一些创新型企业正在突破电子束粉末床熔融技术的技术限制，从而使得E-PBF在未来成为大规模制造技术，特别是在自动化和数字化工作流程方面。国际上，Freemelt是一家专注于电子束粉末床熔融（E-PBF）技术的金属3D打印公司，其技术特别适用于新材料的研究与开发。

▲ futureAM
© 3D科学谷白皮书

 开放式系统

Freemelt的系统是开放式的，允许用户访问和修改机器的参数，这对于科研机构来说非常有用，因为它们可以表征新材料并在材料科学或电子束3D打印领域进行前沿工作。Freemelt One系统是Freemelt的主要产品，它配备了6千瓦的电子束枪，床温可高达1200°C。该系统具有开放式体系结构软件，并支持知识共享。

Freemelt ONE系统适用于任何导电金属，包括钨、钛合金、超合金、铜合金和难熔金属。Freemelt的软件是真正的开源，用户可以调整和发展代码，并在社区内共享，以加速未来材料的开发。

提供快速高效的加热，Freemelt开发了ProHeat技术，使用电磁辐射来稳定烧结每一层粉末，同时具有消除应力的优势。该技术允许在不与电子相互作用的情况下进行预热，消除粉末带电，保持最高真空纯度和最佳光束质量，无需消耗昂贵的高纯度惰性气体。

Freemelt的技术被广泛应用于涉及广泛研发的复杂系统以及重复性很高的服务，业务遍布各大洲，并不断开发、调整和改进新技术，以满足客户不断变化的需求。Freemelt最近收到了来自伯明翰大学和Nuclear AMRC的订单，用于开发各种难熔金属、超合金和铜的材料工艺，以及用于聚变能源应用的钨部件。

Freemelt的激光增材制造技术以其开放式系统、专业的材料研发能力和创新的ProHeat技术而闻名，正在推动金属3D打印技术的发展，其中Pixelmelt是Freemelt公司推出的一款新软件，旨在提高3D打印的生产力和加速材料开发，3D科学谷认为这种方式类似于逐像素构建照片，将熔化“打印”在粉末层上的Pixelmelt将充分的释放电子束增材制造发展空间。

 每秒内跳跃于数万个熔点之间

Pixelmelt软件被设计为更快的材料开发和更高效的3D打印软件，与Freemelt ONE系统一起使用，以提高研究用户的创新能力和生产力。

© Freemelt

Freemelt的系统使用电子束熔化金属粉末，与大多数竞争对手使用的激光束相比，电子束具有更高的功率和更快的移动速度（每秒4000米），这是激光束速度的数百倍。这使得电子束能够在每秒内跳跃于数万个熔点之间，并以最佳方式分配热量。使用Pixelmelt，客户可以在表面上以自由点图案熔化粉末材料，而不是沿着平行线，这有助于提高生产率并促进新材料的创新。

© Freemelt

Pixelmelt软件为用户提供了更多的工艺优化自由度，用户可以在同一个3D构建中的不同组件之间以及每个单独组件内部变化工艺参数。这可以类比于逐像素构建照片，用户可以自行决定像素的顺序和颜色。3D科学谷认为Pixelmelt软件通过自动化显著加快了构建文件的创建过程，并允许用户通过自由的构建参数和点扩散算法定义自己的流程。与传统的线熔化相比，Pixelmelt采用点熔化技术，即逐点熔化，使得在表面上以自由点图案进行构建成为可能，而不是沿着平行线熔化粉末材料，这为提高生产率铺平了道路，这种技术的优势使得电子束3D打印过程更加高效和精确，有助于推动增材制造技术在更多行业中的应用，如能源、国防、医疗技术和骨科植入物等领域。

3D科学谷发现
3D Science Valley Discovery

Pixelmelt技术提高3D打印精度的主要方式体现在以下几个方面：

自由点图案熔化（Spot Melting）：Pixelmelt技术采用自由点图案熔化，与传统的线熔化相比，点熔化可以更精确地控制熔化过程。由于电子束可以在每秒内跳跃于数万个熔点之间，这种技术可以更精确地控制热量分布，从而提高打印精度。

自动化构建文件创建：Pixelmelt通过自动化显著加快了构建文件的创建过程，减少了人为错误，提高了打印的一致性和重复性。用户可以定义自己的流程，通过自由构建参数和点扩散算法来优化打印过程。

更高的扫描速度：Freemelt的电子束可以以高达4000米/秒的速度移动，这是激光束速度的数百倍。这种高速度使得电子束可以在每个熔化点之间快速跳跃，以最佳方式分布热量，从而提高打印的精度和质量。

过程参数的自由度：Pixelmelt软件允许用户在同一个3D构建中的不同组件之间以及每个单独组件内部变化工艺参数。这种灵活性类似于逐像素构建照片，用户可以自行决定像素的顺序和颜色，从而实现更精细的控制和更高的精度。

多种熔化算法和停留时间算法：Pixelmelt提供多种点扩散算法和停留时间算法，用户可以根据需要调整这些算法的设置，以获得最佳的打印效果和精度。

云服务模型：Pixelmelt的云服务模型确保了用户构建文件的易于访问和在组织内部的共享，这有助于合作和项目管理，同时也使得算法的重型计算在云端完成，用户无需担心构建文件的生成，可以更专注于创新和发展。

逐层控制：Pixelmelt允许对每一层进行单独控制，如果需要，可以使用不同的参数，这为精确控制打印过程提供了更多的灵活性。

Insights that make better life

Pixelmelt技术通过提供更高的扫描速度、自由点图案熔化、自动化构建文件创建、多种熔化算法和逐层控制等功能，显著提高了3D打印的精度和质量。

此外，根据3D科学谷的了解，Freemelt还迎来了重磅资深专家的支持，Johannes Henrich Schleifenbaum教授被选举为Freemelt Holding AB董事会成员，Schleifenbaum教授拥有丰富的金属加工和增材制造经验，特别是在增材制造、功能层和智能材料方面，拥有200多篇科学报告以及多项专利。

目前，Schleifenbaum教授是亚琛增材制造中心（ACAM）的常务董事，同时也是德国亚琛工业大学数字增材生产（DAP）研究所的主任和教授。

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▲ 3D打印用于优化氢能设备关键零件-IGNITER项目
© RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造生产研究所

“增材制造技术为氢经济的挑战提供了多种解决方案，包括：

资源高效型组件：生产轻量化和优化设计的组件，以减少材料使用和提高能源效率。

需求驱动型材料：根据特定应用的需求定制材料特性，以提高性能和耐用性。

环保型组件表面：通过涂层和其他表面处理技术，提高组件的环保性能，如减少氢渗透和提高耐腐蚀性。”

脱碳和可持续能源是社会和政治讨论的核心话题，我们需要清洁的替代品来替代推动气候变化和污染环境的化石燃料，氢气是一种可能的替代品。

然而，氢气对企业和能源行业提出了挑战：现有的基础设施需要从化石原料和能源来源转换而来，这需要大量投资。此外，氢气生产（尤其是绿色氢气）的效率和成本效益目前有限。氢气还具有不同的燃烧和腐蚀特性。这改变了燃烧和运输部件所用材料的要求，需要新材料和改进的设计。

氢经济的增材制造是实现可持续能源转型和减少温室气体排放的关键技术之一。亚琛工业大学的几个个项目，IGNITER，H2MAT3D，HyInnoBurn，正在通过增材制造技术推动氢基燃烧系统的发展，以期实现更高效、更环保的能源使用。

 IGNITER项目

该项目的目标是开发和应用基于模拟的燃料灵活燃烧器设计流程，以使用氢基燃料。增材制造技术在此过程中扮演着重要角色，因为它允许设计和制造复杂的几何结构，这些结构可能通过传统制造方法难以实现。通过模拟和增材制造的结合，研究人员可以优化燃烧器设计，以满足严格的排放和性能标准。这包括：
燃料灵活性：设计能够适应不同燃料类型的燃烧器，包括天然气和氢气。

排放控制：优化燃烧过程以减少有害排放，如氮氧化物(NOx)。

性能优化：确保燃烧器在各种操作条件下都能保持高效和稳定。

 H2MAT3D项目

H2MAT3D -（氢基燃烧系统、高温材料和激光增材制造之间的相互作用分析）

亚琛工业大学与卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 技术热力学研究所和柏林工业大学 MfAM 合作，研究氢燃烧系统与增材制造生产的材料之间的复杂相互作用。研究重点是识别能够提高氢燃烧效率和稳定性的高温材料，同时突破 3D 打印技术的界限。

这些项目对于推进对氢基燃烧系统和增材制造的理解至关重要，为未来无碳能源技术的发展铺平了道路。

H2MAT3D项目专注于分析氢基燃烧系统、高温材料和激光增材制造之间的相互作用。研究的重点是识别和开发能够提高氢燃烧效率和稳定性的高温材料。这涉及到：

材料选择：开发适用于氢环境的高性能、耐用和高效材料。

多材料增材制造：通过逐层优化材料组合，实现定制材料特性，结合耐磨、耐腐蚀和功能性。

表面功能化：使用超高速涂层技术，为管道等提供适应环境的内部和外部表面，以实现最佳的防腐保护并减少氢渗透。

▲ 理解增材制造工艺材料的相关性
© RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造生产研究所

在 H2MAT3D 中，RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造生产研究所及其研究合作伙伴通过实验和数值研究了氢基燃烧系统与增材制造材料之间的相互作用。这将弥合 AM 燃烧器设计与燃烧过程中的工艺-材料相互作用之间的差距。

为了实现这一点，通过基于热力学的合金选择从镍基高温合金中分离出也可通过 AM-增材制造加工的耐高温材料，特别是激光粉末床熔融 (LPBF)，和超高速激光应用 (EHLA) 生产增材制造工艺加工的材料，从而实现高通量合金开发。这项工作得到了微观结构模拟的支持，微观结构模拟将提供影响增材制造过程中高温强度、降解行为和裂纹形成的信息因素。研究人员在氢气燃烧实验中研究了所生产的样品，并在操作前后对其进行了表征，以揭示降解机制。燃烧实验工作与燃烧模拟相辅相成，旨在了解材料由于热导率和表面反应对火焰的影响。在 H2MAT3D 中获得的基本理解将用于协调 AM 工艺条件和高温材料，以实现效率更高的燃烧过程。这项研究的结果可用于增材制造的燃烧系统，其中定制的合金和复杂的几何形状有助于提高效率并减少燃烧过程对环境的影响。

 HyInnoBurn项目

在ACAM亚琛增材制造中心的RWTH DAP与合作伙伴开发的HyInnoBurn项目中，HyInnoBurn项目致力于开发优化的工业燃气燃烧器，以实现天然气和氢气的安全灵活运行。由于氢气火焰的行为不同于天然气火焰，该项目将开发优化的燃烧器几何形状以满足特定的燃烧器要求，例如低排放或在钢厂等具有挑战性的环境中安全运行。燃烧器还应具有可扩展性，以满足不同最终用户的特定要求。AM-增材制造技术成为关键的生产技术，以赋予燃烧器设计最大可能的自由度以及轻松的可扩展性。

▲ HylnnoBurn项目
© ACAM亚琛增材制造中心

HyInnoBurn项目研究成员结合了发电厂技术、蒸汽和燃气轮机研究所的过程分析，专注于开发通用工业燃烧器，以便使用由天然气 (EG) 和氢气组成的混合燃料灵活运行。

© Kueppers Solutions (左) and SMS-group (右)

对当前使用的燃烧器配置的初步调查构成了为 H2 燃烧器系统开发提供合适的数值和几何模型的基础，这些模型代表了不同气体成分的燃烧和排放物形成的现象学。通过燃烧器的模拟和实验分析，实现了燃料气体中灵活的含量氢优化。其中，通过3D打印-增材制造工艺生产燃烧器实现大量优化选项至关重要。

最后，在实际操作条件下的污染物排放、温度和过程稳定性方面展示HyInnoBurn项目的可扩展性和工业适用性。这为开发新型燃烧器系统的工业应用以HyInnoBurn项目的方法和能力应用到其他领域（例如固定式燃气轮机和飞机燃气轮机的燃烧器）奠定了基础。

通过这些项目，亚琛工业大学展示了增材制造技术在推动氢经济和实现可持续能源转型方面的潜力。这些研究不仅有助于开发更高效的氢基燃烧系统，还为未来无碳能源技术的发展铺平了道路。随着技术的进一步发展和成本的降低，氢气有望成为未来能源供应的重要组成部分。

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“Formnext强劲的参展商数反映了增材制造对整个工业领域的重要性，”展会主办方德国美赛高法兰克福展览有限公司副总裁Sascha F. Wenzler表示，“增材制造是一种能够使我们应对当前的挑战并发掘新的经济潜力的一种技术。”同时，Formnext也展示了全球增材制造行业是多么的充满活力，每年都有无数的创新和应用为工业发展的未来铺平道路。

到目前为止已报名的展商中，有61%来自德国以外，其中领先的国家包括美国、中国、英国、法国、荷兰、意大利和西班牙。增材制造（AM）行业已形成了一个传统，都将全年中最重要的创新成果留到Formnext展会上发布和展示，这使得参观者能够近距离体验最新的增材制造技术，并可直接与专家和参展商们进行互动。今年的参展商不仅将展示他们的新应用，而且还计划重点展示制造商如何更有利和高效地将增材制造技术融入他们的生产链中。

 Formnext奖项（Formnext Awards）
     为进步设立的完美舞台

Formnext 2024的配套活动将包括一些既有的活动和一些令人兴奋的新亮点。Formnext展会和会议多年来不断完善其颁奖典礼的概念，今年将推出Formnext奖项（Formnext Awards），作为将更多焦点投向杰出人才及其创新想法的新方式。这些奖项将在六个不同的类别中颁发，包括年轻创新企业、可持续商业理念和先锋技术等。今年，无论是否身在法兰克福，整个增材制造社区都可参与评选过程，为心仪的获奖者投票。除了亲临Formnext展会上观看产品和技术外，大家还可以从10月中旬开始在Formnext网站（www.formnext.com）上提前了解情况。所有类别的投票将于2024年11月21日中午截止，观众投票会作为额外的评审投票考虑在内。

同时，Formnext将继续其广泛的展示内容（对所有参会者开放），以促进对最新议题的高水平讨论。这意味着在2024年，当前和未来在增材制造和生产行业的应用、技术和总体趋势将再次成为议程的焦点。应用、行业和技术舞台的关键议题将包括增材制造中的人工智能、医疗和牙科技术、机器人、自动化以及更多内容。去年首次亮相后，“服务商市场”特别展区也将回归，向企业展示如何在没有自己的内部生产运营的情况下，从突破性的增材制造技术中获益。相应的展示将来自医疗技术、牙科和包装等领域的创新成果。

在“初创区”和 “Pitchnext ”活动期间，制造业的年轻创新企业将有机会向潜在投资者和合作伙伴展示自己。有兴趣在增材制造行业工作的人，也有机会在“职业日”(展会第三天)查看当前的工作机会。与往年一样，希望进入增材制造行业的公司将在 Discover3Dprinting 研讨会上找到出色的见解和建议，该研讨会由主办方和ACAM一起合办，并在展会的每一天进行。ACAM 还将与 Formnext 合作举办四场深入研讨会，主题涉及增材制造工业化、增材制造设计、表面处理和材料。

在2024年的Formnext展会上，VDMA的增材制造工作组将与其会员们一起，在Additive4industry展区展示来自机械工程领域的实用增材制造应用。BE-AM研讨会及其配套展区将展示建筑行业中3D打印技术的先进发展，这一3D打印技术在建筑行业的重要性不断提高。今年Formnext展会和会议正式开始的前一天，VDMA与ASTM International将共同举办Formnext增材制造创新与标准化峰会。最后，在另一个特别展区中，将表彰那些有望赢得黑森州设计奖的决赛选手，并在颁奖典礼上宣布最终获奖者。

Formnext 很高兴澳大利亚成为 2024 年的合作伙伴国！多年来，这个多元化的大陆一直以其充满活力的增材制造社区和在世界各地取得成功的系统提供商，以及增材制造领域的服务提供商和其他高度专业化的公司而给人留下了深刻的印象。这一切的基础是杰出的大学和独特的环境，吸引了来自世界各地才华横溢的人才。

2024年11月19-22日，
德国法兰克福见！

如需索取展会门票，
请联系Formnext中国区官方指定联络单位:

广州光亚法兰克福展览有限公司
电话：86-20-38251558
传真：86-20-38251400
邮箱：formnext@hongkong.messefrankfurt.com
网址：www.formnext.com

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▲ Dyndrite加入ACAM社区
© ACAM亚琛增材制造中心

3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，而当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以级数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。增材制造将朝着软件和数据驱动的自进化智造技术方向发展，智能模拟和人工智能的应用将使得硬件拥有更“聪明的大脑“，更”灵敏的神经“以及”更准确的双手“，让加工变得更高效。

ACAM亚琛增材制造中心

▲ futureAM
© 3D科学谷白皮书

 为大规模数字化制造
     开启新的可能

Dyndrite 的软件在激光束粉末床熔融 (PBF-LB) 增材制造领域获得了突出的竞争优势，能够帮助制造商解决复杂几何形状和生产挑战，同时降低成本并提高零件质量。这一点与 ACAM 推动增材制造行业发展的目标相契合。

© Dyndrite

ACAM 作为一个创新研发网络，欢迎 Dyndrite的加入，并期待双方共同努力，推动自动化和材料开发的进步，为大规模数字化制造开启新的可能性。

Dyndrite 的软件支持高通量数据的处理，这对于增材制造工艺链的各个方面，包括建模仿真、数字孪生体技术、工艺开发和过程控制等都非常重要。

总的来说，这次合作将有助于将增材制造技术推向新的高度，使科学和工业合作伙伴能够更有效地开发和实施先进的制造解决方案。

根据3D科学谷的市场洞察，Dyndrite 的软件获得了一系列的市场进展，其中包括：

激光粉末床熔融（LPBF）：Dyndrite的LPBF Pro软件为金属增材制造公司提供了先进功能，与多家主要制造商兼容，包括Aconity3D、EOS、Nikon SLM Solutions、Renishaw和Xact Metal。该软件允许创建复杂零件，有助于加速构建策略和实现构建准备过程的自动化。

工业喷墨3D打印及粘结剂喷射技术：Dyndrite与Meteor合作推出了Meteoryte，这是一个3D软件工具，简化了喷墨技术在增材制造应用的开发和采用。Dyndrite还与Xaar和Meteor合作，为粘结剂喷射增材制造应用提供工业喷墨能力的新发展，推动了粘结剂喷射技术在工业应用中的适应性和增长。

复合材料3D打印：Dyndrite与Impossible Objects合作，将其基于复合材料的增材制造工艺CBAM 打印过程中基于 GPU 实现自动化 CAD 打印流程，提高了生产力并显着降低了运营成本。

 提高稳健性

根据3D科学谷的市场洞察，亚琛高度重视端到端的制造工艺链对3D打印的赋能，最近还启动了AdHoPe尖端项目，旨在通过先进的模拟和实时过程控制优化激光粉末床熔融 (L-PBF) 来改变增材制造的世界，该项目计划引入一种智能过程控制系统，该系统可实时优化参数，防止过热并确保零件质量始终如一。AdHoPe项目研究对于推动增材制造技术的发展至关重要，因为不仅能够提高生产效率，还能确保制造出更高质量的产品。通过实时监控和调整工艺参数，可以显著减少生产中的浪费和缺陷，从而降低成本并提高竞争力。

AdHoPe不仅旨在改进现有方法，还旨在制定新标准。通过开发基于矢量的模拟模型，可以快速计算粉末喷涂过程中的温度值。这种实时洞察可以调整后续涂层，从而降低缺陷风险并提高工艺的整体稳健性。

但这还不是全部。该项目还专注于优化激光器的矢量设计，以保持均匀的热环境并降低过热风险。

通过与亚琛增材制造中心（ACAM）加强紧密合作，3D科学谷认为近期来看这或将推动亚琛AdHoPe项目的进展，长期来看合作将有助于构建一个更加强大的创新生态系统，促进科研成果转化和商业化。3D科学谷认为与Dyndrite的合作将对ACAM的科研工作产生以下具体影响：

软件工具的集成：Dyndrite的LBPF Pros软件将被集成到ACAM的科研网络中，这将使得科研人员能够更高效地处理复杂的几何形状和生产挑战。通过使用Dyndrite的软件，ACAM的科研人员可以更有效地优化整个增材制造工艺链，从设计到生产。

流程自动化：合作将推动增材制造流程的自动化，减少手动工作量，提高生产效率和质量控制。Dyndrite的软件可能会被用于ACAM的研究项目中，帮助科研人员在增材制造领域实现新的突破。

材料开发：通过合作，科研人员基于软件捕捉的数据探索和开发新的定制材料，这将进一步扩展增材制造的材料应用范围。这将促进数字制造技术的发展，尤其是在过程自动化和数字孪生体技术方面。ACAM还可能会利用Dyndrite的软件工具来增强其教育和培训项目，为学生和行业专业人士提供最新的增材制造技术知识。

数据格式的标准化：Dyndrite支持ACAM研究成员亚琛工业大学开发的OVF开放矢量格式文件格式，这将有助于标准化3D打印工艺链的数据格式，简化数据量，提高数据传输效率。

德国亚琛增材制造中心（ACAM）

德国亚琛增材制造中心（ACAM）是位于德国的领先科研机构联合体，亚琛是金属3D打印诞生的摇篮，选区激光熔化的创始专利来源于德国Fraunhofer Institute所有的弗劳恩霍夫激光技术研究所，ACAM德国亚琛增材制造中心以亚琛工业大学所在的亚琛园区为基础，汇集亚琛顶级的研发资源并促进行业获得与亚琛工业大学和弗劳恩霍夫Fraunhofer IPT研究所和弗劳恩霍夫Fraunhofer ILT研究所相关的领先科研机构的增材制造专业知识。ACAM为企业提供一站式服务，包括从设计到质量控制的整个工艺链，ACAM 涵盖从设计阶段到质量控制的整个流程链，重点关注流程链自动化、定制材料开发、提高生产力和缩短周转时间等面向量产目标的增材制造研发主题。

在国内，2024年，上海电气正式加入德国亚琛增材制造中心（ACAM），成为这一联合研发体的中国首家企业合作成员，未来上海电气将与更多国际前沿科研机构携手，不断推动科技创新与开放合作，为发展新质生产力贡献更多的智慧和力量。

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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根据德国ACAM亚琛增材制造中心，3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，而当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以级数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。增材制造将朝着软件和数据驱动的自进化智造技术方向发展，智能模拟和人工智能的应用将使得硬件拥有更“聪明的大脑“，更”灵敏的神经“以及”更准确的双手“，让加工变得更高效。

▲SEPP项目：开发3D打印智能模拟技术

© RWTH DAP

目前，3D打印在扩大生产规模时往往面临成本急剧上升的问题。这可能是由于生产效率不高、材料成本增加、设备折旧等因素造成的。这种成本的级数增长使得规模化生产变得不经济，从而难以实现盈利。

未来的增材制造技术将朝着自进化的方向发展，这意味着制造系统能够根据实时数据和反馈自我优化，不断改进生产效率和产品质量。”

3D科学谷发现

3D Science Valley Discovery

关键点：

德国亚琛完成的SEPP项目在模拟技术方面的创新主要包括以下几个方面：

• 简化的模拟模型：SEPP项目没有依赖于复杂且计算密集的模型，而是开发了简化的模拟模型，这些模型在保持足够准确性的同时，能够预测如变形等缺陷，适用于大型部件的模拟。
• 提高熔池尺寸计算的准确性：项目进一步开发了PBF-LB/M工艺模型，显著提高了熔池尺寸计算的准确性，这对于预测熔池几何形状和温度分布至关重要。
• 快速的温度场计算方法：项目开发了一种新方法，可以在不到一小时内完成温度场计算，这对于模拟过程的效率提升具有重要意义。
• 数值模型简化技术：成功实施了数值模型简化技术，能够快速计算宏观尺度上的温度和应变分布，进一步提高了模拟过程的效率。

这些创新成果不仅提高了制造质量，还为PBF-LB/M技术的工业应用提供了坚实的基础。

Insights that make better life

 智能模拟

基于激光的增材制造技术，例如使用激光处理粉末材料的 PBF-LB/M 工艺，为功能性金属部件的生产提供了几乎无限的几何设计自由。尽管具有这种潜力，但由于某些与工艺相关的限制，这些技术仅得到部分利用。这些限制会影响工艺区局部和整个部件的物理过程，从而导致残余应力和部件变形等问题。

为了解决这些缺点，SEPP（基于模拟的激光束粉末床金属熔合工艺分析，PBF-LB/M）项目在过去几年中一直致力于优化 PBF-LB/M 工艺的模拟。

SEPP项目是一个专注于优化基于激光的粉末床熔融（PBF-LB/M）工艺的模拟研究项目。该项目的目标是通过智能模拟技术提高金属部件3D打印的效率和准确性。项目团队开发了简化的模拟模型，这些模型足够准确，能够预测如变形等缺陷，同时避免了复杂且计算密集的模型。项目由德国研究联盟（Deutsche Forschungsgemeinschaft，简称DFG）资助，这是一个独立的全国性科学资助机构，负责资助德国高等院校和公共性研究机构的科学研究，是欧洲最大的科研促进机构之一。

SEPP 项目的目标是通过智能模拟技术使金属部件的 3D 打印更加高效和准确。该项目没有依赖难以应用于大型部件的复杂且计算密集的模型，而是寻求开发简化的模拟，这些模拟仍然足够准确，可以预测变形等缺陷。

该项目进一步开发了 PBF-LB/M 工艺模型，该模型已通过实验测量成功验证。熔池尺寸计算的准确性得到了显着提高。现在，一种新方法可以在不到一小时内完成温度场计算。3D科学谷了解到目前该项目在模拟镍基合金 Inconel 718 方面特别成功，可以准确预测熔池几何形状和温度分布。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

在PBF-LB/M工艺模型的开发上，SEPP项目取得了显著进展，特别是在模拟镍基合金Inconel 718方面。通过实验测量，项目验证了模型的准确性，并显著提高了熔池尺寸计算的准确性。项目还开发了一种新方法，能够在不到一小时内完成温度场计算，这对于预测熔池几何形状和温度分布至关重要。

这些结果为制定最小化残余应力和变形的策略奠定了基础。此外，SEPP项目还成功实施了数值模型简化技术，可以快速计算宏观尺度上的温度和应变分布，进一步提高了模拟过程的效率。还进行了实验变形测量，证实了模拟结果并为进一步优化模型提供了宝贵的数据。

SEPP项目通过智能模拟技术使金属部件的3D打印更加高效和准确，这些技术的应用为3D打印技术的发展和工业应用开辟了新的可能性。

该项目由 DGF – 德国研究联盟 (Deutsche Forschungsgemeinschaft Consortium) 资助，由RWTH DAP （亚琛工业大学数字增材制造生产研究所）和RWTH NLD联合完成。

RWTH DAP

RWTH Aachen University 的 Chair for Digital Additive Production (DAP) 亚琛工业大学数字增材制造生产研究所是一个专注于数字增材制造技术的研究和开发的部门。RWTH DAP 研究所涉及的研究领域包括增材制造过程链的所有垂直和水平元素，从组件设计、供应链、生产和组件处理到增材制造组件的应用属性。RWTH DAP 的研究重点在于面向可扩展规模化生产的增材制造设备、材料、设计、过程及系统技术的进一步发展，以及软件驱动的端到端过程。

RWTH NLD

RWTH Aachen的 Nonlinear Dynamics of Laser Manufacturing Processes (NLD) 是一个专注于激光制造过程中非线性动力学的研究和教学机构。RWTH NLD 与 Fraunhofer ILT-弗劳恩霍夫激光研究所、RWTH LLT亚琛工业大学激光技术、RWTH TOS光学系统技术和RWTH DAP 等机构合作，提供学生和毕业生的工作机会，并在激光技术领域进行基础和应用相关的研究。

l 谷专栏 l

欢迎高校及科研机构、企业科学家加入谷专栏，与业界分享对推动增材制造发展起关键作用的共性基础科研与应用成果，欢迎扫描下方图片二维码提交您的信息。

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为了应对这些挑战，ACAM亚琛增材制造中心核心研发成员单位RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造研究所最近启动的“AdHoPe”项目旨在通过集成高级模拟和实时传感器数据来优化激光粉末床熔融 (PBF-LB/M) 工艺。

该项目计划引入一种智能过程控制系统，该系统可实时优化参数，防止过热并确保零件质量始终如一。

▲ AdHoPe项目
© 亚琛工业大学数字增材制造研究所RWTH DAP

▲ futureAM
© 3D科学谷白皮书

 显著提高生产力

根据德国ACAM亚琛增材制造中心，3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，而当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以级数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。

ACAM亚琛增材制造中心

AdHoPe项目研究对于推动增材制造技术的发展至关重要，因为不仅能够提高生产效率，还能确保制造出更高质量的产品。通过实时监控和调整工艺参数，可以显著减少生产中的浪费和缺陷，从而降低成本并提高竞争力。

AdHoPe 不仅旨在改进现有方法，还旨在制定新标准。通过开发基于矢量的模拟模型，可以快速计算粉末喷涂过程中的温度值。这种实时洞察可以调整后续涂层，从而降低缺陷风险并提高工艺的整体稳健性。

但这还不是全部。该项目还专注于优化激光器的矢量设计，以保持均匀的热环境并降低过热风险。

3D科学谷发现

3D Science Valley Discovery

AdHoPe项目亮点：

实时优化：通过集成高级模拟和实时传感器数据，AdHoPe 项目旨在实时优化工艺参数，以适应不同的几何形状和结构需求。

智能过程控制：项目计划引入的智能控制系统能够实时调整参数，防止过热，确保零件质量。

矢量模拟模型：开发基于矢量的模拟模型可以快速计算粉末喷涂过程中的温度值，为工艺提供实时洞察。

工艺稳健性：通过实时调整后续涂层，可以降低缺陷风险，提高整个工艺的稳健性。

激光器矢量设计：项目还关注于优化激光器的矢量设计，以保持均匀的热环境并降低过热风险。

Insights that make better life

AdHoPe项目由联邦经济部中小企业中央创新计划资助，该项目的联盟成员包括Aconity GmbH、ModuleWorks GmbH、RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造研究所。

 激光-改变世界的神奇力量

根据3D科学谷的了解，亚琛推动AdHoPe项目研究有着先天的优势，被许多人认为是“圣杯”的选区激光熔化(L-PBF或SLM）增材制造工艺，已经被用于创建各种制造业的零件，从定制的赛车零件到使用SpaceX发射到大气层外的设备上的部分定制金属零件。有趣的是，市场上看到的选区激光熔化的创始专利来源于德国Fraunhofer Institute所有的弗劳恩霍夫激光技术研究所，而今年这项专利诞生于1997年，27年来这项基础专利从诞生到商业化进程中体现出一项基础研究技术将如何极大程度上改变世界的神奇力量！

由于L-PBF金属3D打印技术逐层构建组件，因此这是基于二维制造的三维制造技术，与传统制造技术相比，该工艺具有许多系统优势，例如能够生成复杂的冷却通道，用于轻型结构（例如点阵结构）应用，实现更复杂的微观结构等等。另一个系统优势是缩短了开发时间，从而可以更轻松地实现多次设计迭代，这样可以缩短新产品的上市时间。

27年来，基于L-PBF，Fraunhofer ILT 开发了一系列的应用技术和基础研究，包括高温合金的选区激光熔化，Inconel 718 的高功率 SLM 加工，用于高功率 SLM 的光学系统，具有最小变形的铝部件的增材制造，通过选区激光熔化 (SLM) 增材制造高强度氧化物陶瓷，卫星动力组件的增材制造，使用选区激光熔化技术对铜部件进行增材制造，采用高功率选区激光熔化的增材系列制造，使用选区激光熔化制造可吸收植入物等等。

在国内，2024年，上海电气正式加入德国亚琛增材制造中心（ACAM），成为这一联合研发体的中国首家企业合作成员，未来上海电气将与更多国际前沿科研机构携手，不断推动科技创新与开放合作，为发展新质生产力贡献更多的智慧和力量。

 数字的力量

ACAM亚琛增材制造中心对增材制造在多功能材料方面的愿景为无限组合的材料与技术，而最终的目标是点击即生产。ACAM亚琛增材制造中心定义达到这个愿景的进阶过程包括5个梯度，当前的世界范围内的发展大多还处在Level 0的水平，Level 0为功能化增材制造过程，Level 1为可预测的增材制造过程，Level 2为自动化的增材制造过程，Level 3为全自动化的增材制造包括前处理与后处理，Level 4为集成化的全自动化不同制造工艺的组合。

当前金属增材制造下游加工步骤尚未实现自动化，部分原因是要制造的零件的几何形状不同，对自动化带来了极大的挑战, 推动3D打印规模化，RWTH DAP亚琛工业大学数字增材制造研究所做出了各方面积极的布局。

根据3D科学谷的了解，没有数字制造数据，就没有增材制造 (AM) – 因此，高效可靠的数据生成和处理是3D打印生产制造过程的基本先决条件。

在激光粉末床熔化 (LPBF) 方面，3D打印制造的零件通过计算机辅助设计 (CAD) 软件设计为 3D 模型，接下来，该模型被转换为组件的二维层数据集合——所谓的切片——作为工厂侧的输入，用于在粉末床中一层一层熔化的层。当前很多企业受到庞大的数据量的挑战。

在这方面，亚琛工业大学DAP数字化增材制造学院在宝马IDAM项目应用了矢量格式 (OVF) ，IDAM项目是世界范围内首次将金属3D打印集成到汽车自动化制造工艺中，亚琛工业大学为宝马IDAM项目提供了流程链支持，作为 BMBF 资助的 IDAM（增材制造工业化和数字化）项目的一部分，亚琛工业大学DAP数字化增材制造学院与其他合作伙伴组成的合作共同为宝马建立了两条全自动生产线，用于汽车零部件的增材系列生产。

此外，面向可扩展的增材制造生产应用，根据3D科学谷《亚琛工业大学“电动汽车零部件生产工程”在科隆与福特合作开设电动机研究基地》一文，福特与亚琛工业大学“电动汽车零部件生产工程”(PEM) 系，蒂森克虏伯系统工程，亚琛工业大学DAP学院一起，在一条生产线上开发灵活而可持续的电动机零部件生产。该项目的名称是HaPiPro2，指的是发夹技术，研究目标是开发灵活的制造发夹技术及生产概念。

总体来说，亚琛工业大学DAP数字化增材制造学院领衔AdHoPe项目有着各方面的积淀，从基础理论研究到具体的项目实践都为此次的AdHoPe项目带来了厚积薄发的基础。

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近日，美国能源部橡树岭国家实验室公开发布了一组新的增材制造数据，行业和研究人员可以使用这些数据来评估和提高3D打印组件的质量。数据集的广度可以极大地促进仅使用打印过程中收集的信息来验证增材制造零件的质量的工作，而无需昂贵且耗时的后期生产分析。

▲ 人工智能模型对同一打印部件的数字副本（右）进行了分析，以定位其结构中的异常情况
© ORNL

人工智能将重新定义增材制造，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）。人工智能将成为3D打印技术的内核，赋能3D打印技术突破成本与可复制性的束缚，将扫平原型制造与量产之间的鸿沟，开辟指数级别增长之路，也将重新定义增材制造领域的诸多商业模式。

3D科学谷创始人王晓燕

▲ AI用于增材制造
© 3D科学谷白皮书

 独特能力

十多年来，美国能源部在橡树岭国家实验室 (ORNL) 的制造演示设施 (MDF) 定期采集数据，先进制造的早期研究加上对所得组件的全面分析，已经创建了大量有关3D打印机性能的信息。多年利用新型材料、机器和控制装置突破3D打印能力界限的经验为ORNL提供了开发和共享综合数据集的独特能力。

传统制造业受益于几个世纪的质量控制经验。然而，增材制造是一种较新的非传统方法，通常涉及用于监控零件质量的昂贵评估技术。这些技术可能包括破坏性机械测试或非破坏性X射线计算机断层扫描，可在不损坏物体的情况下创建物体的详细横截面图像。尽管信息丰富，但这些技术也有局限性——例如，它们很难在大型零件上执行。ORNL 的综合 3D 打印数据集可用于训练机器学习模型，以改进任何类型组件的质量评估。

3D科学谷了解到ORNL正在为行业提供值得信赖的数据集，用于产品认证，这个数据管理平台，旨在讲述增材制造组件的“完整故事”，目标是使用过程中的测量来预测3D打印部件的性能。

这个 230 GB 的数据集涵盖了五组不同几何形状零件的设计、打印和测试，所有这些零件均使用激光粉末床3D打印系统制成。研究人员可以访问机器健康传感器数据、激光扫描路径、30,000 张粉末床图像以及 6,300 次材料拉伸强度测试。

这是 ORNL 公开提供的一系列增材制造数据集中的第四个也是最广泛的数据集。以前的数据集主要关注在 MDF 上使用电子束粉末床和粘结剂喷射打印制成的零件的构造。用户可以搜索数据集以获取了解罕见故障机制、开发在线分析软件或模拟材料特性所需的特定信息。

ORNL 研究人员演示了如何通过使用 3D 打印过程中进行的测量来训练机器学习算法来应用数据集。与高性能计算方法相结合，经过训练的算法可以可靠地预测机械测试是否会成功。它还将预测零件极限拉伸强度的错误减少了 61%。

 智能中枢

全球范围内，增材制造正处在人工智能为其插上腾飞翅膀的前夕。根据德国ACAM亚琛增材制造中心，3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，而当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以级数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。增材制造将朝着软件和数据驱动的自进化智造技术方向发展，人工智能的应用将使得硬件拥有更“聪明的大脑“，更”灵敏的神经“以及”更准确的双手“，让加工变得更高效。

如何实现更好的盈利？根据《AI未来进行式》，只有当业界预见到一些高价值的应用能够落地时，那些与之相关的耗资巨大的技术才会有机会不断发展、走向成熟。如果一种技术能解决某种特别关键的需求，一些公司往往愿意为该技术在发展初期的巨额投入甚至亏损买单，以换取后期依靠这种技术进行扩张、获取更高利润的可能性。可以遇见，在人工智能成为智能制造的智能中枢的历史节点，科研机构在推动3D打印成为软件和数据驱动的自进化智造技术方面将获得不断的长足进步，而未来则属于那些看得到趋势所在，并将趋势融入进自身发展中的企业。

人工智能将迅速推翻此前依靠试错累积的经验所搭建的竞争壁垒，并将依赖经验的人工成本对冲为企业发展劣势，聪明的企业将适当的布局和调整发展战略，以适应人工智能重新塑造增材制造领域的增长逻辑。

3D科学谷创始人王晓燕

算法的应用有助于提高增材制造过程的质量和效率，通过预测、检测和优化工艺参数来减少生产中的不确定性和潜在的缺陷。强化学习在原位优化中的应用表明，机器学习技术不仅限于静态的参数优化，还可以动态地用于改进生产过程。

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德国亚琛是金属3D打印诞生的摇篮，选区激光熔化的创始专利来源于德国Fraunhofer Institute所有的弗劳恩霍夫激光技术研究所，ACAM德国亚琛增材制造中心以亚琛工业大学所在的亚琛园区为基础，汇集亚琛顶级的研发资源并促进行业获得与亚琛工业大学和弗劳恩霍夫Fraunhofer IPT研究所和弗劳恩霍夫Fraunhofer ILT研究所相关的领先科研机构的增材制造专业知识。ACAM 涵盖从设计阶段到质量控制的整个流程链，重点关注流程链自动化、定制材料开发、提高生产力和缩短周转时间等面向量产目标的增材制造研发主题。

德国亚琛增材制造中心-ACAM秉承与德国Formnext的优良合作传统，作为Formnext+PM South China的官方重要合作伙伴，将于2024年8月28-30日深圳国际会展中心13号馆举办的Formnext + PM South China 深圳国际增材制造、粉末冶金及先进陶瓷展览会上共同举办以“Discover 3D Printing 3D打印发现之旅论坛”为主题的专业研讨会。ACAM将携手ACAM U-LINK在中国的合作伙伴：上海交通大学材料科学与工程学院的特种材料研究所，上海科技大学创艺学院智造系统工程中心，上海电气集团股份有限公司中央研究院的集团增材制造研究中心以及飞而康快速制造科技有限责任公司为复杂的增材制造导航!

2024年8月29日即将开启发现3D打印之旅-Discover 3D Printing之3D打印中的精益研发与制造，您准备好了吗？

论坛日期：8月29日

论坛时间：10:00-12:00 AM

论坛地点：深圳国际会展中心13号馆

 会议日程及嘉宾介绍

大会主持

王晓燕Kitty Wang

ACAM中国代表

德国亚琛增材制造中心

负责ACAM亚琛增材制造中心中国的发展战略、公司文化以及运营发展。数学专业，曾与中国汽车工程学会合作出版发行了《3D打印与汽车行业技术发展报告》，与工业和信息部工业文化发展中心合作出版了《3D打印与工业制造》。2014年还与合作伙伴创立了3D科学谷，在此之前，曾经在山特维克Sandvik、雪佛龙石油Chevron、德马吉森精机DMG MORI工作。

I 演讲主题

高性能铝合金增材制造技术

嘉宾介绍

吴一

所长

上海交通大学

材料科学与工程学院特种材料研究所

吴一，上海交通大学材料科学与工程学院 特种材料研究所所长，高级工程师。长期从事金属增材制造相关的研究工作，面向高端装备制造领域对于高品质激光制造的迫切需求，采用原位自生纳米颗粒实现“材料-增强增韧/工艺-增吸收”的增材制造材料设计新思路，开发了系列增材制造用新材料；同时通过材料和结构综合拓扑优化思路，建立了新型结构设计方法和打印工艺优化策略，实现了航空发动机风扇叶片、大飞机舱门铰链臂等典型航空航天零件的高品质增材制造。相关研究成果已在航空、航天、国防军工等多项涉及国家战略的重大项目中获得工程试用。主持多项国家及省部级项目，获得省部级技术发明一等奖2次，主持制定国家标准1项，在Nature Material，Progress in Materials Science，International Journal of Machine Tools and Manufacture，Additive Manufacturing等所在领域高水平期刊发表各类学术论文30余篇，授权发明专利10余项。

I  演讲主题

针对材料-结构-性能一体化激光增材制造的一点思考

嘉宾介绍

翟梓融

研究员

上海科技大学

创艺学院智造系统工程中心

2009年博士毕业于英国约克大学物理专业。加入上海科技大学前，曾就职于ANSYS中国（担任资深工程师）和GE中央研究院（担任高级科学家）。长期致力于金属增材制造工艺开发，工艺仿真，结构优化等领域的研究与开发。

上海科技大学创艺学院智造系统工程中心（Center for Adaptive System Engineering）在材料、物理、自动化控制、计算机科学、电子工程、机械工程等多学科交叉基础上开展研究，聚焦自适应3D打印材料、打印结构设计、打印工艺与系统集成、表面工程、自适应修复、精准检测与自动化、数字装配等领域。通过前瞻性、变革性的基础研究与集成应用创新，打造基于数据、物联网、全制造流程闭环反馈的自适应制造系统，形成可输出的示范性高端智造通用技术平台，致力于于高端制造与设计、创意艺术领域的突破创新。

I 演讲主题

基于选区激光熔化技术的轻量化设计方法

嘉宾介绍

吴欢欢

增材制造工程师

上海电气集团股份有限公司中央研究院

吴欢欢，上海电气集团股份有限公司中央研究院增材制造工程师，专注于SLM工艺探索和增材制造轻量化设计。曾参与《Hastelloy X燃气轮机旋流器SLM工艺开发》、《EIGA气雾化钛合金SLM 3D打印研究》、《金属材料、设计与先进制造一体化》、《基于增材制造技术的风洞压缩机关键部件研制》、《基于增材制造的压缩机样机部品快速制作方法开发》等项目。获得《2019年上海电气“匠心铸梦”创意创新大赛金奖》、《2023年E创未来智能制造二等奖奖状》、《2024年全国机械冶金建材行业职业技术创新成果展示活动特等奖》等奖项，专利6项。

I  演讲主题

围绕SLM的制造工艺链及飞而康产业化应用介绍

嘉宾介绍

邹宇宏

市场总监

飞而康快速制造科技有限责任公司

飞而康快速制造科技有限责任公司市场总监，材料学硕士，长期从事金属3D打印工艺在军民品行业的应用推广。

飞而康快速制造科技有限责任公司位于江苏无锡，创办于2012年8月，无锡产业发展集团有限公司下属企业成员之一，掌握中国领先的金属3D打印技术。

飞而康科技是一家覆盖零部件优化设计、金属粉末原材料生产、零部件3D打印制造、零部件后处理（包含热等静压）、机加工、性能检测、3D打印设备销售的3D打印全套解决方案提供商。

科研团队已完成了金属3D打印激光参数的开发及优化、加工平台稳定性验证、后处理工艺开发及优化、表面处理工艺开发及优化，突破了金属3D打印工艺的稳定性、一致性、重复性、控形控性等难题。

时间｜8月29日

地点｜深圳国际会展中心13号馆

与ACAM增材制造中心中国代表以及ACAM U-LINK在中国的合作伙伴深入交流，敬请关注2024年8月29日上午10:00-12:00的深圳Formnext+PM South China展会期间的discover3Dprinting 发现3D打印之旅论坛。

时间

8月28日（星期三）9:30-17:00

8月29日（星期四）9:30-17:00

8月30日（星期五）9:30-16:00

地点

深圳国际会展中心13号馆

行业大咖齐聚

深入畅谈行业的发展趋势与技术前瞻

为您增添更多元信息触角

8月28至30日

欢迎莅临Formnext+PM South China！

Formnext+PM South China

Formnext+PM South China深圳展，承接德国Formnext展览会的成功理念，展会涵盖3D打印，增材制造全产业链高端展示，包括高性能材料、创新增材解决方案、增材设备，烧结及后处理技术、检测设备等一系列前沿技术和设备，从原材料到成品，从设计到后处理，致力为业界捕捉市场趋势，拓宽高端制造业的未来版图。2024年展会规模达20,000平方米，预计将吸引逾300家企业参展及超过15,000名观众到场参观。

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▲ 支持高通量3D打印
© ORNL

 提高效率与精度

Slicer 2的更新版软件旨在提高大幅面3D打印的切片效率和精度。Slicer 2通过优化切片算法和处理大型数据集的能力，显著提高了3D打印过程中的效率和可靠性。它能够与多种类型的3D打印机连接，创建集成平台并与传感器通信，以提高打印精度。ORNL Slicer 2具有500多种设置，能够控制单个零件、层或区域的内部结构、形状、温度和其他参数，并且能够与模拟软件连接，模拟增材制造过程中的热量和应力关系。该软件适用于颗粒热塑性塑料、长丝热塑性塑料、热固性塑料、混凝土、激光丝焊接、MIG 焊接和送粉定向能沉积AM增材制造系统。

ORNL Slicer 2的更新版本在GitHub上发布，它提供了易于添加的语法、网络功能、闭环反馈机制、完全控制路径过程的能力、对实验系统的支持，以及面向未来目标的开发计划。ORNL Slicer 2是一个开源计算机程序，已有50多家设备制造商、工业终端用户和大学在使用。这款软件的推出，有助于推动3D打印技术在金属和复合材料制成的大型物体上的应用。

根据ORNL 研究员Alex Roschli ，3D打印物体的质量与控制机器运动的刀具路径的准确性和复杂性直接相关。ORNL Slicer 2 软件可直接与各种类型的3D打印机连接，以创建集成平台，并与传感器通信以提高打印精度。Slicer 2 软件可提高增材制造过程的可靠性和可重复性，结果是增材制造商能够以比传统加工方法更少的机器和更低的成本生产大型工厂零件。

3D科学谷了解到目前ORNL Slicer 2 的研究在 ORNL 的能源部制造示范设施中进行。MDF 由能源部先进材料和制造技术办公室支持，是一个全国性的合作者联盟，与 ORNL 合作创新、启发和催化美国制造业的转型。ORNL Slicer 2 是一个开源计算机程序，可在 GitHub 上获取，并被 50 多家设备制造商、工业终端用户和大学使用。

 突破进行时

根据德国ACAM亚琛增材制造中心，3D打印极具潜力，然而当前3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以指数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。

如何实现高通量3D打印的智能化是突破两难境地的必须要经历的挑战。

在高通量3D打印方面，设备端呈现出越来越大、越来越快速的3D打印设备，材料端呈现出高通量快速合金开发解决方案，而Slicer 2这样的软件配合是应趋势而生。根据3D科学谷的市场观察，3D打印实际上是软件和数据驱动的自进化智造技术。增材制造软件正在由作为协调者的平台驱动实现更深入的合作，软件具有更多的模块化以及对自动化和数据库的更多关注，这是当前典型的发展趋势。通过生态系统平台支持的软件解决方案，将充分发挥其潜力。

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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结合LIN KAYSER在TCT杂志上的《The economics of additive manufacturing are broken — here’s how to fix it》的洞见，本期，3D科学谷与谷友共同领略国际视野上增材制造的何去何从。

▲ 增材制造的优势
© 3D科学谷

3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，而当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以级数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。增材制造将朝着软件和数据驱动的自进化智造技术方向发展，人工智能的应用将使得硬件拥有更“聪明的大脑“，更”灵敏的神经“以及”更准确的双手“，让加工变得更高效。

ACAM德国亚琛增材制造中心

 潜力与束缚

工业3D打印具有巨大的潜力，增材制造将深刻改变我们的物理世界。但它需要成长。它必须摆脱仅仅用于精品制造和原型设计的小众范畴。实际上，只有两个挑战-价格与自动化程度阻碍了增材制造的发展。两者都很复杂——两者都是可以解决的。

AM-增材制造是当今最昂贵的制造工艺之一，这是合理的吗？

为什么 AM 很贵？

▲ 面向未来的增材制造
© 3D科学谷白皮书

洞悉

增材制造设备昂贵的原因包括以下几点：

技术研发成本：增材制造技术的研发需要大量的资金投入，包括新材料的开发、新工艺的探索以及设备的创新设计。这些研发成本最终会转嫁到设备价格上210。

材料成本：增材制造使用的原材料，如金属粉末、高性能塑料等，往往价格较高。特别是一些特殊材料，由于生产难度大、产量低，导致成本增加2。

设备制造成本：增材制造设备通常包含高精度的机械部件、光学系统、控制系统等，这些部件的制造成本较高，且需要精密装配和调试26。

市场规模：相对于传统的减材制造，增材制造的市场规模较小，这导致设备生产批量小，难以实现规模经济，从而单价较高7。

软件和知识产权：增材制造设备通常需要配备专业的设计和控制软件，这些软件的开发和维护成本较高。此外，专利技术的使用也可能增加设备成本29。

后期服务与支持：增材制造设备的用户通常需要专业的技术支持和售后服务，这些服务的成本通常部分性的会计入设备价格中6。

市场定位：部分增材制造设备针对高端市场，如航空航天、医疗领域等，这些领域的产品往往要求更高的精度和性能，因此设备价格相对较高2。

技术成熟度：由于增材制造技术相对于传统制造技术来说还比较新，技术成熟度和稳定性仍在不断提升过程中，这也影响了设备的成本和价格7。

这些因素共同作用，导致了增材制造设备的价格相对较高。随着技术的成熟和市场的扩大，未来增材制造设备的成本有可能逐渐降低。

1：3D打印真实成本究竟是多少？材料只占了一小部分
2：全文：卢秉恒院士《中国3D打印现状与未来》 – 腾讯网
3：3d打印成本高吗 | Stratasys官网
4：3D打印行业专题：成本差异几何，从商业模式及趋势理解 …
5：3D打印真的“费钱”吗？——深度剖析成本与价值-aau3d打印
6：3D打印成本大概是多少？——全面解析3D打印的费用构成
7：优化ABS零件的生产与无障碍增材制造 | 极客公园
8：2023年全球及中国3D打印（增材制造）行业发展现状及加 …
9：为什么应该称3D打印为“增材制造”？它意味着一种新型生产方式
10：我国增材制造技术与产业发展研究丨中国工程科学 – xjtu.edu.cn
11：【复材资讯】2024年增材制造：整合、扩张和智能工厂，多 …

洞悉

增材制造金属粉末价格昂贵的原因可以从以下几个方面进行分析：

技术难度和研发成本：增材制造金属粉末的生产技术要求高，涉及到粉末的粒度控制、球形度、纯净度等多个技术指标。这些技术的研发和优化需要大量的资金和时间投入310。

生产成本：金属粉末的生产过程包括高纯净度的熔炼、雾化、筛分等多个步骤，这些步骤需要高精度的设备和严格的工艺控制，从而导致生产成本较高3。

材料特性：增材制造使用的金属粉末需要具备特定的物理和化学特性，如良好的流动性和高球形度，这些特性的实现增加了材料的生产难度和成本9。

市场需求：随着航空航天、医疗、汽车等行业对高性能金属零部件的需求增加，对增材制造金属粉末的市场需求也在不断扩大，而目前市场上供应量相对有限，供需关系也会影响价格678。

专利和技术壁垒：一些先进的金属粉末制备技术受到专利保护，形成了技术壁垒，限制了其他企业的进入，减少了市场竞争，从而维持了较高的价格水平4。

可持续性考虑：部分企业注重粉末生产的可持续性，采用废旧材料进行再利用和生产，这在一定程度上增加了成本，但也提高了材料的环境友好性4。

供应链和物流：金属粉末的供应链和物流成本也可能影响其价格，特别是对于需要特殊处理和运输的高价值材料4。

品质保证和认证：为了确保粉末的质量满足增材制造的严格要求，企业需要进行严格的质量控制和认证，这也会增加成本10。

这些因素共同作用，导致了增材制造金属粉末价格的昂贵。随着技术的进步和规模化生产，未来成本有可能会逐渐降低。

1：【最新研究】增材制造粉末市场现状及未来发展趋势 – 知乎
2：金属粉末行业专题报告：金属粉末：高端材料，千亿市场-研究 …
3：报告：金属3D打印粉末材料市场将达60亿美元，会如 …
4：专题：粉末可回收性因素对金属增材制造的影响及提高粉末 …
5：增材制造用金属粉末研究进展
6：铂力特 BLT_金属增材制造粉末_金属3D打印粉末_粉末产品
7：优化用于增材制造的金属粉末 | Malvern Panalytical
8：增材制造金属粉末市场（主要地区、市场参与者、规模和份额 …
9：2029 年金属粉末增材制造市场研究报告
10：用于增材制造的金属粉末 – Kennametal

 3D打印的不平衡经济性

流程更加标准化，零件更少，组装所需的人工更少。从这个角度来看，3D 打印更贵的说法是荒谬的。增材制造的颠覆潜力是显而易见的：同一台机器可以生产各种产品，而且由于3D打印能够创建复杂的形状，用户可以构建功能集成的零件，人们可以跳过许多费力的组装步骤。通过使用 AM，我们应该能够显著降低工厂的复杂性。

直觉会说：使用标准化的 3D 打印系统来构建更接近最终产品的物体（因为是预先组装的），应该比使用只能生产一种东西的专用机器更便宜，那种专用机器通常还需要额外的人力来组装最终产品。直观地说，增材制造工厂可以更快地建造，并且通常可以极大的压缩供应链，这是显而易见的。

增材制造设备的折旧期通常设定为5年，这比其他行业常见的 10-12 年或更短得多。仅此一项就为每项3D打印工作增加了数百甚至数千美元，因为按照这种核算方式，每年需要收回五分之一的资本投资。

为了支付维护和监督机器所需的大量人工费用、购买小批量材料、更换粉末、清洁3D打印机所花费的时间以及其他人类需要手动完成的后处理其他工作，整个的制造成本就变得难以置信。

标准化增材制造生产单元可以取代定制装配线的大部分，因此应该会取得巨大的经济成功。

▲ 自动化增材制造的关键技术要素
© 3D科学谷

今天的3D打印机用于生产时，普遍来说自动化程度极低，这些机器都是手工制作的，需要数周时间。因此，每台3D打印机器都很稀有和昂贵，像豪华轿车一样一台一台地出售，这种昂贵与低自动化程度的结合，像桎梏3D打印发展的死亡螺旋的根源。

通过彻底自动化增材制造生产，可以进入良性循环，从而能够降低成本。

如果东西很贵，很少有人能买得起，几乎所有的增材制造用例最终都变得毫无意义。对昂贵制造的需求很小，导致3D打印的市场很小。小批量需要更高的加价，这加剧了高成本，而高成本是问题的根源。死亡螺旋就会继续延续。小市场导致了激烈的竞争，过去几年，这种竞争已经扼杀了增材制造领域的许多公司。

 打破死亡螺旋

如何摆脱小市场经济的诅咒，推动创新数字化生产有望成为进入良性循环所需的催化剂。

一个已经意识到这一点的国家是中国。

目前中国供应商的3D打印成本比使用美国或欧洲的增材制造供应商低 50% 到 90%。中国工业3D打印机在西方销售时已经具有竞争力。在中国的价格甚至更低——更接近业界认为健康的加价和成本。

在这些更有利的经济因素的推动下，将看到中国采用终端用户部件的3D打印的速度比其他任何地方都要快得多。这对人类有好处，因为人类的可持续发展需要这些只能用增材制造的创新产品。

这是世界范围内其他3D打印公司需要考虑的事情——对于任何参与国家增材制造工业战略的人来说都是如此。

国际上每个人都在谴责为什么周围有这么多东西是中国制造的，他们应该考虑一下为什么，一些最先进的生产线之所以设在那里，是中国的勤奋与务实所形成的有力支撑，更因为中国多年前进行了长期战略投资。正如蒂姆·库克曾说过，iPhone 不可能在世界其他任何地方制造。

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