金属3D打印（手套箱）：从自行车到对撞机，从微型打印到大型零件

微型3D打印

微型3D加工

最近，越来越多对的额3D打印公司展示了微型3D打印技术在市场中的广阔前景。这些公司都采用了以零件为中心的业务模式，通过提供高分辨率、复杂性和材料多样性的微型金属打印解决方案。

电化学3D打印技术

该工艺使用低成本的金属盐水基原料，在原子水平上制造出复杂的金属部件，从而实现卓越的特征分辨率和增强的材料特性。Fabric8Labs以50微米的打印分辨率为特点，并专注于生产小部件的大批量生产，其尺寸通常高达100-150毫米。该初创公司目前专注于热和射频应用，并将数据中心的液体冷却作为早期目标用例，同时看到未来医疗和其它领域的扩展潜力。

3D微加工技术

另一公司Horizon首席执行官表示该工艺能够将微型3D打印的多功能性引入电极和电接触针等应用，包括E安全零件、3D 微流体、MEMS 和光学封装。这种基于模板的 3D 微加工是一种有效的制造方法，具体来说就是通过聚合物微AM生产微结构件，然后通过向微结构添加材料和相应的功能。由此制造的3D微结构（模板）可以用于广阔的工业领域。此工艺的关键支持技术是微增材制造，如今存在许多商业上可行的基于聚合物的微增材制造平台，它们可以快速、经济高效地实现严格的公差，然而这些平台仅限于生产树脂或塑料零件。

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为了引入导电性，当部件在聚合物增材制造平台上生产出来，就会立刻全部或选择性地涂上一层导电层。Horizon甚至可以均匀地覆盖最难涂覆的区域，例如狭长的通道和底面。应用领域包括电极、电子传感器头和 ESD 安全组件。微加工3D模板也可以涂上金属氧化物，使部件与腐蚀性化学环境兼容，在某些情况下可以显着提高对高温和机械应力的抵抗力。例如用于腐蚀性溶剂和某些酸的喷嘴和3D微流体，具有增材制造的完全设计自由度。在某些情况下，还可以制造陶瓷或玻璃制品。

顶级自行车

配件全由3D打印制造

在众多运动应用领域中，3D打印自行车无疑是最广泛的。使用3D打印技术能够制造一辆更轻、更快、更舒适的自行车，同时减少制造时间和成本。最常用的是金属或复合材料 3D 打印，因为他们的硬度更高。此外，通过3D扫描，可以定制自行车头盔、车座或把手等配件。

Angel Heaven是由西班牙公司打印的钛合金自行车。与MADIT Metal 3D团队合作，使用SLM 3D打印技术打造了这款独特的自行车。他们使用独有的钛粉，进行精巧的结构设计和制造。所使用的3D打印机具有很高的高精度、同时粉末的高硬度及其三重轨道支撑能够减轻和消除不必要的材料，创造出尖端和耐用的产品。这种制造方式还可以减少材料浪费，提高生产效率和降低成本。作为一款非常有特色的自行车，它利用3D打印技术生产高质量的自行车部件，提供给用户更加个性化和优质的骑行体验。

金属3D打印

人人都可以制造自行车

Openbike是一个由荷兰设计师Basten Leijh发起的开源自行车项目，旨在利用3D打印技术推动自行车行业的创新和可持续发展。该项目提供了自由和开放的设计，任何人都可以通过3D打印机制造和组装自己的自行车。Openbike项目采用了基于CAD软件的开放式设计，为用户提供了多种自行车零件的3D打印设计文件。用户可以通过下载这些设计文件，使用3D打印技术将这些零件制造出来，然后按照指导手册组装成一辆自行车。

用户可以根据自己的需求和喜好进行修改和定制化。例如，可以更改车架的尺寸和形状、选择不同的车轮、刹车、变速器等组件，以实现不同的骑行需求。除了设计灵活性，Openbike项目还具有可持续性优势。由于自行车是通过3D打印技术制造的，可以大大减少废弃材料的浪费。此外，该项目还鼓励用户将废旧物品作为自行车零部件的制造材料，以最大程度

（文章内容来源于网络）

32个钨模块

3D打印进入大型对撞机领域

根据欧洲核子研究组织统计，目前全世界有超过3万台加速器，其中大部分用于医疗和工业。增材制造可以优化和缩短加速器的制造过程，降低制造成本，在减小加速器占地面积的同时，大幅提高其性能。3D打印用于粒子加速器相关零件的制造由来已久，2016年，澳大利亚墨尔本大学的科学家获得了3D打印超导谐振腔腔的突破，这在世界范围内属于首例，超导谐振腔在越来越多的实验工具用来研究宇宙的性质，它们的目的是储存微波，让他们耗费尽可能少的能量并同时产生共鸣。共鸣的微波能够加速粒子加速器中的带电粒子，产生高稳定频率，以实现测量光速等应用。

钨增材制造模块

目前世界上最大和最强大的粒子加速器，位于CERN欧洲核子研究组织的大型强子对撞机 (LHC)，正在升级为增材制造的钨模块，这将使物理学家能够以更高的精度研究罕见的过程和现象。五年前，新钨结构的生产是不可想象的，通过具有精细分辨率的 AMCM M 290-2 FDR 系统，CERN欧洲核子研究组织获得了该实验装置所需的高质量部件，钨模块具有大约 5000 个尺寸为 1.2 x 1.2 x 150 毫米的方孔，是使用 AMCM M 290-2 FDR 增材制造机器制造的。

每个钨块都有大约 5000 个 1.2 x 1.2 x 150 毫米的方孔，壁厚为 500 微米，并填充有闪烁纤维。纤维不能被粗糙的表面划伤，因此钨壁的表面质量必须高。来自德国EOS的AMCM M 290-2 FDR 设备是一款具有精细分辨率的粉末床激光熔融 (PBF-LB) 增材制造设备，适用于此类要求苛刻的应用。AMCM M 290-2 FDR 具有两个 400 瓦激光器和 150 x 220 x 325 毫米的构建体积。

粒子加速器和真空设备中都需要一种导电性和导热性能良好的零部件，铜金属是适合这些应用的材料，因而在这一领域被广泛使用。这些应用对于铜的纯度、密度和冶金性能（如晶体学纹理和晶粒尺寸）方面要求高，需要接近理论上可达到的最高质量。从制造的角度上来看，需要复杂的设计和广泛的冶金工艺路线，然后将多个组件组装、钎焊或焊接成最终零件。在传统制造工艺中，每个铜组件都是单独加工然后再焊接组装的，将多个零件钎焊在一起需要大量时间，精度和维护，而且两种相连的材料之间可能存在潜在的质量隐患。因此，3D打印提供了减少组装的解决方案。

铜增材制造

2021年，德国研究所3D打印用于粒子直线加速器的铜四极杆组件，Fraunhofer IWS研究所开发了完整的四极杆设计，其工作原理是高频射频四极 (HF-RFQ)，这些四极电极连接成一排，将质子加速到非常高的速度。基于 CERN 开发的新技术的高频四极杆是新一代设施的关键组件。这些系统可用于在机场进行更好、更自动化的毒品和武器检查。科学家们看到了 3D 铜打印的巨大潜力，根据弗劳恩霍夫 IWS 纯铜和铜合金增材制造专家，这种方法将能够显着减少制造时间，例如，快速原型设计将成为推动加速器技术未来发展的可能。今天，许多铜零件在通过锻造或铸造的制造工艺获得加工。然而，3D打印增材制造工艺开辟了生产高度复杂几何形状的新选择，而这在常规制造工艺中根本不可能实现。

由于铜的导热性和导电性非常好，因此，当这种金属可以在3D打印-增材制造系统中进行处理，则将对目前和未来的铜产品的设计与制造构成重大改进潜力。与传统工艺相比，增材制造可以节省材料，从而减少铜的资源消耗。

金属增材制造

安全问题不容忽视

从实际制造角度来说，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。

不仅如此，在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。

基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。

金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。

（大型金属3D打印手套箱）

3D打印安全保护

3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。

金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。

（大型金属3D打印手套箱）

技术优势

●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。

●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。

●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。

●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。

●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。

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