以下文章来源于中铸网
随形冷却水路是激光选区熔化金属3D打印技术为模具冷却带来的变革性应用。增材制造技术的应用，避免了传统工艺交叉钻孔的限制，这使得模具设计师能够根据冷却要求设计不同的随形冷却回路，使得模具以一致的速度冷却散热，促进冷却的均匀性，减少冷却时间。
近年来，金属3D打印技术在汽车压铸模具镶件制造领域得到了应用发展。然而，与航空航天等得到国家战略支撑，并对制造成本不敏感的领域不同，汽车模具是市场化的大规模制造行业。这意味着，能够在该领域扎根的制造技术，在能够满足交付能力的同时，需兼具成本优势。金属3D打印压铸模具制造也不例外。《金属3D打印在高压压铸模具上的发展趋势》一文，从材料开发、专用3D打印设备开发等角度，对金属3D打印压铸模具制造成本进一步下降的可能性进行了探讨。本期3D科学谷将对该文进行分享。
不论是模具还是铸件，降成本、短交期方面的需求，可能会前所未见的强烈。同时对质量需求还不会降低，甚至更高。从近两年来特斯拉结构件以及比亚迪动力总成件的情况来看，一方面，模具寿命普遍短于传统车企，铸件良率普遍低于传统铸件，体现出新部件的生产成熟度还有提高空间；另一方面，车企对高集成度压铸件青睐度与日俱增，即便模具寿命低、产品良率低也照样开发，这与汽车销量是直接相关的。
同样是2000+吨级的模具以缸体为例，就算比亚迪寿命仅5万，良率80%，丰田寿命20万，良率99%，问题多多的比亚迪模具还是王道，毕竟车卖不出去再高的寿命、再高的良率都没有意义。如今，新能源抛弃油车，就如同当年70年代全球石油危机时，小排量抛弃大排量、底特律从巅峰跌落至鬼城是极为相似的。也就可以理解为何以汽车产业为支柱的湖北，今年如此的“壮士断腕”。
在此趋势下，目前1.2-2元/g的3D打印模具价格，必然还要下降才能满足市场的需求。粉末公斤价下降到100元级，也就是0.1元/g，50元/H的时机费下每小时打印克重如果在125g以上，打印克价就可能来到0.4元/g，那么打印成本就会与进口粉末钢相当，对外报价也会来到0.8-1元/g这个级别。也就是说在一套模具上花费8-10万就可以收获100kg的3D打印部件。
以一体化结构件模具为例，如果善用这8-10万的3D打印部件，对铸件控砂眼、控热平衡、控粘模，对模具优化水路、优化钻孔加工、优化顶杆布置，这些改进对于一套总价1000-1500万的大模具来讲，可能就不仅仅是比较划算，而是非常物超所值了。
可是要实现如此程度的成本压缩，就需要3D打印行业从业人员的共同努力了。与航空航天等大量依赖国家支撑的行业不同，汽车模具是市场化的大规模制造行业，与其相关的模具正是为数不多的能够让金属3D打印行业真正自己养活自己的点。而要在这个点上养活自己，就必须实现规模化，规模化了才能价格合理化。价格越合理化，原本属于传统模具钢和机加工的市场就会越多的转移到3D打印这里。
我们讲3D打印要“从头越”，根源也就在这里。谁能进一步的下探价格，谁就能更好的跟上汽车行业新能源革命的步伐，谁就能获得更多扩大规模、站稳行业脚跟的机会。这与国内目前3D打印行业更多专注于航空航天能源医疗产业、更多研究工作倾向于钛合金、高温合金的趋势其实是很大程度上相反的。接下来，文章将从粉末和3D打印设备两个方面深入探讨。
金属3D打印粉末材料
在全国的粉末产能中钛合金、高温合金仍是主力，利润上它们也是主力。钢粉不仅次要，而且用于模具的粉仍不是主流，这就表明，实际上钢粉特别是用于模具的钢粉仍会有价格下探的空间。模具钢粉中应用于注塑模具的以CX类时效硬化不锈钢为主，应用于压铸模具的以1.2709类（18Ni300）马氏体时效硬化钢为主。这两类粉之所以被优先引入模具行业是因为它们3D打印性能优良，不容易裂，对预热要求低。实际上这两类粉本身就是易焊材的常用料。很多焊补公司的所谓“拿手绝活”，正是基于各种渠道获得的时效钢焊条来实现的。
以1.2709为例，北美一般称为C300，作为传统材料其具有不错的韧性以及显著优于H13的抗回火性能，所以早在70年代人们就知道如果用C300、C250做压铸模具，龟裂寿命往往是H13模具的3倍以上。但是因1.2709材料过于昂贵的价格（动辄1000元/kg以上，主要来自昂贵的冶炼成本）使得它基本不可能被大规模应用到商业模具中。借助3D打印以粉末形式重新来到压铸模具市场后，高Ni高Co的合金成分又阻碍了它粉末成本的进一步下降。很难降到200元/kg以下，除非赔钱做。2709虽然具有优秀的抗回火能力，但是对于3D打印压铸模具来说，并非是第一性能。这是因为首先3D打印模具不是用来提高寿命的，而是借助随形水路用来实现额外功能的。所以模具需要高导热能力以充分发挥随形水路能力、降低水路设计难度，而2709的热导率仅为H13的三分之二以下。其次，当随形水路设计到位后，模具本身的热负荷降低很多，不需要特别高的抗回火能力也能实现较好的寿命。这也就导致了2709导热能力不足、抗回火能力过剩这种尴尬情况，被市场淘汰基本是注定的。
目前市场上的下一代压铸3D打印粉主要是H13类，包括市场钢各类知名钢材制粉如DAC55、Dievar、W350等等，不一而足。合金成本要比2709等时效钢类更低。从钢材分类上来看这些包括H13在内的材料，都属于二次硬化中温高强钢，经550℃以上回火，适用于500℃下仍需要强度的工作环境。相比于300M等低合金高强钢，它们的5Cr成分使之具有极为出色的淬透性及淬硬性，适应大厚度大截面模具的热处理。但是3D打印模具至少目前来说显然不是大截面的，所以这部分同样存在性能过剩，这部分完全可以通过降低Cr含量而转移到更优秀的导热性上。并且高淬硬性对3D打印成型过程是不利的，易裂，所以这类粉的打印过程一般要比2709等时效钢要慢一些。下一步的开发方向就是如何进一步提高导热性，如何进一步优化可打印性。
粉末种类经过进一步优化后，结合国内的制粉能力，确实有进一步降低粉末成本的可能。届时粉末种类预计也会在不断的迭代中得到明确和统一。
3D打印设备
国内厂家在开发大型打印设备方面已经领先世界。得益于国家支撑的航空航天等项目，大型设备打印大型构件，国内诸多厂家已经有了相当丰富的实践经验。从技术难度上讲，大量采用复杂网格结构的钛合金、高温合金部件，比只需要做随形水路的3D打印压铸模具要难得多，钛合金天生的低导热使得它的应力累积相关问题也比钢严重得多，各类品控需求在设备端催生出各类监控需求及相关设备、方法，包括但不限于：
声信号—声学传感器—气孔率、裂纹、铺粉高度；
光信号—高速摄像机、光电二极管—粉末熔凝、熔池形貌、交叉污染；
热信号—热像仪、CCD相机—熔池面积、熔池温度、熔池尺寸/飞溅/冷却速率；
3D打印机的激光源、振镜、风场、程序等等方面已经相当充分的市场化，价格下落很多。涉及品控的上述功能及相关配件、系统，如果是针对特型粉、专一用途例如模具打印的特型机来配套，并且规模化，价格必然是要下探的。也就是说，专机专粉+规模化，必然会将成本进一步下降。3D打印中打印机机时费是粉末之外的最大头。国内包括铂力特、E-Plus在内都推出了10激光的米级通用设备。按每个激光头成型效率15cm3/h计算，10头总共为150cm3/h，一小时约打印1.2kg，专用机不换粉的话机时费目前可到500元/h，相当于克价不到0.42元/g。与上面估算的降低后克价已经很接近了，并且显然如果是特型机的话还有再优化的空间。
所谓特型机就是专门打印模具、或者特定模具部件（镶件、水套、型芯等等）的设备。通用机的设计是要满足打印铝、钛、镍、钢等多种材料、多种部件的需要。所以要多方兼顾、追求通用性。也就必然很难针对专一用途进行优化、降成本。对于模具打印而言，特定的粉末、特定优化的激光、尺寸、基板、刮刀，必然效率要超过通用机，也就会让成本进一步下降，效率进一步提高。
未来趋势
以上，作者分析了3D打印压铸模具进一步降低成本的可能性。通过这些分析，甚至可能看到金属3D打印模具追赶传统机加工减材制造的背影。可以想象如果3D打印做模具的总价真的来到0.5元/g，或者说500元/kg这个级别，很多模厂将会评估下一台设备到底是该投一台NC还是一台3D打印机了。3D打印的灵活性优势会被最大程度的发挥出来。这个所谓的灵活性不光是讲随形水路带走热量这一个层面，而是讲模具的性能有机会被控制、从而实现最大的性价比。
模具失效主要有两种，或早或晚总会发生的必然类失效，比如热龟裂；以及受各类因素影响的偶发类失效，比如开裂漏水掉块。在目前汽车新能源革命的场景下，5万模内必然失效程度可接受/不发生偶发失效的镶件，比50万模必然失效程度可接受/不发生偶发失效的镶件要实际得多，性价比高得多。因为新车迭代太快，就像智能手机刚出来时一样，很多设计半年后就过时，生产工具过长的寿命并无意义甚至是负担。同样为了多余寿命而支出的多余强度、多余韧性、多余价格、多余交期，对于企业来说都是不利的。3D打印借助于随形水路，可以有机会来调控模具的生产负荷，通过合理设计可以使一款经济合适的粉材及打印工艺满足使用需求，也就不必在这些地方再进行额外的支出，从而为企业降本增效。比如原先一个镶件需要PVD来抗粘铝，现在做一个3D件，粘铝5万模内很合适，那么PVD的成本也就节省了。其他方面亦是如此。
文章来源中铸网
网站投稿 l 发送至2509957133@qq.com
根据科学中国，未来的十年,电池工业将经历一场革命性变革,目前的技术格局将会发生改变。在这场变革中,固态电池被视为备受瞩目的技术方向。在2022年7月21日举办的世界动力电池大会上,中国科学院院士欧阳明高指出,从技术角度来看,固态电池是最值得重视的技术之一,预计在2035年之前,将能够规模生产能量密度为500Wh/kg的下一代电池。然而,由于各种原因,制造固态电池一直存在一定的难度,迄今为止尚未真正投入生产。但是,随着3D打印技术的发展,它有望改变这种状况,帮助生产下一代电池。
3D打印固态电解质结构过程示意图(Materials Today, Sun Xueliang et al.)
3D打印电池的市场前景十分广阔,其应用不仅局限于电动汽车,还包括手机、可穿戴设备等众多领域。然而,在实现真正的规模生产和具备商业竞争力之前,仍需要克服一些挑战。其中,更高精度和多材料一体化打印技术是3D打印电池走向批量制造需要解决的主要问题。
经过多年的发展,无论是设备还是材料,已有多家公司从实验室走向生产车间,将3D打印电池推向市场。在国外,像美国Sakuu Corporation、德国Blackstone Technology、美国6K、英国photocentric等公司已经开始进军这个领域。而在国内,也有像高能数造(西安)技术有限公司这样的企业在积极探索3D打印电池技术的应用。
高能数造3D打印全固态电池样品
高能数造(西安)技术有限公司是一家专注于新能源电池制造的公司,于2021年正式进入新能源电池3D打印领域。作为全球新能源电池3D打印技术的先行者和创导者,高能数造在西安交通大学快速制造国家工程研究中心长春3D打印创新中心孵化而成。该公司自主研发了浆料挤出层叠SEL增材制造技术,并推出了可根据用户需求定制的电池专用3D打印机。这一技术实现了低成本且快速的制造复杂形状的电池,同时具有独特设计的3D结构。作为国内首家聚焦并推出3D打印电池设备的产业化公司,高能数造致力于为新能源电池制造业提供更加高效、智能化的解决方案。
近日,高能数造推出了一款全新一代的电池3D打印设备,可实现10μm级高精度、高设计自由度的全固态电池一体化智造。这款设备具有广泛的材料适配性,无需特殊改性调整即可直接使用不同材料实现电池的一体化制造。此外,设备还可以通过创新的结构设计改善全固态电池的固固界面,有效提升电池性能。该设备针对不同的正负极材料,可以打印不同的电解质层,实现阶梯化电解质层的有效制造,从而解决了全固态电池固固界面阻抗大的问题。此外,设备还可以在电极层表面原位固化电解质浆料,形成紧密结合的固固界面接触和连续的离子传输路径。据悉，这款设备的问世将推动全固态电池实现产业化制造,为电动汽车、电动航空、智能穿戴设备等领域提供更优质的电池产品。
“一座景德镇，半部陶瓷史”，这座容颜苍老却质朴执着的瓷都，一炉窑火已燃千年，淬炼着城市的泥土。时间更迭，它那悠久古老的文化情调和内敛优雅的美学气质以瓷之身、瓷之工艺流传下来。但传统陶瓷制作工序繁琐、匹配精度不高，亟需拥抱新科技，才能在现代的熊熊炉火中涅槃。
同兴模具就是这样一家在科技的风口积极思变的陶瓷制造商。同兴的匠人们正借助先临三维的3D数字化技术改变着陶瓷设计制作流程。
传统模式下陶瓷设计的挑战
精准度低：传统陶瓷设计在图纸绘制、实物测量和模型制作环节主要运用手工和传统测量工具，这受到设计者经验、制作材料和环境等外在因素的限制，存在较大误差，特别是当工匠把手工绘制的图纸向立体模型转换的过程中，匹配精度不高。
© 视觉中国
设计表达误差较大：在陶瓷设计方案的推进过程中，设计师需要就产品本身与各方人员进行交流与探讨，设计表达就显得尤为重要。依靠手绘效果图的表达方式不能很好地传达立体效果，这种二维的展示形式与最终的产品有一定的差距。
© 视觉中国
耗时耗力耗材：图纸与模型的低匹配性、设计师无法交付需求方满意的作品带来的直接后果就是反复修改，返工不仅会加大工匠的工作量，影响设计项目的进度，还有昂贵的花费。另外，传统设计手法下陶瓷最终烧制成型之后才能看到设计的效果，如果设计环节不理想，需要重新进行优化设计，同样耗时耗力耗材。
3D数字化助力陶瓷设计流程
接下来以设计制作小兔子陶瓷为例，一起感受三维技术如何助力陶瓷设计流程，为上述问题提供3D数字化解决方案。
01 三维扫描建模
使用先临三维EinScan Pro 2X Plus 多功能手持3D扫描仪扫描小兔子泥模，因泥模尺寸较小，本次采用的是2X Plus的固定式全自动扫描模式。该模式下单幅扫描时间不到0.5s，仅需3分钟左右即可完成该泥模的高精度三维数据采集。
扫描数据展示
02 模型设计
将扫描得到的陶瓷泥稿数据导入专业的三维设计软件，接着在软件内对模型进行形状修改或尺寸调整。
设计环节示意
03 制作母模
将调整好的陶瓷模型导入3D打印机/CNC精雕机，生成陶瓷母模。
04 生产加工
3D打印的陶瓷模具可直观地呈现设计效果，需求沟通无误后，即可通过石膏翻制生产模，投入生产线。后续通过补水、素烧、上釉、釉烧和检选等多道工序完成陶瓷成品的制造。
烧制过程示意
© 视觉中国
成品展示
3D数字化解决方案的优势
高精度：先临三维EinScan Pro 2X Plus单幅扫描精度最高可达0.04mm，尺寸精度误差小。固定模式下，点距高达0.24mm，可高细节展现泥模的立体形态，为后续陶瓷产品的生产打下翔实的数据基础。
高效率：先临三维EinScan Pro 2X Plus 在固定扫描模式下，单幅扫描时间小于0.5s，最大采集幅面可达310*240mm，仅需几分钟即可完成泥稿的高精度建模工作。相较传统手工测量，绘制加工图纸的设计方式，效率有了跃进式的提升。
高效益：数字化陶瓷设计减少了大量的人力成本和材料耗费，也缩短了制作周期。设计环节效率的提高，为陶瓷的量产奠定了良好的基础。
高质量：数字平台的使用优化了作品的质量。由计算机自动生成的参数化设计方案或许能触发设计师更多的艺术灵感，辅助他们创造出更卓越的作品。
绿色节能：设计人员能随时在软件中根据新的问题进行修改，避免传统试错过程对制作材料等的损耗。且及时用数字化草图与需求方沟通，能减少返工的次数。三维数字化技术的应用，促使传统设计方式向着无纸化设计、绿色设计、轻量化设计转变。
其他衍生应用
数字化存档：使用三维技术可以将陶瓷的数据信息保存，建立完整、准确、永久的三维数字档案库。一方面，二次生产也无需重新建模，可从数据库内调取三维数据，再投入数字化生产流程；另一方面，研究人员和设计人员可以分类管理陶瓷的数字化信息，减轻工作量。
虚拟展厅：成品制作完成后也可使用先临三维EinScan Pro 2X Plus进行扫描，搭配纹理模块可高保真还原陶瓷成品的色彩信息，结合在线展示平台与虚拟现实技术，便能实现陶瓷的场景化三维展示。当客户参观时，能用此虚拟数字展厅给其提供优质的交互体验。
三维科技碰撞匠人的精湛手艺，延续了景德镇的古老文化，让千年瓷脉，永久留存，传承创新。先临三维表示，在未来其3D数字化系列产品将继续助力瓷器文化的传承发展，也将引领更多行业领域向三维数字化转型升级。