3D打印在2014

　　过去一年，全球科技取得了不少突破及进展。此前3D打印技术甚至被认为将带动第三次工业革命，在该领域突破性发展尤其丰富。而最为耀眼的当属以下两大突破：

　　一、NASA开发出新型混合3D打印技术

　　去年中旬，美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室的科学家开发出一种新的3D打印技术，可在一个部件上混合打印多种金属或合金，解决了长期以来飞行器尤其是航天器零部件制造中所面临的一大难题。除度身定制零部件外，该技术还能用于研究各种潜在的合金，研究人员称，新研究未来有望让材料科学大为改观。相关论文发表在《科学报告》杂志上。

　　3D打印技术正方兴未艾，能够用来制造从眼镜到植入式医疗设备的各种物件，无需模具和焊接，人们只需将模型数据输入计算机即可得到想要的东西。但此前航天器零部件的制造，却无法如此轻松地一气呵成。工程师往往需要定制各种复杂的、有特殊要求(如在同一零件上使用多种不同性质金属)的部件，传统的3D打印技术根本无法满足这一需求。

　　例如，一个零件的一侧要具备耐高温特性，而另一侧要具备低密度特性;或只能在一侧具有磁性。制造这样的零部件此前只能采用焊接的方法，先分别制造出不同的部件，然后再将它们焊接起来。但焊缝天然具有缺陷，容易脆化，在高强度压力下极易导致零件崩溃。

　　物理学家组织网7月30日报道称，从2010年以来，NASA喷气推进实验室的科学家就一直试图解决这个问题。喷气推进实验室材料和冶金专家道格拉斯·霍夫曼说：“我们正在做一个标准的3D打印工序，让新技术能够兼容不同的金属粉末，以便于制造飞行器。借助这项技术，你可以不断地改变材料的组成。未来的太空任务可以结合使用由这种技术制成的部件，汽车工业和商用航空工业的设计和制造人员，很快会发现这种技术对他们而言同样很有价值。”

　　NASA喷气推进实验室技术专家R·皮特·狄龙说：“借助这种新型3D打印技术，你可以顺滑地从一种合金过渡到另外一种合金，此外，用它还可以研究各种潜在的合金。我们认为这个技术未来将让材料技术大为改观。”

　　狄龙的同事、机械工程师约翰·保罗·比格尼亚说：“虽然梯度合金在过去的研究中已经被开发和创建过，但是将这些复杂材料制造成现实的零部件，这还是第一次。”

　　二、3D打印的火箭发动机喷嘴点火成功

　　去年九月，美国国家航空航天局(NASA)成功测试了两个迄今设计最复杂的、3D打印制造的火箭发动机喷嘴。两个喷嘴分别进行了5秒钟点火试飞，产生了2万磅的推力。设计的氢氧旋混几何流型使燃烧产生的推力达到每英寸1400磅，温度达到6000华氏度。测试地点在亚拉巴马州的马歇尔空间飞行中心。

　　据物理学家组织网9月1日报道，通过这次设计，NASA工程师推进了3D打印技术的极限。他们先把设计方案输入3D打印计算机，然后由打印机一层层地打出每个部分，通过激光把金属粉末融合在一起，这一过程叫做选择性激光熔融。

　　3D打印也叫加法制造。设计者可以用40个喷头打印一个整体部件，而不用分别制造。他们打印的部件在尺寸上类似小火箭发动机喷嘴，而设计上却类似推进大型发动机如RS-25发动机的喷嘴。RS-25发动机是用来推进NASA空间发射系统(SLS)火箭的，是举重型探测类火箭，将把人类带到火星上。

　　“我们不只是想测试一个喷嘴，还想证明3D打印能给火箭设计带来变革，提高系统性能。”马歇尔工程指挥部主管克里斯·辛格说，“在测试中，这些部件表现得出乎意料的好。”如果用传统制造方法，要造163个单独零件然后再组装起来，但3D打印只需两个零件，不仅节约了时间金钱，而且造出的部件能提高火箭发动机性能，减少失败可能性。

　　两个火箭喷嘴分别由两家公司打印。“我们的目标之一是与多家公司合作，为这种新的制造工艺制定标准。”马歇尔推进工程师詹森·特宾说，“我们与行业合作，学习怎样在航空硬件制造的每个阶段——从设计到空间操作，利用这种加法制造的优势。我们正在把学到关于火箭发动机部件制造的一切，应用到空间发射系统及其他航空硬件上。”

　　由于加法制造设计独特，不仅能帮设计师制造和测试火箭喷嘴，还能使测试更快更智能。马歇尔中心拥有室内加法制造能力，“这让我们能看到测试数据，根据数据来修正部件或测试标准，迅速改变生产再返回来测试。”负责本次测试的推进工程师尼古拉斯·凯斯说，“这会加速整个设计、开发与测试过程，让我们能以更少的风险和成本努力改革设计。”

　　本着降低未来发动机的制造复杂性、节约时间、减少制造组装成本的目的，工程师们不断测试越来越复杂的喷嘴、火箭喷管及其他零件。对于改进火箭设计、完成深空任务来说，加法制造是一种关键技术。

　　工程师用3D打印火箭喷嘴完成了点火燃烧测试。一些参数的特定设计，旨在提高火箭发动机性能。喷嘴混合了液态氧和气态氢，燃烧温度超过6000华氏度(约3316摄氏度)，产生了超过2万磅的推掷力。