1月5日消息，据“中国航发”官微发文，中国航发自主研制的160公斤推力级增材制造涡喷发动机在株洲完成压气机性能考核试验。

这款发动机通过结构优化设计，成功实现了发动机重量的显著降低。这一成果有效验证了多学科拓扑优化设计方法在航空发动机领域的应用前景，为科研理论向工程应用的转化提供了强大支持。

根据3D科学谷的技术追踪与观察，中国航发在涡喷发动机的设计与工艺开发方面积累了多年的经验，以下援引航空动力上发表的《基于增材制造的微型涡喷发动机轻量化设计及试验》，以领略其中的创新精神与实力。

 项目总体思路和方案

本项目的预期目标是：与采用传统加工工艺的发动机相比，发动机本体零件数减少50%以上，发动机本体减轻质量不低于15%，推力提升不低于10%。整个项目分为三个阶段实施：发动机集成化设计阶段、发动机轻量化设计阶段，以及为提升发动机性能的创新型冷却构型设计研究，如图1所示。

图1 增材制造发动机研究总体思路

 发动机集成化设计研究

当前的微型涡喷发动机采用了大量螺栓连接和焊接等形式进行零件装配。如果采用增材制造技术直接制备传统结构零部件，则无法充分发挥增材制造技术的优势，甚至可能放大增材制造技术的局限性。为此，创新团队须结合增材制造技术的特点及局限性，打破传统工艺下发动机设计思维定式，在满足结构构型约束、性能约束、工艺约束、强度约束及刚度约束等多约束的基础上，开展发动机零件结构集成化设计研究，实现一体化打印，从而省去连接件和焊接件的使用，减少发动机零件个数，降低发动机装配难度，提高发动机寿命及可靠性；同时，省去部分零件安装边的设计，达到减轻零件质量的效果。因此，最终确定零件整合方案以减轻发动机质量、提高结构可靠性为目标。集成化设计研究思路如图2所示。

图2 集成化设计研究思路

 发动机轻量化设计研究

结合发动机零部件结构功能与承载性能约束，创新团队将面向增材制造工艺的拓扑优化技术应用至零件的轻量化设计中。利用变密度拓扑优化设计驱动材料分布，从而获得零件高效、轻量化的创新构型。在此基础上考虑增材制造工艺约束性，对拓扑优化构型进行重构，优化零件结构形式，实现拓扑构型的可制造性及工程适用性。针对拓扑空间较小的集成化静子件，则利用增材制造可实现高度复杂构型成形的特点，对集成化零件进行结构适应性改进，在确保结构刚度和强度的基础上，实现静子件的轻量化设计。轻量化设计研究方案如图3所示。

图3 轻量化设计研究方案

 空心叶轮盘冷却设计研究

根据拓扑优化设计后的转子件空腔结构特点，创新团队提出了一种新的气冷叶轮盘结构（如图4所示）。其基本原理是从离心叶轮背腔引冷气，通过空心涡轮轴，到达叶轮盘内部进行冷却，从而达到叶轮盘温度降低的效果，可以显著提升发动机性能。

图4 新型冷却构型设计研究方案

 项目实施情况

集成化设计方案

创新团队在详细剖析传统发动机零件结构、功能、材料及装配关系后，制订了多种零件集成化方案。针对集成化结构开展了性能评估、结构强度评估、转静子间隙评估及增材制造工艺可行性评估，突破了可提升结构可靠性的集成化设计技术，实现发动机本体零部件数量减少81%。发动机集成化前后结构对比示意图如图5所示。

图5 发动机集成化设计对比图

轻量化设计方案

创新团队采用面向增材制造工艺的拓扑优化技术完成了发动机主要零部件轻量化设计，包括转子件和静子件等，优化后零件结构如图6所示，最终实现整机减轻质量17.3%。，详细情况见表1

图6 集成化静子件轻量设计前后

表1 增材制造发动机结构优化前后质量减轻情况

整机试验

现阶段，创新团队已完成所有零部件的增材制造制备（如图7所示），串装增材制造静子件和传统工艺转子件的发动机已完成两次点火试验，发动机性能达标，状态稳定。

图7 试验后发动机分解图

为验证串装增材制造发动机的场外工作能力，创新团队将串装增材制造发动机装在航模飞机上，并对航模飞机进行改装，开发专门的数据传输系统，进行了飞行试验（如图8所示）。

图8 串装发动机装机航模并试飞

 创新点

本项目创新点主要体现在产品结构创新和生产工艺创新上，具体创新点如下。

一是建立了基于增材制造技术的发动机零件集成化设计技术。通过该集成化技术，研制了一型基于增材制造技术的高度集成化的小型涡喷发动机，零件集成率高达81%，降低发动机装配难度，提高发动机的可靠性和维修性。

二是建立了面向增材制造和拓扑优化技术的零件轻量化设计技术。通过本项目发展的轻量化设计技术，使创新结构空心离心叶轮、空心涡轮轴及空心涡轮盘等优化设计有了重大突破，并采用增材制造工艺实现了空心转子件的加工制备。

三是创新性地提出了一种基于增材制造工艺的气冷叶轮盘构型。通过本项目发展的气冷叶轮盘新构型是通过轮盘腔内引入冷气来冷却叶轮盘，初步估算可有效降低轮盘温度，从而提升发动机性能。

 结束语

创新团队以微型涡喷航空发动机为技术验证平台，探索增材制造技术在航空发动机设计和制造领域的应用研究，开展了基于增材制造技术的发动机结构集成化、轻量化及创新型冷却构型设计技术研究，实现了航空发动机集成化、轻量化及高可靠性设计，并初步完成串装增材制造发动机的整机试验验证。从本项目获得的集成化、轻量化设计技术对提升发动机设计和制造能力具有重要意义，可推广应用至高性能发动机的研制。

来源：航空动力 l

基于增材制造的微型涡喷发动机轻量化设计及试验

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3D科学谷洞察

搅拌摩擦增材制造技术的研究进展表明，该技术在轻质大型结构件增材制造、特征结构添加、梯度材料与涂层制备、缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面具备较大的应用潜力。”

 大尺寸、大壁厚

南航柔性成形技术与装备研究团队利用搅拌摩擦沉积增材制造技术，成功制造出1m级高强铝合金圆环样件，在大型构件整体增材制造的工艺稳定性、精度控制及应力变形调控等方面实现技术突破，为大尺寸、大壁厚圆环/筒类复杂结构件加工制造开辟了新途径。

搅拌摩擦沉积增材技术是一种基于摩擦产热的新型固态增材制造工艺，利用旋转工具与金属材料的摩擦热，使材料达到塑性状态并实现逐层沉积，最终形成三维实体零件，通过精确控制工艺参数，可以实现高质量、高效率的增材制造。该技术具有增材组织致密、热影响区小、残余应力低等优点，在航空航天、汽车制造等领域展现出广阔的应用前景。

 团队简介：

南京航空航天大学柔性成形技术及装备研究团队始终坚持“立足空天、服务国防”的科研理念，以高质量党建引领高质量发展，以服务国家和国防重大需求为牵引，系统开展柔性成形基础理论、关键技术攻关、数字化柔性精确成形装备研发与航空航天重大工程应用等工作。目前，团队具有国家级高层次人才、国家级青年人才、重大基础研究项目首席科学家、中国科协青年托举、博新计划等教师8名、博士研究生20余名、硕士研究生60余名。

团队承担某国家级人才项目、国家重大基础研究项目、国家重大转化项目、国家科技重大专项（07）、国家重点研发计划重点专项、领域基金重点项目、国家级青年人才项目、国家自然科学基金项目（重点、面上、青年、国合）以及江苏省重点研发计划重点项目、国际合作项目等30余项，千万级项目4项；另外承担国防军工型号预研、民口科技成果转化关键技术和工艺研发等企业横向项目等20余项。团队获授权专利110余件，出版中英文学术专著6部，发表学术论文240余篇【Nature Communications (IF=16.6)，Progress in Materials Science（IF=37.4），International Journal of Machine Tools & Manufacture（IF=14）】，牵头制定国家标准4项；荣获江苏省科学技术一等奖、军事科技进步二等奖、国防技术发明二等奖、教育部科技进步二等奖、日内瓦国际发明展特别金奖（大会最高奖）等省部级奖8项。

来源
NUAA柔性成形技术与装备研究团队l

南航柔性成形技术与装备研究团队利用搅拌摩擦沉积增材制造技术成功制造出1m级高强铝合金圆环样件

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3D科学谷洞察

根据3D科学谷的市场研究，未来的驱动任务-无论是在工业领域还是交通领域-都对各个组件提出了很高的要求。基于传统的制造工艺，优化的几何形状通常是不可能的，结果是设计者在性能和效率上痛苦折衷，某种意义上电动机的经典制造工艺达到了极限。而另一方面，随着增材制造 (AM) 技术日趋成熟，增材制造为电机的制造开辟了另外一条曲径通幽之路：3D打印-增材制造电机（EM）只是时间问题。

预测在未来几年内原型领域的电机组件3D打印将急剧增加，最有可能集中在3D打印机器绕组、热交换器和同步转子上。此外，提升电机效率的一个关键在于其内部定子和转子所用的软磁合金材料，增材制造高性能软磁合金对高频电机铁芯的制造和应用具有重要的工程意义。”

DeepTech深科技报道了华中科技大学非晶态材料实验室在电机领域的突破：

在现代工业生产和社会生活中，电机被广泛应用于电动汽车、高铁、精密机床等多个关键领域，其所消耗的电能占全国总用电量的 40%。

电机所消耗的电能除了转化为机械能发挥作用外，剩余部分全部转化为热能浪费掉，其中机械能相较于电机总耗电量的占比就是电机的效率。

研究表明，如果电机的效率可以提升 1%，那么每年中国就能节省 500 亿度电。想要提升电机的效率，其内部定子和转子所用的软磁合金材料是关键。

目前普遍使用的软磁材料是硅钢，其矫顽力高和电阻率低的固有属性，制约了降低电机损耗的进一步降低。

近些年来新兴的多组元合金，比如高熵合金、中熵合金和非晶合金，得益于其广阔的成分空间，可以在很大范围内进行微观组织和性能的调控，有望获得性能更为优异的软磁材料。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

然而，软磁多组元合金的成形性通常较差，通过传统的加工方式难以制备复杂构件。

激光增材制造是一种以激光为热源，逐层熔化粉末从而成形零件的新技术，可以加工任意复杂形状的零件。目前，已有不少增材制造软磁多组元合金的工作报道。

但是，增材制造过程中复杂的热历史会导致软磁多组元合金形成复杂的微观组织结构，这导致最终得到样品的软磁性能（如矫顽力过大）无法满足实际需求。

为了解决这个问题，华中科技大学非晶态材料实验室的柳林教授、张诚教授团队瞄准目前高频电机亟需解决的节能问题开展研究。

软磁非晶合金由于其独特的原子排布结构特征具有一系列优异的软磁性能，比如：高磁导率、高电阻率、低矫顽力和低损耗等优点。

然而，由于铁基非晶合金具有硬度高、脆性大的特点，使得传统加工方式难以对其进行加工成形。

于是，他们利用紫外皮秒脉冲激光切割软磁非晶条带并进行叠片制备出非晶定子样件，实现了低损耗非晶定子的快速无损加工。

（来源：Scripta Materialia）

然而该技术无法用于复杂异形结构铁芯的制备，制约了其进一步的发展。为了突破异形结构铁芯的成形难题，他们同步开展第二个方向研究工作——增材制造多组元软磁合金。

期间，他们进行了大量的软磁无序合金成分设计工作，采用铸造法制备得到了一批具有优异软磁性能的合金体系，随后采用增材制造技术对这些体系进行加工成形。

由于增材制造过程中极快速升降温的效应会导致样品中非平衡相的形成，使得最终制得样品的性能相较于铸态样品发生恶化。

如何在激光这种高能热源导致的极端环境中得到对软磁性能有益的物相结构，是他们遇到的一个瓶颈问题。

为了解决这一问题，他们结合以往工作中粉末表面改性的经验对本工作中所使用的粉末进行表面改性，并对增材制造工艺进行了大量优化，对不同粉末改性和增材制造工艺下得到的微观组织结构的演变规律和磁学性能进行探索。

经过不懈的努力，最终他们寻找到了 FeCoNi 和 Fe2O3 这一组合及其对应的最优工艺参数。

除此之外，他们还采用增材制造技术对软磁非晶合金进行成形，即在增材制造软磁多组元合金中引入原位物相调控的策略来调控微观结构，从而获得了优异的软磁性能。

该策略基于纳米氧化物表面改性的元素粉末，在激光增材制造过程中原位调控物相结构（体心立方结构（BCC，body-centered cubic）/面心立方晶格（FCC，face centered cubic）双相变 FCC 单相），实现软磁性能的优化，从而有效解决当前增材制造软磁多组元合金在性能上的不足。

具体来说，他们首先选择了一种非等摩尔比的 FeCoNi 中熵合金作为基础合金，该合金体系具有高饱和磁感应强度的优点，但其双相结构的特点导致其矫顽力较高。

于是，他们采用原位物相调控的策略对其相结构和磁学性能进行了优化。

这一过程包含三个步骤：

首先，通过湿化学法在单质元素粉末表面均匀包覆一层纳米 Fe2O3 颗粒；

随后，采用激光增材制造技术将预处理后的粉末加工成形成样品，在该过程中 BCC/FCC 双相结构转变为 FCC 单相结构，纳米 Fe2O3 颗粒转变为 FeO 颗粒；

最后，通过高温热处理进一步优化组织结构及磁学性能。

经过上述步骤，他们得到了单一 FCC 结构的 FeCoNi 中熵合金/FeO 复合材料，该材料的饱和磁感应强度达到 2.05T，矫顽力低至 115A/m，这些性能优于大多数增材制造软磁合金。

另外，FeO 颗粒将电阻率提高至未添加纳米颗粒样品的两倍，从而有效降低铁损。

总的来说，本研究中提出的创新策略为增材制造高性能软磁合金提供了新的思路，也对高频电机铁芯的制造和应用具有重要的工程意义。

这一成果潜在的应用场景主要是电机，尤其是高频电机中的铁芯。如前所述，电机效率任何微小的提升都可以节约大量的能源。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

为了做到这一点，电机中所采用软磁材料需要同时具有低矫顽力和高电阻率的性能特点。而且随着技术的发展，电机内部的结构也越来越复杂，传统加工技术在成形这些复杂形状时显得力不从心。

而本次工作可以同时解决上述两个问题：

首先增材制造技术可以解决样件复杂度的问题；其次采用原位物相调控策略制备的多组元无序合金展现出优异的软磁性能，从而满足电机对软磁材料性能的要求。

然而由于软磁非晶合金的玻璃形成能力通常较低，导致在激光 3D 打印过程中形成了许多脆性硬磁晶化相，这些相会增大了矫顽力。因此后续他们将继续探索增材制造成形软磁非晶合金的新方法，致力于解决当前面临的技术难题。

来源
DeepTech深科技 l

科学家提出增材制造原位物相调控新策略，材料饱和磁感应强度达到2.05T

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德国法兰克福，2024 年 11 月 19 日 – 全球领先的负责任制造（AM）解决方案供应商、选择性激光烧结（SLS）3D 打印技术的先驱 EOS 推出了新型 EOS P3 NEXT 工业 3D 打印机，将聚合物生产率和效率提高到一个新水平，为 2024 Formnext 展会拉开了序幕。

EOS P3 NEXT 是根据广泛的市场反馈意见开发的，其生产率最高可提高 50%，投资收益率在同类产品中名列前茅。

我们倾听了客户和市场的声音，推出了我们认为为中型系列聚合物 SLS 生产树立新基准的产品，EOS P3 NEXT 是一台生产效率极高的设备，与 EOS PA 2220 HighReuse 和 ALM PA 950 HD 等只需极少刷新的新型材料相结合，EOS P3 NEXT 为口腔设备、眼镜、手术导板和结构件的 SLS 生产提供了最有力的支持。我们的聚合物解决方案具有悠久的医疗传统，二十多年来已被众多客户成功应用。

- Virginia Palacios | EOS 聚合物首席业务官

新型聚合物 3D 打印系统：EOS P3 NEXT

美国领先的工业服务提供商 ADDMAN 是首批探索 EOS P3 NEXT 的客户之一。该系统将为 ADDMAN HEAL 中心提供高生产力的增材制造资源，旨在促进创新，使医疗合作伙伴能够利用尖端的增材制造技术制造出高质量、可靠的医疗设备。

EOS P3 NEXT 是帮助我们满足 HEAL 中心严格要求的理想 3D 打印技术。它使我们能够在经过全面认证的生产环境中为规范的医疗市场制造应用产品。归根结底，我们的目标是始终以最高的质量和成本效益满足客户的认证生产需求，我们相信 EOS P3 NEXT 将帮助我们实现这一承诺。

- Tim Brasher | ADDMAN 市场开发部高级总监

EOS P3 NEXT 配备了集成监控模块，整体占地面积比 EOS P 396 略小，所需的占地面积更少，但仍能保持相同的构建体积（340x340x600mm）。它最大的变化在于：先进的软件更新和扫描算法、改进的刮刀速度、优化的加热装置以及新的外围设备，这些都是 EOS P3 NEXT 的优势所在：

• 提高生产率：通过加速预扫描、铺粉和冷却时间，优化工艺顺序，使生产率提高 50%
• 提高机器利用率：机器利用率高达 90%，确保机器、人力和地面空间得到有效利用，同时推动卓越运营
• 提高材料效率：ALM PA 950 HD 尼龙 12 材料的材料重复利用率为 80%；EOS PA 2220 高重复利用率材料的材料重复利用率为 70%
• 降低总拥有成本：总拥有成本最多可降低 30%
• 提高零件质量：通过灵活的参数调整能力和材料多样性，提高尺寸精度、表面光洁度和机械零件性能
• 用户友好的“打印到零件”工作流程：简化生产流程，包括零件的拆包和精加工以及材料的筛分和混合，确保安全高效的操作
• 为监管市场做好准备：生物兼容材料、经现场验证的技术、EOS 鉴定服务和质量保证程序

EOS P3 NEXT速度更快、效率更高，而且采用了新型材料，为免工具制造开辟了新的可能性。该系统为用户提供了端到端的制造解决方案，简化了生产流程，并为操作员创建了更加友好的用户界面。无论是否有AM经验，该系统都能让您轻松实现工业聚合物3D打印。

- Alexander Prillwitz | EOS P3 NEXT产品经理

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近年来，航空航天制造领域对材料的要求不断提升。碳化硅（SiC）基陶瓷复合材料（CMC）因具有高比强、耐高温、低膨胀等众多优点，被广泛应用于航空航天、光伏电子、半导体等国家重大战略装备、核心支柱产业。

但CMC-SiC属于高硬度、高脆性且各向异性的难加工新型材料，传统制造工艺存在复杂构件成形难、废品率高、工序长、成本高等诸多问题，复杂结构难以甚至无法制造，严重制约了其在高新技术领域的发展步伐。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

华中科技大学材料科学与工程学院史玉升教授团队专注于增材制造材料、设备、工艺及软件的系统化研究。该团队的李晨辉教授从事陶瓷材料研究20余年，自2013年开始聚焦于3D打印陶瓷材料的制备、成形、烧结全流程技术的开发、研究与技术服务。目前，李晨辉教授采用SLS增材制造+反应熔渗方法，在华曙高科403P系列设备上成功实现复杂碳化硅陶瓷零件打印和后续烧结工艺，取得重大突破。

3D打印碳化硅基陶瓷材料可以稳定做到抗弯强度≥250MPa，密度≥2.95g/cm³，可实现米级大型构件和毫米级精细结构的增材制造，并成功开发涵盖材料、工艺、后处理全套工艺技术，在某些重要领域取得实质性应用。

 3D打印碳化硅陶瓷典型应用

随着光伏电子、半导体行业的崛起，科技的发展对芯片的需求量日益剧增。李晨辉教授等人采用华曙SLS设备，可直接成形大跨距、小杆径等复杂精细结构SiC陶瓷构件，成形尺寸精度高（变形小于1%），满足半导体等领域对SiC构件高纯度要求，且纯度最高可达99.999%。

在节能环保领域，SiC陶瓷构件可实现无焰充分燃烧，节约能源并减少排放，负载催化剂会大幅降低污染物分解温度，在低热值气体利用、废气处理和垃圾焚烧等领域有很大的应用前景。

 华曙高科SLS解决方案优势

作为工业级3D打印领航企业，华曙高科充分发挥自身在金属、高分子增材制造领域的技术优势，提供涵盖设备、材料、工艺、技术支持于一体的全产业链解决方案，助力高校科研用户在新材料、新应用等领域不断深入探索，不断实现碳化硅陶瓷等新型材料在不同应用领域的创新突破。

• 材料范围广：对于材料适用性强，打印成功率高。
• 多区温控专利技术：403P系列设备采用动态聚焦技术，同时配置华曙独创多区独立温控专利技术，热场十分均匀稳定，温差严格控制在±4℃以内，确保碳化硅基陶瓷材料烧结过程的稳定性和均匀性。
• 深度开源：主要的温场和能量参数开放用户，适合科研培训和新材料的研发应用。

碳化硅陶瓷制备技术的高速发展，使得其性能不断提高，这将进一步推动碳化硅市场的发展。3D打印技术作为高端装备制造领域的重要技术手段，始终致力于解决传统制造工艺提出的挑战，在实现陶瓷材料无模成形、缩减产品设计周期、精细陶瓷微结构等方面发挥着极其重要的作用。华曙高科也将持续技术创新，助力科研事业创造更大的价值和效益。

8月28-30日，华曙高科亮相深圳Formnext+PM South China，现场展示华曙高科碳化硅陶瓷、PEEK、PPS等新型材料增材制造解决方案和创新应用。华中科技大学李晨辉教授还将现场分享《SLS打印碳化硅工艺及其应用》主题演讲，欢迎莅临华曙B01展台现场交流！

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近日，表面技术和增材制造解决方案的领先供应商欧瑞康，在 SEMICON West 2024 上推出突破性的增材制造解决方案，以高效和精确的方式彻底改变半导体设备制造。

▲ 3D打印热交换组件
© 欧瑞康

热交换器将是下一个产业化领域。而究竟3D打印将在热交换器的产业化方面达到怎样的影响力和覆盖面，这不仅仅取决于3D打印设备，材料的价格，还取决于工艺质量是否能够达到一致可控，以及标准与认证的完善，而最重要的是如何从设计端获得以产品功能实现为导向的正向设计突破以及对后处理、产品机械性能的预测与控制。

3D科学谷

▲ 3D打印热交换器
© 3D科学谷白皮书

 让设备更好用

在今年的 SEMICON West 贸易展上，欧瑞康 AM 自豪地推出了其在增材制造 (AM) 技术方面的最新进展，有望彻底改变半导体设备制造。增材制造通过为资本设备制造商提供前所未有的设计灵活性以及从原型设计到定制零件生产的无缝过渡，正在改变行业。这一突破带来了立竿见影的好处和显著的竞争优势。

欧瑞康增材制造的突出优势之一是改进了关键部件（如基座或卡盘）的热管理。这种改进可提高设备精度、加快处理速度并提高整体生命周期价值。此外，欧瑞康的增材制造技术正在优化复杂歧管内的流体流动，从而进一步提高设备性能。

可以见得，增材制造通过改进热管理和优化流体流动来增强半导体设备制造。

欧瑞康通过3D 打印技术实现结构一体化的优化设计，生产出具有更高强度和强度重量比的轻质高强度部件。增材制造技术可以优化关键部件的热管理，提高设备精度和处理速度，延长设备使用寿命。这些部件还具有耐腐蚀性，可提高耐用性并延长设备的使用寿命。此外，欧瑞康增材制造通过消除劳动密集型钎焊和多部件组装的需求，简化了制造流程。这种简化不仅缩短了生产时间，还降低了成本，加快了新半导体设备的上市时间。

 长期向上

金属3D打印已被认为是传统半导体生产的潜在长期替代方案，鉴于其令人难以置信的复杂性，半导体芯片的3D打印还需要一段时间，但随着世界努力去创造足够的GPU来推动人工智能的繁荣，英伟达和其他公司有动力加速这一发展。利用现有的芯片处理技术，即使是非常小的设计变更也需要几周的交付时间：下一代 3D 打印技术旨在消除这种延迟，从而减轻供应链的压力。

© 3D科学谷白皮书

3D打印还可以成就更好的产品性能，根据《创成式设计和增材制造重定义芯片光刻机晶圆台的热管理性能》一文，在下一代增材制造晶圆工作台部件的设计开发中，正在从人工设计向计算机生成（即创成式设计）和人工辅助设计（相对于计算机辅助设计）过渡。举例来说，3D打印可以最大限度地提高晶圆台的热均匀性，同时不引起系统中的流体压力下降。先进冷却策略的一个额外好处是缩短热稳定时间，提高生产效率。通过新颖的创成式设计方法（使用Diabatix的 ColdStream平台）可以自动生成最佳的自支撑冷却结构，降低了整体温差，将流体压力保持在系统要求的范围内，并使整个系统生产晶圆产品的周期缩短。

此前另一个案例是通过3D打印晶片卡盘，可以提高定位速度，降低半导体行业的成本。对于ASML这类公司来说，每小时可以移动的晶圆数量非常重要。晶片台越轻，加速越容易，因此生产率越高，这对ASML来说具有很高的价值。一个典型的解决方案是Additive Industries提供的，Additive Industries制作了ASML卡盘的两个原型，已经实现了30％的重量减轻，并且平台仅重约8公斤。

 抢滩生态圈布局

3D科学谷认为半导体相关产业链正在“抢滩”3D打印技术，“半导体光刻机”被称为“史上最精密机器”之一，在这方面，尼康作为全球为数不多可以生产光刻机的制造商，无独有偶，尼康早先就通过资本投资进入到金属3D打印领域。在尼康长达一个世纪的尖端光电和精密技术基础之上，2019年，尼康成立专门事业部加速推进先进制造等新增长业务。从那时起，通过利用战略投资产生的协同效应，包括收购全球金属增材制造解决方案提供商 SLM Solutions Group AG (SLM)，以及在此之前收购端到端增材制造解决方案提供商 Morf3D Inc. (Morf3D) ，尼康向数字制造产业化迈出了重要一步。

关于尼康收购 SLM Solutions的战略出发点，3D科学谷曾给出了两个判断，一个是尼康的测量技术将进一步提升SLM Solutions设备的智能化水平；另一个战略出发点是金属3D打印将提升尼康在光刻机领域的技术地位。

正如轮胎巨人米其林投资了3D打印企业Addup, 阿迪达斯投资了Carbon，随着3D打印对重塑下游企业竞争力的重要性显现，这一价值链的变化也在影响和重塑投资逻辑。

欧瑞康在材料开发和生产方面拥有超过 85 年的经验，为增材制造提供了全面的金属粉末产品组合。这些高品质粉末包括镍、钴、铁和钛合金，每种粉末都经过严格设计、测试和制造，以满足严格的行业标准。欧瑞康的开创性 AM 增材制造解决方案代表了半导体行业的一项改变游戏规则的进步，在这方面，欧瑞康正在为效率、精度和创新设定新标准。在3D科学谷看来，欧瑞康将这些创新带入半导体市场也进一步验证了包括尼康、英伟达等半导体芯片领域巨头抢滩3D打印产业链布局的商业逻辑。

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▲ Keene增材制造公司创始人Chris Dubriske
© Raise3D

随着对3D建模和打印技术的深入学习，他的团队开始为当地企业提供打印服务，进而发现了3D打印在实现定制设计创新方面的独特价值，这促使Keene应运而生。Keene不仅为当地机加工车间提供合同服务，包括原型设计和定制设计工作，还专注于为渔业设计和制造专有产品。

 3D打印如何改变Keene的游戏规则

在传统制造中，泳池航道浮球通常采用塑料或塑胶材料，特定的浮球由上下壳体组成，通过二次注塑熔接形成空腔。上下壳体的外壁环设有凸沿环，通过密封中环紧密覆盖连接处。而高韧性固体浮力材料由环氧树脂、固化剂和弹性微球混合而成。

凭借之前在照明设计和制造领域的丰富经验，Dubriske 利用 Raise3D 打印机对父亲的浮球产品制造进行了改进，通过3D打印技术将原本分散的多个组件合成为一个完整的单元，简化了生产流程，省去了传统工艺中泡沫雕刻和环氧树脂覆盖的复杂步骤。

Dubriske特别赞赏3D打印技术在设计变更上的便捷性，它不仅可以迅速响应设计需求的变化，为产品的创新设计提供了更多可能性，还大幅提高了生产效率。

 数字化制造创新解决方案

Dubriske选择 Raise3D 打印机的原因有很多，包括可靠性、技术支持、IDEX独立双喷头和大构建体积等多重优势，Raise3D E2 的 IDEX 独立双喷头系统尤其吸引了他。

它允许在打印小零件时，使用复制模式左右挤出机同时打印两个零件，镜像模式下对称部件同步打印，基本上相当于花一台打印机的钱买了两台。

▲Raise3D E2 近程挤出机构，更适合柔性材料的3D打印

随着公司业务的扩展，Dubriske还选择了 Raise3D Pro3 打印机，以满足更大的构建体积和Z轴容量需求，Pro3 的高精度、稳定运行等特点为Keene提供了强有力的支持。

 Hyper FFF® 高速生产

通过升级到 Hyper FFF® 高速打印技术，Keene大大提高了生产能力。“它真的使我们的挤出量增加了两倍多，”Dubriske说。一个曾经需要30小时的零件现在可能只需要14小时甚至12小时就能打印完成。

最近，Keene收到了一份高打印请求的紧急任务，本该需要50小时的打印任务被Pro3 3D打印设备和 Hyper FFF® 技术 缩短至仅16小时，Keene 能够在第二天就发出打印件。Dubriske表示，如果没有Hyper FFF® 升级，他们很可能无法接受这项工作。

 Raise3D生态系统建立高效工作流

Raise3D 生态系统的无缝集成，包括ideaMaker® 切片软件、Raise3D 打印机和 RaiseCloud 系统，实现高效的打印过程，为 Keene 增材制造公司节省了大量时间和精力。

“拥有已经为所有 Raise3D 机器设置好的 ideaMaker® 配置文件，适用于所有不同的材料，真的是一个巨大的时间节省。你从一个非常好的起点开始，失败率非常低。”他补充说，由于这种集成，零件出来的质量非常高。

“ideaMaker®和 RaiseCloud 与所有机器的集成使一切都非常高效，”Dubriske说。

“你可以远程控制它，监控整个打印生产过程，你也可以看到是否有任何机器存在问题。因此，这些对我们来说都是巨大的好处，我非常满意使用 Raise3D 打印机。”

 携手Raise3D 迈向柔性制造新未来

展望未来，Keene计划继续购买新的 Raise3D 打印机，包括E2CF型号。Dubriske对通过 Raise3D 样品打样收到的 E2CF 打印的玻璃填充尼龙样品零件的质量印象深刻。

他欣赏零件附带支撑材料，这样他可以了解材料的感觉、外观以及它与零件的适配度，并期待在未来的业务扩展中使用更多 Raise3D 产品。

▲多样化应用：从产品设计阶段到工装治具

“我们对 Raise3D 打印机非常满意，”Dubriske说。Keene 从只有一台 E2 扩展到8台打印机，团队利用了整个 Raise3D 生态系统。

Dubriske表示，客户技术支持响应非常迅速，帮助解决问题，并尽快提供新零件。他补充道：“我们期待未来有更多的打印机推出！”

总体而言，Raise3D 提供的可靠性、速度、客户支持和无缝生态系统为Dubriske创造了一个全新的增材制造业务，并在定制设计创新上取得突破。

随着3D打印技术的不断进步，Keene有望继续在制造业的下一代中发挥重要作用，无论是快速原型制造、夹具和固定装置，还是终端零件的生产。

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▲ 支持高通量3D打印
© ORNL

 提高效率与精度

Slicer 2的更新版软件旨在提高大幅面3D打印的切片效率和精度。Slicer 2通过优化切片算法和处理大型数据集的能力，显著提高了3D打印过程中的效率和可靠性。它能够与多种类型的3D打印机连接，创建集成平台并与传感器通信，以提高打印精度。ORNL Slicer 2具有500多种设置，能够控制单个零件、层或区域的内部结构、形状、温度和其他参数，并且能够与模拟软件连接，模拟增材制造过程中的热量和应力关系。该软件适用于颗粒热塑性塑料、长丝热塑性塑料、热固性塑料、混凝土、激光丝焊接、MIG 焊接和送粉定向能沉积AM增材制造系统。

ORNL Slicer 2的更新版本在GitHub上发布，它提供了易于添加的语法、网络功能、闭环反馈机制、完全控制路径过程的能力、对实验系统的支持，以及面向未来目标的开发计划。ORNL Slicer 2是一个开源计算机程序，已有50多家设备制造商、工业终端用户和大学在使用。这款软件的推出，有助于推动3D打印技术在金属和复合材料制成的大型物体上的应用。

根据ORNL 研究员Alex Roschli ，3D打印物体的质量与控制机器运动的刀具路径的准确性和复杂性直接相关。ORNL Slicer 2 软件可直接与各种类型的3D打印机连接，以创建集成平台，并与传感器通信以提高打印精度。Slicer 2 软件可提高增材制造过程的可靠性和可重复性，结果是增材制造商能够以比传统加工方法更少的机器和更低的成本生产大型工厂零件。

3D科学谷了解到目前ORNL Slicer 2 的研究在 ORNL 的能源部制造示范设施中进行。MDF 由能源部先进材料和制造技术办公室支持，是一个全国性的合作者联盟，与 ORNL 合作创新、启发和催化美国制造业的转型。ORNL Slicer 2 是一个开源计算机程序，可在 GitHub 上获取，并被 50 多家设备制造商、工业终端用户和大学使用。

 突破进行时

根据德国ACAM亚琛增材制造中心，3D打印极具潜力，然而当前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，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指数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。

如何实现高通量3D打印的智能化是突破两难境地的必须要经历的挑战。

在高通量3D打印方面，设备端呈现出越来越大、越来越快速的3D打印设备，材料端呈现出高通量快速合金开发解决方案，而Slicer 2这样的软件配合是应趋势而生。根据3D科学谷的市场观察，3D打印实际上是软件和数据驱动的自进化智造技术。增材制造软件正在由作为协调者的平台驱动实现更深入的合作，软件具有更多的模块化以及对自动化和数据库的更多关注，这是当前典型的发展趋势。通过生态系统平台支持的软件解决方案，将充分发挥其潜力。

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▲ 西屋电气3D打印将底部喷嘴抗碎片能力从65%提高到96%
© 3D科学谷

▲ 3D打印在核能发电领域的应用
© 3D科学谷白皮书

 更安全

根据3D科学谷的市场观察，核能发电燃料组件的制造是一个复杂的过程，涉及到多个方面的技术挑战：

材料选择：核燃料组件的材料需要具有极高的耐腐蚀性和耐高温性能，以承受反应堆中的恶劣环境。选择合适的材料并确保其性能满足要求是一个挑战。

精密加工：燃料组件的制造需要精密的加工技术，以确保组件的尺寸和形状符合设计要求。底部喷嘴作为组件的一部分，其精度直接影响到整个燃料组件的性能和安全性。

质量控制：在制造过程中，必须进行严格的质量控制，以确保每个部件都符合核安全标准。这包括对喷嘴等关键部件的检测和验证。

由于3D打印技术可以成就复杂的产品形状并制造更加特殊的材料，研究和开发不同类型3D打印技术在核能领域的应用对下一代核能的发展变得越发重要。

西屋电气有限责任公司已使用增材制造技术制造底部喷嘴，以提高核燃料组件内的碎片捕获能力和燃料耐久性。据报道，这些喷嘴是核工业的首创，它们被集成到四个铅测试组件中，这些组件于 2024 年第一季度交付给阿拉巴马电力公司的 Joseph M Farley 核电站，该核电站由南方核电公司运营。

燃料棒包层上的碎片磨损作用（称为碎片微动）是压水反应堆 (PWR) 燃料组件泄漏的主要来源。增材制造技术通过增强的设计自由度显著改善了碎片过滤，从而减少了可进入反应堆的碎片直径。

西屋电气通过增材制造实现的这项针对压水反应堆重大技术创新减轻了燃料棒因碎片堆积而泄漏的风险，增强了客户运营的安全性和效率。

 更可持续

如果说发动机是飞机的“心脏”，那么核反应堆堪称为核电站的“心脏”了。与航空工业发生的3D打印产业化进展类似，3D打印正在开发中永久性地改变核能技术的过程中，3D打印和先进的制造技术可能彻底改变核能工业，以小型堆推动能源系统的低碳转型。

3D科学谷

根据3D科学谷的市场了解，核能发电是用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带动发电机一起旋转而发电，并通过电网输送给消费者。核能发电是解决2050年全球达到二氧化碳排放为零的重要支柱，然而，在未来 30 年内，许多现有的核反应堆可能会退役，因为它们基于 70 年历史的轻水技术。

西屋电气正在获得一系列的技术突破。通过引入增材制造技术-3D打印技术，可以在不进行进一步组装或焊接过程的情况下打印西屋电气开发的隔离栅。西屋电气设计的间隔栅具有沿着细长燃料组件的竖直轴线的轴向尺寸，核燃料组件格栅包括多个管状燃料棒支撑单元，具有四个横截面通常为正方形的壁。在相邻的燃料棒支撑室或控制棒支撑室中，每个壁的内部支撑垂直弹簧。西屋电气还考虑了一种混合叶片，该混合叶片在燃料杆支撑单元之间的区域中，连接至燃料杆支撑单元的外部。

2015 年，西屋电气进行了首次增材制造核部件的材料辐照研究之一。2020 年，西屋公司在一个正在运行的商业反应堆中安装了其首个安全相关的 AM 组件——顶针封堵装置，这一成就突显了3D打印技术在核工业等严格监管环境中部署经过认证的组件的可行性。2024 年，西屋电气成功生产了第1000块用于VVER-440燃料组件的3D打印燃料流板，这标志着该公司在增材制造技术方面取得了又一重大进展。这些3D打印的燃料流板对VVER-440反应堆的运行至关重要，并且已经成功集成到组件中，显著提高了整体性能。

总之，通过西屋电气的案例可以看出由于3D打印技术可以成就复杂的产品形状并制造更加特殊的材料，研究和开发不同类型3D打印技术在核能领域的应用对下一代核能的发展变得越发重要。

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根据公安部交通管理局的统计数据，截至 2023 年底，全国新能源汽车保有量达到 2041 万辆，占汽车总量的 6.07%。仅在 2023 年，就有743 万辆新能源汽车登记注册，同比显著增长 38.76%。

© 3D科学谷白皮书

电池支架作为承载并保护动力电池的主要构件，具备电池系统支撑、散热、防撞、防底部接触等重要功能。它在新能源汽车中属于最为重要的大型部件，在电池组系统里占据关键地位。目前，企业所使用的铝合金电池支架，存在重量大、成本高的严峻问题。再者，这些电池支架需承受重载。然而，铝合金的疲劳性能仅为钢的一半，其弹性模量仅为钢的三分之一，所以在设计层面存在很大的优化空间。

▲3D Systems先进的生成式设计和拓扑优化软件，工程师可以设计具有有机几何形状的支架、连接器和其他部件。

伴随电池组能量密度的市场需求逐步提升，尤其是在新能源纯电动汽车的情境下，车辆总质量降低 10%，电力消耗就会降低 5.5%，续航里程则增加 5.5%，因此我们对于电池组支架开展更多轻量化设计优化的需求愈发迫切。

3D打印技术涉及到运用专门的软件对三维模型实施切片分层，生成横截面数据，而后将其输入快速成型设备。这项技术采用逐层制造的方法来制造实体部件。鉴于这种增材制造手段，3D打印能够高效地生产近乎任何几何形状的部件。其优势涵盖能够处置单件或小批量生产、适应复杂的几何构造，并实现密集的部件组织。凭借3D打印技术的上述优势，其在新能源电动汽车电池组支架开发中的应用，对于加快开发周期以及降低相关成本具备极大的潜力。

周口师范学院机械与电气工程学院的张国庆博士在Scientific reports期刊发表了《Optimization design of battery bracket for new energy vehicles based on 3D printing technology》，在3D打印技术助力下，探究了新能源电动汽车电池组系统的性能强化潜能。

▲论文链接:
www.nature.com/articles/s41598-024-64393-x

 材料和方法

l 设计方法

电池组支架的轻量化策略主要包含轻质材料的应用以及轻量化结构设计的施行，电池组支架的轻质材料应用涵盖铝合金、高强度钢以及复合材料的采用。在众多选择里，鉴于铝合金材料的轻质特质，其成为主流之选。针对于轻量化结构设计，例如碰撞减震、散热、防水、防尘以及绝缘等方面的要素务必予以考量，尤其是在下支架设计方面。就国内纯电动汽车而言，轻量化设计通常涉及降低支架底部的厚度，同时在支架下方融入轻质孔洞来达到预期效果，拓扑优化设计正是基于上述原则。

▲某种电动汽车的电池组系统

l 制造和分析方法

由于此设计旨在开发高性能的轻量化电池支架产品，因此在产品开发阶段属于小批量零件生产的范畴。传统的制造方法，如机械加工、铸造和焊接会极大提高成本，主要依靠3D打印来制造这类复杂零件。为此，使用了联泰科技的Lite600工业高精度3D打印机。

3D打印的支架、外壳和轻量化电池支架需要先表面处理，进行支撑去除，接着用砂纸进行粗抛光，最后用抛光布进行抛光。表面处理过程完成后，将完成的电池组系统组件进行组装以验证配合度。

l 电动汽车下电池托架的强度分析

为便于分析，将设计的下支架模型按比例缩小 0.2 倍。采用 Inspire 软件对下支架进行强度分析。具体的模拟参数如下：导入零件后，单位设置为毫米、千克、牛顿和秒，分析材料为铝合金Al 6061。由于电池支架上的力主要来源于电池，并且此模型中电池的重量约为 100 千克，因此确保电池安装的可靠性十分重要。

因此需要系统且全面地研究电池支架在诸如颠簸道路和急转弯等典型工作条件下的受力情况和变形情况。为了模拟电池支架在颠簸道路条件下的承载能力，在支架底面（Z 轴方向）垂直施加5倍电池重力的表面载荷。考虑到模型按比例缩小，该载荷约为 980 牛顿。固定孔被约束，并选择“更准确”的计算速度/精度进行单载荷分析，同时将分析单元尺寸设置为 5 毫米。

▲电动汽车电池托盘的装载和固定位置

基于前期所述的分析参数设定，将下电池托盘支架的初始模型导入 Altair Inspire 软件开展初始强度分析。经观察可知，下托盘支架的最大位移为1.62 毫米，依据位移分布规律，最大位移出现在电池支架的中心部位。最大米塞斯等效应力为 182.90MPa，体现出存在一些不均匀的应力分布状况，最高应力主要集中在电池支架向上折叠的凸耳部分。此外，最小安全系数大于 1.3，测定的质量值为 0.685 千克，弹性模量为 1.11 MPa，以上各项均满足设计强度标准。鉴于安全系数与弹性模量，在质量减轻方面依旧存在显著潜力。

▲电池载体的受力分析结果：（a）位移云图；（b）应力云图；（c）安全系数。

l 下电池托架的拓扑优化设计分析

为拓展新能源汽车电池托盘下支架的设计潜力，于开展拓扑优化设计之前，预先对电池托盘下支架的轻质孔进行填充可谓至关重要。在拓扑优化改良前后，为下托盘支架设定相同的力分析参数。在 Altair Inspire 软件里，将电池托盘除固定孔以外的部分指定为设计空间，于图4 中以红色凸显，其余部分视作非设计空间，于（a）中以灰色展现。为达成最优的拓扑优化成果，对电池托盘部分实施了形状控制。鉴于该模型的形状特性，设置了对称 + 单向拉出约束。优化目标确立为最大化刚度，质量指标为 30% ，优化的厚度限制为5毫米。

▲拓扑优化参数设置：（a）填充模型；（b）负载和约束设置。

铝合金电池下托盘支架的拓扑优化结果于如下图呈现，从中可观察到托盘在拓扑优化后展现出树枝状结构，诸多区域依旧未相连。即便通过调整平滑结果滑块尝试对这些缺陷予以优化，却发现毫无成效，以致难以执行 PolyNURBS 拟合。再者，鉴于模型本身所固有的复杂性，手动重建亦不可行。正因如此，怎样在保证新能源电动汽车电池组托盘的可加工性之时，切实化解与拓扑优化后模型重建相关的挑战，依然是当前新能源电动汽车电池组托盘轻量化设计的一个阻碍。

▲电池托盘拓扑优化结果：（a）调整前；（b）调整后

l 拓扑优化部件的重建解决方案

基于对拓扑优化后的电池托盘支架结构的进一步分析，托盘支架呈现为树枝状形态，枝干相互交织。传统的逆向重建方法被证明无法取得理想的重建效果。在此研究基础上，相应地提出了一种基于图像的逆向重建方法。该方法包括将拓扑优化后的模型导出为图像，并在其他 3D 软件中运用切割技术去除枝干，保留主干。这种方法以实现拓扑优化模型的可加工性，并在必要时允许重新设计。

为验证该方法的有效性及可行性，将导出的图像和模型同时导入 3D 建模软件 Rhino 6 中进行划线和切割。随后通过布尔运算进行切割，由此可以了解到重建的电池支架结构清晰。支架的下部能够通过冲压制造，而凸耳可以通过铣削或冲压生产。可以使用焊接将支架和凸耳连接起来，以符合企业要求并实现大规模生产。

▲拓扑优化模型的重构：（a）图像和模型的导入；（b）切割线的划分；（c）重构效果。

l 拓扑优化模型的 RecStrength 校准

为便于分析，电池托盘支架的重建模型以 0.2 倍比例缩小。运用 Inspire 软件对电池托盘支架进行强度分析的拓扑优化。具体的模拟参数包括：在导入部件后将单位设定为毫米、千克、牛、秒，并选取铝合金 Al 6061 作为分析材料。作用于电池托盘支架的力主要源自电池，于模型中预估其重量为100 千克。为确保电池安装的可靠性，有必要深入探究电池托盘支架在典型工况（如颠簸道路和急转弯）下的受力和变形情形。

为模拟电池托盘支架在颠簸道路条件下的承载状况，在托盘底面（Z 轴方向）垂直施加相当于电池重力 5 倍的面载荷。鉴于模型的缩放系数为 0.2，该载荷约为 980 牛。载荷于固定孔处受到约束，将计算速度/精度设置为“更准确”，并选择工作条件为单载荷条件分析。

▲电动汽车电池拓扑优化托盘的负载和约束位置

此外，最大米塞斯等效力矩的测量值达 240.7 MPa，相比未开展拓扑优化之时有所提升。不过，底部的分布更为均匀。将最小安全系数设定为 1，符合设计要求。历经拓扑优化后，支架的质量记为 0.348 kg，显著低于未优化前的 0.656 kg，降幅达 50.8%。需要留意的是，在缩放前，支架的初始质量为 85.63 kg，优化后减少了 50.8%，这表明支架的质量减轻了 42.07 kg。模量的测量值为 0.75 MPa，相较于未优化前下降了 67.6%。电池托盘底部的拓扑优化设计意在保证强度与安全性能的基础上降低整体质量，同时保证制造成本处于合理范畴，进而在安全和经济考量之间达成平衡。

▲电池载体的受力分析结果：（a）位移云图；（b）应力云图；（c）安全系数。

l 拓扑优化模型的装配分析

在装配过程中，首先借助 Altair Inspire 软件将几何重建模型导出为“.stp 格式”。而后，把重建模型导入 Rhino 6 软件，在其中用优化后的电池托盘支架替换原始模型的下托盘支架进行装配。在进行全面检查装配冲突后，确认各结构之间不存在冲突。固定支架能通过焊接与电池下托盘支架无缝衔接。另外，电池托盘支架可通过冲压实现批量生产。这种制造方法不但满足企业对可焊性、耐腐蚀性以及抗冲击性的要求，还契合自动化和大规模生产的需要。

▲电池组、托盘和支架的装配效果

 拓扑优化模型的3D打印和装配验证

l 3D打印部件的数据处理

在一定程度上讲，于零件加工里运用3D打印技术能够显著地缩减产品开发周期，并且降低相关成本。在 3D打印流程中，用于放置零件以及添加支撑的各类方法会引发各异数量的支撑和成型层厚度，这或许会对零件生产的质量与效率形成直接作用。更为关键的是，电池包系统零件最初被导入至 Materialise Magics 22 软件之中。具体而言，成型零件与基板间的角度设定为75°，用于尽可能削减特别是在上托盘、下支架和下托盘支架的内部等重要区域过度添加支撑的需求。

对下图中a、b 加以观察，可以发觉3D打印完毕后电池包托盘和支架组件的表面光亮，而且粗糙度较低。确切而言，表面未呈现显著的悬垂熔渣。此外，不存在明显的翘曲或变形缺陷。虽说在固定孔等部分区域增添了一些支撑，或许会对表面光洁度产生一定轻微影响。但仍处于可接纳范围内。其后，把成品零件自基板上拆卸下来，同时开展诸如去除支撑、抛光、打磨、去除表面毛刺以及用酒精清洁等后续处理任务来达成最终的零件模型。

▲3D打印电池包装分析：（a）上托盘；（b）下托盘；（c）下托盘支架；（d）整体组装效果。

如图中c、d 所呈现的组装完成的 3D 打印电池包托盘和支架明确显示，上述两部分彼此紧密贴合，这两部分之间不存在显著的装配矛盾。该观察结果表明，所设计零件的尺寸精确性和对齐程度符合规定要求。

 结论

(1)拓扑优化后的电池托盘支架最大位移为 3.20 毫米，高于拓扑优化前的情况。不过，其改善程度未达预期理想水平。最大米塞斯等效应力为 240.7 兆帕，较拓扑优化前有所升高，然而该应力在底部的分布更为均匀。最小安全系数1 满足设计要求。0.348 千克的质量相较拓扑优化前降低49.2%。拓扑优化后的电池支架最大位移同样为 3.20 毫米，低于优化前，降幅达 49.2%。

(2) 经过几何重构的电池支架结构明晰。支架下部能够借助冲压方式制造，而凸耳能够通过铣削或者冲压工艺予以生产。可运用焊接手法将支架与凸耳进行连接，以此满足大规模生产的需求。

(3) 通过3D打印的电池包托盘和支架部件能够形成具备超低粗糙度的光亮表面。换而言之，在打印表面未能观测到显著的渣块、翘曲、变形或者其他缺陷。在进行组装时，3D打印的电池包托盘和支架验证件相互之间展现出紧密对齐的状态，组件之间不存在显著的装配冲突。

为了增强新能源电动汽车电池包系统的综合性能，后续的实验至关重要。这类实验或许涵盖电池采用高性能冷却水路的3D打印、电池系统抗冲击能力的评定以及其他相关研究。这些举措旨在为优化设计及量产高性能轻量化的电池包系统筑牢根基。

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