本期分享的是近期国内增材制造领域标准发布情况。

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 国家标准

电子束选区熔化增材制造机床 通用技术条件

Electron beam selective melting additive manufacturing machines—General technical requirements
国家标准计划

国家标准计划《电子束选区熔化增材制造机床 通用技术条件》由 TC161（全国特种加工机床标准化技术委员会）归口 ，主管部门为中国机械工业联合会。拟实施日期：发布后6个月正式实施。

主要起草单位： 天津清研智束科技有限公司 、西安赛隆增材技术股份有限公司 、中国航空制造技术研究院 、苏州电加工机床研究所有限公司 、广东博克斯智能机床科技有限公司 、北京清研智束科技有限公司 、西安增材制造国家研究院有限公司 、清华大学 、中机研标准技术研究院（北京）有限公司 、深圳协同创新高科技发展有限公司 、北京航星机器制造有限公司 、北京爱康宜诚医疗器材有限公司 、无锡市检验检测认证研究院 、常州必邻精密制造有限公司 、西安交通大学 、浙江工业大学 。

主要起草人： 赵德陈 、刘利 、赵培 、陈玮 、吴强 、杨贱生 、阚文斌 、王志翔 、林峰 、王应 、李海斌 、姚彩虹 、王志敏 、王彩梅 、吕新峰 、贾存锋 、郭文华 、姚建华 、向长淑 、周春平 。

增材制造用钛及钛合金丝材

Titanium and titanium alloy wires for additive manufacturing
国家标准

国家标准《增材制造用钛及钛合金丝材》 由TC243（全国有色金属标准化技术委员会）归口，TC243SC3（全国有色金属标准化技术委员会稀有金属分会）执行 ，主管部门为中国有色金属工业协会。

主要起草单位： 宝钛集团有限公司 、宝鸡钛业股份有限公司 、国营芜湖机械厂 、中国航发北京航空材料研究院 、西部超导材料科技股份有限公司 、有色金属技术经济研究院有限责任公司 、西北工业大学 、宝鸡拓普达钛业有限公司 、上海材料研究所有限公司 。

主要起草人： 陶海林 、解晨 、张国栋 、刘向宏 、张伟 、孙虎代 、范朝 、王建斌 、魏高艳 、段晓辉 、李宝霞 、马忠贤 、胡志杰 、马佳琨 、庆达嘎 、冯军宁 、冯永琦 、林鑫 、张亮 、白智辉 。

增材制造用锆及锆合金粉

Zirconium and zirconium alloy powder for additive manufacturing
国家标准

国家标准《增材制造用锆及锆合金粉》 由TC243（全国有色金属标准化技术委员会）归口，TC243SC4（全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会）执行 ，主管部门为中国有色金属工业协会。

主要起草单位： 西安赛隆增材技术股份有限公司 、嘉思特医疗器材（天津）股份有限公司 、国营芜湖机械厂 、西北有色金属研究院 、中国核动力研究设计院 、西北工业大学 、中核北方核燃料元件有限公司 、广东省科学院工业分析检测中心 、中广核研究院有限公司 、广州赛隆增材制造有限责任公司 、华南理工大学 。

主要起草人： 向长淑 、李会霞 、车倩颖 、程康康 、孙念光 、史文 、单奕萌 、王昊 、魏明 、谭小练 、于君 、刘文涛 、卢凤池 、刘峰 、张莹 、宋长辉 。

增材制造 金属粉末定向能量沉积设备激光熔覆头测试方法
标准号：GB/T 43614-2023

Additive manufacturing—Test method for laser cladding head of metal powder directed energy deposition equipments
国家标准

主要起草单位：西安增材制造国家研究院有限公司 、西安交通大学 、雁栖湖基础制造技术研究院（北京）有限公司 、苏州大学 、南京中科煜宸激光技术有限公司 、深圳市金石三维打印科技有限公司 、中机新材料研究院（郑州）有限公司 、山东雷石智能制造股份有限公司 、南京辉锐光电科技有限公司 、西北工业大学 、大连理工大学 、广东增减材科技有限公司 、中国科学院西安光学精密机械研究所 、华南理工大学 、广东汉邦激光科技有限公司 、北京万维增材科技有限公司 、深圳嘉强激光技术有限公司 、陕西新兴热喷涂技术有限责任公司 、中国核动力研究设计院 、中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 、中航迈特增材科技（北京）有限公司 、宁波晶钻科技股份有限公司 、中国航发北京航空材料研究院 、广东省科学院新材料研究所 、中机生产力促进中心有限公司 。

主要起草人：薛飞 高洁 薛莲 石拓 华晨 周恒 杜博睿 侯帅 卢秉恒 齐欢 于君 马广义 周功胜 高铎瑞 王迪 牛留辉 盛彬 罗安琪 尹向阳 李青宇 杨家林 杨磊 张军安 赵梓钧 闫星辰 李海斌 侯颖

增材制造 三维工艺模型数据质量要求

标准号：GB/T 43481-2023
Additive manufacturing—Requirements for data quality of three-dimensional process model
国家标准

主要起草单位： 华中科技大学、裕克施乐塑料制品(太仓)有限公司、雁栖湖基础制造技术研究院(北京)有限公司、广州中望龙腾软件股份有限公司、山东山大华天软件有限公司、中国海洋大学、深圳市金石三维打印科技有限公司、西安增材制造国家研究院有限公司、广东汉邦激光科技有限公司、山东大学、南京理工大学、无锡市检验检测认证研究院、山东创瑞激光科技有限公司、西安交通大学、中国电子科技集团公司第十研究所、共享装备股份有限公司、中机生产力促进中心有限公司
主要起草人： 张李超、胡焕波、闫春泽、薛莲、张军飞、魏威、刘永辉、江泽星、王明明、牛留辉、王协彬、刘婷婷、常白、吕忠利、郭文华、苑博、薛蕊莉、李海斌

增材制造 定向能量沉积金属成形件超声检测方法

标准号：GB/T 43615-2023
Additive manufacturing—Ultrasonic testing for metal parts produced by directed energy deposition
国家标准

起草单位：无锡市检验检测认证研究院、上海材料研究所有限公司、南京航空航天大学无锡研究院、国营芜湖机械厂、北京煜鼎增材制造研究院有限公司、中机生产力促进中心有限公司、中国航空综合技术研究所、中国机械科学研究总院集团有限公司、国标(北京)检验认证有限公司、江苏铭亚科技有限公司、西门子(中国)有限公司、中机新材料研究院(郑州)有限公司

主要起草人：吕新峰 蒋建生 沈理达 胡娟 胡晨 赵国川 薛莲 栗晓飞 李玉成 孙志刚 朱政 张伦兆 刘一胜 钱婷婷 周挺 蔡小叶 薛峰 李长鹏 葛学元

增材制造 激光粉末床熔融用高温合金粉末

标准号：GB/T 43484-2023
Additive manufacturing—Supperalloy powder used for laser powder bed fusion
国家标准

起草单位：中机新材料研究院(郑州)有限公司、西安铂力特增材技术股份有限公司、中航迈特增材科技(北京)有限公司、中机生产力促进中心有限公司、西北工业大学、西安增材制造国家研究院有限公司、深圳市金石三维打印科技有限公司、北京煜鼎增材制造研究院有限公司、鑫精合激光科技发展(北京)有限公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司、无锡市检验检测认证研究院、珠海天威增材有限公司、冶金工业信息标准研究院、广东汉邦激光科技有限公司、浙江亚通焊材有限公司、西安赛隆增材技术股份有限公司、华质卓越生产力促进(北京)有限公司、中国机械科学研究总院集团有限公司、江苏威拉里新材料科技有限公司、中国海洋大学、航天增材科技(北京)有限公司、中天上材增材制造有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、南京航空航天大学、河南省科学院

主要起草人：王淼辉 赵伟 马腾 薛莲 葛学元 林鑫 侯颖 江泽星 钱婷婷 张英伟 何艳丽 胡娟 乔怀信 王琳 刘建业 刘平 车倩颖 李建强 朱政 唐跃跃 刘永辉 焦世坤 范斌 顾孙望 崔妍 王显峰 张国赏

增材制造 系统性能和可靠性 航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备验收试验

标准号：GB/T 43233-2023
Additive manufacturing—System performance and reliability—Acceptance tests for laser-based powder bed fusion equipment of metals for aerospace application
国家标准

起草单位：安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司、安徽拓宝增材制造科技有限公司、国营芜湖机械厂、中机生产力促进中心有限公司、山东创瑞增材制造产业技术研究院有限公司、中航迈特粉冶科技(北京)有限公司、无锡市检验检测认证研究院、广东汉邦激光科技有限公司、南京晨光集团有限责任公司、西安增材制造国家研究院有限公司、安徽铭谷激光智能装备科技有限公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司、湖南华曙高科技股份有限公司、华南理工大学、华质卓越生产力促进(北京)有限公司、宁波晶钻科技股份有限公司、烟台哈尔滨工程大学研究院、上海材料研究所、西安赛隆增材技术股份有限公司
主要起草人：吕晨 张成林 蔡小叶 薛莲 吕忠利 李波 冒浴沂 刘建业 胡伟叶 陈祯 彭丰 李雅莉 潘良明 王迪 栗晓飞 张军安 董涛 杨启云 赵培

增材制造 金属铸件用砂型性能检测方法

标准号：GB/T 43365-2023
Additive manufacturing—Test method of sand mold properties for metal casting
国家标准

起草单位：共享智能铸造产业创新中心有限公司、广东峰华卓立科技股份有限公司、中机生产力促进中心有限公司、中国核动力研究设计院、中国机械总院集团江苏分院有限公司、云南增材佳唯科技有限公司、无锡市检验检测认证研究院、西北工业大学、中国机械科学研究总院集团有限公司、北京交通大学

主要起草人：薛蕊莉 金枫 白晋成 薛莲 何戈宁 庄百亮 冯强 刘晶琳 林鑫 杨国梁 朱政 屈志 金杰

 行业标准

 地方标准 

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随着近年来航空航天、汽车和模具工业的技术进步，零件的结构和形状越来越复杂，材料越来越难加工，因此传统的金属切削加工方法受到严峻的挑战。

同济大学现代制造技术研究所张曙教授在《增材制造和切削混合加工机床增材制造和切削混合加工机床》的文章中特别提出了混合加工的定义和类型，并对三种新一代的增材制造和切削加工混合工艺和机床：粉末床选择性激光熔化3D打印和铣削混合加工、激光堆焊3D打印和铣削混合加工以及超声3D打印与铣削混合加工的原理和应用案例进行了详细的阐述。

 引言

混合加工（Hybrid Machining）是在一台设备上可完成两种不同机理的加工过程，如增材制造（3D打印）和切削加工混合，电加工和超声波加工混合等。混合加工过程借助不同加工方法的优势互补，显著改善了难加工材料（如钛合金）的可加工性，减少了过程力和刀具/工具磨损，对加工零件的复杂表面完整性和光洁度起到积极作用，为产品设计师开辟了新思路，大大促进了高端产品的创新。

混合加工不是通常所说的复合加工。复合加工是指一台机床上集成了包括车、铣、钻、攻丝和深镗孔等多种工序，能够对一个工件通过一次装夹进行从毛坯到成品全部加工，也称为多任务（Multi-tasking）、多功能（Multi-functional）或完整加工（Complete machining）。

混合加工可分为不同能源或工具的混合和不同过程机理的可控应用两大类，不同能源或工具的混合又可分为辅助性过程（如车削时借助激光软化工件表面）以及混合性过程（如电加工和电化学加工同时进行等）。增材制造与切削加工的混合属于不同过程机理可控应用的混合。

 1  现状与趋势

1.1 激光加热辅助切削

激光加热辅助切削（Laser Assisted Machining）是将激光束聚焦在切削刃前的工件表面，在材料被切除前的短时间内将局部加热到高温，使材料的切削性能变得易于切削。通过对工件表面加热，提高材料的塑性，降低切削力，减小刀具磨损，减小振动，从而达到提高加工效率、降低成本、提高表面质量的目的。对高强度材料，激光加热改善了其可加工性，对硬脆材料可将其脆性转化为延展性，使屈服强度降低到断裂强度以下，避免加工中出现裂纹。

振动辅助车削（Vibration Assistance Turning）是在车刀上施加振幅很小（300nm~500nm）的超声振动（40kHz~80kHz），使刀具和工件周期地接触和脱离，从而改变切削过程的物理特性。由于在振动状态下，刀具和工件的接触时间短于相互脱离时间，所形成的切屑短小，切削力小，切削温度低，改善了加工表面的质量。超声振动装置结构相对简单，可作为刀夹部件安装在标准精密车床上，即可对淬硬工件或难加工材料进行镜面车削。

激光加热和超声振动辅助加工的案例如图1所示。

1.2  电加工和磨削的混合加工机床

德国瓦尔特（Walter）公司的Helitronic Diamond刀具磨床按2合1的设计理念，在一台机床上用旋转电极加工PKD/CBN刀具和砂轮磨削硬质合金/高速钢刀具。机床为龙门结构，X、Y、Z轴的移动皆采用直线电机，A、C轴由力矩电机驱动，机床两外侧可分别配置电极/砂轮和刀具工件的交换系统。机床用于加工结构对称而形状复杂的刀具，采用中间皮带驱动的轴，两端可分别安装1~3个旋转电极和砂轮，回转180°切换；采用电主轴时只能在一端安装1~3个旋转电极或砂轮。机床的外观和加工实况如图3所示。

图2：电加工和磨削混合加工的刀具机床

1.3 新趋势:增材制造和切削加工的混合

增材制造的原理是通过材料的不断叠加而形成零件，包括定向粉末沉积、粉末床激光熔化、薄材叠层、液态树脂光固化和丝材熔融等，这些是加法。切削加工是从毛坯上切除多余的材料而形成最终零件，包括车、铣、钻、刨、磨等，与增材制造相反，就材料而言都是减法。增材制造优势在于节省材料、可以构建结构和形状极其复杂的零件，而切削加工却具有高效率、高精度和高表面质量的优点，两者混合和集成在一台机床上就开创了令人鼓舞的应用前景。3D打印是直接数字制造，将产品CAD实体模型切成薄片，按轮廓进行加工，再一层层叠加而成，故也称为叠层制造，是智能制造的支撑技术。

3D打印可构建任意复杂形状的产品，最有效地发挥材料特性，为设计师打开了无限的创新空间。3D打印的产品是定制和个性化的独一无二产品，不仅可按需制造，还可以在本企业就地制造。

应该指出，汽车、航空航天和模具的重要零件都是金属而非塑料制成的；因此金属3D打印零件而非原型制作处于增材制造前沿，开创了产品创新的新纪元。

2  选择性激光熔化3D打印和铣削的混合加工

日本松井（Matsuura）公司推出的Lumex Avance-25 混合加工机床是将激光熔化3D打印与铣削加工集成，其外观和典型加工案例如图3所示。

图3：Lumex Avance-25混合加工机床及其加工案例

Lumex Avance-25是在一台机床上先进行选择性激光熔化（3D打印）加工，然后借助高速铣削精加工整个零件或其部分表面以获得高精度和高表面质量。其原理是每打印10层（约0.5mm~2mm）形成一金属薄片后，用高速铣削（主轴45000r/min）对其轮廓精加工一次，再打印10层，再精铣轮廓，不断重复，最终叠加成为高精度、结构复杂的零件，如图4所示。

图4：激光烧结3D打印和铣削混合加工的过程

改变激光的聚焦大小和粉末材料，可制造出不同材料密度，包括多孔结构的零件。由于一次装夹完成工件的“增材成长”和精加工，激光熔化与铣削混合加工可达到±2.5 μm精度，整个工件的尺寸精度可达±25 μm。

激光熔化和铣削混合加工的最大优点是，无需拼装即可制成复杂模具。传统制造方法是，将复杂模具其分解为若干组件，制成后加以拼装，不仅费时费事，而且不可避免存在一定误差，降低了模具的精度。在激光烧结3D打印和铣削集成的机床上却可将具有深沟、薄壁的复杂模具一次加工完成，完全改变了复杂模具的设计和制造过程。

其次，注射机将融化的塑料射入注塑模时，会产生高温，导致模具冷却时间大于注射成形的时间，冷却管道的设计和加工往往成为注塑模优劣的关键。传统注塑模采用钻孔方法制作直通和交叉的冷却管道，与模具表面形状不等距，热传导不均匀，冷却效果较差。采用激光熔化3D打印，可制作沿模具表面共形的3D冷却管道，发热表面与冷却表面基本等距，明显提高冷却效果，缩短冷却时间，明显提高注射机的生产效率。

3  激光堆焊3D打印和铣削混合加工机床

3.1 德马吉的LASERTEC 65 3D机床

德马吉森精机（DMG MORI）公司推出LASERTEC 65 3D，是将激光堆焊技术与5轴铣削技术集于一体，构成独特的混合加工机床，其外观如图5所示。

图5: LASERTEC 65 3D机床的外观

LASERTEC 65 3D混合加工机床配有2kW的激光器进行激光堆焊3D打印，同时还借助全功能的高刚性的单体（monoBLOCK）结构的5轴联动数控铣床进行高精度的铣削加工。“LASERTEC 65 3D的铣削加工与激光加工之间能全自动切换，它能完整加工带底切的复杂工件，能进行修复加工和对模具及机械零件甚至医疗器械零件进行局部或全面的喷涂加工。与粉床的激光焊接方法不同，激光堆焊技术通过金属粉末喷嘴可生产大型零件。堆焊速度可达1 kg/h，比粉床激光烧结方法制造零件的速度快10倍。它与铣削技术的结合开创了全新的应用领域。复杂的工件通过多个步骤成形，铣削与堆焊可交替进行。这样，由于几何形状的限制无法用刀具加工的零件部位能在最终成形前加工，并达到最终精度要求。

混合加工机床不仅拥有数控铣床优点，如高精度和高表面质量，还有粉末堆焊技术的灵活性和堆焊速度快的优点。例如，对于整体构件，需要铣削切除的金属比例达95%，而用增材方法仅在需要的地方堆焊。这将大幅节省贵重的工件材料和降低加工成本。

激光器以及所带的粉末堆焊头一起安装在铣削主轴的HSK刀柄处。机床进行铣削加工时，它自动停靠在安全的右侧位置。机床与加工过程由数控系统控制，控制系统是带CELOS与Operate 4.5版的Siemens 840D solutionline。

颗粒大小为50µm～200µm的粉末通过激光头中的管道输送到工件表面，与此同时激光束将金属粉末堆焊在基体材料（工件）的表层，并与基体材料结合在一起，中间无空洞也无裂纹，因而结合强度很高。在堆焊过程中，同时提供惰性保护气体，避免熔覆的金属氧化。金属层冷却后，即可进行机械加工。LASERTEC 65 3D激光堆焊头的工作原理和运行实况如图6所示。其技术关键是熔池的温度测量与过程控制，在喷头里有摄像机采集熔池温度图像。

图6: 激光堆焊头的工作原理和运行实况

这个混合加工方法的突出优点之一是允许堆焊多层的不同材料。根据选用的激光器与喷嘴几何参数，堆焊的壁厚从0.1 mm到5 mm，能生成复杂的3D轮廓和几何形状。由于激光堆焊和铣削加工可方便地相互切换和交替进行，使得能够在零件堆焊成形过程中间，精铣工件在成形完后刀具无法到达的部分。典型案例是一喇叭状涡轮增压壳体，底端有带分布孔的法兰，需铣削外圆、平面和钻孔，喇叭外周有12个接头，需焊接、铣削、钻孔等，喇叭口的大于底座的法兰，造成法兰上的孔难以加工。如图7所示。按照传统的制造观念，这是一个工艺性极差、几乎无法在一台设备上加工完毕的零件，但是混合加工却创造了现代制造的奇迹。

图7: 涡轮增压壳体的12道混合加工工序

一般来说，能源或航空航天工业用的数控机床都非常昂贵。因此，用同一台机床进行粗加工、堆焊和精加工将带给客户巨大的经济利益。此外，能源和石油工业的零件通常需要喷涂耐蚀合金，避免磨损。堆焊技术能保护许多应用于恶劣环境中的产品，例如管接头、法兰和特殊结构件。

LASERTEC 65 3D机床的亮点是巧妙结合激光堆焊技术与铣削技术，实现最高的表面质量和工件精度。配粉末喷嘴的激光堆焊比粉床方式的增材制造速度快10倍，金属粉末的利用率高达80%。可加工完整3D工件，最大直径达500 mm，不需要任何支撑构造，甚至可形成悬垂轮廓，直接加工成品件上无法加工到的部位。

德马吉森精机公司最近又推出Lasertec 4300 3D混合加工机床，将同样的增材制造技术与铣削/车削集成，可加工Φ660mm和长1,500mm的工件，进一步为产品设计师开辟新的创新空间。

3.2 3D打印堆焊头

美国混合制造技术（Hybrid Manufacturing Technologies）公司推出结构紧凑的3D打印堆焊头，具有与铣刀锥柄相同的接口，可安装在加工中心刀库中，像刀具一样进行交换。如图8所示。

图8: 美国混合制造技术的堆焊3D打印头

当机械手将堆焊头插入主轴后，连接激光光源、供粉和供气管道的接口座随即移至相应位置，插到堆焊头上，接通各种供应，即可开始工作。由于这种“功能部件”的堆焊头使用方便，颇受各国机床制造商的欢迎，例如，日本马扎克的Integrex i400 AM 增材制造车铣加工中心就采用这种堆焊头，其外观如图9所示。

4  Fabrisonic的超声增材制造

美国Fabrisonic公司是一家与众不同的工业级三维打印机生产商。该公司使用爱迪生焊接研究所的专利开发了一种将超声波焊接与数控加工结合起来的技术，称为超声增材制造（Ultrasonic Additive Manufacturing–UAM）。超声增材制造与LSA、FDM、SLS等增材制造（3D打印）工艺不同，不是采用液态树脂固化、丝材熔融涂覆或激光粉末烧结，而是用超声波去熔融带状金属薄片，一层层叠加起来，从而实现基于叠层制造（Layer Manufacturing）原理的三维打印。超声增材制造与分层实体的薄材选择性切割（LOM）有些类似，不过不是将纸用激光轮廓切割后一层层粘接成零件，而是使用频率高达20,000Hz的超声波施加在金属片上，借助超声波的振荡能量使两个需焊接的表面摩擦，构成分子层间的熔合，然后以同样的原理逐层连续地焊接金属片，并同时通过机械加工来实现精细的三维形状，从而形成坚实的金属物体。借助Fabrisonic的方法可以同时“打印”多种金属材料，如铝、铜、不锈钢和钛合金。由于超声焊接的工作温度很低，不会产生不必要的金相变化。该工艺能够使用成卷的铝或铜质金属箔片制造出有高度复杂内部通道的金属部件。

大多数金属三维打印机成形效率较低，小于100cm3，且工作空间有限。Fabrisonic公司的SonicLayer系列超声增材制造机床的打印效率能达到250cm3~500cm3，其工作台面积为1000mm×600mm，机床外观和工作空间如图9所示。

图9: 超声增材制造机床的外观和工作空间

从图中可见，SonicLayer 4000超声增材制造机床的结构分为两部分，中间是用于铣削加工的主轴，功率为19kW，转速为 8000 r/min；右侧为9kW的超声增材制造焊头，焊接力1,200 kg，最大进给速度为5,000mm/min，用于增材制造金属零件。

由此可见，这种超声增材制造设备是在3轴数控机床的基础上衍生出来的，焊接过程可以在任何时点停止，然后再用机械加工做出内部的三维通道。然后再用增材制造将其密封起来。

由于电子设备往往会产生热量，热管理组件往往会成为设计的关键部分。这种热交换器装置过去是借助数控机床加工而成的，但机加工在创建复杂的通道以及阵列式的交叉钻孔和内部路径的能力十分有限。而如今可以通过超声增材制造来制造出拥有复杂内部通路的金属部件，使其具备良好的热传导性。因为超声增材制造工艺是固态的，温度低于250℃，没有达到金属熔化温度。超声增材制造工艺可以用来将导线、带、箔和所谓的“智能材料”比如传感器、电子电路和致动器等完全嵌入密实的金属结构，而不会导致任何损坏，从而为电子器件的设计带来新的可能性，如图10所示。

图10: 超声增材制造的典型应用

 5  结语

增材制造与传统切削加工的集成在一起，解决了许多传统加工方法，包括3D打印的难题，为产品设计师开创拓了的新的创新空间，成为智能制造的一支新的生力军。

参考文献

[1] 张曙.混合加工挑战传统[J].现代制造现代金属加工,2015,12:9-11.

[2]B Lauwers, F Klocke, A Klink, et al. Hybrid processes in manufacturing[J]. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 2014, 63(2):561–583.

[3] A Richter.Hybrid machining expands a part designer’s pallet[J/OL]. Cutting tool engineering, 2015, www.ctemag.com/aa_pages/2015/150109-hybrid.html[2015-11-08].

[4]DMGMORI.Additive Manufacturing in Milling quality[OB/OL].http://cn.dmgmori.com/产品/lasertec/lasertec-additivemanufacturing[2015-11-08].

[5]Matsuura. Unique one process solution: laser sintering and milling[OB/OL].http://www.matsuura.co.jp/english/contents/products/lumex.html[2015-11-08].

[6]Fabsonic.3D metal printing technology without the compromise [OB/OL].http://fabrisonic.com/ultrasonic-additive-manufacturing-overview/[2015-11-08].

[7]Hybrid ManufacturingTechnologies.The AMBIT™ multi-task system-As easy as tool change[OB/OL]. http://www.hybridmanutech.com/technology.html[2015-11-08].

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在英国TCT杂志25卷第二期杂志的封面故事，是一个如同越南下龙湾的礁石柱从水面升起一般的金属增材成型作品。大写的“金属增材并非孤岛”的字样可以说是雷尼绍对于完整产业链的真实独白。

打印的部件指是由HiETA Technologies与Delta Motorsport合作设计和制造、用于微型燃气涡轮系统的并流换热器，被视为Innovate UK 选择性激光制造轮机（SLaMMIT）项目的一部分，是一个成功运用增材制造（AM）典型案例。

图片：微型涡轮增程器项目，微型涡轮轴増程发动机（MiTRE）（左），和长方形热交换器SLAMMiT同流换热器横截面（右），来源：TCT

HiETA Technologies成立于2011年，致力于在两个主要领域实施增材制造技术：热管理和轻量化。HiETA借助一系列雷尼绍设备来实现此目标，并在AM250之外新加入了RenAM 500M的设备。雷尼绍与HiETA之间的合作关系远非普通甲方乙方的关系；雷尼绍曾协助HiETA开发其产品流程和数据流，去年通过增加至24.9％的股权投资将对HiETA来深化其合作关系。

按照惯例，HiETA正在改进的热交换产品是由很薄的材料焊接制成的。复杂的设计使生产既麻烦又耗时，而冗余的焊料则增加了部件的整体重量。又复杂、又重、又费时费力？听起来是增材制造大显身手的机会。

以前，很少有人研究增材在此类热交换器中制造金属薄膜的测试。第一项测试是能够制造仅150微米的不泄露的薄膜并采集数据。

雷尼绍和HiETA各自采用了不同的参数设置来生产样品，在各自的总部将样品热处理和定型，并确定在特定参数设定下的表征情况。这些结果使得公司能够在薄壁构建的问题上确定最佳参数，并使HiETA能够开发出流程手册，其中包含热交换器的金属3D打印中的传热参数。

 应用科学

HiETA的专业知识对汽车应用极具吸引力，尤其是需要利用热交换和轻量化来扩展电池使用的电动汽车。

Delta Motorsport成立于2005年，总部设在锡尔弗斯通，以高度自动化的工程解决方案，生产电动汽车而闻名于世，而当要改进他们的产品时他们也找到了HiETA。对于另一个Innovate UK项目，Delta和HiETA制造了一款长方形并流换热器，作为微型涡轮引擎（MiTRE）的一部分，这个引擎由英国工业大臣Nick Hurd于2016年在Millbrook的Cenex低碳车辆事件中揭幕。

图片：Delta Motorsport电动汽车，来源：TCT

Delta Motorsport的高级工程经理Scott Herring说道：“AM使我们能够将大量技术集成起来。长方形的并流换热器开发出来到现在已经有四年，这个产品的开发是解决电动汽车设计难问题的基石；使电动汽车能转载更小更智能的电池包，我们正在设计一款载有小电池组的电动汽车，虽然在行驶里程上尚有局限，但已经能载你完成1-2次短途旅程”

图片：装配HiETA的MiTRE的 Delta Motorsport汽车发动机，来源：TCT

了解增材制造换热器的可行性后，Hieta和Delta Motorsport便引进了雷尼绍技术，该换热器的前盖板，使用增材制造看上去使组件设计变得更加复杂。环形的设计构造使得换热器能包裹在其他部件上并配置歧管，以创建更加紧凑的总成系统。

制造时间从17天缩短至80个小时，详尽的测试表明了该组件能够满足降温和散热的要求，与常规生产的部件相比，其重量与所占空间均降低30%左右。总之成为封面故事实至名归。

 3D科学谷REVIEW

汽车热交换器通过增材制造的方式来提升性能的市场机会是巨大的。研究与市场报告显示汽车热交换器是个全球市场价值超过120亿美金的市场，而且年复合增长率（CAGR）在6％左右，到2020年将达到180亿美元。

热交换器的技术发展在过去20年里几乎可以说是停滞状态，由于传统的、减材制造方法对加工带来很多限制。随着粉末床选择性金属熔化技术的发展，我们知道金属增材制造在随形冷却模具领域的应用是十分具有潜力的，与随形冷却模具的道理类似，通过增材制造的方式生产的热交换器不但减少了重量，同时提高了热交换接触效率，提升了热交换器的整体性能。

由于几何形状的高度自由度，增材制造技术带来更高的表面积密度效率，良好的热交换和流体通路可以实现泵气损失和热交换之间的一个很好的妥协。

在热交换器领域，除了案例的HiETA,还有另外一家公司Conflux，专门致力于新一代热交换器的开发工作。”Doing more with less”,Conflux认为通过增材制造的方式制造的热交换器直接带来了许多好处，包括更高的热交换效率，更有效的减少重量，减少液滴的压力泄露风险，以及更高的系统效率。

3D科学谷相信3D打印在汽车领域的应用将超越原型，增材制造不仅仅适合汽车领域的原型和设计认证，其潜力的制约性在于我们自身思路的限制，而不是增材制造技术本身。

了解更多3D打印的应用，透视行业发展趋势，欢迎制造业应用端、科研机构、教育机构、金融机构、政策制定人士等，参加TCT亚洲展会及峰会。

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增材制造技术以其独特的成形方式及技术优势，正在逐步融入现有工业体系中，与传统减材与等材制造技术融合、互补，成为未来工业制造领域不可替代的一部分。增材制造技术基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动，通过原材料（粉末、丝材、液体等）直接制造零件，从而在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。

3D打印零件质量有据可循

长久以来，在传统制造技术条件下，零件采购及验收已形成了一套完整的技术要求及验收方法，但这些都是基于传统技术对于零件产品几何尺寸、表面粗糙度、制造工艺等方面的要求，并不能完全适用于增材制造技术产品采购时的相关要求。

鉴于增材制造技术的特点，在其零件采购时，应主要考虑方面包括：零件几何外形；尺寸公差；表面形貌；零件构建取向；零件生产用原材料；零件修复；可接受缺陷或偏差；以及工艺质量控制信息等；

1、零件几何外形
零件尺寸外形信息一般包括工程图纸、数字文件等，对零件进行全面的定义，并且所提供的数字文件（包括3D模型或零件几何尺寸信息）应能在供应商与采购商双方系统内兼容。

2、尺寸公差
增材制造技术由于其特殊的制造过程及较低的工艺约束，在其最终零件的尺寸公差方面应有特殊的要求。在其功能区（例如，精加工需要留有机械加工余量区域）和非功能区（例如，仅用于美观或装饰的区域）的尺寸公差要求不同，在采购时需要明确说明。一般来说，一般公差应符合ISO 2768-1和ISO 2768-2。

3、表面形貌
在采购订货时，应该指定增材制造零件的表面形貌，例如，可以参考现有标准ISO 1302或ISO 25178来确定。可以通过指定整个零件或关键部位的表面粗糙度或波形来形成表面形貌的要求。

4、零件构建取向
零件构建取向的不同会直接影响零件的最终性能。因此，在采购时，应指明零件构建取向及对应的制造工艺。构建取向的表示可参考ISO/ASTM 52921。

5、零件生产用原材料
原材料的品质及状态直接影响了最终零件的质量。因此，在采购订货时应注明对于原材料的要求，包括化学组分、原材料性能、存储状态、工艺要求等。必要时 ，也应对于原材料重复再利用的要求进行相应的规定。

6、零件修复
增材制造零件的修复要求应由供需双方协商确定。在采购订货时，应标明经批准修复方法，并且修复条件等应由需方指定并批准。

7、可接受缺陷或偏差
依据于不同的使用环境及技术要求，并且基于目前缺乏通用的缺陷表征及判定依据的现状，增材制造零件允许缺陷应由供需双方协商，具体包括了零件内部的裂纹、缺陷、不连续性、杂质、夹杂物、污染物及孔隙率等。

8、工艺质量控制信息
在订货采购时，采购方应明确对于增材制造过程中工艺质量控制信息的相关要求，包括工艺规范、评测方法等标准，从而保证工艺过程可重复性要求。同时，应由供需双方协商确定这些信息的记录文档的保存期限，以备待查。

零件采购时，还应注明零件交付时的包装、运输、贮存等相关要求。另一方面，由于增材制造零件应用环境及条件不同，其采购要求也不尽相同。对于其他特殊的要求，可以通过采购单上的附加说明予以阐述。

同时，在增材制造零件验收时，应考虑零件不同使用环境要求、零件制造工艺技术特点、制造技术成熟度等方面，分为新工艺研发时所用的合格零件验收要求、批量生产时的首件鉴定验收要求以及用于持续生产质量控制的质量一致性验收要求。各阶段的验收均应有相应的验收文档，以保证后续质量溯源等相关使用。

目前，ISO TC261与ASTM F42正在联合开展相关标准的研究与制定工作，为增材制造零件产品采购及后续验收提供标准依据，让我们拭目以待。

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栗晓飞 博士（中国航空综合技术研究所）

金属粉末是金属3D打印技术发展的重要基础，尤其是粉床熔融(烧结)增材制造。目前对于金属粉末的研究主要集中在钛合金、不锈钢、镍基高温合金。金属粉末的发展程度一定程度上制约着金属增材制造技术的发展。

剪切性、动态流动性、 松散性

粉末包括了以下独特的材料组分，固体（实体颗粒）、液相（存在于颗粒表面或结构内部的水分）以及气相（颗粒之间的空气）。因此，粉末是一种组成复杂的材料组合体，拥有各种组合体及其组合所带来的不同属性，无法用简单、单一的参数来进行描述。

当粉末成为增材制造原材料进入整个制造过程时，其各类属性及性能就对于增材制造工艺的效能以及最终产品性能及质量产生了重要的影响。设备操作人员需要选择与设备及工艺相匹配的粉末，或者根据粉末的性能来调节设备参与及工艺参数，从而将生产效率及产品质量最优化。

在增材制造过程中，通常情况下工业中应用的单独的颗粒物理性能测量不能充分、全面地表征粉末性能，在给定工艺条件下，经常出现具有相同粒径分布的粉末，其成形后零件性能完全不同的现象。同时，现有测试技术也没有考虑到粉末在工艺环境下所受的应力及流动性变化等规律。

目前ISO 17296-3中针对于增材制造用粉末原材料规定的技术要求包括：化学成分；粒度及分布；形态；比表面积；流动性；松装密度；振实密度等。国内也正在开展相关国家标准的制定工作，基本思路是转化ISO标准，同时将引用标准尽量以国内标准进行替代。另一方面，针对于增材制造粉末流动性方面，国内普遍采用的依然是GB/T 1482-2010《金属粉末流动性的测定标准漏斗法(霍尔流速计)》，但该方法在实际应用实践表明，其敏感性、区分性及数据重复性并不理想，未考虑到粉末在增材制造工艺过程实际应用中所处的环境及条件。

ASTM WK55610 工作组目前正在开展针对于增材制造工艺性能相关的粉末性能表征及其测试方法的标准编制，期望给出可重复的、具有良好再现性的测试程序及方法，并且将这些性能的测试灵敏度及测试精度定量化。

由于粉末性能的复杂性，大量的性能参数都会对粉末性能产生影响，在标准编制过程中，工作组目前初步将粉末性能大致分为四个方面：

1、 粉末如何从静态转变为动态？
2、 运动中的粉末行为是什么样的？
3、 受到固结应力时粉末变化如何？
4、 空气通过粉末床的松散粉末的难易程度如何？

将这四方面的性能定量化，对于粉末生产方及使用方来讲，可以全面评价并给出在任意增材制造工艺环境下的粉末性能。这四方面的粉末性能可以通过下面的三组性能测试来进行表征：

1、 剪切性能（表征粉末如何从静态转变为动态）；
2、 动态流动性能（运动中的粉末行为）；
3、 松散性能（固结载荷对于粉末的影响以及空气如何在粉末中通过）。

依据这三组性能的测试要求，该标准主要考虑剪切性能（粉末间及粉末与容器壁间）测试、动态流动性能测试、以及松散性能（松装密度、固结性、通气性）测试等几类测试方法以及相应推荐的仪器设备。

通过该标准的编制、发布及未来实施，将对增材制造用粉末流动性能评估方面提出指导性建议，为粉末制造商、供应商乃至设备制造商及终端用户提供完整、全套的粉末流动性表征试验方案指导。

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“中小学如何选择合适的3D打印机？”或者是“初学者如何选择适合的3D打印机”，这是我在进行全国教师培训和交流中，教师和校方领导们一直追问的问题。那么作为一名基础教育的工作者，本期就谈谈我的一些想法。

自从上次写过类似文章到现在过了一年多了，国内由300多家3D打印硬件提供商和集成商，已经演变成上千家，竞争愈演愈烈。仅贝勒参与的在2016年TCT和Inside、两届基础教育装备展、工业展林林总总的风向标一样的展会中就可以看出，这绝对和国家的大的方针政策支撑分不开，也是我国教育改革的必然。然而如果要想帮助学校和学生挑选合适的装备，恐怕你一定会茫然很久，贝勒我从不看参数，但是原则性的保留，一定会有合适的范围。

以下方法纯属贝勒个人观点，如有雷同，不胜欢喜。

【环保绿色，安全第一】

作为中小学教师也好，校外科技类、创客类培训讲师也罢，第一要务就是要确保学生们的安全，然后才是让学生学到东西、实现作品。对于创客类的硬件装备都会有这样或者那样的安全隐患，我们在一线教研过程当中已经受过了伤，同样的事情绝对不能发生在孩子们身上，在选择3D打印机时要防患于未然。

于是乎小型光固化的3D打印机可能就不适用于中小学和初学者了，毕竟液体材料是有剧毒的，相信去年北京小学毒操场的事件大家还不会忘却，而光固化的设备目前的材料还不能够保证安全。

FDM的装备成为了中小学学生使用的3D打印机首选，在这些FDM 3D打印机中，大多装备都是无壳无罩子的，那么在打印机对塑料丝材进行高温熔化和沉积的过程中会不会释放出有害气体呢？清华专家的看法是只有在七八百度高温融化塑料的瞬间会产生对人体有害的物质，低于这个温度的打印则没有大碍。但是我们在为学生选择3D打印机时还是可以进一步提高标准，最好不选择这样没有外包装箱的3D打印机。当然这个时候也要考虑打印材料，国内常用的3D打印材料分ABS和PLA两种，我们需要慎重选择ABS，放心大胆选择大部分PLA，毕竟PLA是玉米秸秆和塑料的合体，可以降解。

【明确教学目标，锁定使用方向】

我们教师购买装备不外乎是考虑教研需要或者学校3D打印创客空间的使用，如果细分可能还要考虑入门机器、专业机器、比赛机器。建议方便起见，我们统一，因为学生集体使用和教师教研要确保统一，这样避免花费重复的费用。

下图分别就是北京昌平某学校初中部和通州京通罗斯福广场3D打印校外培训机构3D打印装备配备，全部实景拍摄，均属贝勒教师团队案例。

校内授课和校外培训的基本案例供各位参考。通常3D打印教室或者创客教室的装备配备是不一样的，前者以三维设计和3D打印课程内容，制作完整作品参加相关比赛是目标，所以电脑和3D打印机一定要多，最低也要保证3-4人学生使用一台，否则很难出成绩。而后者则不然，创客教室会有很多的东西，如开源硬件、电子积木等等，3D打印只不过是其中一项，故有就行，未必数量上有要求。

【圈定预算，缩小范围】

购买一定要在自己预算范围之内，3D打印机和所有商品一样，自然一分价钱一分货，但是还是有规律可循的。通常我把它们分为：入门级、提高级、专业级和职业级四类。入门级的设备通常在3-4千元左右，设备小巧、大多DIY国外开源代码改的，打印制作成型作品尺寸都在5-8立方以内，打印精度一般，就是说“只可远观而不可亵玩焉”的意思，如果拿这个作品去参赛，那基本就是呵呵。提高级装备也有很大程度是DIY开源改装的，1万以内，打印速度和成型质量肯定是要比前者强，不过这里面的水比较深，很多入门装备也经常会“换上一身皮”挤进来，所以我们一定要认清是不是可以打印ABS这样材料，因为绝大多数说可以，实际上商家从来不推荐你使用，你可以让他们现场打印一个立方体，你就可以亲眼来判断，另外打印立方体也是判断设备是否精准的方法，看立方体垂直的四边是否真正垂直就可以判断。

至于专业级的3D打印机，价格会在2-3万，通常中小学创客类大赛会选用，打印质量自不必说，大部分装备都比较OK，个别的打印成型速度偏慢，原因是商家牺牲打印速度确保精度，这点我们是可以理解的，只要多预留时间即可。而职业装备超过3万，我们也就不解释了，毕竟中小学学校没有太多必要考虑。

这里还要解释一下，如何看是否开源代码改的。大多SD卡直接拷贝打印的都可以划分这个领域，如果3D打印时需要STL文件专程Gcode文件的绝对是，这样大家就不会白白花冤枉钱了。

【其他】

1、一定考虑要有售后服务，重要的事情说三遍。如果售后服务不提供的，花费再多钱也不要用，这样精准的设备孩子们使用多多少少都会发生人为误操作，一旦有问题那都是教学事故，受伤的还是学生；

2、如果兼容WIFI的或者PAD的我们可以尝试使用，毕竟中小学很多学校开展PAD班或者电子书包班，这些都可以给教师们的课程带来很多亮点；

3、是否提供配套的教育解决方案。这点其实对于学校非常关键，好的解决方案可以帮助学校开展良好的课程，为大赛获奖和学生提高分数提供可能，如果连配套方案都不提供恐怕也很难有好的实力背景吧。

本文纯属贝勒老师在教学实践中以中小学教师的角度来说明的，为避免广告嫌疑，不涉猎企业品牌。下一篇文章我们来讨论一下“中小学如何选择3D打印笔和开展课程”，相信也是很多校外机构的最大疑惑。

本文作者超级贝勒何是国内青少年3D打印科普高级教师，如果希望与贝勒老师进行更多交流可以加微信号：chaijibeilehe，贝勒老师只进行教学交流不做广告服务，加微信时请标明身份，谢谢理解。

文中图片均来自于贝勒老师的教学实践

本文作者

崔万银（德国卡尔斯鲁厄-KIT大学理工博士，南京大学物理系学士及硕士）

谈起3D打印，大家立刻就想到发烧友们打印的形状各异的各种模型。可是不一定会想到，有这么一种早已商品化的3D打印技术-双光子或多光子加工技术，正在因其打印的精度,在全球最顶尖的科研机构大显身手呢！以至于六所全球排名前十的大学比如说哈佛，斯坦福，加州理工都已经使用上了这套技术。

未来学家Christopher Barnatt曾提到双光子或多光子加工技术的潜在影响力是惊人的，未来有可能成为主流的3D打印形式。

为什么眼光如此高，而国际竞争又如此激烈的科研市场会垂青这套在国内并不算知名的技术呢？下图你就能看出来原因了。

图1：三维微透镜阵列

是的，图上的半球的平整度已经达到了几十个纳米，足以超过各位手机相机镜头的平整度了。几十个纳米是个什么概念呢？举个简单的例子，头发丝的直径是几十个微米，也就是说，平整度达到了头发丝的千分之一。

你也许会想，这样的技术应该是最近开发出来的吧。事实上，早在上个世纪的三十年代，一个德国的女博士，MariaGöppert已经从理论上设想出了这套技术，这就是俗称的双光子或多光子加工技术。这套技术的核心是光和物质的相互作用。通过将飞秒激光器发出来的高能激光聚焦于极小的三维焦点上，位于焦点处的材料吸收能量快速固化。然后通过纳米量级移动精度的三维压电陶瓷台的运动或者分层激光扫描的方式实现了三维激光在微米和纳米尺度下的器件加工。下面是加工原理的示意图：

图2: 双光子加工的原理

有了这样的技术，很多以前很难甚至无法实现的加工就可以轻松的用3D打印的方法来实现了，比如说人工骨骼这样超硬但是超轻的材料。骨骼的硬度主要依靠的是它复杂的三维构型，现在加州理工教授Julia Greer的课题组，已经从能够在实验室里制备出甚至比骨骼更硬的超轻材料了。可以想象，某一天这种材料运用到宇宙飞船上，也许飞船就不需要那么巨大的推进火箭了。Greer教授的这项工作被麻省理工科技评论评价为2015年度世界十大技术突破之一。下图是这种材料的电子显微图像

图3：3D微打印出的超轻且超硬材料

在通信领域，一个传统的难题是两个光子芯片之间的桥接，因为光是以波的形式传输的，所以不像电信号那么可以简单接触就行，而是需要根据光纤与芯片接点处的情况进行定制加工。德国卡尔斯鲁厄研究中心的Christian Koos教授利用这套3D打印技术成功打印出来了光纤，其单通道的通信速度达到了5太比特每秒，足以满足全德国人同时语音通话所需要的带宽了，而这根光纤的宽度只有区区几个微米。

图4：3D打印出的芯片间的光纤通道（Hoose/Lindenmann, Karlsruhe Institute of Technology）

最近比较热门的一个话题就是机器人的微型化。微型的机器人可以完成很多以前想也不敢想的工作，比如说清除人体内垃圾，或者在病变组织处进行药物定点投放。苏黎世理工的Bradley Nelson教授和香港中文大学的张立教授几年前就成功的制造出磁场驱动的微机器人，实现了人类在机器人研究领域的一大突破。

双光子技术为基础的3D打印也为科学家们理解干细胞的成长，分化或者癌细胞的生长，扩散提供了有力的手段。下图的干细胞生长的细胞支架就是3D打印出来的。

图5：细胞生长在3D打印的细胞支架中（Bastmeyer, Karlsruhe Institute of Technology）

关于这套3D微纳打印技术的诸多应用，由于篇幅关系没法在此一一枚举。在此诚挚的希望它能够为我国的国防，医疗以及科研事业做出应有的贡献。

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2017年春节将至，我踏入中小学3D打印教学也将进入第五个年头，在这五年时光中真的是尝尽了苦辣酸甜个中滋味，从一名满腔热忱的3D打印爱好者逐渐深入，如今人为3D打印创客教师，全国各地教学也超过600场。而在培训问答中总会重复回答很多问题，于是希望新年伊始，为大家提供一点点个人参考，给同行和朋友们一些交流。

“中小学如何选择一款适合的三维设计软件？”

相信这个问题一直是初学者最头疼的，也是提问机率最高的，而在中小学开展3D打印课是不可逃避的问题。那么我们首先要了解一下市面上的三维设计软件都有哪些类型呢？

如果按照收费方式可以分为收费类和免费类两种：

这里我们要加以说明，不是说免费的软件一定就好，也不是是收费软件一定就不好。软件各有特色，免费的软件自然没有人员维护，没有快速的更新换代，自然出现了问题就不可能有人帮你解决问题；收费软件必然不会有免费软件上手学习成本低，使用范围广泛。所以我们要综合考虑这个问题。

如果按照功能来分的话可以分成以下四类：

1、三维工程设计软件

包括：国外Autodesk的CAD、Fusion360、Inventor、123DDesign、谷歌的Sketchup、CATIA、Solidwork、UG、ProE；国内中望的ZW3D、3DONE；CAXA；GeekCAD、傲为等

2、三维曲面设计软件

包括：犀牛、MAYA、3DS MAX等

3、三维数字雕刻软件

包括：ZBrush、Sulpture、Mudbox、Blender等

4、游戏化三维设计软件

包括：我的世界、Tinkerplay等

以上是我对软件进行的细分，其中囊括了市面上最常用的软件，但是我相信大部分人看到这个回答会开始疑问，“如此多的软件哪个才是最最适合自己的？”同样的问题我在入门的时候也会感觉无从下手。那么不妨先来看看我的学生案例，也许你能找到一些感觉：

【工程设计类型三维软件作品节选】

这类软件最大的特色在于设计的作品必须“有棱有角”结构清晰，需要从“草图-拉伸”的方式来进行制作，优势是创作零部件、有规律、易于教学，弊端是不能做过多圆滑曲面，比如：人、小动物就很难做，造型创意的教学就比较难；

这种类型的软件又分为入门级和进阶级。

【数字雕刻类型三维设计作品节选】

这类软件就如同“捏泥巴”，最为适合角色类造型设计，优势是创作的作品非常容易出3D打印的效果，创意设计很有意思，弊端是必须要非常好的美术功底、三维空间感非常强。教学起来入门简单，深入非常非常的难，不夸张的说做得好的都上央美了。

【三维曲面设计软件作品节选】

这类软件大多是职业或者专业人士的选择，或者说是进阶者的方向。三维软件功能非常之强大，可以建模、动画、渲染、特效等等，操作界面灰常繁乱，让人看了就头疼，但是优势就一个词：强大，不管你想做什么都可以实现。

【三维游戏类软件作品节选】

毋庸置疑，就是傻瓜到小白入手就会，但是只能是玩玩而已，很难入门，更别提是后续进阶问题了。当然“我的世界”除外，但是中小学暂时先不要选择了，毕竟学校教学不是儿戏，就算咱们总是讨论STEAM教育、核心素养，也很难让当前校方和大部分家长认可。

以上只是比较，那么具体的学习方案或者说教学方案是什么？我个人的建议是：选择一款软件玩到底比什么都强。当然中小学的涉猎我们要多元化，不妨试试以下个人的观点：

1、对于小学四年级以上的学生。不妨选择“Sculpture + 123D/3DONE+UP Studio”的组合，既可以学习结构也兼顾造型设计，但是都是浅尝则止的思路；到了中学后除非你是美术特长，否则我建议还是认真把123D（免费）/3DONE（收费）搞明白足够了。

2、对于四年级以下的学生，特别是幼儿园。咱们还是玩玩就得了，那么游戏类的软件要多多尝试，不满足的话再尝试”Sketchup + UP Studio”的组合，就是简单、易上手、趣味性强。

3、对于进阶的朋友们来说，美术功底好的选择一款MAYA/3DS MAX就足够了，工程结构好的最好选择Fusion360，云设计、云计算、云渲染、在线Workshop异常强大，以美术为职业的就不要犹豫了，直接ZBrush。

4、当我们度过了入门和进阶的阶段，那么设计软件就是一个工具而已，什么类型的都需要接触，玩到这个境界也就不需要考虑分类了，都要学都要用，因为每一款软件都有它的特点，毕竟“存在就是必然”。

本期有关3D打印设计软件的话题就分享到这里，下一篇文章我们将来谈一谈“中小学、幼儿园如何选择3D打印机”，尽管之前我们也分享过类似的话题，但时过境迁，很多东西都会随之改变，我们也要与时俱进不是么？

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增材制造技术近几年发展迅猛，特别是从2012年以来，全球范围内掀起了增材制造技术热潮，各类增材制造技术及设备逐步完善，工程应用范围也在逐步拓宽，覆盖了航空、航天、医疗、汽车、机械、化工、能源、艺术等众多领域，可制造的材料从非金属、钛合金、铝合金、钢、金属间化合物到高温合金，甚至到陶瓷材料和复合材料，伴随着增材制造产业的快速发展，其产业及技术发展中面临的标准化问题日益凸显，严重制约了增材制造产业的进一步发展。本文重点分析了国内外增材制造技术的标准体系，并结合增材制造技术的特点，初步规划了国内增材制造技术的标准体系，以期为增材制造产业的健康、持续、稳定发展提供标准化支持。

增材制造技术概述

增材制造与3D打印的定义是一致的么？国际标准化组织ISO联合ASTM于2015年发布了ISO/ASTM（增材制造技术术语）标准，标准中明确规定，增材是相对于减材制造和等材制造，以三维模型数据为基础，通过材料逐层叠加来制造零件或实物的工艺，而3D打印则是利用打印头、喷嘴或其他打印技术，将材料通过沉淀的方法来制造实物的工艺，通常在非技术领域3D打印作为增材制造的同义词。通过定义可以了解，一般通过简单的堆叠、沉积来制造实物的工艺被称为3D打印，而对于最终产品有各类性能（包括光、电、力、热、声等）要求时，相应的工艺则应称之为增材制造。

目前增材制造技术产品的高端装备领域主要为航空航天领域。美国波音777、787民用飞机，以及F-15、F-18、F-22军用飞机研制生产过程中，约有10类产品、200多个构件采用了增材制造技术。空客公司通过使用Stratasys的增材制造系统，成功制作了1000余件飞机零部件。这些增材制造零部件已被用于空客2014年底交付的新机型A350 XWB宽体飞机上。2013年底，GE公司宣布将采用金属选区熔化技术为其下一代GE Leap发动机生产喷嘴，每年的产量将达到4000个，生产周期可缩短2/3，生产成本降低50%，同时可靠性大大提高。在国内，以往增材制造技术主要应用于军机，并且在2012年之后呈现出井喷式发展，应用部位逐渐向次承力、主承力构件过渡，应用数量也从之前的几件猛增至几十件，“粉丝飞机”称号也应运而生。同时，在民机研制方面，中国商飞公司目前也在C919飞机型号研制中采用增材制造技术进行零部件生产，其具有代表性的大型零部件为C919天窗骨架和中央翼缘条，而小型、精度要求较高的增材制造零部件则主要应用于导向槽、摇臂等舱门结构。

国内外增材制造技术标准化现状

国外增材制造标准化工作的发展，从时间上大体分为两个阶段。

第一个阶段，2002年，美国机动车工程协会（SAE）发布了增材制造领域第一项标准AMS 4999《退火Ti-6AI-4V钛合金激光沉积制品》，预示着增材制造标准化工作的开始。该标准于2011年9月进行了修订，更名为 AMS 4999A《退火Ti-6AL-4V钛合金直接沉积制品》，不规定所使用的高能束流的种类，仅对最终制件的性能指标提出了要求，并结合现有的测试技术，提出了相应的推荐性检测指标。该标准规定了Ti6AI-4V增材制造的原材料、前处理、制造工艺、后处理、检验检测要求及方法等相关内容，其材料对应于国内TC4钛合金，适用于能量直接沉积制件的验收。

第二个阶段是2008年开始，也是增材制造标准化工作正式进入快速发展阶段。美国材料与试验协会（ASTM）着手开展相关工作，2009年ASTM国际标准组织组建了F42增材制造技术委员会。F42下设8个分技术委员会，目前已发布标准11项，还有11项标准正在制定中，主要由F42 01检测方法、F42 04设计、F42 05材料与工艺以及F42 91术语等4个分技术委员会起草发布。目前，F42 05主要针对于粉末床熔化（对应于SLS和SLM）技术的钛合金、镍基合金及塑料件开展了相应的标准制定，在标准中规定了相关工艺的原材料要求、前处理、制造过程中质量控制、后处理、检验检测要求及方法等方面的要求，适用于粉末床熔化制件的验收。

2011年ISO也成立了针对增材制造的标准化技术委员会TC261 ，同年与ASTM F42签署合作协议，共同开展增材制造技术领域的标准化工作，并分别于2013年和2015年联合发布了三份ISO/ASTM标准，分别从术语定义、坐标系定义、增材制造数据格式（AMF）等方面进行了规范。

在欧洲，欧盟在增材制造标准化方面提供了积极的支持，在欧盟第七框架计划的支持下，名为SASAM的项目启动。SASAM增材制造标准化小组联合了ISO、ASTM以及CEN多方力量并与2015年6月发布了2015增材制造标准化路线图。路线图中除了关于增材制造标准化路线图的详细介绍，还阐述了当前欧洲增材制造的优劣势分析，以及当前发展需要克服的问题。

我国于2016年4月21日召开了全国增材制造标准化技术委员会（TC562）成立大会，对口国际标准化组织ISO TC 216，在国家层面上开展增材制造技术标准化工作。目前通过该技术委员会正在制定的标准共有6项，设计增材制造技术术语、文件格式、工艺和材料分类等方面。作为国内高端装备领域，中国航空综合技术研究所自2007年就开始了增材制造技术标准化的研究，与北京航空航天大学王华明院士团队开展合作，研究形成了一系列增材制造技术标准，并积极推行行业标准的立项及制定工作，目前正在开展钛合金零件激光直接沉积工艺、粉末、制件规范等5项行业标准的制定工作。

增材制造技术标准体系思考

增材制造技术标准体系的建立必须以三个方面为指导思想进行规划。

一、 目标导向，必须以规范产业发展、促进技术进步、利于专业交流三个目标为导向，利用综合标准化的思想建立标准体系。

二、 系统分析，需要从全产业链、全价值链、全技术体系等维度开展分析，形成综合性的标准系统，以满足产业发展、技术进步的需求。

三、 整体优化，寻求整个产业的最优配置，协调上、中、下游的标准化需求，合理统一规划，避免重复、不匹配等问题。

因此，增材制造技术领域标准体系建立应从技术维度、保障维度及应用领域维度这三个维度进行思考。技术维度是增材制造技术的核心部分，主要从增材制造技术的一般工艺过程需求出发，分为设备、设计、材料、工艺等。保障维度是增材制造技术的基本保障，主要从增材制造技术全生命周期的保障技术需求出发，建立各环节、各阶段、各类事物及人员的基础性、检测、认证、基础数据格式等标准。应用领域维度则依据增材制造技术产品在各领域应用的不同要求及特点进行划分，包括航天、航空、汽车、医疗、教育等，由此规划的增材制造技术标准体系见下图。

图中的每一个胞元均有数量不同、层级不同的多项标准构成。胞元与胞元之间的标准可能会有重叠。当重叠较多，且在各领域内要求相同或相近时，可在国家层面上进行统一，形成国家标准。当胞元内标准具有明显的行业特色（例如，航空产品检测时对于疲劳性能的要求）时，该类标准应制定成为行业标准，而当胞元内标准具有明显技术独占性（例如，航空零件的具体增材制造工艺标准），仅适合在企业内部执行时，标准应制定称为企业级标准。

总之，增材制造标准体系的建立需要在国家层面、行业层面开展顶层设计，综合规划，以确保标准间能够协同，高效地发挥作用。

本文作者：中航工业综合所  栗晓飞