德国工业级3D打印企业EOS与西门子，携手为工业机械臂开发了一种创新性的3D打印末端夹具。这一应用不仅在节省时间和成本上取得了显著成效，更在减少碳足迹上迈出了重要一步。通过拓扑优化技术，这款机械手能够轻松搬运电池单元，实现了超过90%的碳足迹减少，是工业自动化领域的又一次进步。
© EOS
这款末端夹具的设计采用了最新的增材制造技术，结合了数字化双胞胎的概念，从设计、仿真到优化，每一个环节都经过了精心的计算和模拟。与传统的大型、复杂且能耗高的末端效应器相比，这款3D打印的末端夹具不仅体积更小、重量更轻，而且操作更为灵活，适用于各种精密的装配任务。
在整个产品生命周期中，这款末端夹具的优势显而易见：成本和二氧化碳排放量降低了90%，小型机器人的使用进一步降低了能耗，能源和维护成本节约了50%。此外，新型末端夹具的生产周期大大缩短，零件数量的减少简化了装配过程，重量减轻超过90%，这不仅提高了生产效率，也使得产品的维护更加便捷。
相关数据
每个构建板上的部件：在 EOS P 500 上制作4 套（=20 个部件）
材料：减碳型 PA2200
每个部件的体积：
夹具抓手：171,13 cm3
末端执行器：1.063.58 立方厘米
连接器：13.54 立方厘米
生产时间：15.33 小时/4 套
后加工步骤：平滑处理
能源消耗：每年 3.614 千瓦时
1. 产品设计与模拟
利用最先进的人工智能自动化拓扑优化技术，可快速生成新的创新设计，实现优化的质量和性能目标。利用聚合建模技术，可以轻松修改这些模型。
以前的机械手由金属制造，重量较大，而且需要组装 30 多个部件，既复杂又耗时。新的夹具是 3D 打印的，只有5个塑料部件。
2. 计算增材制造部件的产品碳足迹
该机械手由 PA 2200 减碳粉末制成。这为将二氧化碳排放量从300千克减少到28千克做出了一定贡献。
解决产品碳足迹问题正在成为企业可持续发展的一个重要方面，对于希望在环保意识日益增强的市场中保持竞争力的公司来说，这应该是一个优先事项。
3. 使用 NX AM 和 EOS 3D打印驱动程序高效、无缝地准备构建作业
将NX作为完整的 “设计-制造 “解决方案，将 NX AM 作为完全支持 EOS 系统的集成构建准备工具。
- 可直接使用本地CAD几何文件 (.prt)
- 零件设计更改可无缝波及制造设置，无需文件转换或代价高昂的构建设置返工
- 支持EOSPRINT的EOS系统的OpenJz 和任务文件可直接在NX AM中生成
- 从2.8开始支持 EOSPRINT 版本
- 多层路径预览和序列
4. EOS P 500 – 工业 SLS 系统 – 可实现自动化
EOS P 500：坚固耐用的机床，可实现最高的机床可用率（>95%）和可重复的零件生产
技术数据
- 成型体积：500x330x400毫米
- 生产率：最高6.6升/小时
客户价值
- 正常运行时间比市场上的传统机器高25%
- 与其他工业级别设备相比，每个零件的成本降低25%
- 提高质量
为工业自动化准备就绪
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随着选区激光熔融（LPBF）增材制造-3D打印技术迈向批量生产，业界面临着前所未有的挑战。在这一发展过程中，提升生产效率成为关键。为了应对这一需求，新一代的增材制造设备配备了更大的成型空间和多个激光器，以期实现更高效的生产。
然而，随之而来的是如何确保零部件质量的稳定性和一致性的问题。正是在这样的背景下，EOS推出了一种新的曝光策略—激光中心依赖曝光策略（LCDS），旨在解决多激光增材制造技术中的挑战，实现生产效率与质量一致性的双重提升。
EOS 团队通过《实现稳定、一致的零部件特性》白皮书探讨了LCDS 曝光策略。本期， 将据此简要分享LCDS曝光策略如何解决多激光增材制造的挑战。
要效率，更要性能
多激光系统在运行时可能会遇到技术挑战，如光学系统的协调运行、光束和功率的稳定性，以及不同零件的性能一致性，并且多激光器在同时工作时可能会相互影响，这种相互作用与它们之间的距离相关，可能会对3D打印部件的质量产生不利影响。
EOS M 300-4作为EOS 公司的四激光器金属增材制造设备，专为批量生产而设计。它采用耦合设计的中心成型基板，追求更短的成型时间和激光器全面覆盖基板，同时平衡各激光器的曝光时间，以充分发挥每台激光器的性能。然而，这些需求也带来了工艺开发的新挑战。无论零部件在成型基板上的位置如何，或者使用哪一台激光器，确保零部件质量稳定可靠都是其中一个重要的方面。
▲EOS M 300-4 四激光金属增材制造设备
在多激光器增材制造设备中，激光偏转角度的增大导致了入射角更为平缓，从而影响了熔化行为和机械特性。为了检验偏转角对机械特性的影响，EOS设计了一系列实验，发现随着与激光中心距离的增加，样品的机械特性出现了变化，尤其是断裂伸长率受到显著影响。
▲断裂伸长率与距离因子
依赖位置的熔化行为
合理的激光路径及激光能量策略对于多激光3D打印至关重要，以确保所有激光器保持工作的时间大致相同，从而最小化每个层的加工时间。
EOS通过分析不同基板位置的熔化行为，揭示了激光中心位置对熔化材料体积的影响。实验结果显示，填充向量朝向激光中心时，可以添加更多的材料并减少飞溅。
技术名词解释：
激光偏转可以通过以下几种方式实现：
光学元件：使用诸如透镜、棱镜、光栅或光学调制器等光学元件可以控制激光束的方向。
折射：当激光通过不同介质的界面时，其传播方向会因为折射率的变化而改变。
反射：激光束在遇到反射面时，根据反射定律，其方向会发生改变。
衍射：当激光通过一个狭缝或绕过一个障碍物时，会发生衍射现象，导致光束的扩散或偏转。
散射：激光在遇到不均匀介质或颗粒时，会发生散射，导致光束的偏转。
技术名词解释
条纹：在激光选区熔融（Selective Laser Melting, SLM）等金属3D打印技术中，激光束通常按照一定的扫描策略在粉末床上移动，形成条纹状的熔化区域。如果激光的能量分布不均匀或者扫描速度与激光功率不匹配，可能会导致条纹状的不均匀熔化，影响零件的机械性能和表面质量。
阴影：在金属3D打印过程中，已经打印的层可能会对下方未熔化的粉末区域形成阴影，导致激光能量无法均匀到达所有区域。这种阴影效应可能会造成粉末熔化不充分，产生孔洞或者不完全熔合的缺陷。
白皮书尝试解决以下问题的答案：
多激光器增材制造系统面临的挑战是什么？
激光偏转的影响是什么？
LCDS等新策略如何解决这些挑战？
基于这些发现，EOS开发了LCDS曝光策略，根据激光中心进行定向，以减少大幅偏转激光束产生的不良效应。初步实验表明，LCDS策略能够在整个成型基板上实现稳定、一致的零部件特性，同时减少飞溅的产生，从而提高表面质量。
▲左侧是作业布局，右侧是样品显微照片的一部分。激光器3生成的零部件密度显著降低。
在特定条件下，当前的曝光策略揭示出零件的机械特性和孔隙率与激光束偏转角度之间存在相互关系。经过详细研究后，EOS团队揭示了加工结果与曝光的填充和条纹方向之间的相关性。据此，EOS 开发了 LCDS 曝光策略，其曝光图案（填充/条纹）根据激光中心进行定向。初步实验成功地表明，采用LCDS 策略可以在整个成型基板上实现稳定、一致的零部件特性。据悉，由于这些为初步测试，EOS团队很快将发布另一份关于此主题的白皮书。
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为期3天的TCT亚洲展已经在上周落下帷幕，作为增材制造的全球领先合作伙伴，EOS展示了金属和聚合物领域的创新应用，更通过实际案例，证明了技术在提升产品性能、降低成本和推动可持续发展方面的潜力。
▲ EOS @ TCT Asia 2024
对未来智能制造的承诺
在金属3D打印领域，EOS通过软硬件的无缝结合，实现了无支撑打印，推动航空部件性能的飞跃，提升可靠性。在纯铜3D打印技术上，重塑热交换器概念，革新设计，优化材料和打印技术，大幅提升能效，使散热管理迎来革命性进步。医疗领域，3D打印技术助力植入物批量化生产，降低成本，同时提升产品质量。在高分子3D打印解决方案方面，超精细分辨率技术为精密工程领域带来新可能，如光学元件和电子设备。
EOS在TCT亚洲展上的展示，不仅是对其技术实力的一次全面展现，更是对未来智能制造承诺的体现。EOS表示，随着技术的不断进步和应用的不断拓展，将继续引领制造业的创新和发展，为全球客户提供更高效、更可持续的制造解决方案。
智能金属增材制造新篇章
值得注意的是，EOS特别推出了采用nLIGHT激光器的最新金属增材制造解决方案。这项技术可以提供从85µm到210µm高斯分布到甜甜圈分布的可变激光光斑，最高可使成型效率提高3倍，推动金属增材制造的发展。这一创新不仅提高了3D打印效率，还为复杂结构的增材制造提供了更多可能性。
▲ 采用nLIGHT激光器打印叶轮，曝光时间减少45%，打印时间减少40%
l 配备nLIGHT 激光器的设备
近期，AMCM （属于EOS集团） 最近加入了 MTC（英国国家增材制造中心），成为其 3 级成员，在基于工业化 EOS 系统的最先进标准系统之外，还提供定制解决方案。AMCM M 290-2 FLX 金属增材制造设备配备了两台 nLIGHT AFX 激光器，可提供从 85 µm 到 210 µm 的可变激光光斑。这使得熔池更宽更浅，温度分布更均匀，从而加快了打印速度，提高了工艺稳定性，减少了烟尘和飞溅。迄今为止，用于解决这些问题的传统方法（如光束散焦）会对焦点轮廓产生不利影响，并对零件质量和重复性产生负面影响。
l 使用更智能而非更多的激光器
AMCM M 290-2 FLX 可覆盖全幅面，这意味着两台扫描仪都能覆盖到基板上的所有点，并且在构建方向上具有充分的灵活性。AMCM 在使用 IN718 材料时已经显示出生产率的显著提高。与光斑尺寸为 85 µm 的标准单 400W 激光加工相比，单 nLIGHT 激光曝光速度提高了 2 倍，而且零件具有相同的机械和表面特性，如果再增加一个激光器，这一性能有望得到进一步提高。
▲ AMCM M 290-2 FLX
l 为最苛刻的材料做好准备
气体流量和氧气含量通常是 PBF-LB 工艺质量的决定性因素。当速度超过一定临界值或使用对氧化敏感的材料时，尤其如此。由于 AMCM 专注于工业解决方案，因此其系统具有独特的长期稳定气氛控制功能，其浓度小于 50 ppm。MTC 最初将使用 AMCM M 290-2 FLX 对纯铜打印进行全面评估，因为纯铜是一种在追求工业质量和可靠性时极具挑战性的材料。
此外，AMCM系统可将构建平台加热至500°C。由于预热和后热处理对某些高性能铝合金和难熔金属的加工至关重要，这使得 MTC 能够对航空航天和国防工业等广泛的高端应用进行评估。
除了探索新材料，MTC 还在开发提高增材制造生产速度和增大产出部件尺寸的方法。要减少时间和成本，就必须采用高效的曝光工艺。nLIGHT的可变光斑大小可在30毫秒内切换，以最高精度3D打印轮廓和精细结构，并以更快的吞吐量进行填充曝光。就像绘画大师使用不同的画笔来描绘大面积区域而不是细节一样，在增材制造中，较大的光斑尺寸也是填充大块材料的不错选择。毕竟，这样可以在每次通过时产生更多的体积，大大减少填充线和激光偏转。此外，增材制造技术中心还将通过新型原位光束相互作用和过程监控，研究减少热处理等后处理步骤的新方法。
AMCM M 290-2 FLX 配备了两个1200W激光源，是一款高功率系统，非常适合挑战速度和尺寸的极限。
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多年来 ，粉末床激光选区熔融 (L-PBF) 金属增材制造已从关键应用的原型设计发展到批量生产，并不断面临生产更复杂的几何形状、 满足更高的质量要求及产量需求的挑战。为应对这些挑战，业界不仅需要创新的机器硬件，而且需要改进曝光策略并引入新的软件功能。
在过去，工艺监测主要用于识别成型过程中的中断问题，然后将其与零部件特性相关联。这些数据还可用于改进工艺参数或零部件方向，以便进行零部件成型的下一次迭代。
如今，工业级增材制造设备企业EOS的成型控制软件—Smart Fusion闭环智能熔融技术将工艺监测提升到了全新水平。该软件使用来自 EOSTATE Exposure 光学断层扫描 (OT) 监控系统的图像来确定最佳能量输入，从而管理零部件的热特性。
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悬垂角为0且无需任何支撑结构的
航空航天燃料箱
I Launcher零部件的一般信息及挑战
EOS Smart Fusion 闭环智能熔融技术实现工艺改进的典型案例之一是在 EOS M 300-4 金属增材制造系统中用Ti6Al4V钛合金生产Launcher火箭燃料箱。
该燃料箱是航天器推进系统的关键组件，用于储存推动航天器进入太空的燃料。为进入太空，需要使用八个燃料箱为轨道卫星运载 工具和平台提供燃料。图1显示了通过EOS 技术增材制造的燃料箱模型以及连接在 EOS M 300-4 成型基板上的成型零部件。
▲图1：Launcher燃料箱：增材制造模型、 3D打印零部件和带有切割盖的成品零部件
该零部件的成型主要面临两个挑战：
1. 燃料箱盖具有10°- 0° 的悬垂角度，以及需要尽可能少地使用支撑结构来生产该零部件。必须在满足所有功能要求的同时解决这两个挑战 。该燃料箱的直径为290mm，高度为400mm ，需要利用 EOS M 300-4 增材制造系统的全部成型空间。
2. 其壁厚小于3mm，在变形和几何精度方面十分具有挑战性。
图2 显示了该燃料箱的内部截面-无支撑结构的悬垂部分以黄色 （ 10 度） 和红色 （0 度）高亮显示。
▲ 图2：Launcher 燃料箱的横截面视图 – 查看盖子的内部。黄色表示燃料箱的 10 度悬垂部分 ，红色表示燃料箱的 0 度闭合部分
I 成型工艺
EOS 的Smart Fusion闭环智能熔融工艺改进了热管理，可在不产生人为延迟的情况下生产燃料箱 ，并且可以构建无支撑的10°-0 °悬垂部分 ， 而标准工艺只能构建30至40度的悬垂部分且在照射期间会产生额外的处理延迟。该燃料箱的支撑结构只是为了将其固定在基板上。
测试结果显示，其表面光洁度均匀，没有开放的表面孔隙且几何形状稳定 ， 如图3所示。
▲ 图：燃料箱的内壁表面和横截面
大型叶轮的生产
使用 L-PBF 增材制造技术制造叶轮面临一些挑战：
→ 复杂设计的制造可行性
→ 表面光洁度
→ 包括后处理在内的单件成本
© 白皮书
I 零部件设计
该零部件采用特殊的实体支撑成型，以确保其具有抗变形稳定性，该零部件的重量为28kg，角度为 62.5°。只有角度小于5度的小区域才使用最小支撑线进行支撑。80μm IN625 工艺与EOS的Smart Fusion闭环智能熔融工艺配合使用。整个成型过程耗时70小时，铺粉较厚，是最具挑战性的铺粉装置，旨在防止任何变形。
▲ 图4：叶轮在 M 400-4上成型。该大型零部件的直径约为 390 mm
▲ 图5：该零部件不同位置的横截面（未蚀刻）a) 全局，b) 上表皮，c) 下表皮 d) 芯部（来源：KSB）
Smart Fusion 闭环智能熔融是全新的增材制造解决方案，可解决工程师和业界所面临的多种挑战。借助该技术，工程师能够构建难以成型的几何形状、减少浪费并提高成品质量。这项新技术将在未来得到进一步发展、为行业带来更大便利，并使工程师能够创造出更加创新和复杂的设计。
→ 构建难以成型的几何形状
借助Smart Fusion，工程师能够设计和制造具有复杂几何设计的零部件 ，例如极端的悬垂结构、 极薄的内壁或圆顶结构 ，从而开辟全新的应用领域。
→ 对成型时间没有负面影响
与其他解决方案不同，Smart Fusion不会影响成型时间。Smart Fusion 不会产生额外的等待或冷却时间。
→ 提高机器利用率
Smart Fusion 减少了对支撑结构的需求，从而提高了机器利用率， 可以更高效地利用资源并降低生产成本。
→ 减少浪费
通过减少对支撑结构的需求，Smart Fusion 还减少了制造过程中产生的废物量，既环保又具有成本效益。
→ 灵活设计
借助 Smart Fusion，工程师可以更加灵活地进行设计。这意味着可以针对更多应用开展生产制造并实现积极的业务案例，同时可以在不改变设计的情况下使更多传 统应用变得更加可行。
→ 缩短产品上市时间
Smart Fusion 包含自动化功能，可帮助工程师更快地找到正确的参数 ， 从而缩短 新产品的上市时间，这对于需要保持竞争力的企业而言至关重要。
→ 降低单件成本
(CPP) 使增材制造对于供应链整合更具吸引力。该技术因此将在制造业中得到更广泛的采用和更广泛的使用。
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说到粉末床激光金属3D打印设备刮刀的不同选择，增材制造（AM）界一直存在着是使用软刮刀还是硬刮刀解决方案的争论。近日，德国工业级金属增材制造商EOS 结合不同刮刀配置的使用案例，讨论了这一话题。本期 将进行分享。
硬刮刀？软刮刀？
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硬刮刀
Hard Recoater
EOS设备的标准选项是硬刮刀，因为它在零件质量和可重复性方面具有优势。硬质刀片可确保层厚一致，并可清除部件表面的飞溅物，这些飞溅物在曝光过程中从熔池中喷出，是导致后续层熔合不充分的高风险因素。
由于其形状和硬度，硬质刀片可在铺粉过程中压实粉末，从而提供密度更高的粉末床层。所有 EOS 标准工艺参数都是使用硬刮刀开发的，因为它们对不合适的工艺参数非常敏感。因此，可以很容易地将工艺窗口缩小到稳健的工艺参数上，从而提供稳定的工艺。
与软刮刀相比，硬刮刀具有更强的耐磨性，即使在长时间的生产过程中也能确保铺粉稳定。因此，整个部件的性能更加稳定。尽管硬刮刀通常比软刮刀昂贵，但在进行成本分析时，也必须考虑到硬刮刀的使用寿命更长，所需的维护量更少。
采用HSS硬刮刀制造的涡轮叶片，以确保最高的零件性能
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由于磨损可能会造成粉末污染并导致夹杂物，因此受严格监管的行业对软刮刀持保留意见。例如，航空航工业尤其希望在发动机应用中避免硅夹杂物。不过，这并不是排除在外的一般标准。
受益于硬刮刀优势的典型应用是在机械性能或尺寸精度方面对可重复性质量要求最高的零件，以及体积较大的零件。
硬质刮刀的主要挑战在于其刚性。如果零件与刮刀接触，就很有可能导致工作中断，而软刮刀可以适应零件的变形。零件与刮刀之间发生接触的原因包括残余应力导致的支撑失效或不合适的工艺参数导致的过热。
不过，对于高质量零件或批量生产而言，这一缺点也可以被视为优点。即使使用软刮刀完成制造工作，损坏或瑕疵最终仍会存在，如果损坏在工序下游被发现，会造成更高的成本。虽然使用硬刮刀时工作会暂停，但增材制造工程师会得到直接反馈，说明设计、支撑或工艺参数出了问题，零件必须进行下一次迭代。
另一个缺点是，由于刀片的硬度，铺粉过程中的所有摩擦力都会传递到零件上，这一事实限制了高纵横比的可制造性。在铺粉过程中，摩擦力可能会使零件弯曲或引起振动，从而影响粉末床。这一难题可以通过调整工艺参数（考虑零部件的热状况）得到部分缓解，但对于高而薄的设计来说，这仍然是一个限制因素。
采用HSS高速钢硬刮刀制造的带有晶格结构的髋臼杯
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然而，用于医疗应用的晶格结构等精细物体表明，在调整工艺参数时，使用硬刮刀可以相当容易地制造出易碎部件。髋臼杯就是一个很好的例子，它的结构精细，但质量要求高，硬刮刀可以证明它的优势。
EOS设备有两种不同类型的硬刮刀：HSS（高速钢）和陶瓷。根据所用材料的不同，必须选择不同的刮刀配置。对于大多数材料来说，使用高速钢刀片是因为即使刀片经过硬化处理，仍具有一定的延展性。因此，与陶瓷刮刀相比，与零件接触后出现缺口的风险较低。不过，如果在粗加工后出现缺口，例如由于支撑失效，则不必更换刀片，只需仔细打磨即可。
陶瓷刮刀
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如果材料是可磁化的，则必须选择陶瓷类型的刮刀。否则，粉末会粘附在刀片上，并在铺粉过程中产生条纹。EOS 产品系列中的此类材料包括 CX、PH1、17-4PH或MS1等钢材。与高速钢刀片不同的是，由于陶瓷的脆性，无法磨削潜在的缺口。不过，这种材料非常耐磨。
软刮刀
Soft Recoater
软刮刀的主要优点是在于铺粉过程中减少刮刀对零件的作用力。由于软刮刀更加灵活，因此如果摩擦力过大，刮刀可以让位；如果零件变形并粘连在粉末床中，刮刀可以在一定程度上适应零件的轮廓。因此，软刮刀的优势主要体现在两个方面：
1）能够更轻松地制造高纵横比零件和易碎特征；
2）降低因刮刀堵塞而导致工作中断的可能性。特别是在原型制造中，短期效果往往比确保零件质量更重要。这就是为什么许多服务提供商通常使用软刮刀，以满足紧迫的交货时间表。
之前在与硬刮刀的比较中已经简要提到了软刮刀的主要缺点。由于无法确保在整个成型高度上都能保持稳定的铺粉效果，刮刀的磨损增加会影响长时间成型作业的零件性能。此外，在零件变形的情况下，例如由于与基板的附着力不足，虽然工作仍在继续，但零件的尺寸精度很可能不符合规格。因此，工作的成功完成并不一定意味着零件符合规格要求。
不过，软刮刀是一种有用的工具，其需求是由应用驱动的。对于某些具有上述特点的应用，它可以成为最经济的解决方案：高纵横比、易碎特征或需要短期效果。
EOS提供三种不同的软刮刀，一个是碳纤维刷刮刀，另一种是用于 EOS M 290 的上述两种聚合物刮刀：硅树脂和丁腈橡胶（NBR）。
碳刷刮刀配备了一组短碳纤维，安装在一个支架上。与聚合物刀片相比，它可能略有优势，但价格更贵。在与零接触的情况下，由于碳纤维可以在一定程度上向一侧弯曲，因此刮刀永久损坏的概率略低于聚合物选项。此外，摩擦力的影响更加局部化，因为零件只与一定量的纤维发生作用，这使其更适合制造易碎零件。
用于 EOS M 290 金属增材制造系统的两种聚合物刮刀也可用于大型金属增材制造系统 EOS M 400 和 EOS M 400-4。最简单的区分方法是看颜色：硅胶刀片是透明的，丁腈橡胶刀片是黑色的，但在性能和使用条件方面也有区别。NBR 材料的指定使用温度不超过80 °C，而硅胶材料则适用于温度较高的构建工作。
硅胶刀片（透明），丁腈橡胶刀片（黑色）
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为了展示新型聚合物软刮刀的能力，EOS制作了一些高纵横比部件，并在其上印上 EOS M 290 字母，以进一步增加挑战性。EOS使用 Materialise Magics 制作了树支架，其最大纵横比为 66（直径 2.5 毫米，高度 165 毫米）。上面的 EOS M 290 文字是在 Materialise 3-matic 软件的帮助下设计的，由网格和内部的体积图组成。此外，EOS 徽标的精细支撑是用 Materialise e-Stage 制作的，该软件可实现全自动支撑生成，有助于节省支撑所需的材料，并大大减少数据准备时间。然后，所有材料都在 EOS M 290 上使用 EOS Aluminum AlSi10Mg 和新型 AlSi10Mg 60 µm Core 工艺进行打印。
结论
Conclusions
每种类型的刮刀都有适当的使用情况。EOS 认为，对于重复性质量要求最高的零件，硬刮刀是标准选择，而软刮刀则适用于高纵横比的零件。此外，当交货时间比瑕疵风险更为重要时，软刮刀也是首选。EOS 同时提供硬质和软质刮刀，因此用户可以轻松选择最适合的刮刀。
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如果曾经和狗玩过捡棍子游戏，可能会惊讶于人类的这位四只爪子的朋友拥有如此多的耐力和“能量”。更有趣的是，狗的爪子是唯一有汗孔的区域。这就像一个人在夏天穿着毛皮大衣跑马拉松！那么狗如何调节它的热管理呢？很显然，不能仅仅依赖于爪子中非常有限的表面积来散热。
诀窍就在这里：大多数过热是通过呼吸来调节的。狗是通过舌头充当热交换器的，狗的呼吸速度可以从每分钟 30 次呼吸增加到每分钟 300 次呼吸。同时，狗的唾液腺会产生更多的唾液，这些唾液会在舌头表面蒸发。在剧烈喘息期间，舌头迅速冷却下来。犬的舌头含有数量惊人的微小血管，将热量从身体输送到舌头，调节狗的热量管理。
利用大自然的”聪明设计“，犬类体重的一小部分-舌头可以做不可思议的事情，使其成为世界上最先进和最高效的“散热器”之一。将这一事实转化为人类的技术世界，工程师受到大自然的启发。直到今天，大多数限制都基于制造技术的限制，因为无法以理想的方式制造理想的热交换器。
© 白皮书
增材制造是制造新一代高效热交换器的新兴技术。实现高效和可持续发展的无缝数字化增材制造之旅，EOS发布了白皮书《重新构想热交换器》。本期， 与谷友一起来领略该白皮书的部分精彩。
《重新构想热交换器》白皮书中对零件的技术适配和经济适配评估
© EOS
EOS的《重新构想热交换器》白皮书给出了以下问题的答案：
- 为什么增材制造能够实现更高效的应用生产？
- 释放增材制造全部潜力的步骤有哪些？
- 数字解决方案如何降低增材制造的生产成本？
无缝集成的设计与生产优化
通过遵循 AM-增材制造的开发周期特定阶段 ， EOS提供的数字工具的集成不仅增强了热交换器这样的复杂应用的制造可行性 ， 而且还大大降低了 单件成本 ， 为批量生产奠定了可行的基 础。
这其中，EOS《重新构想热交换器》白皮书中的热交换器设计和生产优化是在无缝数 字 工 作 流 程 中 进 行 的 ， 由 SIEMENS Digital Industries Software 解 决 方 案 提供支持 。制造过程中的打印控制通过EOS 的Smart Fusion（闭环智能熔融） 技术可以减少对支撑结构的需求 ， 而 EOS Additive Minds 顾问则凭借丰富的经验帮助客户定制LPBF工艺参数以满足应用要求 ， 避免工艺效率低下。本白皮书还强调了工艺参数的重要性 ， 良好的工艺参数可 减少设计变更，甚至完全无需设计变更，因此可以大幅度减少成本。
白皮书中的案例来自KSHP的热交换器，该热交换器适合EOS的增材制造设备， 而且316L的材料特性满足所有机械、热和化学要求。然而 ， 筛选过程中 还发现了需要改进的空间，如除粉策略 和支撑结构策略等。
不仅仅需要满足制造要求，从经济角度来看 ， EOS和KSHP还以单件成本、 复杂性和附加价值为指标评估了增材制造带来的结果。复杂性既指制造复杂性，也指几何复杂性 。KSHP 的热交换器案例具有明显的几何复杂 性 ，拟定的设计并不适合常规制造。KSHP 的单件成本略超目标 ， 因此需要进行重新设计和工艺优化。附加价值可以涉及多个方面 ， 例如上市时间、数字库存、分布式制造、定制化或可持续性。考虑到KSHP所处的公司发展阶段和产品生命周期 ， 其所需要的附加价值显而易见一加快研发周期。
在对第一个设计进行单件成本 (CPP) 分析时，开发团队发现了一个常见现象：资本支出相关成本（包括增材制造系统成本和外围设备成本）占单件成本的比例最大。这种情况主要是由于成型时间较长造成的，但这其实比较有利，因为这提供了优化机会。
增材制造系统成本与机器的使用效率密切相关。因此，越通过优化成型过程来提高利用率，零部件的成本就越低。优化是减少开支的关键。
影响CPP单件成本的第二大因素是材料成本。开发团队发现了材料消耗方面的改进潜力。应用的轻量化和支撑材料的减少可以减少 LPBF 增材制造工艺中使用的材料并减轻重量 。这一情况反馈已提供给设计团队进行实施。
如上所述，单件成本还有改善的空间 ， 因此开发团队采用了Siemens NX 的结构化流程，并考虑将Smart Fusion 用于打印流程。
通过分析热交换器的第一个原型，开发团队发现了三个关键问题：变形、表面质量和过热区域。该零部件是在外部 CAD 系统中设计的 ， 然后导出为 STL 或类似的文件格式 。由于大多数增材机器和软件都采用 STL 文件 ， 因此选择了这种通用选项。
STL 文件的问题在于 ， 由于导出的是三 角面片网格而不是真正的CAD几 何体，质量可能会受到影响。通常会在圆形表面、 孔和其他弯曲几何形状上看到这些区域。由于大多数几何体都属于这几类，必须对文件进行必要的修复和修改，才能确保高质量的打印 。此外，零部件上还应用了一些支撑几何体，其目的是确保零部件与成型基板粘附并为后加工过程提供支撑区域。
该零部件在打印可行性和 STL 导出方面颇具挑战性，因此需要进行几何体清理和修改。第一个问题是模型中存在退化面和折叠面。开发团队最初尝试使用 JT（文件格式）转换 ，但用于设计零部件的系统在导出时出错 ， 导致结果更糟。
开发团队开始使用Siemens NX自动清理和修复几何体。然后在一些问题区域进行手动清理，以取得更灵活的结果并进一步提高零部件质量。完成一系列修改后，开发团队还将设计添加到NX Additive Manufacturing 验证工具中以验证孔隙检测、表面粗糙度、 壁厚问题和打印时间等 ，从而进一步确保打印可行性。
EOS的Smart Fusion是一种先进的软件工具，可使用与EOSTATE ExposureOT 监控系统集成的反馈回路来调节零部件的能量输入。ExposureOT 可检测熔化过程中与过热 相关的激光照射。通过将该信号与目标灰度值进行比较 ， Smart Fusion可与3D打印机的激光控制系统进行通信， 以优化后续粉层的能量输入。这种能量输入的动态调整增强了热量分布，显著减少了所需的支撑结构，且不影响成型时间。与传统的支撑策略相比，材料消耗的减少甚至可以缩短成型时间，从而降低成本。
最初打印该零部件时的主要问题之一是过热，这会对成型能力以及内部流体通道的表面质量产生负面影响。影响二者的因素有很多，例如材料类型、 工艺参数、悬垂位置和壁厚特性。通常，可以通过支撑结构或修改几何体来缓解这些因素的影响，以减少需要支撑的区域。
由于设计过程以CAD为核心， 因此开发团队还可以使用自动设计的支撑来 设计任何能够想象到的支撑结构。然后，开发团队将其运行到35度悬垂角，这是金属粉末床增材制造中所用的典型角度。与传统的35度设计类似，当采用档块支撑型策略时，可以通过算法来优化支撑向量的照射顺序，从而有效减少跳跃延迟。此外，缩短支撑成型时间的常见调整还包括实施跳层方法。支撑照射的铺粉厚度设置为打印零部件所用铺粉厚度的两倍。此外，如果在实现成型能力和强度要求的同时允许稍微不太稳定的打印过程 ， 可以在一定程度上提高扫描速度。
在打印过程中利用 Smart Fusion ，可以打印明显更小的角度。考虑到圆形热交换器的 几何形状 ，开发团队选择了仅覆盖10度以下悬垂结构的实体支撑策略。
最后的结果凸显了通过调整工艺参数以满足特定应用要求来缩短成型时间以及总体成本的巨大潜力。工艺参数的微调不仅有利于降低成本，而且有助于实现标准工艺设置可能无法实现的理想质量目标 ，有助于顺利过渡到生产阶段和优化生产设置。
此外，白皮书还详细分享了验证与产业化方面的内容，包括流程规划、模拟、机器人和自动化、 生产 线优化和质量管理等，为复杂设计产品的产业化生产提供了现实可操作的工具。
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3D打印与增材制造技术的革新盛会— TCT 亚洲展将于2023年9月12-14日在虹桥国家会展中心举行，将继续带大家一起探索3D打印、增材制造以及其他相关创新设备和工艺所引领的数字化新世界。
作为工业级3D打印的创新者，EOS在过去30多年累积了丰富经验和项目知识。EOS始终致力于不断寻求行业的新突破、探索增材制造领域的新发展。本届TCT 亚洲展，EOS 将在4.1H馆H53展位，展示先进的增材制造技术与应用。
展位号 4.1H-#H53
解决方案
l 3D打印纯铜制造革命
EOS 铜金属3D打印热管理解决方案，重塑高性能热交换器，为高效热管理方案提供可能。
l 无支撑金属3D打印
结合EOS Smart Fusion(闭环智能熔融技术)，完成无支撑 3D 打印转型，在经济、环境和时间方面进行全方面改进。
l 高精细分辨率技术(FDR)
高精细分辨率（FDR）技术是市场上唯一能够在不牺牲质量的情况下生产精细零件的解决方案。
特别活动
2023年初，威尔逊（Wilson）在NBA全明星扣篮大赛上推出了业界有史以来第一个3D打印无气篮球。这款无气篮球具有很高的可玩性，几乎符合标准篮球的性能规格，包括其重量、尺寸和反弹力（反弹）。该篮球无需充气，由晶格结构和八块类似面板的 “裂片”组成。
这款首创的3D打印无气篮球由EOS，晶格点阵设计软件General Lattice 和3D打印后处理领域的DyeMansion与威尔逊体育用品公司联手推出。
2023年TCT 亚洲展期间，EOS将在展台上举行3D打印篮球挑战赛，欢迎业界观众一起参加！
参与挑战即可现场领取哈根达斯冰淇淋一份，挑战成功即可抽取灌篮高手手办公仔。
EOS 3D打印展品预览
TCT 亚洲展展位号：4.1H号馆H53 展位
易欧司光电技术（上海）有限公司
021-6023 0700
info.cn@eos.info
www.eos-apac.info
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EOS北美团队新推出的免费网络分析工具可帮助企业解决工业增材制造的常见问题！
EOS 北美团队和Additive Minds应用工程团队推出了 “Can I 3D Print This” 在线分析工具，使正在探索3D打印的组织能够将应用程序信息输入到此用户友好型平台中，并生成可回答（“我可以 3D 打印这个吗？”）此问题的报告。
CanI3DPrintThis.com 上传门户网站
它是什么？
该工具专为金属和聚合物 3D 打印而设计，为那些研究激光粉末床熔融 (LBPF) 工业 3D 打印生产可行性的人们提供“自由和独立的咨询”。
Can I 3D Print This针对工业 3D 打印量身定制，使用用户提供的有关当前制造方法和零件设计文件的信息，输入信息后，将生成一份综合分析报告，包括成本估算、预测生产时间、推荐的（EOS）3D打印系统和推荐材料。
CanI3DPrintThis.com 上传控制面板
分析完成后，将生成一份报告并提供下载。该分析还包括对使用 3D 打印技术而非当前传统工艺进行生产时的单件成本 (CPP)、生产时间和材料使用量进行的多重比较。
如果需要，Can I 3D Print This 还可以与 Additive Minds 增材思维团队建立直接合作关系。
CanI3DPrintThis.com Additive Minds 零件示例
每个定制应用程序分析报告包括：
●应用几何分析
●推荐的3D打印机和材料
●与当前应用材料相比，材料质量匹配
●与当前制造方法相比的财务收支平衡和生产时间分析
●每个零件的成本与当前制造工艺和产品生命周期的比较
●根据零件方向进行调整的“智能”零件成本分析
EOS 北美团队的高级增材思维顾问 David Krzemenski 博士表示：“对于那些刚接触增材制造的人来说，通常始于有关应用程序或组件的最基本问题——”我可以 3D 打印这个吗？” 尽管增材制造的优势已得到证实并被广泛采用，但许多公司仍然认为增材制造是一种新兴技术，并且对于增强其传统制造工艺犹豫不决。此款 Can I 3D Print This工具使潜在用户能够探索和收集有关他们这一代人的增材制造前景的信息，从而帮助做出初步决策。”
EOS 与 CASTOR 合作，推出了的这款 Can I 3D Print This 工具目前仅适用于北美用户，但 EOS 正在探索向全球客户提供。
用户目前仅限于分析五个零件，但通过与 EOS 的 Additive Minds 工程团队合作，可以完成对应用或组件的更大规模批量分析。
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EOS与2023年5月推出了Smart Fusion（闭环智能熔融技术），这是EOS致力于通过简化流程、节约成本和提高生产力的创新解决方案来推进和促进金属增材制造（AM）的创新成果。
德国亚琛Fraunhofer关于增材制造技术跳跃性发展的描述
认为Smart Fusion这一技术进步事件也意味着基于粉末床激光熔融金属3D打印技术进入了一个新纪元。这一技术也进一步说明，粉末床激光熔融金属3D打印技术必须告别低端“卷”的时代，以加工质量可预测性、加工质量可重复性为代表的新时代已经不可逆的开启，金属3D打印企业必须迅速切入到软件驱动硬件发展的轨道，否则当前的”高试错成本“方式将被时代的发展远远的抛开，跟大自然的进化一样的道理，制造的进化不会以高废品率的严重浪费方式最终存在，在这种大道至精简的原理下，离开正确方向的任何其他的努力将成为越努力离成功越遥远的悲哀存在。
Smart Fusion
© EOS
如何Smart?
那么Smart Fusion的Smart体现在哪里呢？Smart Fusion可以实时自动调整激光功率，快速有效地解决潜在的制造问题。该技术通过测量粉末床所吸收的激光能量，并使用先进的算法进行调整，可以有效避免甚至消除支撑结构。这不仅节省了时间，而且通过减少后处理和减少材料用量，降低了每个零件的单件制造成本（CPP）。
以打印钛金属为例，Smart Fusion可以减少80%以上的支撑需要，减少40%以上的构建时间，减少34%以上的单件制造成本
© EOS
比尔盖茨在《气候经济与人类未来》一书中谈到“零碳”产业是一个巨大的经济机遇，那些能在这一领域有所突破的国家将是未来十几年引领全球经济的国家。面对人类活动对气候变化的影响，人类需要新的技术、新的公司和新的产品来降低绿色溢价。
PBF基于粉末床的增材制造技术可以显著减少碳足迹，由于能够优化零件的设计，节约材料，因此补偿了零件制造过程中的更高的能量消耗。通过提升效率，减少浪费，降低废品率，Smart Fusion技术使得PBF基于粉末床的增材制造技术在可持续发展的轨道上更进一步。
本质上基于粉末床激光熔融金属3D打印技术是一种焊接技术。近年来，激光焊接已成为各个行业的强大工具，彻底改变了制造工艺并突破了可能性的界限。随着技术的进步，闭环控制激光焊接工艺获得了巨大的关注，提供了提高效率、质量和精度的众多优势。那么EOS 专有的 Smart Fusion 技术是如何为增材制造带来调节和控制，从而以尽可能高的质量生产复杂的几何形状的呢？
增强的精度和控制
反馈环路控制的激光焊接工艺的主要优势之一是它们提供增强的精度和控制。通过持续实时监控和调整关键焊接参数，这些工艺可确保最佳的能量输送、焊缝质量和熔深深度。这种控制水平消除了传统焊接方法经常出现的不一致和缺陷，从而实现更高质量的焊接并提高整体性能。
优化的焊接参数：
在增材制造工艺中，实现一致且精确的能量输入对于成功的打印作业至关重要。EOS 的 Smart Fusion 技术在确保整个焊接过程中向材料持续输入能量方面发挥着关键作用。激光焊接（激光粉末床熔融与激光焊接密切相关）背后的理论表明，必须通过激光辐射向粉末床传递特定的热增量，将金属材料从粉末状态熔化为液态，并使其能够焊接到下面的层。
然而，在某些区域（例如表皮下），热通量可能会受到干扰，由于连续且固定的激光照射参数，可能会导致粉末床过热。这种过强能量输入带来的过热可能会导致缺陷并影响最终产品的质量。Smart Fusion 技术通过动态调整运行中的能量输入、在必要时精确地减少或增加能量输入来解决这个问题。
金属增材制造是一个非常复杂的过程，影响制造过程的过程参数数量令人难以置信。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 《（三）人工智能减少缺陷-3D打印过程控制 l 人工智能赋能3D打印》一文，过程表征数据可以并入机器学习算法使用的训练数据集中，该算法能够自动分类对象缺陷、预测过程控制参数的最优组或序列、实时调整过程控制参数，或其任何组合。可以将过程表征数据馈送到机器学习算法以便实时更新增材制造设备的过程控制参数。
左侧 OT 图像有过热区域；右侧的校正图像指定了调整能量输入的位置
© EOS
通过不断监控焊接过程并收集实时数据，Smart Fusion 技术可以识别需要优化能量输入的区域。通过其反馈回路控制机制，可以立即进行调整，以确保精确调节输送到粉末床的能量。此功能可以防止关键区域过热，从而提高3D打印过程中跟焊接有关的质量问题、减少缺陷并增强零件的整体性能。
其他方面的因素，包括粉末粒度分布、工艺异常和加工过程中的飞溅等等，可能会引入变异性并影响3D打印部件的质量。借助EOS的Smart Fusion技术，可以实时检测和纠正这些偏差，从而减轻其对增材制造过程的影响。在 EOS 制造控制软件 EOSPRINT 中，可以单独调整和优化超过 160 个工艺参数，以实现完美的构建过程。通过过程控制软件，可以监控和纠正所有这些基本本质的技术，确保在正确的时间提供正确的能量，这是完全创新的。
增材制造的质量保证
采用先进的算法来逐层监测构建过程，从而提供更均匀、一致的零件。Smart Fusion 作为一项突破性技术而脱颖而出，它使增材制造工艺能够实现尽可能高的质量。通过对过程偏差进行现场检测并提供纠正措施，Smart Fusion 可确保在不影响质量的情况下打印“不可能的想法”几何形状。
从数据流的角度来看，EOSPRINT准备了发送到3D打印设备的数据，然后Smart Fusion与EOSTATE及其光学断层扫描（OT）合作，通过EOSYSTEM监测、测量和调整激光器。这款工艺控制解决方案包括首创的实时闭环智能热管理，减少或消除了支撑结构，其性能比其他技术快2-5倍。借助这项技术，制造商可以突破设计自由的界限，创造出以前无法实现的复杂零件。
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工程设计软件开发商nTopology和工业3D打印公司EOS宣布，正在着手开发一种新的隐式互操作功能，能够以兆字节为单位传输复杂设计，解决了增材制造工作流程中的一个主要瓶颈。能够传输大文件，加快了制造时间。
“隐式互操作” 解决方案
EOS和nTopology合作该款解决方案主要针对文件的数据量缩减程序。该程序可以将文件大小减少99%，并将文件的加载速度提高60%，从而使文件的生成速度提高500倍。
除了节省时间之外，隐式互操作还保持了原始文件的保真度和设计意图。它跳过了网格创建和渲染步骤（这可能需要几分钟、几小时甚至更长时间，具体取决于文件的复杂程度），直接将数据传输并保存在隐式建模文件中。
应用验证
西门子能源对此进行了概念验证。在此之前，由于数据传输格式的限制，该设计一直无法制造，在使用该解决方案后，通过程序缩减，热交换器的复杂设计在“几秒钟内”能够导出到nTop 隐式文件，并且仅需要不到 1MB 的存储空间，然后能够轻松地将其输出到 EOSPRINT上，并在EOS M 290增材制造系统上进行制造。
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