Formlabs 近日推出了TPU 90A 3D打印粉末材料。这是Formlabs面向Fuse 系列选择性激光烧结（SLS）3D打印机推出的首款柔性材料，结合选择性激光烧结3D打印技术优异的设计自由性和橡胶材料出色的抗撕裂强度、断裂伸长率，这款柔性材料将解锁全新的应用可能性。
新材料触达更多应用
2022年，Formlabs针对选择性激光烧结系列3D打印技术推出了两款材料：耐高温的Nylon 12 GF以及用于打印兼顾、轻质部件的Nylon 11 CF。这两款材料都增加了尼龙材料的强度，让Fuse 系列产品成为了原型制造、工业小批量生产炙手可热的产品。
如今，随着TPU 90A柔性3D打印材料的推出，Fuse系列3D打印机将适用更多的应用场景。
TPU 90A Power 是一种柔性弹性体，适合通过3D打印制作：
- 安全接触皮肤的可穿戴设备
- 鞋底、夹板、矫形器和修复体
- 运动防护装备
- 垫圈、密封件、面罩、皮带、插头和管子
- 填充物、阻尼器、靠垫和夹持器
低刷新率、低成本的原型制造
TPU 90A 的延展性能大大拓 Fuse 系列产品的使用场景：在制作柔性材料的同时，也可以充分发挥SLS 3D打印无需支撑的优点，在内部快速制作具有复杂几何结构的柔性部件。
更重要的是，TPU 90A拥有目前Formlabs 所有 SLS 3D打印粉末材料中最低的刷新率（刷新率仅为20%），可以更好的控制每个打印件的成本。无需投入巨资制造模具，即可在企业内部制作原型、成品以及辅助设备。
解锁TPU 90A材料的3D打印应用
TPU（又称热塑性聚氨酯）是工程、设计和制造学科中最常用的弹性热塑性塑料之一。从体育用品到医疗器械，再到我们的鞋底，这种坚韧耐用的橡胶材料随处可见。
TPU 部件的传统制造工作流程久经验证，且仍然是批量生产橡胶产品的理想选择。在Formlabs Fuse 系列3D打印机中使用 TPU 90A 粉末材料的优势在于可以轻松快速制造原型、按需生产制造辅助设备并实现定制化。
l 快速原型制造
凭借 Fuse 系列3D打印机，企业能够在内部进行原型制造、缩短周转时间，并减少支付给服务机构或机械车间的费用。
例如，制作运动头盔的原型，内部需要有柔软的缓冲衬垫。不少研发企业正致力于为这些缓冲衬垫设计新的晶格结构和冲击抵消技术，而 TPU 恰好是一种完美的材料。
如果想要实现结构的验证，则需要经过大量的物理测试，每一轮测试如果需要10个左右的缓冲衬垫，无论采用传统的手工方式、外包给设计机构还是传统的TPU成型，工作时间和成本都是惊人的。
TPU 90A Powder的推出，让Fuse 系列3D打印机可以轻松打印多个略微不同的橡胶晶格结构，以测试不同的设计。通过改变部件本身的设计（例如改变壁厚），您可以针对不同的应用或测试后的迭代生产不同硬度的部件。
案例：电动自行车柔软握把原型
百年企业 Radio Flyer 的产品深受千家万户的信任和喜爱，面向广大家庭提供众多创新产品。3D 打印是 Radio Flyer 开发工作的重要组成部分，而设计工程师 Agostino Lobello 则发现TPU 90A Powder 有助于制作真正的功能性原型。
“与我曾使用过的其他 3D 打印 TPE/TPU 材料相比，TPU 90A 粉末独一无二的表面处理可以提供出色的摩擦力。从这个角度来看，该材料的触感更类似于注射 TPE/TPU，因此堪称原型应用的理想选择。目前，该工艺的次优替代方案是利用原型工具并注入真正的 TPE 或其他聚氨酯，而其成本和用时表现都要逊于此工艺。”
在 Fuse 系列3D打印机上使用 TPU 90A Powder 可帮助 Radio Flyer 制造部件的功能性原型，如其 Flyer™ L885 Family Cargo eBike 上的这些柔软握把。
l制造辅助工具
无论是夹具、支架、外壳，还是其他众多的机器连接方式，最重要的都是它能否及时满足您的迫切需求。
许多生产企业都面临着一个相同的问题——如何避免其价值数百万美元的制造设备磨损过于严重；而 TPU 90A Powder 就是对该问题的完美回答。
使用TPU 材料与3D打印机，当天即可设计并打印出柔性替换件和制造辅助设备，从而实现不间断生产。
触感柔软的制造辅助设备可以缓冲特定的冲击或是提供形状完美的夹具，从而有助于延长重型机械的使用寿命。一旦密封件或垫圈因多年反复使用而撕裂，操作人员可以立即打印出替代件，在数小时内恢复生产线并重新运行，而无需等待数天或数周才能获得新部件。
对于工厂和生产企业来说，内部采用Fuse 3D打印相当于是上了一重保险，可以保护他们免受意外的部件损坏或机器故障的影响。工厂可在内部获取到的机械性能越多，就越能避免供应链延误和 OEM 导致的高额维修成本。
l小批量和定制可穿戴产品
对于运动、时尚和可穿戴技术行业，提供个性化的选择有助于企业获得更多市场份额。以往、高昂的模具制作成本使得小批量或一次性生产难以产生经济效应，而大多 3D打印材料仍因为过于坚硬而不舍和体育用品或可穿戴市场。
TPU 90A 3D打印粉末材料的推出，则改变了这一局面。从可以根据个人的脚型、走路姿势和重量分布来定制的鞋底，到为了抵消冲击而设计的橄榄球头盔，再到为手腕量身定制的表带，该材料蕴含着无限可能性。
随着Fuse系列工作流程和 TPU 90A Powder 可安全接触皮肤特性的诞生，可穿戴行业的定制服务不再是空谈。
l医疗器械
TPU 90A 粉末可以制作一系列高性能医疗部件。图中所示有：义肢设备（来源：OT Supply GmbH）、拇指托架（来源：Spentys）、踝足矫正衬垫（来源：Spentys）、表带等。
TPU 90A Powder 具有卓越的耐久性和韧性，适用于制造义肢、矫形器、患者特定的器械以及医疗设备。TPU 通过将橡胶材料出色的抗撕裂强度和断裂伸长率与 SLS 3D 打印优异的设计自由度和耐久性相结合，为医疗专业人士带来了新的机遇。
TPU 90A 粉末是一种柔性弹性体，适合通过 3D 打印制作以下医疗部件：
- 医疗器械原型、成品医疗器械和组件
- 矫形垫和修复衬垫
- 可穿戴设备、密封件、阻尼器和管子
- 夹板、颅骨重塑头盔
- 运动和矫正鞋垫
TPU 90A 粉末已经过短期皮肤接触认证，因此可将其视为能与皮肤接触的安全材料。然而，该材料并未经过其他生物相容性应用的进一步测试，因此制造商应负责验证打印部件是否符合预期用途。
顺畅融入Fuse系列3D打印设备现有工作流
TPU 90A 粉末可轻松集成到 Fuse 系列3D打印机和Fuse Sift工作流程中。该材料可以在空气环境中打印，且无需用到惰性气体。此外，TPU部件不使用 Surface Armor（在更坚硬的粉末中围绕部件形成的半烧结外壳），因此脱粉过程十分简单。虽然TPU 90A 3D打印部件不含Surface Armor，但仍建议使用介质喷砂处理来清除部件上所有多余的粉末，从而获得更加整洁和更易于使用的部件。
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根据人民网军事频道，美军当前在无人机领域的研究重点已经转移到小型化和技术化的方向上，这也间接说明了无人机小型化和技术化的重要战略意义。
3D打印蜂窝结构的无人机发动机
© Cobra
根据人民网，国外相关专家表示，如果仿生无人机被投入未来战场配合执行跟踪定位、精确打击等任务，面对它们与一般昆虫外形和飞行状态几乎一致的特点，当前战场上的通用雷达或其他侦察手段很难作出准确判断，它们将会对敌防空进行有效打击。
国防领域的增材制造
© 3D科学谷白皮书
在这里，从设计优化到产品交付，国防军工领域的3D打印对产品的精度、机械性能、质量一致性、交期等交付能力要求非常严格。
仿生技术
根据人民网军事频道，美国伊利诺伊大学香槟分校航空机器人与控制实验室发布了一款号称是“世界最先进的扑翼/蝙蝠无人机”，该无人机的部分零件通过3D打印而成，总重92克，飞行起来酷似一只蝙蝠，能够完成数据的搜集和传输，使得端外人员依托其进行数据采集和分析。
根据3D科学谷，特别是用于异形、结构一体化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分复杂的形状、点阵结构等加工，3D打印具有传统制造技术不具备的优势。
除此之外，美国陆军研究实验室发布了一款3D打印扑翼无人机Robo-Raven。其采用了市场上就可以购买到的发射机和接收机，续航时间10到15分钟。这款无人机可以搭配单兵作战使用，有效对目标区域实施侦察。美国将仿生技术运用到小型无人机上，提升了其无人机在侦察时的隐蔽性，将会在一定程度上提高美军的作战效率。
人民网显示，人工智能正逐渐成为战争形态质变的第一推动力，以无人作战飞机为代表的智能化*器武**装备得到了空前的重视和发展，无人机智能协同空战作为一种可以预见的全新的作战力量，将作为体系作战能力生成的有效途径，不仅会给未来空战样式带来巨大变革，也将对航空兵作战样式产生冲击与颠覆。
系统化量产思维
根据3D科学谷的市场观察，无人机系统 (UAS) 制造商以越来越多的方式部署增材制造 (AM)，这其中通用原子航空系统公司GA-ASI 正在使用的每一种 AM 增材制造技术，这包括从整个公司的更基本的原型制作到大规模的制造整个无人机前端。总而言之，该通用原子航空系统公司GA-ASI使用的3D打印技术从熔融沉积建模（小面积到大面积增材制造）、选区激光烧结、激光粉末床熔融 (LPBF)、定向能量沉积和粘结剂喷射等。到目前为止，GA-ASI 目前有超过 240 个部件在其最新的 UAS无人机上飞行，GA-ASI的目标是在其小型 UAS 无人机上有 30% 到 80% 的部件是 3D 打印的。
© GA-ASI
GA-ASI 和 Divergent 之间建立了合作伙伴关系，Divergent 旗下的Czinger自适应生产系统 (DAPS) 具有量产化增材制造无人机的潜力。在一个典型的案例中，通过设计整合，零件数量从 180 个组件减少到仅四个。要组装所有四个零件，每个零件都可以在SLM Solutions的NXGXII 设备上进行3D打印，需要不到 15 分钟的时间。换句话说，完成制造这个无人机机身可能只需要一天的时间。开发时间仅为三到六个月，同时开发成本降低了 50%，经常性成本节省估计为 55% 到 75%。
不仅仅可以用于汽车零件的离散化制造，还可以用于无人机的自动化制造管理，这展示了自适应生产系统 (DAPS) 的优势，制造商必须构建系统级解决方案才能获得所有这些优势。不能只专注于一小块拼图，解决整个问题需要从系统层面思考，建立系统化解决方案。
提升性能
根据3D科学谷的市场观察，3D打印正在成就无人机新的制造和商业模式，一个典型的案例是A33N无人机发动机，这款无人机带有风冷式气缸的发动机，其气缸中集成了3D打印点阵结构，由Cobra通过nTopology的软件设计，通过雷尼绍四激光器设备RenAM 500Q制造。此前，Cobra 带有翅片式式热交换结构的气缸产品已经商业化。与翅片式设计相比，带3D打印点阵结构的气缸是面向增材制造的新一代设计，与上一代产品相比，在以下两个方面得到了优化：在热交换性能，发动机紧凑性、轻量化方面得到了提升，这些提升将有助于延长无人机飞行时间；3D打印点阵结构所需的后处理工作量减少。Cobra测试结果显示，这款发动机散热性能优于Cobra当前的主力翅片式设计。
© nTopology
3D打印点阵结构可以减轻气缸重量。任何额外的重量都会给无人机有效载荷、飞行距离和性能带来不利影响，冷却管道上的压力下降量与机身上的阻力大小直接相关，在这种情况下，无人机可以更长，更有效地飞行。
© nTopology
此外，点阵结构是一种自支撑的结构，在3D打印的过程中不需要添加支撑结构。而上一代翅片式设计在打印时需要添加很多支撑结构，在打印完成后需要大量后处理工作，手动移除这些支撑结构。
知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。