▲ 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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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。

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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ACAM亚琛增材制造中心看到了3D打印带来的通过个性化、功能为导向的产品、灵活的流程来减少当前人类浪费资源的方式。2022年9月14-16日深圳Formnext+PM South China展会期间的discover3Dprinting 3D打印发现之旅论坛，ACAM将携手ACAM U-LINK在中国的合作伙伴：上海交通大学特种材料研究所，上海科技大学智造系统工程中心，为复杂的增材制造导航!

2022年9月15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？

 ACAM为复杂的增材制造导航

Formnext+PM South China展会期间，主办方邀请了德国亚琛增材制造中心（ACAM）的亚洲项目主管Jan Marvin Schaefer于2022年9月15日Formnext+PM South China展会上为业界带来“ACAM为复杂的增材制造导航” 主题分享。

ACAM增材制造中心以亚琛工业大学所在的亚琛园区为基础，促进行业获得与亚琛工业大学和弗劳恩霍夫 IPT研究所和弗劳恩霍夫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。ACAM提供联合研发、双边研发的合作、完善的培训和教育计划，以及使行业成员能够建立业务联系和交流实践的在线平台。

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discover3Dprinting 3D打印发现之旅论坛

譬如世界范围内宝马首次将金属3D打印集成到汽车自动化制造工艺中，这其中，亚琛工业大学为宝马IDAM项目提供流程链支持。

这项耗资2000万欧元的计划部分由德国联邦教育与研究部（BMBF）资助，12个合作伙伴包括：亚琛工业大学数字制造DAP学院、Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光技术研究所、慕尼黑工业大学金属成型和铸造学院、GKN粉末冶金，宝马集团，Aconity（美铝分拆出来的增材制造业务），Concept Reply，Myrenne，Intec，Kinexon Industries，Volkmann，Schmitz Spezialmaschinenbau。

l 首次将3D打印集成到汽车产线

将增材制造工业化和数字化，使其可用于汽车零部件的批量生产——这是2019年IDAM项目确定的目标。经过三年的密切合作，来自中小企业、大公司和研究机构组成的12个项目合作伙伴宣布成功实施了这一项目。

宝马汽车的自动化增材制造生产线从一个概念开始，现在是一条全自动AM生产线，首次将金属3D打印集成到汽车行业的自动化系列工艺中，这揭示了汽车零部件增材制造的进一步潜力。

一条在GKN在波恩的工厂，另一条在宝马集团在慕尼黑的工厂。项目的设计目标是通过自动化将人工活动从35% 减少到5%，3D打印金属零件成本降低一半以上。

© BMW

3D打印在汽车领域实现产业化面临着诸多的挑战，包括3D打印制造产品的最大尺寸，零件质量的一致性，适用于汽车行业的材料，满足汽车行业的制造效率，满足汽车行业的低成本挑战等，那么宝马汽车是如何实现3D打印领域的能力进阶的呢？

项目联盟中的12个合作伙伴中包括中小企业，这些中小企业通过其专业知识为宝马的增材制造生产线设计、提供和连接模块方面的支持。项目开发了各个工艺步骤之间接口的自动化，并开发了用于金属 3D 打印的系列化和模块化生产设施。其他模块化工艺组件，如粉末处理、监控和自动化后处理，也由中小企业开发。

Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光研究所，亚琛工业大学RWTH DAP数字增材制造学院承担了过程控制、数字孪生和提高质量等任务，还制定行业标准并详细阐述与行业相关的质量特征。

长久以来，增材制造受制于高成本、高材料价格、高手动工作量、低生产效率、设备之间沟通不畅、端到端的质量保证缺乏一致性等等问题，这些制约因素导致增材制造很难进入到汽车的产业化全自动生产线的形态。

l  全自动生产线也得益于开放矢量格式 (OVF)

在短短三年内，合作伙伴共同开发了一条能够在计算机控制下自行执行所有工作步骤的生产线。通过这种方式，组件可以自主设计、生产和返工。甚至使用的金属粉末也会自动回收。无人驾驶运输系统在生产线的各个模块之间移动原材料和最终产品，这些机器由一个中央控制单元协调，来自各个生产线模块的所有生产数据都在其中汇集。

© BMW

开放矢量格式为这一成功的数字化做出了重要贡献，这种新的数据格式用于可靠地生成和处理 LPBF 工艺的生产数据。在 IDAM 中用于组合来自不同制造商的流程链中不同程序或自动化子步骤的输出，并合并相应的数据。这为项目中开发的可扩展、模块化和自动链接的LPBF工艺链奠定了基础。

为了能够以最佳方式使用全自动生产线，RWTH亚琛工业大学数字化生产制造学院DAP开发了用于自动优化组件方向的软件模块。对要打印的组件的制造效率、持续时间和质量控制起着重要作用。此外，通过开发基于人工智能的算法，现场过程监控和数据评估得到了改进。在这里，OVF 也能够通过集成元数据来提供支持。

通过 OVF 链接数字和物理流程链，由于精简但信息丰富的数据格式，可实现稳健且高效的制造流程。借助这种标准化格式，可以显着减少将数据传输到工厂的手动工作，从而实现自动化。

l  具有虚拟和增强现实的可扩展培训概念

除了自动化流程链之外，IDAM 还解决了增材制造创新培训概念的需求。在研讨会的基础上，项目开发了增强现实和虚拟现实培训。因此，专家现在可以在可扩展的环境中快速、交互地了解最新的增材制造。除了3D打印工艺本身，培训还涵盖了工艺链中的上游步骤，例如设计——特别是通过增材制造的设计自由度带来的新可能性。

© BMW

l 项目合作伙伴的紧密协作和团队精神在成功中得到体现

项目的成功实施需要所有项目合作伙伴的专业知识，这是3D 打印领域实现数字化和自动化的唯一途径。根据宝马集团项目经理 Felix Haeckel ，从项目的第一天开始，合作伙伴之间的团队精神就明显的发挥了作用。相互学习，共同开发创新解决方案，并以最佳方式发挥每个合作伙伴的个人优势。对于 IDAM，这些是成功的关键。

© BMW

与ACAM增材制造中心德国专家以及ACAM U-LINK在中国的合作伙伴深入交流，敬请关注2022年9月14-16日深圳Formnext+PM South China展会期间的discover3Dprinting 3D打印发现之旅论坛。

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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本期，3D科学谷“谷透视”行业观察系列，将结合业界专家的视角来与谷友一起来感受3D打印从制造原型迈向增材制造用途的过程中，所需要的生态系统发展的驱动因素和成功因素。

Fraunhofer开发的自动去支撑技术
© Fraunhofer IAPT

从封闭到开放

根据ACAM亚琛增材制造中心，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。

 从独立到互赖

早期我们看到很多3D打印设备，都会选择封闭的生态系统，包括其专用材料和专有软件等，这种排他性一方面似乎为用户带来了制造的便捷性（无需反复试错），但另一方面似乎又遏制了应用端的活力和自主空间。

业界一个普遍的共识是早期的3D打印市场虽然存在一定的生态圈合作，但由独家合作伙伴关系掌握着话语权，并且用于生产操作的材料是有限的，通常只能通过机器制造商公司获得。

近年来，这种情况发生了重大变化，去年甚至发生了更大的变化，朝着更加开放的生态系统方法迈进。

一方面，这更加开放的生态系统增加了增材制造行业价值链上所有参与者的竞争，另一方面，也加速了整个行业向增材制造产业化的方向发展。3D打印行业的生态发展呈现出一种小溪流入大海的开阔感。

虽然封闭带来一定程度的安全感，但业界的共识是“接入大海”的开阔才能激发整个行业朝向产业化方向发展的活力，这其中，开放为3D打印生态系统发展注入新的驱动因素，并造就成功因素。

 相得益彰的开发合作

在这方面，一个典型的例子是西门子。对西门子而言，软件或自动化领域的解决方案是开放的，并在必要时与许多解决方案兼容。西门子在这方面致力于开放和标准化的连接协议，如 OPC-UA 或与 3MF 联盟合作的通用文件格式。

如何理解开放所注入的产业化活力呢？在这里，鞋类的3D打印产业化发展是理解这一话题的最佳案例。

鞋类中底或鞋垫被视为全球增材制造的一大应用，然而，大多数鞋业公司都是设计和营销驱动的，内部没有自己的增材制造工艺专业知识。

国际上通过价值链上的六家公司（Arkema、DyeMansion、EOS、framas、twikit 和 Siemens）以“iAMfootwear”的名义在开放生态系统团队中联手开发端到端解决方案。

通过开放生态系统中的合作，开发可持续、高性能和具有成本效益的中底解决方案，从而通过3D 打印扩展到大规模定制市场。仅 6 个月后，两家公司就成功开发和生产了一款完整的鞋，该鞋采用 100% 可回收材料，展示了更加可持续的制造解决方案，并由于独特的点阵中底设计使得更加节约材料。

 © 西门子

同样，该团队还基于选区激光烧结 (SLS) 技术开发了全数字化生产双胞胎，以证明与传统制鞋技术相比，新型增材制造“iAMfootwear”生产解决方案的成本效益。

 促进基础研发的开放合作

开放式的合作不仅直接带来了产业化的活力，加速产业化的发展，还在基础研究方面为产业化发展铺垫更多的基石。

一个典型的例子是，在定向能量沉积技术 (DED) 中，下一波DED技术突破增长的主要瓶颈是3D打印产品质量的可追溯性、加工过程的可靠性。为了突破这一瓶颈，工业公司的生态系统项目团队与汉堡的弗劳恩霍夫Fraunhofer IAPT 研究所合作。在该项目中，Fraunhofer IAPT 和 Siemens AG 与 BeAM/AddUP、MT Aerospace、赛峰、Ariane、Precitec和 New Infrared Technologies合作，将激光金属沉积 (LMD) 的质量保证数字化。

这种非常国际化的合作伙伴关系的目标是通过为利用新传感器技术的西门子工业物联网平台 (IIoT) Mind-Sphere® 开发整体质量保证工具，来提高 LMD 过程的过程稳定性。

Fraunhofer IAPT 在 LMD 过程和数据分析方面拥有多年的专业知识，而 Siemens作为自动化和数字化领域的领先公司，引入其在机器控制器和数据分析方面的专业知识。Precitec、NIT 和 BeAM 公司为 Fraunhofer IAPT 的 BeAM Modulo 400 LMD 机器配备特殊的传感器功能，这增强了当前最先进技术的数据收集能力。此外，MT航空、赛峰和 Ariane 利用他们的 LMD 领域的实践经验为该项目做出贡献，并帮助指导该项目，从而使基础研究获得切实利益。

 兼容并蓄的端到端的解决方案

增材制造走向工业化生产所面的障碍之一，是在制造设备硬件端与设计数据端存在着众多互不连接的过程链，在数据端从零件的设计，到仿真模拟，再到打印前的准备，以及后续的与后处理加工设备的衔接中，存在着多种文件格式转换步骤，打断了从设计到制造过程中的数据主线，让CAD、CAE和CAM的数据之间没有办法进行相互验证和更新。同时，流程中众多硬件与软件让整个工艺流程断裂，没有办法对整个过程中的操作进行追溯，容易发生工作过程的失控。

© 西门子

3D打印行业开放的生态发展趋势也在催生兼容并蓄的端到端的解决方案，在这方面，国际上的案例是西门子提出了”提供集成的端到端单一系统，实现增材制造工业化应用” 的愿景，面向产品开发和生产提供端到端集成软件系统，助力生产制造企业实现增材制造零件生产。西门子NX 软件的增材制造功能通过无缝集成促进了从设计模型和打印零件的整个过程，无需在应用之间转换零件，也无需对零件重新建模。制造企业中的多个生产团队能够用一个综合性系统并行处理同一个零件。

在此过程中，用一个智能模型就能驱动整个过程，消除不同应用程序之间的数据转换，从而实现无缝的“设计到 3D 打印”工作流程。对于航空航天与国防领域的制造商来说，西门子NX 端到端增材制造软件，尤为有意义的是，由于消除了数据在多步骤之间的转换，转换中可能出现的错误也得到避免，提高3D打印零件的可追溯性。

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发现3D打印之旅ACAM论坛开放报名中，请扫描上图中二维码预定您的现场倾听

根据3D科学谷的市场观察，如今，我们已经习惯于看到 AI 接管越来越多的任务——不仅在我们的日常生活中，而且在医疗应用或工业生产中。人工智能的发展取得了很大进展。现在可以通过人工智能预测生产中的组件故障或从图像中提取信息以在几分之一秒内执行干涉任务。

增材制造-3D打印作为典型的数字化制造技术，从设计到生产再到质量保证（QA）的整个工作流程中都运转着海量的数据。增材制造设计的复杂性与材料、生产参数、质量要求等众多因素相互依存，面对巨大的复杂性，人类的经验很难激发增材制造技术的潜能，使之成为一种用于生产的制造技术。这些特点恰好为人工智能提供了应用土壤。

本期，结合3D打印领域内弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT在激光加工中应用人工智能的进展，洞悉复杂的人工智能开发的深度数字孪生如何推动3D打印进入生产，3D科学谷与谷友一起来领略正在进行时的人工智能赋能增材制造新气象。

机器学习允许理解来自不同传感器的复杂数据并将其用于过程控制
© 亚琛Fraunhofer ILT

AI赋能过程自适应

弗劳恩霍夫激光技术研究所 ILT 是世界范围内激光制造技术的“心脏与大脑”。弗劳恩霍夫激光技术研究所 ILT将在 2021 年 9 月 28 日至 29 日举行的第二届“激光技术人工智能大会”上，与会者将讨论人工智能目前如何应用于激光材料加工。研究人员和工厂工程师、软件开发人员和机器制造商将在这里会面交流想法。除了技术演示之外，弗劳恩霍夫激光技术研究所 ILT 的实验室也将开放进行虚拟参观。

两年前的第一届“AI for Laser Technology”大会上，讨论的问题仍然是人工智能（AI）可以在制造中的哪些地方使用。与此同时，人工智能的发展十分迅速，许多想法已经到达了工厂车间。

各种趋势汇聚在一起：例如，制造商需要 100% 的质量控制。如果过去只能通过随机样本检查汽车生产中的焊缝，现在人工智能可以高精度地现场监控每个单独零件的质量并快速识别可能的生产故障，这需要近年来开发的在线过程诊断。实时处理由此产生的大量数据是人工智能的领域，这也只有通过现代计算技术才能成为可能。

 捕获复杂数据并将其用于过程控制

在制造业中使用 AI 的方法有多种，通常从分析图像或其他数据开始。有了人类“老师”给予的人工智能的算法，人工智能甚至可以识别复杂数据中的结构。因此，它可以在早期检测到与预定义最佳值的偏差，从而可以对过程进行调节。当数据的记录和处理与过程控制相结合形成一个自主过程时，就达到了最高水平：智能化调整加工策略。

在3D打印方面，根据3D科学谷的了解，弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT目前能够通过 AI 显著改善金属 3D 打印的结果。在激光粉末床选区金属熔化 (LPBF) 工艺系统中，使用高分辨率 HDR 相机对每一层中的组件表面进行拍照。图像数据可以捕捉到两种影响：一方面，可以测量过程中组件可能发生的翘曲；另一方面，可以仔细检查表面的粗糙度。因此，可以在生产过程中对缺陷进行分类。

人工智能可以实时控制激光焊接等制造过程
© 亚琛Fraunhofer ILT

而在人工智能的帮助下，激光参数也可以在过程中进行特定的更改，以便对过程状态的变化做出动态反应。这提高了零件的质量，并在缺陷发生之前加以预防。

相应地，今年弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT举办的“AI for Laser Technology Conference”-激光技术人工智能大会的演讲将重点关注激光焊接等生产过程数据的获取和处理。这里的一个关键目标是端到端的流程和质量控制。

第二个重点是基于人工智能的控制过程。此外，会议还将讨论人工智能软件在各种应用中的开发。在这里，人工智能不仅使用户能够优化生产流程，实现零缺陷生产。在具有大量复杂数据的过程中，例如现代光学的发展，人工智能也降低了复杂性。开发过程变得更加清晰、更加确定并且更少依赖于个别专家的直觉。

 解锁3D打印潜能

根据3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中的判断，人工智能将解锁3D打印产业化潜能。

通常制造典型的增材制造加工过程由数千个层组成，每个层都会生成几 MB 的光栅化或时间序列监控和传感器数据，从而为常见的生产场景产生技术数据包。在节省时间、可重复性和数据效率方面，通过数据来指导加工作业好处将是巨大的。

到目前为止，使用图像和信号处理技术的经典数据分析也可以工作，事实上它们被广泛用于这项任务。但是，由于 AM 增材制造设备中不同的零件几何形状和工艺条件会导致如此多的工艺相互依赖，因此事实证明，找到传统分析算法的正确参数化以对设备提供“正确”指示几乎是不可能的。

在《增材制造设计（DfAM)指南》这本书中，援引了AM零件质量影响因素的石川图，在石川图中详细的举出了影响加工质量的160多种因素，仅仅是激光扫描过程，就包括了扫描线长度，扫描线种类，外轮廓，内轮廓，扫描方式，扫描速度，光束矫正，收缩补偿，扫描线顺序，填充间距，填充方向，激光功率，（离）聚焦，表面填充参数，偏移等等。可见要通过人的经验来驾驭和平衡160多种影响加工质量的变量是非常难的。

根据3D科学谷的市场了解，离线 CT 测试不仅会增加总体成本，而且还会限制几何形状，因为零件必须具有适当的形状才能进行扫描和测试。如果通过智能过程中监控和测试来取代离线监测，这开辟了新的空间，并可能降低总体成本。

根据3D科学谷的市场了解，在商业化方面，具有集成 AI 的过程监控系统将支持这种转变，并实现从全细节测试演变为智能测试的直接方法。根据3D科学谷的市场观察，国际上通过AI来进行增材制造加工质量控制的商业化公司目前包括以色列的printsyst，美国的addiguru，德国的nebumind，以及瑞士的Nnaisense 。

而在科研端，位于德国亚琛的ACAM亚琛增材制造中心通过其研发联合体的紧密合作，ACAM亚琛增材制造中心将研究维度放在了推动3D打印进行量产的目标上，研究重点包括功能集成，多材料打印，下一代设备与材料开发，自动化，可持续性发展，批量化执行，增材制造中的人工智能，5G赋能自适应自进化制造，协作生产，增材制造过程的数字化管理等等。

解锁3D打印潜能，领略ACAM在世界范围内的最前沿的增材制造研发技术与应用案例带到中国市场，共同推动增材制造行业的发展。欢迎莅临2021年9月9日至11日在深圳新落成的深圳国际会展中心举办的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ACAM与主办方共同举办的以“discover 3D printing”为主题的专业研讨会。为方便中国听众理解和现场感知discover3Dprinting-3D打印发现之旅论坛所分享的精华内容，本次大会由ACAM中国董事王晓燕女士（Kitty Wang)全程主持，总结介绍，欢迎扫描报名二维码预定您的参加。

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近日来自亚琛的弗劳恩霍夫Fraunhofer IPT（ACAM亚琛增材制造中心研发伙伴） 研发出混合丝材和送粉技术的增材制造工艺，使得激光熔覆的技术种类变得交叉起来。

© 亚琛Fraunhofer IPT研究所

成就更好的材料

根据3D科学谷的市场了解，位于亚琛的弗劳恩霍夫生产技术研究所Fraunhofer IPT 的一个研究团队开发了一种混合增材制造工艺，该工艺将线材和粉末基激光沉积焊接 (LMD) 相结合。使用新工艺，可以在工件上涂覆由高强度工具钢制成的保护层，并且可以经济高效地修复表面缺陷。

使用 LMD激光熔覆沉积技术，激光束聚焦在元件表面；与此同时，金属材料——通常是粉末或金属丝的形式——被送入并熔化。混合丝材和送粉技术的增材制造工艺非常适合在频繁使用的组件上施加保护层、修复损坏区域以及在短时间内改变工件的几何形状。

Fraunhofer IPT 测试的线材和粉末的组合使得材料硬度增加高达 30%，混合丝材和送粉技术的增材制造工艺本地化适合制造零部件或在本地优化零件。以这种方式生产的工具涂层比使用其他方法生产的工具涂层更耐磨、更节约资源、更经济。根据3D科学谷的了解，在对工具部件进行一系列成功测试后，弗劳恩霍夫Fraunhofer IPT 计划使用该工艺加工液压部件。

 线和粉的组合-灵活且便宜

这个开发工作属于最近完成的研究项目“MatLaMeD”，Fraunhofer IPT 的科学家团队通过将粉末形式的材料颗粒添加到线材加工过程中，首次成功地有针对性地设置了重要的材料特性，例如应用层的硬度和韧性。此外，该工艺比纯粉末工艺更具成本效益，并且比纯金属丝工艺具有更大的材料灵活性。

满足不同要求的个性化材料组合

为了确定适合不同应用的最佳材料组合，科学家们测试了多种材料。作为实际测试系列的线材，科学家们最终选择了结构稳定性好的热作钢和易于焊接的低合金钢。作为粉末材料，科学家们使用铬 (Cr) 作为碳化物形成和晶粒细化元素，使用碳化钛 (TiC) 作为测试系列中的硬质相。

 硬度增加高达 30%

通过将金属丝和粉末相结合，研究人员能够针对每种应用灵活调整材料成分。添加粉末材料可以有针对性地改变工具钢的微观结构并提高涂层的硬度：即使添加少量碳化钛也能将硬度提高至 30%。

通过新工艺，亚琛的科学家现在可以对不同的热、化学和机械负载做出快速灵活的反应，可以精确调整韧性和硬度，据亚琛的科学家称，新工艺是最大限度减少表面磨损并显着延长部件使用寿命的完美工具。

 计划用于加工液压元件的测试系列

“MatLaMeD”项目的积极成果为研究人员提供了进一步开发新方法的基础，以开发具有特殊性能的其他材料系统。此外，他们计划在各种应用领域使用混合 LMD 工艺，例如加工成型工具或处理液压元件上的摩擦磨损层。

研究人员目前正在测试通过混合丝材和送粉技术的增材制造工艺生产梯度合金，为此，他们希望尽可能提高材料混合物中碳化钛的含量，由于碳化钛会产生高内应力，这会增加焊接过程中开裂的可能性，因此亚琛研究团队希望逐层单独调整 TiC 含量。

MatLaMeD – 混合激光沉积焊接新工艺的开发项目由德国联邦教育和研究部 (BMBF) 资助，作为“未来生产、服务和工作创新”资助计划的一部分，混合丝材和送粉技术的增材制造工艺将打开怎样的市场应用空间？3D科学谷将保持持续关注。

厚积薄发

根据3D科学谷的市场了解，亚琛研发混合丝材和送粉技术的增材制造工艺可谓是建立在厚积薄发的丝材和送粉的LMD基础上。

 熔丝

此前，德国Fraunhofer IPT工业生产技术研究所开发的金属丝激光沉积技术（wire-based laser metal deposition，LMD-W），材料利用率可达100%。基于LMD-W 技术的增材制造设备采用模块化设计，可以经济高效的集成到企业的现有生产线中。其激光打印头适用于常见的激光光学系统，因此不需要复杂的定制光束引导系统。内置传感器可以检测到运行过程中出现的典型错误，因此这些错误能够在加工过程中得到分析，设备的控制系统针对错误进行补偿。

© 亚琛Fraunhofer IPT研究所

 熔粉

而对于送粉的LMD技术的研究，亚琛的Fraunhofer ILT激光研究所则是开辟效率与质量结合的先河，推出了超高速激光材料沉积技术（EHLA）具有替代当前腐蚀和磨损保护方法如硬镀铬和热喷涂的潜力。

目前最新的进展在Fraunhofer ILT激光研究所的– futureAM –下一代增材制造中进行技术迭代。根据3D科学谷的了解，目前这一技术达到了新的高度，可以提供令人难以置信的好处。此前EHLA仅用于旋转对称零件，而目前亚琛的科学家已经实现了创建更加随形完成自由曲面加工的能力。为此，在亚琛已经开发了一个自由曲面加工能力的EHLA原型机，在该机中，工件以高度动态的方式运动，在EHLA粉末在喷嘴下的以五倍速重力加速进行表面加工。

© 亚琛Fraunhofer ILT研究所

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根据这一目标，Fraunhofer的六家研究所于2020年11月结束了该项目，并共同实现了系统技术、材料和过程管理以及连续数字化方面的技术飞跃，从而提高了整个过程链中金属增材制造的效率和成本效益。本期，3D科学谷与谷友共同来领略futureAM项目中Fraunhofer ILT用于大型零件3D打印-增材制造的新型”on the fly” (“边飞行边加工”)的LPBF概念。

Fraunhofer ILT用于大型零件3D打印的“边飞行边加工”的LPBF概念©Fraunhofer ILT，德国亚琛

On the Fly

自1990年代中期以来，位于德国亚琛的Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光技术研究所一直在开发增材制造工艺“基于粉末床的选区激光熔化技术（LPBF）”，从那时起，Fraunhofer ILT一直在不断推进整个LPBF工艺链的发展。

Fraunhofer ILT研究所的目标是对用于工业生产的工艺进行鉴定，并将其整合到现有的生产工艺中。为了实现这一目标，Fraunhofer ILT的专家与来自行业和研究领域的用户一起在跨学科的基础上合作。

突破技术极限，打开下一代增材制造大门的Fraunhofer技术跳跃Technology Leap©Fraunhofer ILT，德国亚琛

由于LPBF可直接根据CAD数据逐层构建零件，因此无需使用模具即可从金属材料生产高度复杂的组件，成就复杂零件、免去模具、实现真正意义上的数字化生产，LPBF这项工艺所带来的颠覆潜力是巨大的。

通过On the Fly（边飞行边加工）LPBF技术制造的大型零件©Fraunhofer ILT，德国亚琛

 基于激光的跨界研发实力

LPBF加工过程中所使用的组件（激光器、光学器件、粉末应用单元和轴系统）会影响整个系统的各种属性，例如过程速度、停机时间、组件质量和自动化能力。Fraunhofer ILT基于激光领域的研发造诣，Fraunhofer ILT拥有各种激光束源（波长，强度分布，多千瓦功率）的开发基础，并拥有表征LPBF设备（激光，光学和保护气体）的测量经验，其跨界的学科知识为实现LPBF工艺的进化提供了独特的基础。

为了提高系统的生产率，基于激光束源和光学系统开发领域的深厚专业知识，Fraunhofer ILT开发的用于大型零件3D打印的“On the Fly”-“边飞行边加工”的LPBF概念实现了扫描振镜和线性轴系统的同步运动。根据3D科学谷的了解，视频中的样机只是为了呈现新型LPBF概念机的设计理念。样机的特点是可扩展性，设备商可以在此基础上根据自身的要求与Fraunhofer ILT合作进一步开发不同的构建体积，配备不同数量的激光光束等等。

 灵活的研发服务

Fraunhofer ILT为设备商提供的研发服务包括：

l 可扩展机器概念

LPBF要成功地工业化，其基本前提是设备的可扩展性-在构建体积和生产效率方面。3D科学谷了解到为此，Fraunhofer ILT正在开发基于移动处理头并带有局部保护气体引导的创新机器概念，这些概念可简化构建体积。同时使用多光束源系统来提高生产率，这将经典的振镜扫描和新颖的运动学概念实现了精妙的结合。

Fraunhofer ILT用于大型零件3D打印的“边飞行边加工”的LPBF概念©Fraunhofer ILT，德国亚琛

l 激光束源和光学系统

通过使用合适的激光和光学系统，可以提高LPBF-基于粉末床的选区激光熔化技术的工艺和成本效率。Fraunhofer ILT正在测试具有短波长光的新型激光束源，以促进有效的能量耦合，特别是对于高反射率的材料，例如纯铜。

Fraunhofer ILT开发新型光束用于高反射材料加工©Fraunhofer ILT，德国亚琛

根据3D科学谷的进一步了解，具有成本效益的二极管激光器系统已经可以在LPBF-基于粉末床的选区激光熔化技术和为自适应光束整形而开发的光学系统中使用，这两种技术都可以实现更高的加工效率。

根据3D科学谷的深度了解，Fraunhofer ILT还开发了MultiFlex多光束灵活的迅疾激光技术，虽然，我们还不能确定这种技术是否将应用于增材制造领域，但是可以肯定的是这种下一代的激光技术将为激光技工领域打开更广阔的空间。

l 强大的预热系统

适当的预热可以防止LPBF-基于粉末床的选区激光熔化加工过程组件的变形和破裂。Fraunhofer ILT拥有预热系统技术，可达到1200°C的温度，使易开裂的复杂材料能够无裂纹地加工。除了常规的构建平台加热外，根据3D科学谷的进一步了解，Fraunhofer ILT还正在开发新颖的系统，用于在过程级别直接进行预热。这使得能够实现恒定的预热条件，而不管零部件的尺寸如何。

Fraunhofer ILT的预热系统技术©Fraunhofer ILT，德国亚琛

l 过程监控和数据分析

可重复的加工过程和一致的组件质量对于LPBF-基于粉末床的选区激光熔化技术进入批量生产至关重要。为了保证这一点，需要合适的过程监控系统。Fraunhofer ILT使用高温计和基于摄像头的系统来分析和监控LPBF过程。根据3D科学谷的进一步了解，Fraunhofer ILT还正在研究用于将与过程相关的数据集成到基于云的系统并配合以合适的算法的人工智能平台技术。

©Fraunhofer ILT，德国亚琛

基于多年的经验和能力，Fraunhofer ILT的专家可以从设备厂商的最初想法到可行性研究和概念开发，再到将系统实施和集成到真实的生产环境中，为用户提供单独的研发支持。

而以亚琛Fraunhofer ILT, 亚琛Fraunhofer IPT，亚琛工业大学等研发资源为基础还成立了亚琛增材制造中心ACAM，通过ACAM聚集亚琛的资源以及应用端的需求，从而进一步推动行业发展。目前有超过100多名科研人员从事增材制造的科研，ACAM集中亚琛的优势资源推动增材制造认证、联合研发、培训教育、产业孵化等多方面的发展。从亚琛在增材制造领域的强大竞争力中受益，解锁增材制造复杂奥秘，ACAM是增材制造领域的称职研发合作伙伴。

ACAM为复杂的增材制造导航，视频中ACAM的双总裁Schleifenbaum教授来自亚琛工业大学DAP学院主席，Arntz博士来自Fraunhofer IPT。©ACAM，德国亚琛

关于Fraunhofer、ACAM引领增材制造产业化前沿技术发展的更多领先进展，3D科学谷将展开持续介绍，敬请保持关注！

l AMPOWER与3D科学谷正在合作面向全球欧洲、美洲、亚洲市场发布的2020年全球增材制造研发市场报告，欢迎中国企业积极参于有关3D打印领域设备、软件、材料的研发市场调查，敬请扫码参与调研。

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根据3D科学谷的了解，EW2C工艺是轴加工（例如车削）的替代方法，不仅节省资源，而且降低了成本。

EW2C过程的三个步骤：定位，熔覆和精加工（从右到左）©Fraunhofer IPT，德国亚琛

更经济、更高效

Express Wire Coil Lading是一种基于金属丝的增材制造工艺，通过激光逐层熔化接合金属丝来构建零部件或结构。与传统的激光金属沉积（LMD）相比，材料不会以金属丝的方式连续地送入工艺中，取而代之的是，首先将金属丝以螺旋形式推到轴上的所需位置，然后在此处用大功率激光焊接。

由于螺旋线被置于轴上的张力下缠绕的，因此它们在激光加工过程中不会打滑。Fraunhofer IPT开发这种强大的工艺的初衷是为了使复杂的轴的生产更具成本效益和资源效率。

EW2C采用可移动的外壳，可使用保护气体以获得较高的工艺质量。©Fraunhofer IPT，德国亚琛

 强健可扩展

根据3D科学谷的了解，最近几个月进行的研究为Fraunhofer IPT的科学家们提供了乐观的理由：与传统的基于线的激光金属沉积相比，线螺旋的张力将工艺稳定性提高了十倍，因为可以防止在焊接过程中线的意外移动。研究人员还能够证明EW2C工艺非常适合于厚层的沉积：在单层中，根据金属丝线的厚度，科学家成功地一次涂覆了0.5 – 2mm的导线厚度，这个过程可以跟上车削的周期时间。

在测试系列中，该工艺在不到一分钟的时间内将25mm高，1.2mm厚的Inconel 718螺旋焊接到了外径为35毫米的钢制轴杆钢轴上。当重复这些步骤时，甚至不同的材料组合也是可能的，从而可以对零件表面进行功能化并生成想要的几何形状。

 实心轴，薄壁空心轴和管的进一步发展

为了改进已经申请了专利的新工艺，Fraunhofer IPT的科学家们正在努力进一步优化工艺稳定性并实现工艺自动化。3D科学谷了解到他们为了进一步提高处理速度，正在尝试扩大激光焦点的几何形状，从而同时激光照射和熔化多个螺旋线圈。

此外，下一步还将通过结合不同的螺旋长度和其他线材，将高度复杂的加工工艺应用于轴。为此，研究人员正在测试该工艺对实心轴以及薄壁空心轴和管材的适用性。

 传感器与人工智能加持

为了进一步实现产业化，3D科学谷了解到Fraunhofer IPT的科学家们正在研究使用集成传感器技术，科学家们在过程中记录各种其他数据，并通过人工智能（AI）对其进行处理。

这些数据将构成对不同材料和工艺参数进行建模和主动控制EW2C的基础。借EW2C技术，Fraunhofer有可能在已经发展了几十年的3D打印-增材制造行业中引发更大的创新。

增材制造释放出巨大的潜力，尤其是在金属领域，一切正在加速，一切又在刚刚开始。

3D科学谷Review

德国的七个秘密》一书指出Fraunhofer使得制造与创新相互耦合，而美国没有可以匹敌弗劳恩霍夫的机构。弗劳恩霍夫研究所侧重应用研究，目标是提供有商业价值的解决方案，在基础研究与商业化之间架设了一座桥梁。

根据3D科学谷的了解，在通过激光熔覆金属丝方面，德国Fraunhofer IPT工业生产技术研究所此前还开发了一种金属丝激光沉积技术（wire-based laser metal deposition，LMD-W），材料利用率可达100%。基于LMD-W 技术的增材制造设备采用模块化设计，可以经济高效的集成到企业的现有生产线中。其激光打印头适用于常见的激光光学系统，因此不需要复杂的定制光束引导系统。内置传感器可以检测到运行过程中出现的典型错误，因此这些错误能够在加工过程中得到分析，设备的控制系统针对错误进行补偿。

Fraunhofer IPT的金属丝激光沉积技术©Fraunhofer，德国亚琛

LMD-W 设备采用横向送丝方式，金属丝与光轴成20度角。打印丝材包括多种钢，以及镍基和钛基合金等金属丝材。根据3D科学谷的市场了解，目前Fraunhofer IPT的此项技术已经在日本拥有技术转让用户。

在3D打印-增材制造方面，以亚琛Fraunhofer ILT, 亚琛Fraunhofer IPT，亚琛工业大学为基础成立了亚琛增材制造中心ACAM（Aachen Center for Additive Manufacturing。目前有超过100多名科研人员从事增材制造的科研，解锁增材制造复杂奥秘，ACAM集中亚琛的优势资源推动增材制造联合研发、培训教育、认证、产业孵化等多方面的发展。

ACAM为复杂的增材制造导航，视频中ACAM的双总裁Schleifenbaum教授来自亚琛工业大学DAP学院，Arntz博士来自Fraunhofer IPT。©ACAM，德国亚琛

关于Fraunhofer、ACAM引领增材制造产业化前沿技术发展的更多领先进展，3D科学谷将展开持续介绍，敬请保持关注！

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lPhotonHub Europe成员单位名单：

https://www.photonhub.eu/photonhub-partners/

PhotonHub

光子学推动工业4.0发展

 聚合欧洲53个顶级能力中心的一流光子技术能力

根据3D科学谷的了解，欧盟将光子学视为新应用的关键技术，光子学将推动工业4.0的发展，并从根本上解决当今时代全球、社会和环境所面临的巨大挑战。为此，欧洲工业必须站在光子学创新的最前沿，充分利用欧洲在创新价值链各个环节中的综合优势，并通过所有成员国之间共同努力，以支持欧洲公司的创新和成长。

光子学网络已从欧盟2020年地平线计划中获得1900万欧元的投资。通过更快，更轻松地部署基于光子技术的技术，PhotonHub Europe光子学网络将帮助欧洲中小企业成为更具竞争力的数字企业，直接创造超过1000项新的高科技欧盟工作，并在光子技术方面20亿欧元左右的研发收入中增加近10亿欧元。

为了加快欧洲工业对光子技术的采用和部署，PhotonHub将建立一个单一的光子创新中心，该中心将欧洲53个顶级能力中心的所有一流光子技术、设施、专业知识和经验整合在一起，作为一站式解决方案，可为欧洲任何想通过光子学进行创新的公司提供开放式访问。

欧洲PhotonHub“光子学数字创新中心”建立在欧洲项目15年多的坚实合作经验基础上，并在所有相关合作伙伴之间建立了网络和现有合作关系。还计划与诸如欧洲企业网络（EEN）和欧洲商业网络（EBN）等建立良好的合作。泛欧联合行动的核心是三个核心目标：欧洲PhotonHub支持中小企业的培训和进一步资格认证；以“投资前测试”为目标促进创新；并协助寻找投资者。

德国弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT负责协调八个技术平台之一。该平台专注于基于激光的生产，在欧洲光子学中发挥着重要作用。

借助“基于激光的制造”技术平台，Fraunhofer ILT的专家可以为中小型企业提供集中访问具有多年经验的欧洲专业研发资源机会。

“边飞行边加工”Fraunhofer ILT开发的On the fly下一代选区激光熔化增材制造技术©Fraunhofer ILT，德国亚琛

 将增材制造创新动力注入欧洲中小企业

基于“欧盟地平线2020”的支持，欧盟着眼于支持尚未参与将光子技术用于其业务的中小型企业（SME）。为此，来自PhotonHub网络中总共53个研究和光子学中心正在紧密合作，以为中小型企业提供光子学知识和技术的使用，从而为他们开拓新的业务领域。同时，这个网络也向所有已经从事光子学并且现在想要解决其他创新问题的欧洲公司开放。

通过数字思维在光子生产中实现经济成功，欧洲光子学数字创新中心中的八个技术平台在这个雄心勃勃的项目中发挥了重要作用。德国亚琛Fraunhofer ILT负责协调其中一个平台：“基于激光的制造”平台的所有活动。

例如，在光子制造工艺领域，位于亚琛的Fraunhofer ILT团队可以从欧盟项目AMable中贡献多年的经验，该项目已经为许多中小企业铺平了金属和塑料工业3D打印的道路。目前，Fraunhofer ILT已经向许多公司展示了如何通过“数字思维”以有利的方式使用基于激光的增材制造技术。

同时，Fraunhofer ILT希望为更广泛的研究铺平道路，为中小型企业提供基于激光的制造过程支持：从超短脉冲（USP）激光的微激光焊接，微结构和纳米结构激光加工到激光抛光和增材制造工艺，例如选区激光粉末熔化（LPBF）或激光材料沉积（LMD） ）技术。
PhotonHub中，Fraunhofer ILT展示项目激光材料沉积（LMD）©Fraunhofer ILT，德国亚琛
PhotonHub中，Fraunhofer ILT展示多光束技术为中小企业打开了许多新的应用可能性©Fraunhofer ILT，德国亚琛
PhotonHub中，Fraunhofer ILT的“基于激光的制造”技术平台向中小企业展示了如何使用激光钻孔来优化其生产流程©Fraunhofer ILT，德国亚琛

3D科学谷Review

在《德国的七个秘密》一书中，解释了为什么今时今日，德国制造仍然举足重轻，为什么德国的经济充满韧性。一个高度管制、拥有强势货币的高薪国，如何迎战全球低成本的冲击并逆势增加自己在全球市场的份额？德国究竟是如何做到的。

除了德国中小企业自身强大的活力，德国追求公平与创新的强大文化底蕴，Fraunhofer弗劳恩霍夫研究所发挥了其中一个秘密的作用，《德国的七个秘密》一书指出Fraunhofer使得制造与创新相互耦合，而美国没有可以匹敌弗劳恩霍夫的机构。弗劳恩霍夫研究所侧重应用研究，目标是提供有商业价值的解决方案，在基础研究与商业化之间架设了一座桥梁。

在2017年3D科学谷对是Fraunhofer IPT非常规制造工艺和技术集成部主管Kristian Arntz博士的采访中，我们更深入的了解到，Fraunhofer联合了工业界的大型企业形成了一个庞大的科研界上下游产业链系统，这些工业界企业向Fraunhofer提出自己的研发需求，由Fraunhofer领导来解决这些难题。当然，在这个过程中，企业接受这个解决方案他们不能独自享有。另外，在项目的团队组成中，企业不能因为有其竞争对手存在而拒绝竞争对手进入到项目中。

而3D科学谷的创始人Kitty认为这一次PhotonHub Europe光子学网络的启动，更是强化了跨国界的泛欧洲联合知识产权的发展，为什么西方国家都存在这样的联合知识产权合作模式？这或许是值得深度思考的地方。

在3D科学谷的创始人Kitty看来，其实联合知识产权一直是常态，我们如果看一份专利的商业模式，一份专利可以转让给不同的相互之间有竞争关系的企业，那么其实专利授权这种模式就是一种联合知识产权的业态。而西方的企业靠从0到1的创新起家，更加清楚创新对成功与失败的关键作用，一方面，前沿技术开发的成本是巨大的，并非单一企业可以随便承受；另一方面，在竞争中面对强大的竞争对手，谁先一步获得技术创新的提升，谁就拥有了更领先的话语权，如果不能达到先一步，同步也不失为一种良策。而联合研发的模式，最终受益的是整个生态圈，除了直接受益，当整个生态圈的能力都获得提升了以后，参与的企业将再一次受益。生态圈的发展推动和再加速企业的发展， 铂力特董事长兼总经理薛蕾博士也提到过现在专注于设备的、材料的、设计的越来越多，原来靠单一的力量解决要花很长时间的，现在通过生态圈的合作伙伴很快就解决了，这些都在加速这个行业的发展。

PhotonHub Europe项目的“心脏”Fraunhofer ILT位于德国亚琛，亚琛本身就像一个折射着不同类型的加工技术的一个重要的万花筒，根据ACAM亚琛增材制造中心总裁Kristian Arntz博士，这里是从光子产业集群开始发展到如今的涵盖多种学科的亚琛科研集群，这里积聚着非常多不同类型的加工技术的研发与前沿应用，亚琛工业大学与 Fraunhofer 研究所作为中心，在从事着各种各样的研究与创新，一方面Fraunhofer 的研究覆盖面十分广，从生物工程到机械工程；一方面，Fraunhofer 跟工业端的结合十分紧密，这里就像一个跨界科研与应用的有机体，不断的融合创新与应用。

亚琛是金属增材制造诞生的摇篮，如果业界回顾历史的话，业界会看到从1995年开始，亚琛的Fraunhofer就一直在推动增材制造突破界限，从混合制造，到选区激光熔化技术SLM的专利诞生，到模具应用开发、植入物应用开发等等，亚琛这里聚集了技术与应用两条主线的前沿发展趋势。

在3D打印-增材制造方面，以亚琛Fraunhofer ILT, 亚琛Fraunhofer IPT，亚琛工业大学为基础成立了亚琛增材制造中心ACAM（Aachen Center for Additive Manufacturing。目前有超过100多名科研人员从事增材制造的科研，解锁增材制造复杂奥秘，ACAM集中亚琛的优势资源推动增材制造联合研发、培训教育、认证、产业孵化等多方面的发展。

ACAM为复杂的增材制造导航，视频中ACAM的双总裁Schleifenbaum教授来自亚琛工业大学DAP学院，Arntz博士来自Fraunhofer IPT。©ACAM，德国亚琛

关于Fraunhofer、ACAM引领增材制造产业化前沿技术发展的更多领先进展，3D科学谷将展开持续介绍，敬请保持关注！

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根据这一目标，Fraunhofer的六家研究所于2020年11月结束了该项目，并共同实现了系统技术、材料和过程管理以及连续数字化方面的技术飞跃，从而提高了整个过程链中金属增材制造的效率和成本效益。本期，3D科学谷与谷友共同来领略futureAM项目的成绩。

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在开姆尼茨的Fraunhofer IWU，由机器人进行特定组件的自动后处理，然后使用3D扫描进行验证。©Fraunhofer

速度、精度、稳健性

FutureAM项目一方面集中在从接收订单到完成的金属3D打印组件的数字和物理价值创造的整体过程链上；另一方面着眼于向下一代增材制造技术的飞跃。合作伙伴创建的虚拟实验室以数字方式捆绑能力，并使整个增材制造流程对所有参与的合作伙伴透明，在其中发挥着重要作用。

我们可以清晰的看到不仅仅局限在设备的加工速度、精度方面的开发，Fraunhofer的futureAM项目包含了更多“柔性”的增材制造技术，例如在线过程控制技术的开发，工艺稳健性的开发，以及基于数字孪生的网络化流程链的开发等。根据弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT，增材制造现在处于工业实施的门槛上，而从FutureAM项目中共同获得的专业知识现在将转移到工业应用中。

 虚拟实验室的平台能力

futureAM的一个主要挑战是所有参与者的跨机构交互，这些参与者有时涵盖了整个流程链中非常不同的领域。数字孪生体技术的主导作用正在浮现，futureAM项目中除了所有的研究机构都以自己的研发能力进行项目参与外，大家还建立了虚拟实验室。

虚拟实验室已经证明了其作为数字平台的价值，该数字平台可以确保所有AM-增材制造任务区域和参与者之间的信息交换。在这种情况下，弗劳恩霍夫增材制造生产技术研究所Fraunhofer IAPT开发了用于AM增材制造组件设计的各种软件工具。还创建了针对金属增材制造的基于Web的仿真工具，即使初学者也可以使用。

基于Web的仿真工具。©Fraunhofer

虚拟实验室旨在以封闭且数字化的方式绘制所涉及参与方的能力。每个实体（机器或产品）都被描述并分配了一个“数字孪生”，这是网络物理机器或更大的网络物理系统的虚拟部分。基于这些数字孪生，可以通过建模和仿真来优化实际系统。这将增强例如错误诊断、预测分析、产品和过程优化以实现长期质量保证。

将来，该系统还将提供用于计划新产品的数据，这将大大减少认证时间。它将能够越来越多地自动将产品分配给机器，在生产过程中适应相关的工艺参数，并自动考虑产品目标（例如质量）和生产目标（例如交货时间）。

因此，人类的角色将发生变化-从今天的中央计划转向决策和监控。虚拟实验室中的自治系统将使用适当的评估和监视工具来支持现场人员。因此，“虚拟实验室”提供了完整的数字透明度。

 人工智能与材料技术成就超合金

位于德累斯顿的Fraunhofer IWS研究所致力于推动可加成处理的高温材料范围的扩大，并研究了如何将它们组合成多种材料。激光材料沉积（LMD）和人工智能（AI）的相互作用显示出令人振奋的结果：借助AI支持的过程分析，可以分析各种影响因素，并且可以优化制造过程。

在德累斯顿的Fraunhofer IWS，可加工材料的范围正在扩大, 图为使用定制的激光沉积工艺来生产多材料金属组件。©Fraunhofer

Fraunhofer IWS用镍和铝制成的多种材料组件证明了这种方法的效果，Fraunhofer IWS工程师基于对材料技术以及激光加工的强大理解，建立了增材制造领域加工技术与材料的相关性。科学家们以很高的采样率记录大量传感器数据以提升对加工过程的理解，创造更多更神奇的材料。

Fraunhofer IWS的专家通过“人工智能”（AI）和“机器学习”的先进方法来提升对加工过程的理解，由Fraunhofer IWS图像处理和数据管理工作组进行研究。通过人工智能，可以找到这些数据泛洪中的隐藏联系。

 XXL超大组件：提速10倍以上

亚琛Fraunhofer ILT已经开发出用于LPBF（基于粉末床的金属熔化3D打印技术）的下一代新型加工解决方案，该解决方案具有可扩展性，可以生产比传统LPBF系统至少快十倍加工速度的大型金属部件。目前LPBF系统样机提供了非常大的，有效可用的构建体积（1000毫米x 800毫米x 500毫米）。

亚琛的Fraunhofer ILT的下一代基于粉末床的选区金属熔化3D打印设备所制造的下一代劳斯莱斯发动机的演示器组件。©Fraunhofer

亚琛的Fraunhofer ILT开发的可扩展的”边加工边飞行-on the fly“的下一代金属3D打印技术。©Fraunhofer

亚琛的Fraunhofer ILT开发的可扩展的”边加工边飞行-on the fly“的下一代金属3D打印技术。©Fraunhofer

亚琛Fraunhofer ILT开发的EHLA超高速激光材料沉积技术是一项屡获殊荣的技术，该技术可以以特别经济和环保的方式涂覆，维修或增材制造零部件。该技术已经通过在例如米长的海上钢瓶上高速应用薄保护层而证明了其价值。之前，EHLA仅用于旋转对称零件。而该技术现在也可以用于制造自由曲面3D组件，新开发的工艺可同时实现极高的应用速度和高细节分辨率。

亚琛的Fraunhofer ILT的EHLA高速激光沉积技术用于自由曲面加工。Fraunhofer

 提高鲁棒性

l 自主、模块化的后加工

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。对于金属增材制造，大多数手动后处理成本特别高：它占总处理成本的70％。Fraunhofer IWU机床与成型技术研究所为各个过程开发各种自主技术模块，由机器人负责工件的处理和后加工。

Fraunhofer IWU的研究人员开发了一种可适应单元的模块化概念，用于可自动后加工增材制造的组件。3D科学谷了解到，模块化概念中包含了各种组件和批量生产数量少至为1件的产品后加工方法。

l 补偿错误

使用分析模型，可以确定工作空间中刚度非常适合加工的区域。此外，该模型还可以使用过程控制来补偿刀具路径的错误。

光学测量是判断补偿过程错误的第一步，所获取的点云被传输到云端与实际几何图形的3D模型进行比较。补偿完成后，再次测量组件，重复此过程，直到达到确定的组件质量。增材制造的组件进行自动返工的前提条件是在每个工艺步骤中对组件进行安全标识。这是将产品信息链接到过程参数并跟踪每个组件的过程链的唯一方法。Fraunhofer IWU开发了用于实时检测部件近表面区域中确定的空腔的测量过程，开发实时读取信息所需的算法是研究活动的重要组成部分。

l  避免中断

此外，为了避免过程中断。弗劳恩霍夫-Fraunhofer IWU机床与成型技术研究所开发了一种结合粉末床工艺和多种材料制造的具备几何灵活性的新概念，3D科学谷了解到这是通过安装带有分配器和抽吸模块的处理系统来进行局部粉末去除而创建的。

首先，在激光束熔化设备的空间中，将粉末从组件凝固区域的型腔中移除。然后，通过分配器在组件区域添加结构，过程中还包括硬化和烧结工艺的应用，这些工艺能够实现所需要的材料特性（例如电导率或绝缘）。Fraunhofer IWU开发的用于多种材料制造的系统技术无需打开激光束熔化设备，通过辅以抓取器，将半成品、传感器或执行器集成到组件中。

为了演示Fraunhofer IWU开发的用于多种材料制造的系统技术功能， IWU使用了玻璃封装的RFID应答器（也称为 RFID 标签），该应答器被放置在直接位于所制造组件表面下方的空腔中，并在随后的构建过程中将其紧密封装在组件中。该应答器用于保存和读取有关制造过程或组件属性的信息。

l 在线过程控制

亚琛的科学家们正在研究监视金属3D打印的新方法，以提高过程的鲁棒性。在构建平台中使用结构传感器时，将来会检测到关键错误，例如支撑结构撕裂的时间。

此外，通过超声波传感器可以用于分析空气传播中的声音，以确定组件的质量。基于激光的超声测量的研究将在未来走得更远：脉冲激光将在部件中感应出结构传播的噪声，然后由激光测振仪检测到。这使得在构建过程中发现微小的毛孔，以便能够立即进行干预。而原位测量过程可以通过另一个曝光顺序对问题区域进行返工。

通过将质量保证工具集成到（混合）生产系统中，可以提高过程的鲁棒性。除了在线测量和质量保证之外，对于各种工业领域，必不可少的是要确定用于各种材料、机器、光束源等可靠的工艺窗口。

 成就整个增材制造数字化工艺链

l  AutoPartIO：数字预处理

- 关于识别具有增材制造潜力的组件自动化选择功能

- 通过可扩展的软件自动进行组件优化

l  数字质量保证

- 根据过程监控数据以预期零部件的使用寿命并评估零部件质量

- 根据特定于零部件的缺陷和需求知识开发寿命预测工具

l  基于数字孪生的网络化流程链

- 借助特殊数据模型对物理过程链进行数字复制

- 数字流程链中的完整可追溯性和透明性

l  AutoPartIO：数字预处理

目标是开发一个可扩展的软件组合工具箱，用于模拟和优化增材制造组件。首先，拓扑优化是在数学上从根本上实现的。除了轻质结构刚度优化的经典目标外，还考虑了仿生力学元素，传热和流体力学问题。

l  仿生力学与功能实现

与经典拓扑优化相比，仿生力学可以产生其他积极影响。为了使仿生力学获得更广泛的应用，必须对各种功能实现进行识别和参数化。用合适的仿生特征代替相同应力类型的设计是有利的。

生物学模型的参数化为这种设计优化奠定了基础，通过这种方式，可以充分利用轻巧的仿生力学设计潜力。

l  突破拓扑优化的限制

在已建立的拓扑优化中，目前尚未充分考虑工艺，材料和其他特定的特性以及增材制造的限制。Fraunhofer开发了新的多功能功能目标，可确保直接进行3D打印。

l  计算机辅助功能模块

为了使得用户能够在不广泛了解增材制造的情况下利用3D打印的优点，“计算机辅助功能（CAF）”是必要的。当面临指定的任务，并确定要实现的功能的时候。例如主动和被动散热器，热交换器等零件，针对这些零件，系统所进行的参数化仿生力学优化和拓扑优化将考虑到特定于工艺和材料的限制。

ACAM为复杂的增材制造导航

以亚琛Fraunhofer ILT, 亚琛Fraunhofer IPT，亚琛工业大学为基础成立了亚琛增材制造中心ACAM（Aachen Center for Additive Manufacturing。目前有超过100多名科研人员从事增材制造的科研，解锁增材制造复杂奥秘，ACAM集中亚琛的优势资源推动增材制造认证、联合研发、培训教育、产业孵化等多方面的发展。

ACAM德国联合总裁Kristian Arntz博士在中国科协年会上的演讲视频

关于Fraunhofer引领增材制造产业化前沿技术发展的更多领先进展，3D科学谷将展开持续介绍，敬请保持关注！

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