适用于对热管理要求较高的应用场合。此外，间隙高熵合金由于添加了碳、氮等小原子元素，提升了材料的硬度和耐磨性，在高磨损条件下表现优异。高熵合金在腐蚀和辐射等严苛环境下同样表现出色。例如，3d过渡金属高熵合金的多元素混合效应（如惰性保护效应）提升了其耐腐蚀能力，适合于海洋和化工领域的腐蚀性环境。研究还发现，LPBF工艺中的高冷却速率有利于抑制有害相的析出，从而增强了材料的耐辐射性能。这些特性使高熵合金在极端应用环境中具备巨大的应用潜力。

▲图4、激光粉床熔融高熵合金的工业应用前景示例

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

综述中还讨论了激光粉床熔融制备的高熵合金在能源、航空航天和生物医学领域的广泛应用（图4）。例如，3d过渡金属高熵合金适用于制造航空器零部件的制造，共晶高熵合金则适合用于生物医学植入物的个性化定制。未来，随着计算模拟技术和机器学习的成熟，高熵合金的开发速度将进一步加快，这将为增材制造技术在高性能材料领域的应用开辟更多可能。

 03【团队介绍】

新加坡南洋理工大学周琨教授课题组依托于惠普-南洋理工大学数字制造联合实验室和新加坡3D打印中心，长期从事多种增材制造技术（3D打印）研究。目前聚焦于功能聚合物复合材料及高性能新金属材料研发、先进结构设计和多尺度模拟仿真、增材制造零件宏微观力学性能表征及其应用等。

来源
材料人 l

南洋理工周琨团队顶刊综述：3D打印高熵合金

链接
https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100834

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展会尽揽国内外知名企业，展示一系列设备、原材料、软件、服务、产品后处理等解决方案。展商阵容包括：惠普，铂力特，华曙高科，天弘激光，海天增材，汉邦激光，Materialise，倍丰智能，易加三维，汉印股份，金石，联泰科技，中瑞科技，容智三维，希禾增材，融速科技，英尼格玛，美光三维，金物新材，中体新材，威拉里，中航迈特，尚材三维，众远新材料，Nanoe，十维科技，普利生，微瓷科技，易制科技，共享智能装备，三帝科技，协同高科，远铸智能，志瞳科技，FLOW-3D，升华三维，SUNLU三绿，飞而康，随尔激光，RPS，纵横三维，创想三维，创想三帝，极光尔沃，极光创新，嘉琦金属，拓博增材，德莱特等。

 多领域同期活动加码，聚焦前沿话题

本届展会精确瞄准“智能制造，汽车，航天航空，模具，消费端”等几大行业热门板块，举办超过30+场高质量同期活动，知名企业与行业专家助力，共享行业应用案例，探索行业发展风向并提供战略洞察。赋能制造业创新发展。

I  首届3D打印农场解决方案思享会暨农场工作室展示廊

近年来，国内3D打印农场数量显著增加。区别于传统工厂，3D打印农场采用了大量的3D打印机，能够实现按需定制生产。为支持这一不断发展的行业，Formnext + PM South China携手南极熊和三绿SUNLU，共同举办首届3D打印农场解决方案思享会暨农场工作室展示廊。家联科技、纵维立方、菲托斯三维、创想三维、智能派elegoo、文拓等知名品牌商也参与赞助本次活动。

I  激光与增材制造论坛

本届展会与广东省机械工程学会增材制造（3D打印）分会合作，共同举办首届激光与增材制造论坛。论坛由超过16场演讲组成，演讲嘉宾分别来自北京科技大学、西安交通大学、深圳大学以及其他机构，共同探讨激光与增材制造领域的最新技术发展和研究成果。

I  Binder-Jetting 粘结剂喷射成形技术论坛

将邀请HP、共享智能、微瓷、武汉易制、三帝科技、峰华卓立、必极科技等前沿技术制造企业以及昶联等应用终端与学术界代表，共话Binder-Jetting 粘结剂喷射成形技术前沿技术与应用趋势、共创粘结剂喷射成形产业生态圈，助力BJ技术规模化落地。

I  第二届国际定向能量沉积增材制造前沿技术及应用高峰论坛

在中国工程建设焊接协会增材制造专业委员会和受控电弧智能增材技术工信部重点实验室的指导下，格智学院携手Formnext + PM South China定向邀请来自世界各地的国际资深专家、顶尖研究人员和来自航空航天、国防军工、重工机械制造、船舶制造、能源等产业优秀应用代表以及前沿技术厂商等共聚一堂，倾力打造主题丰富、阵容豪华的DED盛宴。

 大牌买家精准掌握

Formnext + PM South China凭借多年来的买家观众资源积累，加之跟随市场发展趋势不断更新的数据库，对展会宣传的及时调整，精确把握了大量买家资源。截止目前为止本届展会已有Apple, 华为，小米，VIVO，OPPO，富士康，美的，TCL，大疆，西门子，高露洁，3M，富士胶片，美泰玩具，字节跳动，阿里巴巴，HONDA,三星电子，大族激光，蔚来汽车，小鹏汽车，比亚迪，中兴通讯，德科斯米尔，迈瑞医疗，美冠达牙科，康泰健医疗，微创医疗器械，INDO-MIM、昶联、安泰、英捷、上汽、鹰球、泛海统联、道益、安费诺飞凤、通达、三环、晟铭、中耀、劲胜、瑞声、歌尔、华晶、逸昊、象限、立讯、海昌、领益，华中科技大学，西安交通大学，中山大学，香港科技大学，厦门大学，上海交通大学，清华大学，哈尔滨工业大学等世界五百强企业，各行业领域领军企业及高校研究所报名预登记，海量商机触手可及。

 展会信息

I  诚邀组团，实现轻松逛展

满5人即可成团，尊享免费午餐、免费会刊、免排队进场等团体 VIP 服务

满20人即可享受免费专车接送（华南地区来回车程 4h 以内）

I  展会时间

2024年8月28日 | 9:30-17:00（周三）

2024年8月29日 | 9:30-17:00（周四）

2024年8月30日 | 9:30-15:30（周五）

I 展馆信息

展馆：深圳国际会展中心13号馆

地址：广东省深圳市宝安区和平社区展城路1号

公交：深圳地铁12号线，深圳地铁20号线国展站，国展北站

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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根据惠普3D打印软件杰出技术专家兼数字孪生小组负责人曾军博士，惠普的团队一直在根据第一性原理开发物理模拟引擎，通过实验传感和计量数据来校准这些物理模拟引擎，以便以制造过程的变化为基础，借助物理机器学习，一旦训练得当，就能看到数量级的加速，并且模型可以在笔记本电脑上运行，可以见的物理-ML机器学习提供的这种近乎实时的预测为许多新应用打开了大门。

Driven by AI, 3D printing will pave the way out to be the main stream through self-evolving. 在人工智能的驱动下，3D打印将通过自我进化成为主流制造技术。

3D科学谷创始人-Kitty Wang

▲ 人工智能用于3D打印缺陷控制-从数据到预测
© 3D科学谷白皮书

解决制约3D打印产业化方面有关产品质量的两个关键挑战：Predictability（质量的可预测性）与Repeatability（质量的可重复性）。如果离开这两个关键点的解决方案，单纯追求卖多少台设备是没有任何意义的。

惠普

尽管增材制造技术在实现批量定制化生产以及实现复杂设计方面独具魅力，但该技术在制造业中的应用仍受到诸多阻力，不利因素包括：速度和最终零件的质量或需要进一步的投资才能匹配该技术，企业出于财务方面的考虑等。但人工智能技术在增材制造设计、工艺开发、质量控制、材料开发等关键领域激发增材制造技术的潜能，推动该技术在生产中的应用。

增材制造设计的复杂性与众多因素相互依存，如材料质量将影响零件性能，从而影响设计决策；生产参数将影响质量保证，而质量保证要求将反映在那些设计决策中……等等。

面对如此巨大的设计复杂性，业界更加应当思考的问题不是如何在增材制造中利用AI，而是如果没有AI 驱动的设计、生产、质量保证流程，仅凭人类设计师和工程师的力量，我们还能不能利用好增材制造技术在提高产品性能、加速创新等方面的优势。

 更具通用性和效率

物理信息机器学习 (physics-ML) 的开放生态系统促进了AI工程应用的创新。物理信息机器学习将控制给定数据集的物理定律知识嵌入到学习过程中。这使科学家能够利用先前的知识来帮助训练神经网络，使其更具通用性和效率。

然而，由于物理-ML机器学习是一个不断发展的研究领域，领域专家需要一个更好的起点来了解它如何应用于他们的实际用例。英伟达NVIDIA Modulus 是一个开源框架，使用简单的Python接口构建、训练和微调物理-ML机器学习模型，提供了参考应用程序来满足需求。在这方面，HP-惠普数字孪生团队发现 NVIDIA Modulus 是一个理想的开放式创新平台，可以贡献他们的工作来支持和与更广泛的制造业社区合作。

Highlight- PIML
物理信息机器学习（Physics-Informed Machine Learning，简称PIML）是一种将物理学的先验知识与数据驱动的机器学习模型相结合的方法。这种方法能够有效地缓解训练数据短缺的问题，提高模型的泛化能力，并确保结果的物理合理性。PIML在多个领域，如计算流体动力学、结构力学和计算化学等，都展现出了其强大的应用潜力。

物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Networks，简称PINN）作为PIML的一个重要分支，通过将物理定律以偏微分方程（PDEs）的形式编码到神经网络的损失函数中，使得网络在训练过程中不仅需要拟合数据，还需要满足物理规律。PINN模型通常由深度神经网络构成，其特点在于损失函数中加入了物理信息项，例如在流体动力学中可能会使用Navier-Stokes方程作为物理信息。

构建PINN模型的步骤主要包括：

1. 明确问题域和相应的物理定律。
2. 设计合适的神经网络架构。
3. 准备数据集，尽管PINN对数据依赖性较小，但数据对于模型训练仍然重要。
4. 定义损失函数，通常包含数据误差项和物理信息误差项。
5. 使用优化算法训练模型，最小化整体损失。
6. 对模型进行验证和测试，确保其泛化能力和符合物理定律。
7. 调整超参数和网络结构以优化模型表现。
8. 解释模型预测并将其应用于实际问题。

PINN与传统机器学习模型的主要区别在于，PINN在训练过程中融合了物理约束，这使得它们在数据较少或存在噪声的情况下依然能够给出符合物理直觉的预测。此外，PINN的泛化能力更强，特别适用于可以被明确物理定律描述的科学计算和工程问题。

NVIDIA Modulus是一个基于物理的机器学习框架，它支持构建、训练和微调物理系统的深度学习模型，也称为物理ML模型。Modulus支持包括图神经网络（GNN）和递归神经网络（RNN）在内的新网络架构，并通过开源协作促进研究开发成企业级解决方案。

PIML的研究领域正在迅速发展，涵盖了从替代模型模拟、数据驱动的PDE求解器、物理模型的参数化、降维模型到知识发现等多个方面。PIML中的物理知识包括经典力学、对称性和不变量、偏微分方程的数值方法和Koopman理论等，这些知识可以通过数据增强、神经网络架构设计和物理信息优化等方法整合到机器学习模型中。

总之，PIML和PINN为解决传统科学计算和工程问题提供了一种新的视角和工具，它们通过结合物理知识和数据驱动学习，提高了模型的预测准确性和泛化能力。随着研究的深入和开源工具的发展，PIML的应用前景将更加广阔。

 突破速度约束

传统高保真物理模拟工作流程计算量大，一次设计迭代通常需要数小时到数天才能完成。使用低保真、降阶模型会严重限制设计探索。物理-ML机器学习替代模型提供高保真仿真并补充数值求解器，使设计迭代速度提高几个数量级。

例如，现在可以使用物理-ML机器学习替代模型对产品设计的可制造性进行即时反馈，并通过大型设计空间进行自动设计筛选以优化功能和产量。可以使用数值求解器更详细地模拟筛选后的设计。这些AI模型还使产品设计团队能够使用他们之前的模拟数据库作为真实数据的来源。

如今，不同的工程部门负责产品设计和产品制造，产品设计针对功能属性进行优化，而产品制造针对产量进行优化。针对两者进行优化的最终产品设计需要这两个工程部门之间进行多次迭代，这可能需要数周到数月的时间。这是新产品推出的一个重大瓶颈。

突破速度约束，3D科学谷了解到惠普正在为其Metal Jet金属3D打印技术开发数字孪生，使工艺工程师能够预测并优化设计参数和工艺控制参数，以提高零件质量和制造产量。

图表显示了金属喷射打印的不同阶段：金属粉末铺粉、粘结剂喷射、生坯、脱壳、烧结、冷却、精加工。下面的两张照片显示了 HP Metal Jet 的输入和输出。

▲ 图 1. 模拟 HP Metal Jet 打印中复杂的金属烧结过程对于优化产量至关重要

© HP-惠普

例如，作为HP数字孪生工作的一部分，惠普团队通过应用物理-ML机器学习开发了 Virtual Foundry Graphnet 模型，以显著加速预测金属粉末材料相变的计算。这种经过训练的替代模型已实现了数量级的加速，从而能够近乎实时、高保真地模拟金属烧结过程。

Virtual Foundry Graphnet 还证明了此类 AI 替代模型可应用于具有不同几何复杂性和不同工艺参数配置的设计。例如，通过带有网格叠加的龙模型，显示了由于体积收缩、重力下垂、塌陷、弯曲和摩擦效应等导致的工艺引起的扭曲。

▲图 2. 斯坦福龙测试模型

© HP-惠普

图 2 中的斯坦福龙测试模型强调了模拟的必要性，这种模拟可以考虑计算材料工程和制造过程物理学，以准确预测制造过程引起的最终部件的几何变形。

 HP 的物理-ML创新

HP Digital Twin 数字孪生团队相信开源社区在加速物理-ML机器学习的发展和扩展其应用方面发挥着重要作用。NVIDIA Modulus 提供了一个出色的平台来帮助和支持这样的开源社区。通过 NVIDIA Modulus 平台开源 Virtual Foundry Graphnet，HP 3D打印已加入物理-ML 开源社区。不过，物理-ML机器学习及其在实际材料工程问题中的应用仍处于工业应用的早期阶段，还需要进行更多研究以将这些方法扩展到各种用例。

借助 Virtual Foundry Graphnet 等物理-ML 模型，工程师可以进行功能产量协同设计，并大大加快上市时间。目前，3D科学谷了解到HP的工艺物理模拟软件 Digital Sintering 已部署到 HP Metal Jet实际应用场景中，以改善制造结果。通过数字烧结生成改进的设计，可补偿制造过程引起的零件变形。

两张图片显示了经过物理制造过程后由数字烧结生成的设计，该设计生产出具有几何精度的制造金属物体。

▲图 3. 改进的设计，可补偿制造过程引起的零件变形

© HP-惠普

运行训练有素的金属烧结推理引擎只需几秒钟即可获得最终的烧结变形值。图 4 显示了一个 63 毫米的测试部件，最大节点误差在 2% 以内。完整的烧结周期大约需要 4 个小时。案例中通过物理-ML机器学习预测与物理模拟生成的预测之间的平均差异为 0.3 毫米。

总体来说，物理-ML机器学习处于近实时模拟工作流程的前沿，惠普3D打印的物理-ML机器学习创新（例如 Virtual Foundry Graphnet）展示了AI的强大功能，可以大大加速模拟工作流程，在几秒钟内提供制造过程结果的预测。

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“ 惠普始终致力于突破3D打印的技术壁垒，通过不断引入创新技术和新功能，帮助合作伙伴和客户把握可持续制造的新机遇。惠普为能助力各行各业创造更环保、更轻盈的未来而深感自豪。可持续发展一直是惠普公司愿景的核心，我们将继续践行这一理念，推动3D打印技术的广泛应用与发展。”

Savi Baveja

惠普公司个性化与3D打印集团总裁兼首席战略与孵化官

惠普对可持续发展的承诺建立在三大支柱之上：减少碳足迹、实现循环利用以及共享知识，以取得更具影响力的成果。

“ 惠普聚焦于三大核心领域：惠普3D打印的解决方案、性能和材料，这些要素是推动可持续制造不断进步的关键。通过提供高复用率的材料，惠普助力品牌减少净零废弃物并最小化碳足迹。同时，我们提供的新工具能够计算碳足迹，帮助客户做出既有利于地球又有利于人类的明智选择。”

François Minec
惠普公司聚合物3D打印全球负责人

惠普与汽车行业领导者宝马集团的长期合作便是这一承诺的生动例证。宝马集团期望借助惠普的3D打印解决方案，推动在可持续设计、材料、生产以及应用自动化方面的创新。宝马集团增材制造中心负责人Jens Ertel强调了双方共同的目标：“我们对生产流程的每个环节进行全面的评估，并持续优化运营步骤，旨在减少二氧化碳足迹。而惠普始终将环保责任放在首位，为我们提供了无需增加额外成本且简单易用的材料，从而有效减少二氧化碳排放。”

惠普的多射流熔融（MJF）技术助力宝马集团大幅提升开发速度，显著缩短交货周期，实现更灵活且成本效益高的制造方式。为了降低成本并满足可持续发展目标，宝马集团采用了惠普Jet Fusion 3D Automation Accessory。该解决方案有效减少了停机时间，降低了与增材制造相关的劳动力成本，为批量化生产带来了新机遇。Jens Ertel强调：“惠普的Automation Accessory在我们的工作流程中发挥着至关重要的作用，它让我们能够在同一台打印设备上实现双倍的产量输出，这对于交付周期紧张的项目来说尤为有利。随着3D打印成本的降低和新商业模式的涌现，3D打印技术将加速普及，市场对3D打印部件的需求也将持续增长。”

惠普正积极与材料合作伙伴共同研发更具可持续性的高复用率材料。通过与阿科玛公司的紧密合作，惠普正在开发使用可再生蓖麻油制成的生物基材料PA11，并通过采用生物甲烷进一步降低碳足迹。同时，惠普与赢创合作推出了3D高复用率PA12材料，这一创新材料采用可再生能源生产，能够在不牺牲性能的前提下，将传统PA12材料的碳足迹减少49%，从而推动可持续发展进程。[1]

▲惠普3D HR PA 12S 材料3D打印壳体零件

2024年5月，惠普也即将推出一款与阿科玛合作的新的3D聚合物材料：HP 3D HR PA 12S。PA12S材料与HP Multi Jet Fusion技术相结合，在确保更佳的表面效果的同时，降低每个部件的成本，从来进一步改变行业。在2024年5月7日-9日举办的TCT亚洲展上，惠普也会正式发布该款PA12S材料。

此外，惠普的客户迪卡侬也一直在寻求新的途径来优化其可持续发展实践。迪卡侬增材制造主管Julien Guillen表示：“增材制造，特别是采用多射流熔融技术的增材制造，不仅延长了迪卡侬运动产品的使用寿命，还增强了其耐用性和可升级性。这些优势显著降低了制造过程对环境的负面影响。”

另外，惠普公司即将推出一款革命性的碳足迹计算器工具，这款创新型软件旨在为客户提供精确测量特定打印部件碳足迹的能力。通过运用这一工具，各行各业都能更加明智地分析增材制造实践对环境的影响，从而做出更加环保和可持续的决策。

惠普还在新型3D聚合物解决方案、先进自动化能力、集成软件选项以及在金属3D打印领域取得新进展。

惠普持续推动庞大的3D聚合物产品家族的创新，其中惠普Jet Fusion 5600系列和惠普Jet Fusion 5000解决方案备受关注。新推出的5600系列以卓越的可重复性、可靠性和定制能力脱颖而出，有效降低了开发和验证成本。客户如Prototal和Protolabs已采纳这一解决方案进行零件生产。而惠普5000解决方案则为新客户、研发机构以及小型工业或医药企业提供了接触多射流熔融技术的便捷途径，尤其适合这些客户评估产量。

▲HP Jet Fusion 5600系列

▲HP Metal Jet S100金属系列

同时，通过与Materialise建立起的合作伙伴关系，惠普成功地将多射流熔融技术和Metal Jet技术完美融入到Materialise的CO-AM软件平台，从而推动了批量3D打印的进步。这一集成提供了优化的3D打印作业管理、实时机器监控以及高效的数据准备能力，帮助制造商打造能够提升追溯性、质量控制和机器利用率的工作流程。

▲3D科学谷白皮书

此外，惠普还积极与欧特克公司展开合作，将Autodesk Fusion与惠普多射流熔融打印机和Metal Jet金属3D打印机相结合，为用户提供了一套集成化的设计和制造解决方案。

对于那些致力于优化生产、提升效率并力求最小化停机时间的企业而言，惠普与西门子合作开展的自动化概念验证实际操作演示无疑是一个很好的案例。该自动化概念验证在惠普位于巴塞罗那的D-Factory进行，D-Factory不仅是惠普与合作伙伴和客户共同开展研发、应用开发和生产应用等领域深入合作的核心基地，更是惠普创新力的生动展示。

不仅如此，惠普还宣布与印度Indo-MIM、山特维克集团和 Elnik 等业界领先企业建立新的合作伙伴关系。与此同时，惠普还与其长期伙伴吉凯恩紧密合作，联合开发更先进的金属材料，确保在金属3D打印领域持续保持行业领先地位。

文中参考资料来源
[1] https://press.hp.com/us/en/press-releases/2023/hp-polymers-and-metals-3d-printing-formnext-2023.html

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国际上，Firestorm Labs 正在推进一项计划：自动化无人机群生产。

▲ 集装箱内的惠普3D打印生产线
© Firestorm Labs

人工智能正逐渐成为战争形态质变的第一推动力，以无人作战飞机为代表的智能化武器装备得到了空前的重视和发展，无人机智能协同空战作为一种可以预见的全新的作战力量，将作为体系作战能力生成的有效途径，不仅会给未来空战样式带来巨大变革，也将对航空兵作战样式产生冲击与颠覆。

人民网

▲ 国防领域的增材制造
© 3D科学谷白皮书

 模块化

生产无人机最快的方法之一是通过3D 打印，可以实现离散化本地制造、减轻重量、组件集成和形状优化。为了实现无人机生产自动化，Firestorm 已从一系列投资者那里获得了1250万美元的资金，包括 Lockheed Martin-洛克希德·马丁等多家投资机构，多元化的投资队伍凸显了市场对推进无人机技术的浓厚兴趣。

Firestorm的目标是创建一条位于集装箱内的xCell无人机生产线，从而能够在靠近需要的地方制造机身。该公司还透露，其无人机系统（UAS）和 xCell 已获得国防部合同，此外，Firestorm 还设计了一款名为 Tempest 的无人机，具有令人放心的简洁和纤细的外形。该公司的目标是在短短九小时内3D打印出无人机系统的大部分零件，这速度非常快。

© Firestorm Labs

Tempest无人机的设计采用模块化设计，以适应新的有效载荷和各种配置，从而增强多功能性，还计划采用卡扣式组件，这将有助于更快地组装和修改。此外，Firestorm 打算在设计中引入可更换发动机，这可以显着加快维护过程并增加运行时间。无人机飞机的翼展为 210 厘米，长度为 182 厘米。虽然这只是最初的模型，但该团队的目标是生产更多模型，所有模型均采用 OCTRA 印刷电路板组件 (PCBA)。采用像 OCTRA 这样的标准化 PCBA 具有战略意义，因为它有望简化生产并降低供应链复杂性。OCTRA 的设计目的不仅是作为飞行计算机，还可以作为第三方集成的平台，进一步增强飞行器的适应性和功能性。

 战略优势

Firestorm的目标是使用他们的xCell单元实现离散化生产无人机，xCell 设计为离网运行，可快速、广泛地生产 Firestorm 无人机，在实现大规模生产的同时保持制造的可承受性，这可能使该技术成为战争中的关键。

© 3D科学谷白皮书

这种生产模式的适应性是一个至关重要的优势。如果无人机能够迅速更新、改进和适应，它们就能在冲突中显着优于使用静态技术的对手。例如，调整无人机的翼展以适应更高的飞行高度，增强急转弯的机动性，或增加有效载荷能力，这些调整都可以根据不断变化的需求快速实施。

此外，在无人机经常因敌方行动而丢失的情况下，3D打印带来的快速、本地化生产无人机的能力可以带来巨大的战略优势。这种适应性和快速生产能力在冲突局势中确实具有胜负的决定性作用。此外，3D打印可以提供连续和量身定制的支持，以满足战场的特定需求。

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3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

3D打印是一种带有鲜明数字化特征的技术，这意味着增材制造能够改变产品的生产方式是本质性的，不仅可以实现个性化，还可以实现功能化导向的制造。

通用汽车3D打印汽车组件
© 通用汽车

无疑，3D打印要成为一种主流的制造技术之一，必须要在制造业主赛道汽车零件制造领域“站稳脚跟”，而3D打印在汽车领域的应用要实现落地，存在着多方面的挑战，这一点，3D科学谷在《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》中有过详细的剖析。汽车行业需要利用增材制造的具体优势来提升产品设计，但是当谈到用于经济性的生产，以便将产量从小批量的十几个增加到至少每年100万个。在行业能够打破这个百万产能障碍之前，3D打印对于进入到汽车的生产线方面很容易陷入到“死胡同”发展状态。

汽车3D打印路线图
© 3D科学谷白皮书

然而，相比于经济型汽车的量产规模来说，豪华车的制造需求却成为3D打印突破汽车零件制造方面“死胡同”发展状态的绝佳“破冰”点。

通用汽车的豪华车是其实践3D打印产业化的绝佳“落脚点”，根据TCT亚洲展的报道，早在2021年，凯迪拉克就宣布CT4-V Blackwing和CT5-V Blackwing将成为通用汽车首批采用3D打印部件的量产车。这些部件包括手动换挡旋钮上的一个徽章、一个电线束支架和两个HVAC管道，均以降低成本和提高效率的方式生产。这对通用汽车来说是一个重要的里程碑，借着豪华汽车的“破冰点”，通用汽车希望加快3D打印终端部件的量产。

 敏捷创新

通用汽车转型的核心是成为一家敏捷的创新型公司，而3D打印将在这一过程中发挥至关重要的作用。3D打印是通用汽车“制造4.0”或“智能制造”的一部分，通用汽车定价34万美元的凯迪拉克 CELESTIQ，据称是“有史以来技术最先进的凯迪拉克”，被描述为“手工制作的全电动超豪华旗舰”汽车。 不仅如此，这辆车还包括一百多个 3D 打印生产组件。

未来工厂
© 3D科学谷白皮书

凯迪拉克CELESTIQ集成了115个金属和塑料3D打印零部件，包括金属激光粉末床熔融（LPBF）3D打印方向盘、3D打印车窗开关、把手、装饰件和结构安全带D型环。毫不奇怪，这款新型小批量汽车代表了通用汽车 3D 打印生产零件最广泛的集成。

虽然通用汽车在其业务中使用了多种增材制造工艺，但有一些特定工艺确实非常适合该公司的生产应用：金属粘结剂喷射、金属LPBF粉末床激光熔融3D打印以及惠普的Multi Jet Fusion多射流喷射增材制造工艺，这其中惠普是通用汽车全方位的合作伙伴。

惠普个性化与3D打印事业部全球总裁Didier Deltort表示，可持续性、数字化和个性化是增材制造的关键因素，使企业领导者决定规模化3D打印。这其中，你需要将不可能作为驱动力，解决制约3D打印产业化方面有关产品质量的两个关键挑战：Predictability（质量的可预测性）与Repeatability（质量的可重复性）。离开这两个关键点的解决方案，追求卖多少台设备是没有任何意义的。

 多样化的3D打印技术

l 粘结剂喷射3D打印技术

据3D科学谷了解，CELESTIQ 中的装饰金属部件主要是使用粘结剂喷射3D打印技术制成的，该技术使通用汽车能够获得更好的成本动态。

© 3D科学谷白皮书

通用汽车发现3D打印所替换制造的零件实际上是由许多不同组件组成的，3D打印实现的制造自由度能够重新设计该零件并将五个零件整合为一个零件。通用汽车使用的钢材非常坚固且致密，因此通过3D打印还能够集成一些空心特征以降低质量。简而言之，通用汽车在不断寻找他们最初没有想到的使用增材制造的方法来提高零件的性能和可制造性。

© 通用汽车

l 激光粉末床金属熔融3D打印技术

CELESTIQ方向盘采用激光粉末床金属熔融3D打印技术制成，通用汽车选择使用这种工艺是因为激光粉末床金属熔融3D打印技术的尺寸保真度和尺寸容量。这些方向盘零件尺寸比较大，当前激光粉末床金属熔融3D打印技术（ LPBF技术）可以轻松满足零件尺寸加工的需求。此外，LPBF技术实现通用汽车所需的组件保真度， 方向盘背面具有各个不同方向的特征，3D打印节约了制作模具的成本。

l 塑料3D打印技术

在塑料增材制造方面，通用汽车发现如果3D打印构建室对于零件来说太小，那么就必须进入二次加工，例如装配，从尺寸角度和联合性能角度以及视觉质量角度来看，这会带来许多不同的挑战。当然后处理的需求也是金属增材制造的一个挑战。对于通用汽车来说，3D打印还必须在后处理方面做大量的工作。如今市场上有标准解决方案，但增加了成本并延长了物流链，这明显削弱了增材制造的优势，因此通用汽车也一直在寻找更好的解决方案。

l 砂型3D打印

在砂型3D打印结合铸造方面，通用汽车收购了 Tooling & Equipment International (TEI)，该公司负责帮助特斯拉开发“Giga Casting”技术，TEI常年与3D打印领域的voxeljet-维捷合作，还开发了用于生产单件大型车身零件的3D砂打印方法。

根据3D科学谷，随着3D打印与铸造的结合，铸造作为产品“诞生”的“源头”，其决定产品核心竞争力的价值将显现，这个行业不再被误读为“傻大笨粗”，而是成为企业发展核心竞争力的体现，因为3D打印可以从源头决定一个产品的创新程度，很多大型企业将改变将铸造外包给铸造厂的模式，而是将铸造将作为核心关键的一环纳入到企业内部的生产运营中，这个过程中或将发生铸造厂被并购的现象。

TEI擅长低压铸造，低压铸造是指铸型一般安置在密封的坩埚上方，坩埚中通入压缩空气，在熔融金属的表面上造成低压力（0.06～0.15MPa），使金属液由升液管上升填充铸型和控制凝固的铸造方法。这种铸造方法补缩好，铸件组织致密，容易铸造出大型薄壁复杂的铸件，无需冒口，金属收得率达95%。无污染，易实现自动化。但设备费用较高，生产效率较低。一般用于铸造有色合金。

当然，低压铸造是一门由来已久的技术，低压铸造是最早的反重力铸造技术，如今，低压铸造主要用于生产销合金、镁合金件，如汽车工业的汽车轮毂、内燃发动机的气缸体、气缸盖、活塞、导弹外壳、叶轮、导风轮等形状复杂、质量要求高的铸件。

通用汽车收购 TEI 表明其致力于以更经济、更高效的方式制造汽车。此举出台之际，特斯拉正计划推出一款售价 25,000 美元的电动汽车 (EV)，并计划在未来十年内生产数百万辆价格实惠的电动汽车。随着 TEI 被通用汽车收购，特斯拉将更多地依赖其在英国、德国的其他砂型3D打印铸造合作伙伴。

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© 惠普

惠普公司3D聚合物全球总裁Francois Minec通过远程分享的方式表达：惠普专注于工业3D打印，致力于通过创新、材料、工具和扩展的软件功能来实现可持续制造，以加速聚合物和金属3D打印从采用到规模化的过程，在全球范围内持续领先并持续沿着既定技术路线拓展。

惠普普个性化和3D打印事业部大中华区负责人赵华通过手板厂百台百吨市场回顾, 分享了过去5年患普3D打印在手板行业发展的情况, 强调了3D打印手板服务在惠普业务中的重要性和战略意义, 并对未来的发展趋势做出了展望。

惠普个性化和3D打印事业部大中华区负责人赵华和惠普个性化和3D打印业务渠道经理吴帅，分别分享了惠普新的3D打印非金属和金属端到端的制造方案包括：HP Metal Jet S100金属3D打印解决方案，HP Jet Fusion 5420W打印解决方案，HP Jet Fusion 5600打印解决方案和HP 3D打印自动化解决方案等。惠普通过持续的产能提高、质量保障、成本优化来推进3D打印零件再终端应用中心的附加值批量体现。会议分享了惠普与宝马、迪卡侬、通用、Toyota、欧莱雅和INDO-MIM等合作伙伴和客户合作，以及相关的行业应用。

惠普大中华区服务经理李海冬在服务的角度，分享通过“人机料法环（4M1E)”等生产要素的优化，来实现MJF的最大产出和最佳品质。

惠普持续关注行业动态和市场变化，基于全球领先的工业打印技术不断推出创新产品和应用，为行业客户提供更多优质的解决方案。惠普也期待与更多的客户建立长期稳定的合作关系，共同推动手板服务行业的繁荣和发展。

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数字化也已逐渐成为中国口腔医疗行业发展的一个核心关键词，而3D打印技术作为一种典型的数字化制造技术，注定会与口腔诊疗，义齿修复、正畸产品加工的数字化升级过程相融合。那么可以说SmileDirectClub踏在了技术发展的趋势之上，为什么却关闭了呢？或许从了解SmileDirectClub案例中的教训，可以为其他行业从业企业带来有价值的帮助。

3D打印数字化齿科三大环节
© 3D科学谷白皮书

根据3D科学谷对口腔医疗领域的市场观察，齿科应用端市场从早期关注3D打印设备、材料怎样应用这一单一维度的需求，逐渐发展为3D打印技术怎样与口腔诊疗、齿科产品加工数字化链条进行整合，提升诊疗效率和质量的多维度需求。

为了“跑马圈地”SmileDirectClub需要外部不断的“输血”，再加上侵权官司缠身，SmileDirectClub的起势源于3D打印带来的规模定制化优势，而其关闭则跟复杂的外部环境、美国的通胀带来的消费抑制、准确的品牌定位与价值主张、以及SmileDirectClub本身的运营管理尤其是现金流管理有很大关系。不过，SmileDirectClub的关闭并不是一个孤立的事件，而是影响 2023 年初创企业世界的更大趋势的一部分，这一年许多初创企业在充满挑战的市场条件下苦苦挣扎并倒闭。

根据3D科学谷，对于任何将3D打印推广到产业化应用范畴的产品，我们都会发现其发挥了3D打印价值的一个或者多个的组合：定制的价值，零件的复杂性以及产品生命周期价值。在牙齿矫正领域，很幸运的是，3D打印的应用满足了三大价值。而SmileDirectClub借助在线化与3D打印数字化的结合，以提供远程诊疗的方便，作为其竞争优势的护城河之一。

SmileDirectClub于2019年成立，从事生产销售牙齿矫正器，该公司声称其生存的矫正器的成本比其他方案低60%。自成立以来，SmileDirectClub的线下服务包括自营的SmileShops,以及与CVS和Walgreens的合作。

根据3D科学谷的市场观察，SmileDirectClub的差异化市场定位除了便宜还有方便以及无效果100%退款的保证（其一个治疗周期是24个月，总价为1950美金到2386美金-根据选择的套餐不同）。成本控制方面除了通过惠普的3D打印技术以高效率生产隐形矫正器所需要的模具之外，SmileDirectClub还减少了医患之间沟通的频率，通过提供自助式扫描套件，使得患者在家里实现远距离在线数据交流，以减少反复去医院或诊所排队看医生的必要。

那么是SmileDirectClub的价值主张不被市场认可和买单，还是其他原因导致其倒闭退场？

 资金链断裂

SmileDirectClub关闭的征兆可以追溯到2023年9月，当时SmileDirectClub债务累计高达约9亿美元，自身“造血”能力远不及运营上的“失血”能力，作为破产保护，法官批准了一项价值8000万美元的融资计划，创始人承诺投资至少 2000 万美元，并有望额外投资 6000 万美元，这是美国破产法第 11 章规定的战略举措的一部分。

当时面对窘境，首席执行官 David Katzman 表示对公司的未来充满信心，强调 SmileMaker 平台和 CarePlus 增长计划是成功的关键。SmileDirect 以其创新的正畸方法而闻名，利用先进的 3D 打印技术生产个性化的透明矫正器，声称将彻底改变口腔护理的方式。其方法将远程医疗与尖端技术相结合，为客户提供负担得起、方便且方便的牙科治疗，旨在实现无缝衔接，重点是为客户提供不间断、高质量的口腔护理。

 竞争

3D打印的多样化齿科应用
© 3D科学谷白皮书

虽然SmileDirectClub的资金链出现断裂，但根据3D科学谷的市场观察，就在2023年9月，全球首个完全个性化 3D 打印牙套系统-托槽矫正器的制造商 LightForce Orthodontics却获得了由 Ally Bridge Group 领投的 8000 万美元 D 轮融资，LightForce将用这笔资金开设第二家数字工厂。

SmileDirectClub通过3D打印矫正器模具，再通过模具制造透明矫正器。与SmileDirectClub的方式不同，LightForce通过陶瓷3D打印技术，开发了直接制造陶瓷隐形矫正器附件（CCAA）的应用，有望克服现有技术的不足。LightForce使用数字光处理（DLP）、材料喷射等3D打印技术和陶瓷浆料来制造陶瓷附件。在安装时，这些陶瓷3D打印附件被放置在在间接转移托盘中，然后利用树脂材料粘合到牙齿表面。

根据LightForce，每颗牙齿的形状和每位患者的下颌都像他们的指纹一样独特，因此没有一种正畸治疗可以适合所有患者。使用传统的通用型牙套进行治疗需要正畸医生进行多次钢丝和托槽调整，以达到患者的理想结果，这可能会增加数月的治疗时间。LightForce 的个性化方法大大减少了调整的需要，与传统牙套相比，可以缩短治疗时间、减少预约次数并获得更好的结果。

治疗效果是患者最在意的KPI，在这方面，至少从SmileDirectClub的价值主张上，SmileDirectClub似乎更偏重于为患者带来的往返线下门店的时间以及单次治疗的成本降低。

对于齿科正畸这样的长周期治疗项目，哪一种3D打印方案的治疗效果好？这需要时间验证，需要市场的口碑积累。不过，与SmileDirectClub同在一条赛道的隐形牙套治疗方案方面，国际上Invisalign隐适美以业绩的遥遥领先验证了3D打印用于大批量定制化产品的适用性和发展趋势。不过值得注意的是，随着3D打印在正畸领域的进一步渗透，市场竞争也更加激烈，Invisalign隐适美以往的高利润空间正在消失。

Invisalign隐适美财务表现（单位：USD美元）

国内时代天使已登陆港交所，浙江正雅齿科于2023年4月启动A股IPO进程。不过国内集采对于3D打印用于大批量定制隐形牙套的市场发展影响如何，还需要后续观察。

时代天使财务表现-利润

 雪上加霜

尽管首席执行官以乐观来鼓舞市场的信心，但现实却要黯淡得多。到 2023 年 10 月，SmileDirectClub的股票从纳斯达克交易所退市，对其财务稳定性造成重大打击。该公司与 Invisalign 隐适美制造商 Align Technology 的法律纠纷进一步加剧了该公司的现金流动性问题，导致SmileDirectClub被判赔偿 6300 万美元。

有关内部动荡的传言，包括涉嫌不公平薪资和频繁裁员的电子邮件泄露，加剧了该公司的困境。这些未经证实的索赔，加上破产保护申请，标志着SmileDirectClub的严重衰退。

此外，该公司还面临法律挑战，特别是在 2022 年 11 月，澳大利亚联邦法院因对医疗报销的误导性陈述而责令SmileDirectClub支付 350 万澳元（230 万美元）的罚款。SmileDirectClub错误地表示患者可能会从私人医疗基金获得牙齿矫正器和相关治疗的报销。这种错误信息影响了很大一部分澳大利亚客户群，进一步损害了该SmileDirectClub的声誉，并加剧了其财务和运营挑战。

 教训

SmileDirect 的倒闭标志着这家曾经估值 89 亿美元的公司的终结，从更广泛的角度来看，SmileDirect 的关闭反映了经济环境动荡下创业生态系统中的一个不幸趋势。根据《纽约时报》的报道和 PitchBook 的数据，2023 年对于初创公司来说是特别艰难的一年，超过 270 亿美元的风险投资无法拯救 3,200 家失败的初创公司。这种情况被描述为初创企业的“大规模灭绝事件”。2023年这种恶劣的经济环境显示了初创企业在快速市场变化面前的脆弱性，并凸显了稳健的现金流与经济实力在困难时期的重要性。

SmileDirect 的关闭也凸显了竞争对手 Invisalign 隐适美的领导地位。这次关闭甚至引发了人们对直接面向消费者的矫正器行业未来动态的质疑。近年来，出现了一些竞争对手，包括 Candid、Byte（提供类似于 SmileDirectClub 的远程牙科模型）、Aspen Dental 和 OrthoFX。

SmileDirect 的故事不仅是一次失败，也是在动荡的初创企业世界中吸取的教训之一。在颠覆性商业模式和技术创新的推动下，其最初的成功展示了远程医疗在正畸领域的潜力。然而，其迅速衰落凸显了金融稳定性、市场适应性以及法律纠纷和内部管理问题固有风险的重要性。从 SmileDirect 的兴衰中吸取的教训可能会影响远程医疗正畸领域的未来战略和决策。

关注3D打印在风云变幻的数字化数字化领域如何造就更多的市场机会，理解数字化齿科市场竞争的逻辑，请参考3D科学谷发布的《3D打印与数字化齿科白皮书4.0》。

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面对工业3D打印应用的复杂局面，面向增材制造的AM I Navigator（增增材制造领航员）计划应需而生，为增材制造领域处在不同产业化水平和具有个性化应用需求的企业指明方向。

© 西门子

 如何理解AM I Navigator计划

在近日闭幕的2023年德国Formnext展会上，西门子、DyeMansion、巴斯夫Forward AM、EOS和惠普等企业联合发起AM I Navigator计划，并发布增材制造产业化成熟度模型，以提升增材制造的互操作性。该模型定义了工业3D打印全流程的各个阶段，从材料到设备，再到自动化生产均包含其中。明确如何定义产业化的各阶段，能够帮助增材制造用户扩大增材制造的规模，并将其集成至传统生产流程中。

定义各阶段的因素综合考虑了各个方面，除生产制造外，还包括：

• 由增材制造战略、应用和商业案例构成的发展战略
• 组织结构和企业文化
• 贯穿从设计、生产到质量、维护和服务的整个价值链的自动化和互联性程度，及相关专业知识

 基于AM I Navigator计划制定增材制造战略

基于AM I Navigator计划的框架结构对各企业进行成熟度检查，便可实现对增材制造现状的分析。这是一种结构化分析方法，可显示相关企业当前的增材制造成熟度和优化潜力。该方法基于西门子数字化制造的经验，根据不同的应用案例和业务模式，企业需要不同“成熟度”的增材制造。利用该框架，增材制造用户可将其现状和未来目标细化为五个等级，从基本的手工生产到完全自主的增材制造均包含在内。

基于这种结构化分析方法，AM I Navigator计划就各企业如何进一步优化生产提出了详细的行动建议。工艺链中的各个步骤必须相互协同，这一点尤为重要：只有开放且可互操作的增材制造技术才能为整个生产过程增值。评估结果不仅能够作为企业制定未来行动策略的参考，还能够作为分析3D打印行业发展的依据。

 向更远的未来前进

西门子表示，欢迎全球更多的增材制造技术供应商加入创始成员的行列，共同完善AM I Navigator 计划。该计划向所有行业开放，各行各业均能够在其基础上打造相关产品。

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理光3D打印铝合金零件
© 理光

 充满挑战的铝

3D科学谷在《一文看懂铝合金制造在3D打印领域的现状与发展态势》中谈到铝合金与3D打印技术存在多种结合方式。铝合金的3D打印正在更多的“绑定”金属3D打印工艺，从而形成多样化的发展，并且带来了持续发展的机遇。通过粘结剂喷射间接金属3D打印工艺实现铝合金零部件增材制造具有了更高可行性。
此前，作为汽车制造中大量使用的铝合金材料，一直以来难以搭上粘结剂喷射技术的顺风船，以更低的成本和更高的效率实现汽车零部件增材制造。主要原因是粘结剂喷射3D打印工艺在完成打印后需要进行烧结后处理，在此过程中易导致铝合金燃烧，这是粘结剂喷射3D打印进行铝合金加工的一大挑战。

铝合金
© 3D科学谷白皮书

根据3D科学谷，理光于2021年11月推出了粘结剂喷射金属3D打印设备，理光在金属粘结剂喷射金属3D打印领域并非先行者，但该公司在喷墨打印头市场的世界领先专业知识可能是一项强大的资产，就像惠普一样，这家日本公司对其增材制造开发进行相对严格的保密，其中大部分是在其位于英国的客户体验中心进行的。

理光声称其3D打印技术可以批量生产铝合金部件，而铝合金因导热性好且重量轻而被广泛使用，更是制造散热器的重要材料。理光的金属3D打印技术可以生产形状更复杂的金属部件，如复杂的狭窄管道。使用铸造和切割等传统金属加工方法无法生产此类零件，而使用基于激光的3D打印则成本很高。

 规模化、自动化

通过与西门子合作开发粘结剂喷射金属3D打印生产流程的整体解决方案，以使用粘结剂喷射金属3D打印技术批量制造铝制零件，理光正在掀起电动汽车供应链中部署3D打印的一角，尤其是在更好的满足电动汽车制造过程的低碳排放方面。电动汽车制造过程的目标是最大程度地脱碳、扩大规模并整合自动化——同时以数字方式跟踪供应链中每个步骤的流程。

3D科学谷认为理光之所以选择铝，是因为它是最具挑战性的烧结材料之一，但由于其成本低、重量轻且用途广泛，因此将成为许多粘结剂喷射金属3D打印应用的理想材料。不过铝合金的连续烧结过程异常具有挑战性，不仅仅需要实现高的密度还需要防止产品的变形。为了防止金属颗粒在烧结过程中熔化成圆形液滴是个充满挑战的过程，这需要像保持金属的体素一样仅仅去除粘合剂并防止氧化。

事实上，铝材料是 Desktop Metal 和 ExOne 战略中的关键材料之一。ExOne 在 2021年3 月份宣布已开始成功地开始使用粘结剂喷射打印和烧结 6061 铝，通过粘结剂喷射打印和连续烧结的结合，可以制造 99% 的高密度的铝合金零件，突破传统的材料特性和实现严格的几何控制，这是几十年来的一个突破。这其中Abbott的连续烧结炉在倡导优化 Al 6061 粘合剂喷射技术，并使其更适合生产的新方法方面发挥了关键支持作用。
根据3D科学谷的观察，当一种材料相对便宜，但又难以通过3D打印加工的时候，市场上开发这种材料以适用于3D打印加工技术的当前动机就变得不足，因为相对于3D打印设备的价格来说，材料的价格对最终产品的价格所起到的作用并不明显。不过如果有一种方法，使得这种相对便宜的材料变得容易加工，市场就在酝酿很大的反转机会。

反转机会在于连续烧结工艺与BJT-粘结剂喷射金属3D打印技术的成功结合，带来AL 6061 以重要的方式改变制造业的局面，尤其是对汽车、航空航天和其他行业的改变，实现更轻量化的铝零件制造，同时满足经济性和产品质量一致性的要求。

通过西门子的机床联网产品（Brownfield Connectivity）解决方案，理光已开始监控、收集和存储与MBJ粘结剂喷射3D打印流程每个步骤的质量控制相关的数据，从订单获取、生产规划和制造到零件交付交易结束。西门子和理光都对这一合作以及他们将联合开发的电气化应用（尤其是电动汽车）解决方案商业化特别感兴趣。

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