图：3D Campus将研发与生产、服务、物流紧密结合。新办公楼面积约达4万平方米，将为约500名员工提供办公空间。未来的机器产能将比现在高出四倍。Concept Laser利希滕费尔斯工厂投资1.05亿欧元，这里将成为生产3D金属打印机的全球GE中心。

3D Campus将满足近年来Concept Laser强劲的增长需求，同时为进一步扩展预留空间。巴伐利亚州经济事务、媒体和能源技术部长Ilse Aigner亲临利希腾费尔斯参加庆典活动：“GE和Concept Laser的投资显示出对该地区的明确信心，这将有助于保障就业，并为该地区的增长提供重要推动力。3D Campus将建立一个3D金属打印中心，为整个巴伐利亚地区带来真正附加值。3D打印在几乎所有领域都变得日益普遍，因为3D打印可以用更少的资源生产更轻、更灵活、更稳定的组件。因此，巴伐利亚作为一个着眼未来的工业区位，增材制造将在此扮演重要角色。”

“我很高兴以今天的奠基仪式为契机，采取下一步增长战略。我们不仅是在为新工厂奠基，同时也将为该地区创造技术类工作岗位。作为新的GE中心，利希腾费尔斯将成为工业3D打印的全球领导者，”Concept Laser有限责任公司创始人兼董事长兼首席执行官Frank Herzog表示：“今天对利希腾费尔斯和该地区而言都是个好日子。我想借此机会，对所有参与人表示感谢，正是你们让这次前进成为可能。”

3D Campus内铺设三千八百车水泥。此外，还有3600吨钢，相当于6.5架满载A380空客飞机的重量。建筑所需的桩柱总长达5.9公里。位于新的舒伊贝尔多夫/利希腾费尔斯工业园区的3DCampus兼具诸多理想条件，拥有卓越的地理位置和交通便利性。Concept Laser近年来的显着增长同时反映在办公场所方面。目前办公场所分散，原来的利希腾费尔斯/施尼厂址已无法进一步扩张。

增材制造（也称“3D打印”）涉及从计算机辅助设计（CAD）软件中获取数字设计，并通过在增材打印机上将金属粉末层层叠加构建设计。与传统铸造和锻造零部件相比，增材制造零部件通常更轻、更耐用、更高效，一体化制造减少了所需的焊接、接头和装配工作。可以说，增材制造零部件是从地上“长”出来的，产生的废料显著更少。增材制造摆脱了传统制造的限制，极大地扩展了工程师的设计可能性。增材制造是一种变革性技术，是先进制造业新领域的一部分。结合全新的工业设计方法，增材制造可以通过改进产品、制造工艺和开创全新的商业模式助力企业转型。

关于Concept Laser

Concept Laser 有限公司由Frank Herzog成立于2000 年，一直是全球领先的金属组件3D打印设备和工厂技术提供商。自2016年12月，Concept Laser成为GE Additive公司的组成部分，GE Additive是全球领先的数字工业企业通用电气（GE）的分公司。GE Additive成立于2016年，收购了Concept Laser公司75％的股份。

Concept Laser以获得专利的LaserCUSING® 工艺为技术驱动。基于粉末床的金属激光熔融技术为配置组件开辟了全新的自由空间，并可实现小批量、高度复杂组件的经济化制造，无需借助模具。公司的客户来自各行各业，包括医疗和牙科技术、航空航天工业、刀具与模具制造、汽车制造、手表与珠宝等。Concept Laser 的3D金属打印设备可加工不锈钢、热作钢、铝合金和钛合金等金属粉末材料，以及用于制作饰品的贵金属。

除Concept Laser一流的增材制造工厂外，GE Additive还为各行业提供材料和广泛的开发咨询服务。GE Additive致力于通过软件定义的工厂促进工业部门的深化开发和转型，并提供网络化、适应度高的前瞻性解决方案。

来源：Concept Laser
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SmarTech的市场研究报告显示，直接3D打印贵金属首饰虽然目前的市场采用度不高，但具有很大的潜力前景。

近日，法国Comité Francéclat发布了直接3D打印的黄金首饰拉开了商业化的序幕。此次，Comité Francéclat首发了10件由戒指、手镯和吊坠组成的独特珠宝。

3D打印贵重金属主要用于完成非常复杂的几何形状，直接金属3D打印可以用来制作不能通过传统技术制作的首饰：例如，对于两个隔行环，必须提供两个独立的部件，然后组装。而通过3D打印技术，所有的环节和连接点都是一次性3D打印出来的。

Comité Francéclat打印的首饰由2000层逐层扫描完成的。黄金粉末的直径为15微米，经过了12小时的3D打印过程，并使用了3.5公斤的金粉。在这方面，Francéclat强调，由于3D打印，材料的损失减少到最小。当然3D打印并不是一步到位的，后期还包括许多人工处理过程，包括抛光过程。

3D科学谷REVIEW

3D打印黄金方面，英国贵金属产品供应商Cooksongold公司已通过EOS的M80金属3D打印设备，在黄金和银3D打印材料和工艺方面取得了突破，并在此基础上推出了Precious M080 3D打印设备，专用于贵金属首饰的直接3D打印领域。

EOS的Precious M 080的激光烧结设备来直接3D打印贵金属首饰，普通的激光烧结机往往会产生很多空隙，甚至有些地方粉末不被熔化而流失掉。对于金粉这样的昂贵材料来说，避免材料浪费相当重要，Precious M 080的优势在于充分熔化金属粉。软件方面，通过跟软件公司Delcam合作，还开发了一款专门针对3D打印而对珠宝设计进行渲染的软件工具。

此外，德国贵金属和金属化学研究所也在贵金属的直接3D打印领域取得了进展。德国贵金属和金属化学研究所研发贵金属3D打印材料和工艺时使用的设备是Concept Laser公司的MLab R Laser CUSING 3D打印机。在研究过程中，研究人员针对每种不同的材料配方，测试调整出不同的打印参数，并最终总结了黄金合金的最佳打印参数，如最佳粉末尺寸为5-30μm，理想的激光速度为200-450 mm / s，通过热处理使孔隙率由3-4%下降到0.7%等。

中国是世界上首饰生产第一大国，随着中国中产阶级和高收入阶层的崛起以及对美感的觉醒与追求，首饰在中国的销量呈逐年爆发趋势。达到年销量数千亿的规模。

随着3D打印在首饰行业走向产业化，3D科学谷认为3D打印将为首饰行业带来四大改变：制作流程的改变、定制化服务、更复杂的设计、以及平台商业模式。

实现更复杂的首饰制造，这可以说是3D打印的一大优势之一，即打印成本对产品设计的复杂性不敏感。而通过传统的加工工艺，产品越复杂，其生产成本越呈直线上升的趋势。3D科学谷认为3D打印首饰将在实现设计的复杂性方面发挥明显优势，而个性化定制与标准化大规模生产将不再冲突，而是成为我们生活中的常态。

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对产品的功能和尺寸大小进行重新定义是3D金属打印技术的优势之一。因此，金属制成的3D牙刷能呈现出与普通牙刷不同的效果就不足为奇了。实际上，即使是塑料注塑牙刷，也早已成为时尚设计单品。购买新牙刷时，我们不难发现牙刷体现了定制化与功能性相结合的人体工学设计，并以其独特的颜色和造型来吸引用户眼球。而与这些普通牙刷相比，Zare的3D金属牙刷则是青出于蓝而胜于蓝。

 Zare——突破常规
Zare是3D金属打印领域的领头羊，但却从未想过用金属制作一款设计师牙刷。直到2015年，Zare合伙人Andrea Pasquali通过其他项目结识了设计师Christoph Nussbaumer，双方携手合作开拓新的盈利项目。Andre与Christopha都热衷于柔性设计理念，追求精工技术，从而碰撞出许多设计灵感。双方希望从某件日常用品着手，创作一件前所未有、且仅能通过增材制造技术生产的奢侈品。最终，遵从内心直觉，两人选择了用金属来制造“定制化”牙刷。期间，制造费用并不是主要考虑因素，而独特设计、专属特质、用户体验（如人体工学）则成为关注重点。

Zare公司原本从事原型件制造，其在该领域的专业经验为这一全新探索奠定了基础。为什么不生产一款不锈钢或钛材质的3D打印牙刷呢？不锈钢和钛均是牙科行业的标准材料，并被允许运用于口腔内。316L不锈钢在牙科领域应用广泛。钛则具有良好的生物相容性，对过敏性人群尤其适宜。此外，这两种材料均能体现设计所追寻的价值与专属感。因此，上述两种材料都是实现设计构想的完美选择。另一方面，生产实践说明了Concept Laser的M2 cusingMultilaser能成就卓越的表面质量。对于口腔这样高度敏感区，最终产品必须具备完美的表面质量。因此，牙刷的最后工序经由手工完成，保障完美的成品效果和最优的用户舒适度。

图片：Zare的3D打印车间

 个性化与强势品牌的紧密结合
大约半年后，团队决定采用两种设计方案，每种方案都推出了两个款式，分别适用于左利手和右利手用户，并采用316L不锈钢和钛两种材质。这两种设计方案均获得专利。每支牙刷都拥有专属序列号，并可以根据客户需求定制，客户可以选择磨砂、抛光或电镀表面，或者像MIO Raw一样选择原始表面质感，不做特殊加工处理。人体工学设计搭配可替换银质刷头，使这款3D打印牙刷极为耐用、极具个性化，其外形和质感都达到了一个全新高度。通过3D塑料打印制作的高品质包装进一步彰显了全套产品的顶级奢华气质。

图片：MIO的3D打印牙刷

当然，这款日用品领域的创新产品还需要在新品牌名下建立一套全新的营销策略，跟之前的产品形象区分开。牙刷名为“MIO”，意指“我的”，命名突出了高定奢侈品的品牌定位。该产品已在www.mioitaly.com网站上发布，并于2017年9月1日起售。如成功投放市场，Zare将考虑在未来进一步拓展MIO品牌，推出更多增材制造的奢侈品。无论如何，Zare的“遵从直觉”理念充分诠释了，3D金属打印意味着将创意设计和造型转化为新的产品和功能。

“MIO”品牌3D打印牙刷

- 金属材质奢侈牙刷，拥有两种设计款式，搭配可替换刷头
- 可以选择磨砂、抛光或电镀表面，或者像MIO Raw一样选择原始表面质感，不做特殊加工处理。
- 经久耐用，顶级价值，经典外观，永恒质感
- 人体工学设计，适用于左利手和右利手用户
- 可选择316L不锈钢或钛材质
- 奢华的3D打印包装
- 明显缩短开发时间和成本
- 即时生产（JIT）
- 无需模具，减少浪费

 Zare使用Concept Laser

2013年，Zare进入3D金属打印市场，希望通过采购更理想的设备来提升产品品质和表面质量。最终，Zare从意大利Ridix公司采购了Concept Laser系统生产技术。2013年，Zare投资Concept Laser M2并受益，从而又采购了一套Mlabcusing R设备。随后，Zare还采购了三套M2 cusingMultilaser及一套X LINE 2000R，用于大型组件的制造。

运作伊始，M2 cusing便为Zare创造了奇迹。Concept Laser通过将工艺阶段和操控阶段分离来优化操控性能，尤其是在制造活性钛材质产品时，Concept Laser所表现出的安全性更被广泛赞誉。Andrea Pasquali说：“更换材料环节令我们尤为惊喜。使用其他设备时，材料更换通常耗时而复杂，这一现象对我们而言司空见惯。但是，如果我们希望实现更加柔性的生产，那么，Concept Laser将因其所具备的高效更换材料功能而成为我们的唯一选择。与同类产品相比，LaserCUSING使用更简便，拥有更强大的灵活性和可靠性。”此外，Concept Laser工艺技术的其他方面也令Zare印象深刻，例如成就卓越的表面质量。原有设备出品的产品表面质量通常仅能达到次优水准。Concept Laser的首台M2 cusing投入使用后，产品质量已大为改善。转换为3D打印后，产品表面质量得到进一步提升。可调节的激光点设置增强了灵活性，体现出明显技术优势。最新的三套Concept LaserMultilaser大大提升了生产力。Andrea Pasquali说：“M2 cusingMultilaser令我们的安装调试速度达到全新水平。基于组件的几何尺寸和材料，生产力提升了30-40%。”

图片：Zare的3D打印车间

凭借MIO品牌，产品服务供应商Zare发展为拥有自身品牌策略和理念的制造商，同时，MIO品牌也成为企业的第二大利润驱动力。总之，Zare秉持“遵从直觉”，生产出的“pro MIO”产品充分诠释了，3D金属打印意味着通过柔性生产将创意设计和造型转化为新的产品和功能。Andrea Pasquali说：“对于Zare而言，增材制造意味着我们可以用更具创意的设计重塑每一件产品。”

来源：Concept laser

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为了避免热源性骨坏死，最新的制造技术包括通过3D打印带内冷系统的骨科钻头来降低手术过程中的热量。本期，3D科学谷与谷友共同来领略3D打印技术为降低医疗手术风险所做出的贡献。

骨科钻头的操作环境是非常独特的，与制造中所使用的工程钻头或传统的非生物工程如建筑行业所使用的钻头要求非常不同。根据3D科学谷的市场研究，骨是复杂的各向异性、多孔和粘弹性复合材料，在材料性质以及几何形状上也是非均匀的。皮质骨是相对较差的热导体，据估计，在钻孔过程中大约60％的热能可以通过骨碎片耗散掉。而在金属切削钻孔加工中，约80％的热量通过断屑带走。

如果温度升高到50℃以上，这可能导致骨坏死（死亡）。温度升高的大小由许多因素决定，包括钻头几何形状、直径、转速、进给速度、轴向推力、初始钻头温度以及内部或外部冷却等。为了保持低温，通常在进行手术的过程中，即钻孔过程被不断地中断，以便使温度尽可能低。

冷却钻孔是不中断手术过程更好的解决办法，但需要保证内部冷却系统是闭环进行的，根据3D科学谷的市场研究，由于冷却方法可能会导致冷却流体进入到伤口中，所以需要避免使用开放型的冷却系统。

 创建内部冷却通道

为了开发能够切割骨骼而不引起热诱导的骨坏死的外科手术钻头，德国汉诺威莱比尼斯大学的生产工程和机床研究所（IFW）转向了Toolcraft公司寻求帮助，这是一家专注于精密零件、组件、模具和注塑件生产的服务型企业。

Toolcraft公司建议通过选择性激光熔化的3D打印方法来创建骨科钻头的内部冷却通道，以使冷却剂沿着螺旋线流入钻头，并返回到刀夹，而不会进入伤口。虽然钻头发生破损的机会很小，但并不能排除这种可能性。为了妥善起见，冷却介质选择了水，以确保在钻头发生破损的情况下不会造成伤害。

Toolcraft公司开发了一种具有冷却液流入和流出功能的非旋转预主轴附件。从而使连接的冷却液罐和泵确保连续供应冷却液。

Toolcraft公司建模了一个直径为6mm的常规骨科钻头。手术中用到的骨科麻花钻具有各种配置和尺寸，直径通常在0.5毫米至几毫米之间。根据Toolcraft，目前可以使用选择性激光熔化加工工艺来生产的钻头直径需要大于5mm。

Toolcraft公司和IFW在外观上采用了常规钻头的几何形状，对于医生来说它看起来跟普通的钻头一样，从而更容易适应这种新的钻头工具。在钻头的内部设计了直径为1.2 mm的内部圆形冷却通道从而使热能远离切削刃，而回流管道则确保了冷却液的连续流动。

在项目开始时，工程师根据冷却液的体积流量、温度变化和热容量来计算冷却能力。然后，项目团队开发了一种将封闭的冷却回路，并确保钻头在操作过程中的稳定性。此外，工程师还进行了增材制造的研究，以确保钻头的设计适合通过选择性激光熔化的工艺来加工出来。

钻头由生物相容性材料1.4404（耐腐蚀奥氏体不锈钢（ASTM 316 / 316L））制成。3D科学谷了解到钻头外表和内部冷却通道的几何形状由SolidWorks建模软件来设计，并使用Siemens NX软件进行了模拟仿真。

通过Concept Laser的M2增材制造设备，加工出了带内部冷却通道的钻头，随后进行了钻头表面处理的研磨工艺。为了产生良好的切屑间隙，需要完美的钻头表面质量以及锋利的切削刃，所以主切削刃和二次切削刃是在无心磨床上进行研磨完成的。

 测试显示温度降低高达70％

使用直径6 mm的钻头以及水作为冷却液，IFW进行了各种各样的钻孔测试，并测量人造和牛骨中的钻孔操作。在测试过程中，工程师们以更高和更低的进给速率循序渐进的测量温度变化情况，并尝试测试将冷却系统打开和关闭两种不同场景情况下的温度变化情况。大量的测试带来的经验表明，增加进给速率可以降低钻头的最高温度。

以0.35mm / rev的高进给速度和2m / min的切割速度来加工Nylacast Polyactal（POM-C）工程塑料材料制成的人造骨，测试表明新钻可以显着降低温度。在冷却功能关闭的情况下，钻头由于进给速率高而没有超过临界温度为50°C（122°F），但使用内部冷却功能，温度可以保持在最高35°C（95°F）的水平以下。

当进给速率降低到0.07mm / rev时，对于开启内部冷却功能的钻头，测试结果相同。3D科学谷了解到对于关闭内部冷却功能的钻头，温度在不到100秒内升高到高于50℃（122°F）。

测试表明由于内部冷却系统补偿温度升高的能力，即使在低进给速度的加工情况下也不再导致更高的温度，从而消除了温度过高的风险，避免骨骼发生坏死意外。

这意味着这项通过3D打印制造带内冷的钻头技术还可以推广到其他各种各样的应用领域，包括锯的制造。

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美国一家“年轻”的3D打印服务企业Tangible Solutions公司，在经营过程中逐渐“锁定”了医疗植入物制造这一个细分领域，致力于为医疗植入物增材制造建立完整的工艺链。本期，3D科学谷就与谷友们共同来了解一下Tangible Solutions 为开展植入物3D打印生产服务而做的准备。

 进行业务“瘦身” ，专注于医疗植入物3D打印领域
Tangible Solutions公司，是一家医疗植入物增材制造的合同制造商，为医疗企业提供3D打印植入物的小批量生产、后处理及检测等服务。经过4年的发展，Tangible Solutions 在美国俄亥俄州建立了25,000平方米的厂房。Tangible Solutions 与准备推出3D打印植入物的医疗企业客户共同开发增材制造的工艺流程，并进行必要的ISO, ASTM认证，以及向FDA申请注册成为为III类医疗器械制造商。

在公司成立之初，Tangible 的主要业务是为多个领域提供产品快速原型制造、建模和相关的3D打印服务。例如，曾经有客户通过Tangible Solutions 的团队制造200-300个3D打印传感器，这些传感器应用于电源线上。传感器的设计在短时间内就会进行迭代，与传统的注塑工艺相比，Tangible公司的3D打印小批量生产服务为客户节省了制造成本和制造时间。

在经营过程中，Tangible Solutions 公司决定对所服务的领域进行“瘦身”，专注于为医疗器械企业提供3D打印植入物生产服务。他们进入到医疗生产领域的切入点是为医疗器械企业制造3D打印脊椎植入物。Tangible Solutions 公司围绕着这一目标，与医疗器械企业、医生以及医疗专业人士进行了业务联系。最初，对3D打印服务业务做“减法”时，Tangible Solutions 公司的管理层也倍感压力，但由于团队在医疗这个细分领域的专注和努力，使公司在短时间内积累起来了一些有相应需求的目标客户及增材制造经验。

 建立植入物打印完整工艺链
一家合格的3D打印生产服务商，不仅需要对3D打印工艺有着深入的了解，还需要对增材制造的完整工艺链有所掌握。为了达到这一目标，Tangible公司逐渐建立起了自己的增材制造知识体系，这个体系涉及到打印材料、设计、打印设备、后处理工艺和打印件的检测等多个方面。

Tangible 在厂房中安装了5台Concept Laser公司的Mlab 金属3D打印系统和1台M2 金属3D打印系统，以及以前投资的4台用于快速原型制造的塑料3D打印设备。另外，还安装了用于金属3D打印产品后处理的三菱MV2400-S电火花线切割机（EDM）和两台Hurco VM10U HSi加工中心。两台加工中心的主要作用是进行植入物的螺纹孔加工，这一工艺与金属3D打印设备形成互补。Tangible 另外还有两台设备用于去毛刺处理。

由于对于一台金属3D打印设备来说，每次更换不同种类的打印材料都会耗费很多时间和成本，Tangible 对于这个问题的解决方式是，让每台金属3D打印机专注于生产一种材料的金属植入物，例如将Mlab 设备专门用于打印钛金属植入物，其中一台加工中心，用于加工Mlab设备打印的植入物。而M2设备和另一台加工中心，则专门用于打印和加工另一种材料的植入物产品。

用于测试的打印样件

Tangible通过对打印样件进行检测与机械性能测试，掌握不同打印设备所制造的植入物之间所存在的不同之处，以及同一台设备中处于打印构建板不同位置上的植入物之间的差异。Tangible 开展这项工作的目的是尽可能的保持打印工艺的一致性，从而保证3D打印植入物质量的稳定性。

3D科学谷了解到，金属3D打印工艺本身约占到Tangible 整个植入物增材制造流程的60%工作量，以下几项工作则占了另外40%的工作量：

材料-Tangible 的服务业务只涉及到3D打印植入物的生产，不涉及到打印材料和打印设备的销售业务。Tangible 在打印材料方面的所做的工作是，找到最具性价比的打印材料，在制造过程中保持好打印材料的惰性，并提高材料的回收利用率。

支撑结构的设计-Tangible为客户提供的设计支持服务，并不是指提供植入物的设计，而是指为植入物添加打印时所需的支撑结构。在这个过程中，Tangible 既需要考虑到如何为3D打印植入物添加成功打印所必需的支撑结构，又要考虑到如何避免因添加打印支撑结构所带来的后处理的难度。例如，Tangible会通过添加支撑结构使打印件略微高于打印构建板，使零件更加容易从构建板中进行移除，有的时候甚至可以手工将打印零件从构建板中移除。

构建板-以上列举的添加支撑结构的方式，可以避免构建板在打印零件移除过程中逐渐变薄，变薄之后的构建板将难以承受粉末床金属3D打印过程中所引起的变形。

后处理-Tangible 目前建立的后处理流程主要是通过人工方式进行打印件的清洁，然后通过人工或EDM 设备从构建板中移除打印件。接下来再进行HIP 等后处理。Tangible 为每一个步骤建立了标准化流程。

检测-目前，Tangible 提供的检测包括，使用手量规和3D 扫描进行内部检测，以及通过外部的检测服务商进行CT和放射照相扫描检测。具体的检测方案，将结合客户的预算和要求进行调整。通过以上这些工作，Tangible正在打造增材制造工艺一致性的能力，一旦能够向用户证实具备这种能力，Tangible就可以不必对每一件打印产品进行检测，并能够减少因此而产生的额外负担。

3D打印领域的服务商可以说是各具特色，各有千秋。除了像Tangible Solutions公司这类针对某个细分行业提供3D打印服务的企业，在国际上还有
Materials Solutions，Proto Labs,Sintavia,FIT 等多家知名的3D打印服务商，在他们之中，有的服务商致力于打造一站式的服务能力，打造包括3D打印、热等静压、锻造、铸造、机加工、质量检测在内的完整工艺链；有的服务商注重用自动化软件来管理所有的工作流程；有的服务商则深钻某一种金属3D打印技术，凭借对这种技术工艺、材料和质量控制方面的专业经验，为制造业用户提供高性能零部件。

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自 1979 年以来，Karl Leibinger Medizintechnik公司便成为医疗技术行业颅颌面外科植入物的代表。该公司隶属于 KLS Martin 集团旗下，2000 年开始生产吸收型植入物，近期的最新研究成果是研发了针对特定患者的个人定制植入物。该植入物主要用于通过牵引和骨接合术对创伤或畸形进行矫正。

此类定制植入物最初以常规方式生产，自 2013 年起，开始采用增材制造技术进行生产，而该生产方式则主要基于 Concept Laser 的激光熔融工艺 LaserCUSING。Concept Laser的 M2 cusing 金属3D打印机从2013年开始就一直服务于Karl Leibinger Medizintechnik公司。

为什么采用增材制造技术？原因很简单——对于患者来说，个人定制更优于标准解决方案，这对颅颌面外科手术起着决定性作用。“针对特定患者的植入物，我们现在都是采用增材制造方法来进行生产。”Karl Leibinger Medizintechnik公司生物材料创新和生产负责人Frank Reinauer 先生表示。

 牵引骨接合术和钛材料骨接合术

牵引骨接合术可以做到让骨骼延长。有时候，骨骼“忘记”了生长。通过牵引，骨骼重新“记起”生长。从而促进骨骼完成基因定义的“建筑蓝图”。因此，在颅缝早闭的儿科治疗中，单次这样的手术通常就足以打开并牵引骨质化的头骨，使得大脑获得其生长所需的空间。

在 20 世纪 80 年代末，此方法在西方受到公认。如今，该牵引骨结合术已被广泛用于颅颌面外科手术的临床实践，并成为最关键的整形手术之一，可以应对多种临床病例。而在该领域，KLS Martin 集团公司始终不断创新，研发出众多创新型牵引系统，有效推动了在全球颅颌面外科手术室普及此项技术。

第二个关键词是：钛材料骨接合术。这项技术给予了骨骼新的稳定性。这要特别感谢Maxime Champy 教授在骨接合术领域所做出的极具前瞻性的研究和发现。而且得益于他对面部头骨生物力学这一革命性的研究成果，KLS Martin 集团公司现在已成为该领域内世界领先的专家之一。

如今，尤其是在正颌和重建外科手术中，KLS Martin集团公司凭借其最先进的制造技术、以及科学家与用户之间的完美协作，可以以最高水平满足全球医生在该领域内所面临的各种全新挑战。

 以患者个人定制取代标准解决方案

如今用于颅颌面外科手术中的植入物，外科医生原则上一般会有三种选择：塑料植入物，例如聚醚醚酮 (PEEK)；深拉金属板；钛网、钛固体以及刚出现的3D打印钛材料植入物。

其中钛材料由于其优异的生物相容性和高耐腐蚀性，在颅颌面外科领域得到极大的重视，成功成为医疗领域的首选材料。再加上钛材料具有促进骨骼生长的特点，也成为进行增材制造生产网状结构植入物的完美材料。根据不同的情况，3D打印钛植入物可以针对网状或高强度的固体重建方案进行单独研发和制作。

在这种情况下，KLS Martin 集团公司做出了重大决定：既然已经可以使用增材制造工艺生产，为什么还要进行常规生产呢？随后，公司管理层很快做出战略性决策：采用增材制造生产钛植入物。而这一决策无疑是正确的。“2013 年，我们向 Concept Laser 购买了我们的第一台激光熔融设备——M2 cusing 3D打印机。”Frank Reinauer 先生介绍说。

尽管针对医疗植入物的相关法规和规定要求极高，但3D打印钛植入物可以满足医疗植入物的各种要求和需求，从而可以让公司很快收回成本。特别是在手术前紧迫的时间压力下，无模具制造的快速高效，极大地节约了时间成本。可以说，针对特定患者的3D打印钛植入物是临床实践的一个巨大进步。KLS Martin 集团公司采用增材制造的战略决策对此也起到了重要的推动作用。

 满足各种标准和要求

进行医疗领域产品的生产，首先，必须获得欧洲 CE 标志；此外，必须遵守德国 DIN 标准 13485 要求及美国食品和药物管理局（FDA）法规。Frank Reinauer 先生表示：“不同国家还有不同的特殊规定，但其基础还是医疗器械法或者 MDR、医疗器械监管法的技术要求。当然，各国当局也会对我们进行审核。”

在 3D 金属打印面市之后，人们很快发现，对于钛材料骨接合术来说，激光熔融技术是首选工艺。现在，体积大、几何结构复杂的颌面修复重建也已成为可能。而这些用于修复重建的钛材料部件强度极高，也具有极佳的生物相容性，即使过敏患者也能够极好的接受。另外，采用金属增材制造工艺还可以在植入物的某些局部制作出粗糙表面，使得骨骼与植入物的边缘可以快速生长到一起。

此外，Frank Reinauer先生表示：“3D打印钛植入物还有另一个非常重要的特点，即可以针对特定患者进行个体化设计生产，可以做到特定的几何形状和高度的准确精度。”使用诸如 CT（计算机断层扫描）或 MRI （磁共振成像）的成像技术，外科医生可以调节单个患者的特定解剖结构。Karl Leibinger Medizintechnik公司的工程师以 STL 数据的形式为 Concept Laser M2 cusing 进行 3D 建模和制造提供初始数据。

 Concept laser激光熔融技术：在生产定制植入物中的优势

Karl Leibinger Medizintechnik公司所采用的Concept laser增材制造设备完全采用数字化工艺流程。其 M2 cusing 金属 3D打印机生产快速、高效，甚至可以在 250 x 250 x 280 mm³ (x, y, z) 的空间内进行大体积的部件生产。

M2 cusing金属3D打印机遵循ATEX 准侧设计，保证对钛或钛合金等反射性材料进行安全可靠的加工。Frank Reinauer先生表示：“对于反射性金属材料的加工处理，Concept Laser 设备无疑已在安全性、零污染概念等方面树立起行业标杆。”

和 Concept Laser 的所有机器解决方案一样，M2 cusing 从操作员的便利性和安全性角度出发，在产品结构上分离了工艺室和操作区域；它坚固耐用，可以24小时不停机生产；在构造部件后，为了消除应力还会对部件进行热处理，并在 7 级洁净室内灭菌后进行包装。

定制化3D打印钛植入物的特点

1.     可以打造任意几何形状、精确度极高可以做到完美匹配，保证了功能和美观

2.     可以制作大型构件的复杂结构

3.     可定义边缘和表面特征，以确保骨骼生长良好

4.     先进的无模具生产和快速的工艺链

5.     生产可重复性高

6.     钛具有生物相容性、高强度等特点

7.     钛具有延展性、耐腐蚀性和耐温性

8.     安全快捷的手术

9.     患者康复更快

10.   最终缓解健康系统的负担

 关于KLS Martin

中型企业集团 KLS Martin 位于德国图林根，致力于开发综合性医疗技术解决方案。它与外科医生和医疗专业人员密切合作，致力于帮助更多的患者恢复健康。

1923 年，通货膨胀席卷德国，企业只能从海外赚取具有稳定价值的货币。但是，出口需要公司达到一定的规模。为了达到这个规模，来自图林根的七家竞争企业联合在了一起，成立销售公司 Gebrüder Martin，这其中就包括 Karl Leibinger Medizintechnik有限两合公司。

KLS Martin 的销售额约有 75％来自于国外市场，其中约三分之二在欧洲。该集团在美国、俄罗斯、中国、日本、迪拜/阿联酋、巴西，马来西亚、澳大利亚、意大利、法国和荷兰均有子公司和合作企业。

文章来源：Concept Laser

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之前，3D科学谷介绍过美铝分拆出的下游业务的公司Arconic,Arconic的主要业务包括金属粉末生产、3D 打印、热等静压、锻造、铸造、机加工、质量检测。本期，我们一起来看几家国际上的知名打印服务公司，尤其是位于美国的Sintavia，来感受专业级的打印服务，设备只是其中的一环，完整的工艺链很重要。

Sintavia专注于粉末床选择性激光熔化技术，其打印设备包括SLM Solutions 280HL 400W双激光头, EOS M290 400W, Concept Laser M2 400W,和一台Arcam Q20+。Sintavia擅长Inconel 718合金、Inconel 625合金、铝、钛、钴铬合金、不锈钢等金属粉末的打印。

作为材料特性实验室的服务代表，Sintavia使用当今最先进的设备，提供全面的机械检测能力。典型的机械检测属性包括弹性、抗张强度、延伸率、硬度、断裂韧性、抗冲击性、蠕变、应力断裂和疲劳极限实证。

Sintavia的冶金分析实验室是全球最先进、最高端的实验室之一。Sintavia提供全系列的金相制备能力，包括分割、装配、研磨、抛光和蚀刻。公司自身所具有的这一能力对于原料和指标开发至关重要。

我们知道，为了将其业务链补充完整，美铝已经在密歇根的Whitehall投资了2千多万美元用来提高对3D 打印的金属零部件后处理中热等静压的能力。Sintavia采用的是Quintus Technologies 热等静压（HIP）技术，通过热等静压和热处理技术能够消除零件中对疲劳寿命产生影响的孔隙，从而提高钛合金和高温合金3D打印零部件的材料性能。

通过引进这些设备，在打印服务的开始，Sintavia与客户一起确定合适的参数，从而提升工作质量，并带来零件的高速生产。Sintavia打造的一站式服务包括设计、粉末分析、打印、CT扫描、金相分析、力学测试等。在这方面，Sintavia通过了AS9100 certified和ISO 17025/ANAB认证。

Sintavia目前的业务主要专注于为全球航空航天和国防制造商提供OEM零部件的增材制造生产。Sintavia的业务还扩展到能源、汽车、发电领域。

针对于铝合金的加工，Sintavia开发出了完整的端到端的参数体系，Sintavia通过专有工艺来打印F357铝粉末，从而满足航空航天和汽车行业对低密度、良好的加工性和热传导元件的需求。Sintavia的总裁兼首席运营Doug Hedges 认为航空航天和汽车行业对于铝硅合金的需求正在上升，Sintavia的综合制造能力使的F357铝合金的制造更加快速，并且达到或超过行业的严格验证参数要求。

Sintavia独家的铝合金加工工艺是一整套的体系，不仅包括预构建材料分析，还包括后期热处理和压力消除，从而能够生产出高达125%的设计强度，精密度达100%。通过常温、高温强度验证，以及零度以下的温度验证，Sintavia能够快速生产出满足要求的铝件。

在这里，Sintavia是3D打印服务商打造一站式服务能力的一个经典代表，国际上知名的3D 打印服务商可以说是各具特色，各有千秋。美国3D打印服务商Proto Labs在北卡罗来纳州的卡瑞建造了一个7000多平方米的大型工厂。Proto Labs制造服务的一个特点是用来驱动公司整体工作流程的自动化软件。整个的工作流程依赖于一个“数字线”，连接业务的每一个方面，从报价生成到打印再到运输标签和发送订单都实现自动化的管理工作。

另外一家德国公司FIT，配备了15台SLM Solutions的设备以及3台EOS的设备来加工铝合金和超合金材料。工厂内部通过高度自动化来提升效率，包括粉末的上下料装置，供粉装置通过工厂上方的管道贯穿起来，当然在增材制造领域运用数字制造是具有颠覆力量的，但同时也是高度复杂的。

还有一家德国公司Materials Solutions，已被西门子控股85%。Materials Solutions擅长高温合金的加工，包括镍基，铁－镍基，钴基合金。通过严格控制关键过程的变量和工艺窗口，产生了可重复的生产过程，带来非常稳定的材料性能和零件的几何形状。

越来越多的OEM要求缩短交货周期，从而提升他们的制造业供应链质量。对于端到端的速度，数据的安全性，和质量的一致性，这些都给3D打印服务商带来了挑战，而3D打印服务商在面临着前所未有的机遇的同时，也在精益制造领域不断为自己设立新的标杆，从而获得竞争优势。

3D打印服务商几乎都是一路交着高昂的“学费”而达到目前的状态的，这些“学费”打造了服务商的核心竞争力，那就是对于系统、工艺、材料、后处理、质量检测的konw-how。3D打印服务商必须了解整个流程链，只有在整个工艺链上多处用力，才能在每个点上获得比别人领先的学习曲线，而领先就意味着竞争力。

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据了解，Jung & Co.公司是加工不锈钢/合金、各种铝合金或钛等金属材料的生产专家。拥有材料学方面最专业的技术知识、最先进的 CNC 机床以及最专业的顾问团队。其业务范围覆盖饮料和食品行业、医药和化工技术、设备制造、航空以及化石燃料提取行业等。该公司的核心业务之一就是为饮料灌装设备制造不锈钢备件。

专业知识传承确保真正的协同效应
Jung & Co.公司主要是对不锈钢、铝和钛等金属材料进行加工生产。40 多年来，公司运用自己的专业知识已将这些金属产品应用于多个行业。现在，Jung & Co.除了采用传统的切屑工艺进行生产之外，又扩展采用了最具创新概念的金属激光熔融工艺——增材制造法。该制造法主要是通过一台来自 Concept Laser 的 M2 cusing Multiaser 实现。

Thomas Lehmann先生介绍说:“我们开发了一种跨工艺的、始终面向实际应用的不锈钢解决方案。我们通过传统的切削法、混合制造法或完全的增材制造法生产零件或组件。客户可以从我们一站式的全方位服务中快速得到精密的最终产品。”

在第一次体验增材制造法之后，Jung & Co. 就迈出了第一步——“按需备件”一词成为可能。对此，Thomas Lehmann介绍说： “刚开始我们的客户认为：这个想法太疯狂了！太贵了！完全不现实！因此，我们的工作首先是要让人信服。”因“按需备件”这一理念恰恰是因为不可否认的经济因素才出现的。

连续使用中的饮料灌装设备
具备高可用性和灵活性对于饮料行业的灌装设备来说非常重要，因为它必须能够灌装各种大小的瓶或罐。灌装设备的任务包括：对瓶或罐进行灌装、封口，最后输送到后处理站点。根据食品法，灌装设备最重要的要求就是要保证清洁和卫生。因此，不锈钢是这个行业优先选择的材料。

图1：时间就是金钱：现代化高性能灌装设备的检修必须非常快速地完成。根据整条灌装线的规模和灌装能力，每小时的生产损失可达到约 4,000.- € 至约 30,000.- €。

对于饮料业的灌装设备来说，每小时高达 40,000 – 80,000 瓶或罐的生产速度并不是什么罕见的事。这个行业以速度“为生”。一旦停机，经济性就将大打折扣。查找故障、申购备件、发货和安装——最坏情况下这些可能需要好几天，交易中还可能出现交货延迟。根据整条灌装线的规模和灌装能力，每小时的生产损失可达到约 4,000 欧元至约 30,000欧元。而有时，灌装商不得已将生产转向其它灌装线时，还必须根据容器对其生产线进行调整。这些对于生产经理和所有员工来说，都是极力想要避免的紧急状况。

对此，“我们总是对客户说：其实完全可以不必如此的。采用增材制造的不锈钢部件可以做到按需打印生产，并且还可进行设计优化。”Thomas Lehmann先生接着说道：“但正是这个具有革命性的想法，导致了大部分客户从一开始就表示怀疑。”事实上，Jung & Co. 已经让长期合作的饮料行业客户迅速转向了增材制造。

减少组件中的部件并提高可用性
很早就和Concept Laser 合作，进行不锈钢激光熔融的 Thomas Lehmann先生非常清楚3D金属打印的优势：增材制造解决方案意味着在保证 CAD 设计符合工艺要求的同时，还留有很高的几何自由度。此外，部件或整个组件都可采用一步到位的方案出现。 如果灌装商需要新的罐灌装阀，完全可以根据 CAD 数据尽快制造出该部件供客户安装，从而大幅缩短停机时间。

为饮料灌装机制造备件是Jung & Co.公司的核心业务之一。如刚才所述的罐灌装阀，组件中很多都不是标准部件，而是客户定制的解决方案。采用传统方法制造时，因该组件由七个采用了1.4404 不锈钢制成的部件组成，因此还需要增添必要的密封件。生产过程中，首先必须在 CNC 机床上通过铣削或车削精密切削出这些不锈钢部件，然后手动进行装配。接着将组件放入仓库，以便 – 为了以防万一 – 能够快速反应并让灌装设备重新起动。

“现在，该罐灌装阀经过了重新设计，可以在 M2 cusing Multilaser 上仅通过一道工序即可制造完成。因此，无需再考虑因组件接合产生的密封件和接口。装配的取消不仅降低了成本，还带来了时间优势。采用传统方式制造该部件，包括采购必要的精密铸造件在内总共需要约 8 – 10 周时间，而采用增材制造法仅需约 1 周。” Thomas Lehmann先生详细地介绍说，“原则上，当出现突如其来的需求时，我们就可以这样制造和准时交付按需备件。对于作为制造商的我们和作为用户的客户来说，如果需要让检修或停机时间尽可能短，那么这种可生产精密零件的工艺所带来的优势必定是非常诱人的。”此外，不必提前采购和存放备件也降低了资金投入。

新的部件解决方案和高可重复性
尽管如此，在增材制造生产的过程中，组件开发仍是一项小壮举。高动态性灌装机的负载要求是很高的，因此罐灌装阀需要经过密集的负载测试。此外，还需要进行拓扑优化和设计调整以及精加工成本和零件应力消除调查。

Thomas Lehmann先生说：“部件开发是一个激动人心的过程。在开发过程中，会开辟出一条新的、有针对性的路径。成品 3D 部件不仅看起来与传统的不同，还会轻约 35 %。大多数情况下，重量减轻可能比这一比例还要多。”

图2：采用传统方式制造的罐灌装阀由七个部件、密封件和螺栓组成，需要进行装配。采用传统方式制造该部件时，包括采购必要的精密铸造件在内需要约 8-10 周时间。

根据 Jung & Co. 提供的信息，采用增材制造法所创造的可能性是多层次的：可以引入轻量化方法或进行功能集成，例如冷却、回火或传感器；可以进行混合制造，这一方法具有非常重要的意义；高度的可重复性，一旦过程参数确定，即可确保质量水平（包括随附文档）始终如一。Thomas Lehmann先生介绍说：“3D 金属打印的许多方面都需要在与客户洽谈时，进行准确的性能要求分析。只有通过对话才能获得符合工艺要求的解决办法，形成能够让部件性能比以前更强大的新解决方案。成本方面则最终决定了零件的性能和供货的速度。”

Jung & Co. 对 3D 金属打印的展望
从 2015 年起，增材制造法就对 Jung & Co. 的 CNC 制造业务进行了补充。目前，该公司已采用 Concept Laser 带有 2 x 400 W 激光源的 M2 cusing Multilaser 进行增材制造生产。因为需求不断增长，扩大制造规模已势在必行。“我们对 3D 打印金属部件的需求预计将保持稳步的增长。因此，能够让我们的员工，尤其是实习生们熟悉这项新技术，是一件让我非常高兴的事情。”Thomas Lehmann表示：“作为一家中型企业，获取的专业知识在客户洽谈中始终都是重要的论据。”

此外，Jung & Co. 还计划在今年采购一台移动式激光扫描仪，借此将在为客户快速供应备件方面踏上一条全新的道路。Jung & Co.通过激光测量可以现场对客户设备中需要替换的相关部件进行数字描绘。特别是在紧急情况下，客户将相关的 3D 文件在线发送给 Jung & Co. 后，就可立即在激光熔融设备上开始生产。“为了实现过程链的完全数字化，激光扫描仪是符合逻辑的下一步。”Thomas Lehmann表示：“增材制造已为饮料行业灌装设备备件开启了一系列的美好前景。”

—采访 Jung & Co. 总经理 Thomas Lehmann先生—

编辑：Lehmann 先生，按需生产备件的想法是如何产生的？
Thomas Lehmann：实际上，这一直是 Jung & Co. 的梦想。当我们需要向客户提供例如罐灌装阀等产品时，采用传统切削工艺，势必需要一定的供货时间。包括采购必要的精密铸造件的时间在内，前后需要约 12 – 15 周时间。当时的问题是，如何才能做得更快。 在我们开始采用增材制造法之后，我们对产品的视角发生了改变。这一制造方法让生产其他的几何形状成为可能，解决方案也可以更快、组件可以更少。此前由七个组件构成的罐灌装阀，现在可以在一道工序中制造完成，而且还削减掉了用于装配连接的接口和密封件，重量也减轻了约 35 %。现在，制造经过优化的增材部件仅一周时间就够了

编辑：饮料行业的客户反应如何？
Thomas Lehmann：和其他行业一样：刚开始他们都很保守和冷淡。 接下来马上就会问究竟会不会更便宜。实际上，增材制造法更多地是缩短了停机时间，并让设备在检修后可以快速投入运行。在这方面以及在功能或质量方面，3D 解决方案都具有经济优势。然而，我们必须先对增材制造法进行解释，有时候这很艰难。因为增材制造法遵循地是完全不同的规律，我们得淡化许多从传统切削中获得的认知。

编辑：您是怎样找到第一位证明人的呢？
Thomas Lehmann：在各项业务中总有客户与我们保持着密集的对话，我们可以很好地互相倾听。最终，我们为这个项目争取到了几个试点客户。这些客户对该生产工艺都感到惊讶，竟然能够如此快地实际交付罐灌装机组件，并且还能保证以往的精度和密封性。在计算出高性能灌装设备停机一小时所需付出的代价之后，客户就能很快明白 3D 金属打印解决方案的成本比传统解决方案明显更低。这既经济又轻松。此外，客户还获得了质量和功能可靠、符合工艺要求的设计解决方案。

编辑：您为何选择了 Concept Laser 作为设备和机器制造商？
Thomas Lehmann：我们的动机来自于许多不同的层面。在选择合作伙伴时，我们采用了完全开放的方式。在与另一位德国供应商进行的试验中我们发现，激光轨迹很容易重叠，这对我们来说是无法接受的。使用 Concept Laser 的 M2 cusing Multilaser 设备就不会出现这个问题。除了因为我们还需要加工钛之外，Concept Laser 的安全理念以及进一步提高了机器操作舒适性的处理室与操作室空间分离对我们来说也至关重要。不仅是技术和安全，总包也打动了我们。基本上，我们两家企业都属于“匠人”。就这点而言，Concept Laser 和我们的企业理念非常契合：完美的解决方案，以价值为导向，基于伙伴关系的相互配合，高度可信的结论和确保长期合作的强大软因素让我们最终选择了Concept Laser。

来源：Concept Laser GmbH

美国3D打印服务商Proto Labs如今在北卡罗来纳州的卡瑞建造了一个7000多平方米的大型工厂，本期，3D科学谷与谷友一起来看3D打印工厂中的“巨无霸”到底是什么样的？

图片来源：Proto Labs

当然Proto Labs并非一冲动投入如此大的手笔，在新厂之前，他们有两个独立的生产中心，每个大约1000平方米大，一个主要用于SLA光固化技术，一个用于SLM选择性激光融化和SLS选择性激光烧结技术。随着市场需求的增长，Proto Labs想通过原有的产能来满足订单增长的挑战变得越来越吃力，于是才有了这个7000多平方米的“巨型”工厂，为下一步的产能扩张做铺垫。

Proto Labs将原来的70多台设备都搬到了新厂房，这使得他们的设备集中到一个屋檐下了，而且围绕着生产区域，他们还布局了办公和实验室。工厂里预留了3至5年内Proto Labs为扩大产能需添置的设备的空间，这避免了Proto Labs在产能扩张时临时抱佛脚到处寻找工厂的焦虑。

图片来源：Proto Labs

新厂里面目前的设备是SLA、SLS和SLM技术的设备，而作为HP的第一个客户，很快Proto Labs将添置惠普的多射流融合技术设备。

图片来源：Proto Labs

仅仅是使用多种设备无疑并不能体现3D打印服务商的运营能力，Proto Labs制造服务的一个特点是用来驱动公司整体工作流程的自动化软件。整个的工作流程依赖于一个“数字线”，连接业务的每一个方面，从报价生成到打印再到运输标签和发送订单都实现自动化的管理工作。

图片来源：Proto Labs

当然这期间也有人工干预，当涉及到操作打印机和准备零件制造的时候，而自动化的好处是使得Proto Labs能够简化数据处理和订单处理流程，使得成本紧凑高效和避免错误。

图片来源：Proto Labs

为了提高订单的处理和交付过程的效率，Proto Labs的管理软件执行的一些主要功能包括：

-自动检查与3D打印文件相关的几何问题
-设置订单的数量和零件编号
-触发机器操作的工作流程
-审核发送到机器的文件
-运行机器本身

这个数字线程是通过通用软件系统的方式，只所以使用软件来管理，是因为Proto Labs发现人工交流过程中存在着低效和容易发生错误的现象，而通过项目规划和软件管理，使得Proto Labs通过更专业的方式来赢得竞争。

除了自动化管理体系，值得一提的是Proto Labs的3D打印业务只是其收购的FineLine转化过来的。3D科学谷了解到Proto Labs的主要业务是原型制造和小批量生产，在2014年收购3D打印服务公司FineLine之前，Proto Labs通过CNC机加工和注塑设备为其客户提供服务。可以说通过3D打印以及CNC机加工和注塑加工的相互配合，使得Proto Labs提高了为用户提供一站式加工服务的能力并扩大了在外包服务领域的影响力，而3D打印业务的增长速度比FineLine在收购前的年增长25%到30%更快了。

3D科学谷总结下来Proto Labs能够敢于投资7000多平方的工厂的原因有三：

-Proto Labs 深耕加工服务领域多年的订单来源为3D打印服务业务的快速扩张奠定了基础。

-Proto Labs 3D打印服务的几大业务板块便于为客户提供多样化的解决方案，从光固化到金属融化以及金属和尼龙烧结服务。

-Proto Labs的自动化流程管理使得Proto Labs获得了精益制造的领先优势，节约沟通成本、提高效率、为客户创造价值。

这或许可以为国内的3D打印服务商的成长之路带来些许启示。

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之前3D科学谷与2015年介绍过Thales Alenia 宇航公司在Koreasat 5A和Koreasat 7通讯卫星上应用欧洲最大的3D打印部件，该部件是安装到位韩国的新通信卫星 Koreasat-5A 和 Koreasat-7 上面的，是泰雷兹阿莱尼亚宇航公司（Thales Alenia Space）和法国3D 打印服务公司 Poly-Shape SAS共同合作制造的。Koreasat-7 将于 2017 年升空进入东 116º 的太空轨道位置，覆盖韩国、菲律宾、印度尼西亚和印度地区；Koreasat-5A 也将于2017年第二个季度发射升空，并进入东 113°的太空轨道位置，覆盖韩国、日本、中南半岛和中东地区。

来源：Concept Laser

据Concept Laser, Koreasat-5A 和 Koreasat-7 的天线支架将成为迄今为止，欧洲采用基于粉末床的金属激光熔融技术制造并送入太空轨道的最大体积零件。其尺寸为 447 x 204.5 x 391 mm ，重量却只有 1.13 kg，可以称得上是真正的轻量化部件。但对于Thales Alenia Space来说，真正的挑战还是来自于部件的尺寸。本期，3D科学谷与谷友深入了解一下来自卫星用专业金属打印部件的挑战。

轻量化结构和成本缩减是主要优势
铝 (Al) 在重量和导热性上具有优势，是卫星上最常用的金属材料，因为卫星需要送入太空轨道的重量越轻越好。据Thales Alenia Space 增材制造负责人 Florence Montredon 介绍：“根据以往经验，把 1kg 重量送入太空轨道的实际成本大约是 20,000 欧元，因此每一克都要精打细算。Koreasat-5A 和 Koreasat-7这两颗新卫星的起飞重量都在 3,500 kg 左右。”而增材制造技术在轻量化结构方面具有巨大的潜力。

太空应用要求所使用的材料具有很高的强度、刚度和耐腐蚀性，因此Thales Alenia Space 为该增材制造部件选用了 AISi7Mg 合金。且在部件的验证过程中，该增材制造成品部件低于 1 % 的低孔隙率，并最终成功通过了 Thales Alenia Space公司的动态测试。Florence Montredon表示：“增材制造的效果很显著：与传统结构相比，仿生的增材制造结构重量减轻了 22%。更重要的是，生产效率极大提高的同时，成本还下降了 30%。”

30 % 的成本削减和多个因素有关，首先，消除了组装成本：只需生产1个增材仿生部件，设计制造一次性完成，而此前需要生产9 个零件并进行再组装；其次，省去了使用铸造工艺时必不可少的制模成本；以及，最令人关注的时间成本，增材制造技术可轻松并保证如期完成项目。

Poly-Shape 拥有 28 台具备不同构造空间大小的 3D 金属打印设备。目前，Poly-Shape 所有可使用铝合金粉材进行 3D 打印的设备中，构造空间尺寸最大的是 Concept Laser 的 X line 1000R。该设备可提供 630 x 400 x 500 mm3 的构造空间，在惰性气体保护下，进行安全生产和粉末筛分管理，这些都是依据ATEX安全标准设计。此外，X line 1000R 的工作台和加工区间可以旋转，当清洁加工完的工件的时候，工作台的另外一面可以同时进行新的工件的加工，因此可以提高设备的加工时间。

其升级型号 X line 2000R 甚至拥有更大的构造空间 (800 x 400 x 500 mm3)，相比 X line 1000R，其有效构造体积再次增大了约 27 %，从 126 l 增加至 160 l。此外，该升级型号使用了两部功率各为 1,000 W的激光器。处理 447 x 204.5 x 391 mm3 的构建尺寸时，毫无疑问需要最大程度地控制翘曲现象发生。X line 1000R 为构造空间提供了均衡的温度控制，避免在制造“超大型”部件时产生翘曲。制造大型而又复杂的仿生几何形状当然是很耗费时间的，但Concept Laser的 3D 金属打印设备在进行该项目产品生产时只用了几天时间。

Florence Montredon介绍说：“很明显，我们已经证实增材制造将是更多项目的有力竞争者。将来，我们还希望直接在 3D 结构上或内部置入热控或无线电功能部件，即下一个任务是进行功能集成。这也是根据增材制造的潜力得到的一个合乎逻辑的结果。

Koreasat-5A 和Koreasat-7 项目展示了超大型高精增材制造部件在太空应用中的可行性。采用仿生设计，增材制造完成的部件可将此前需要生产的 9 个零件削减为1个零件，一次性完成的工艺让制造过程中不再有此前的组装成本；同时还得到了明显更好的轻量化结构潜力；使用增材制造解决方案可以减去 22 % 的重量，最终重量仅 1.13 kg。在这种每一克重量都至关重要的应用中，这是一个不小的飞跃；3D 几何形状可以根据在太空轨道中的使用条件进行优化修整。

来源：Concept Laser

就Koreasat-5A 和 Koreasat-7 项目，了解更多3D 金属打印部件背后的故事，且听Thales Alenia Space 和 Poly-Shape相关负责人如何回答采访问题。

受访者：
Florence Montredon，Thales Alenia Space公司增材制造技术开发部经理，Cannes（法国）
Stéphane Abed，Poly-Shape SAS 公司CEO，Salon de Provence（法国）

提问：贵公司的产品生产，您会选用哪种技术和制造方法？
Florence Montredon：因为卫星的生产数量以及卫星各单个部件的生产数量都极少，所以 3D 打印技术是目前最理想的制造方法。而相比较而言，对于铸造件，也就是和模具有关的制造方法则更适合于那些需要大批量制造的部件生产。

提问：请您简短地介绍一下 Koreasat-5A 和Koreasat-7 项目。
Florence Montredon：我们希望通过制造通信卫星 Koreasat-5A 和 Koreasat-7 证明激光熔融技术为我们的应用开启了大量的可能。我们这次采用3D打印技术的主要优势在于从设计、开发到成品的时间轴极短，且它还具有很高的经济性。

提问：要制造这个最大的 3D 金属部件，都有哪些特别的挑战？
Stéphane Abed：主要的问题来自于诸如可行性、翘曲角度、几何形状以及重量等方面的挑战。但我们的设计人员可以使用 CAE/CAD 优化工具对设计，即几何形状进行符合工艺要求的优化，同时减轻重量并满足负载要求。

提问：为什么选择了激光熔融技术？
Florence Montredon：激光熔融技术对于卫星制造是一种非常有前途的制造工艺。对于极少部件的生产，该技术堪称完美，不仅为轻量化结构开辟了发挥空间，而且非常适合于高度复杂的几何形状。

提问：与以前的制造工艺相比，从这个采用激光熔融技术的项目中您获得了哪些经验？
Florence Montredon：基于粉末床的激光熔融技术很适合于对设计进行优化，并能大幅减轻重量。而减轻重量是我们最重要的目标。根据之前的经验，把 1kg 重量送入太空轨道的实际成本大约是 20,000 欧元，空间法鼓励我们减少飞行物中金属材料的数量，因为它们会在卫星重返大气层时造成排放危险。因此，卫星的制造关系到轻量化结构、可持续发展和环保等一系列问题。当然，我们也希望这种技术能带来成本缩减，并在航天任务紧凑的时间表中确立优势。和此前包含组装工作的传统解决方案相比，本次项目的成本缩减潜力达到了约 30 %。

提问：为什么选择了 Concept Laser 的设备？
Stéphane Abed：这里选用 Concept Laser 设备特别合适，因为这台机器是独一无二的，它为 3D 金属打印提供了必要的构造空间。因为对于大型部件，除了采用连接技术对零件进行连接外，目前没有其他替代方案可用。然而，连接技术意味着出现薄弱部位，而且连接时还可能会出现损坏。但使用激光熔融的一次性制造方式则不会存在这种情况，而且最重要的是，制造成一个零件还可以让我们更快达到目标。

提问：您在项目中获得了哪些新的经验？
Stéphane Abed：3D金属打印需要为增材制造而设计，这样才能完全发挥出数字化方法的优势。在几何形状自由度方面，它拥有巨大的优势，而传统的制造技术完全无法比拟。数字化零件具有不同的外观，性能更强，并且有着越来越轻的趋势。在特定的批量范围内，我的意思是在中小批量中，它经常是更经济的替代方案。但是这个界限在逐年上移，增材制造适合的范围在不断扩大。毫无疑问，Thales Alenia Space 的任务对整个团队都是一个特殊的挑战，但这也是优势，我们在设计、开发和过程设计方面都积累了大量知识。这些知识自然而然会有益于我们来自航空和航天工业的其他客户。我总是说：为了能够立足于增材工艺的最前沿，这次在航空和航天工业领域内的尝试是很好的培训和练习机会。
Florence Montredon：为了能够在高要求的航天应用中获得高品质的质量，必然要求终端用户和制造商之间拥有稳固的合作关系，而且合作伙伴之间必须相互信赖。另外，为了严格遵守时间表，Thales Alenia Space 和 Poly-Shape 之间的紧密合作和互动也是必不可少的，团队合作和沟通交流非常重要。

提问：功能集成是否在项目中起到了作用？您认为它未来的前景如何？
Stéphane Abed：这个 3D 铝制零件取代了此前设计的 9 个零件。旧设计是对两块夹心式蜂窝板以及金属嵌件和铣削腹板进行组合，通过螺栓和粘贴进行安装。现在，我们可以通过一次性制造的单一部件塑造出这种附带组装成本的结构。

来源：Concept Laser，3D科学谷局部修改