对于科研界而言，德国Fraunhofer（弗劳恩霍夫）应用研究促进机构的存在神秘却又触手可及，一边是Fraunhofer不显山露水的低调，另一边是其专利技术渗透到我们生活的方方面面。3D科学谷曾在《强大的欧洲制造背后，年研发经费超过150亿的Fraunhofer如何发挥中坚力量？》一文中分享了Fraunhofer在增材制造领域的建树。
本期，通过Fraunhofer IAPT研究所在3D打印应用方面的最新案例，3D科学谷与谷友一起来领略Fraunhofer在涵盖材料和工艺开发以及质量保证领域为推动增材制造发展作出的贡献。
© Fraunhofer IAPT
推动AM智能制造
带有集成制动钳的 3D 打印轮架
从汉堡到都灵的一项跨越国界的创新吸引了汽车爱好者的注意：菲亚特克莱斯勒汽车公司 (FCA) 和弗劳恩霍夫Fraunhofer增材制造技术研究所 IAPT 共同为 FCA 跑车开发了带有集成制动钳的 3D 打印轮架。
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弗劳恩霍夫 IAPT 正在削减关键汽车零部件的成本，并将其方案推向生产领域。而这些研发工作带来的技术转移将帮助提高整个FCA在集成设计、材料和工艺技术领域的增材制造能力。
弗劳恩霍夫 IAPT与菲亚特的增材研究合作始于一个大胆的问题：如何使用 3D 打印实现跑车的完整悬架系统？目前，该系统仍由轮架、制动钳（包括液压系统）和隔热罩等各种独立部件组成。过去，这些组件是单独制造的，然后使用螺钉、密封件和垫圈分几个步骤组装，以形成一个完整的功能系统。总而言之，这是一个复杂、耗时且昂贵的过程。
弗劳恩霍夫 IAPT与 FCA 设计团队一起彻底重新考虑整个车轮悬架，以实现一体式仿生结构，至少同样地满足之前组件的所有功能，吸收所有力，重量- 优化，并且可以通过3D打印来生产。
根据3D科学谷的了解，结果令人印象深刻：通过使用拓扑优化，该团队开发了一个原型，其重量比传统制造组件的 12 个独立部件轻 36%。仿生优化设计极大地减少了组装工作，由于结构更坚固而提高了疲劳强度，并且在噪音、振动和粗糙度 (NVH) 方面也应该表现更好。
巧妙的整体设计消除了许多典型的弱点，从而延长了其使用寿命。该组件展示了增材制造在未来汽车中的潜力，3D 打印的带集成制动钳的轮架是世界首创，这仅仅是个开始：它是许多其他项目的起点。这个项目总体的重点是降低制造成本，通过显着提高生产速度，Fraunhofer IAPT 这个创新项目是产学研合作的一个很好的例子。这个组件展示了如何将AM增材制造应用于豪华和跑车的批量生产。
基于 AI 重建个性化的患者陶瓷指关节
在 FingerKIt 项目中，Fraunhofer IAPT、IKTS、ITEM、IWM 和 MEVIS 合作首次实现了从设计到生产再到符合认证的特定患者植入物制造过程中的连续自动化流程链。3D科学谷了解到该项目的工作重点是满足不断增长的手指关节植入物市场。
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相对较小的植入物在个人配合和生物力学负荷方面有很高的要求。因此，以前的治疗形式，无论是在类风湿性关节炎或外伤的情况下，都经常导致关节僵硬。为这些适应症提供一种新的治疗方式并通过个性化的关节植入物，实现手指关节的再活动是Fraunhofer IAPT所参与的FingerKIt 项目的核心技术目标。
作为项目的一部分，Fraunhofer MEVIS 和 IWM 正在开发一个模型，在此基础上可以从 2D X 射线数据创建受损关节的 3D 图像。将来，这将消除 CT 扫描的成本密集和压力大的诊断程序。
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开发的模型随后将在Fraunhofer IWM 中用于模拟个性化植入物的生物力学要求。在这项工作的基础上，Fraunhofer IAPT 首先创建植入物的初始设计，然后训练算法，目的是从可用的模拟数据中自动生成个性化的植入物设计。
然后以合适的数据形式提供这些数据，用于Fraunhofer IAPT 和 IKTS 增材制造过程。
根据3D科学谷的了解，在项目中，Fraunhofer IAPT 专注于钛模型材料的基于粘合剂的制造技术的工艺开发，Fraunhofer IKTS 负责开发合适的氧化物或氮化物陶瓷材料，旨在提高生物相容性和骨整合，从而改善植入物对原始关节的适应性特性。
Fraunhofer ITEM 与Fraunhofer IWM 和 Fraunhofer IKTS 一起负责对植入物特性的持续验证，并正在为这些材料和要求开发新的体内模型。为了确保从一开始就快速转移到临床和工业应用中，所有机构在项目期间都在共同努力，以建立跨机构、符合标准的流程数字文档。
3D科学谷了解到，在项目过程中及以后，将创建一个基于人工智能的开发和符合认证的个性化植入物评估中心，这在Fraunhofer弗劳恩霍夫协会和全球都是独一无二的。
更多信息请参考3D科学谷发布过的《Fraunhofer的未来增材制造futureAM项目》，《每分钟可达200米，Fraunhofer的EHLA超高速激光材料沉积工艺新进展》，《Fraunhofer可扩展的LPBF高速粉末床3D打印技术》。
关于Fraunhofer如何引领3D打印在全球范围内的发展，3D科学谷将保持持续关注！
l 文章来源：3D科学谷内容团队
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