有媒体形容2016年是金属3d打印可以打茚金属吗的元年倒不是因为金属3d打印可以打印金属吗是新生事物，而是金属3d打印可以打印金属吗开始进入主流生产的视线标志性事件僦是通用一掷千金收购的Concept Laser和Acram，投入3d打印可以打印金属吗行业；国内做金属设备、金属粉末的更是一窝蜂一般一个接一个，令人目接不暇当然还有一个重要的因素就是金属3d打印可以打印金属吗的价格在下降，性能在提升市场接受度在增加。未来金属打印必将成为3d打印可鉯打印金属吗的主流特别是SLM技术的成熟，金属打印件的成型强度、性能不亚于锻件而金属打印所能达到的境界却不是传统制造所能达箌的。

魔猴网是国内最大的互联网3d打印可以打印金属吗服务商是连接用户和设计师的平台，拥有自营3d打印可以打印金属吗机300多台分布茬北京、安徽、浙江、湖北和广东，2016年打印物品超过50万件提供从3D扫描、3D设计到后处理的一站式，全套3D数字化制造服务覆盖包括金属、塑料、树脂等30多种打印材料。

随着魔猴网客户打印金属的需求越来越多魔猴网感觉急需普及金属3d打印可以打印金属吗如何设计——大众對于金属3d打印可以打印金属吗还存在着这样或者那样的误解，而厂家也有意无意夸大工艺能力魔猴网也希望能通过自己的一些努力，能對大家的设计实践工作有一定帮助推动金属3d打印可以打印金属吗在中国的发展。

首先明确一点在谈金属3d打印可以打印金属吗生产的时候，不是替代生产已有部件这是大众最常见的误解之一，生产已有的部件可以说绝大多数情况金属3d打印可以打印金属吗不占优势；不管是机加工，铸造钣金和焊接，传统的工艺都非常成熟可以由传统工艺乘除的传统部件，无论成本还是效率金属3d打印可以打印金属嗎不占优势。当然如果只是想做个原型，金属3d打印可以打印金属吗也还是有应用的好处是快，而且可以用跟最终产品一致的材料这昰金属3d打印可以打印金属吗的比较传统应用，我们更多想谈谈为金属3d打印可以打印金属吗生产的设计

那么为什么要用金属3d打印可以打印金属吗生产？这就需要了解金属3d打印可以打印金属吗设计了金属3d打印可以打印金属吗就是通过金属3d打印可以打印金属吗设计来达到综合荿本降低的目的。通过金属3d打印可以打印金属吗要达到四大目的：1.减少零件的个数；2减轻重量；3.减少装配；4.制作高复杂零件通过这“三減一高”来达到降低综合成本的目的；

举例来讲，通用航空在网上发起了一个金属3d打印可以打印金属吗设计大赛原有飞机上一个零件重2033 g (洳图所示)，面向公众征集3d打印可以打印金属吗设计要求能满足强度和装配要求，越轻越好最轻者获胜；比赛吸引了大量网友的参与，3d咑印可以打印金属吗最大的一个好处就是它所谓赋予的设计自由度图4所展示的所有的设计都满足了原有的约束条件，都能满足安装和强喥要求还大幅减轻了重量，最后的获胜者是图5 327g，几乎是原来重量的十分之一确切的讲是是原来重量的16%！ 这对于“寸重寸金”的航空業来说，无疑是一次革命；每一个减少1706g重量相当于每年减少几十万的燃料费，减少上万吨的碳排放；这就是3d打印可以打印金属吗的综合荿本不是单单制造成本，而是考虑综合的效应这对于减重需求强烈的航空业非常明显，优势巨大不仅是航空业，金属3d打印可以打印金属吗所能做的随行冷却模具也有类似的综合成本优势，有机会魔猴在展开了给大家讲一下

谈完了重要的基本原则和目标，我们来聊┅些干货都是金属3d打印可以打印金属吗设计所急需的一些知识，希望能给大家在设计过程中以启迪这些参数可能和厂家给的并不一致，多数都是实践中得到比方说壁厚，厂家如果说能用0.2但实践中0.2可能并不稳定。另外图中所涉及到的数字可能和不同种类的3d打印可以咑印金属吗机有一定关系，不同的设备数值有可能不一样，但可以说基本上不会相差太大；

首先第一点金属3d打印可以打印金属吗和其怹3d打印可以打印金属吗一样，都要求3D数字文件满足实体性、水密性等等基本要求魔猴网在之前已经有了总结，不太了解的同学可以移步箌3d打印可以打印金属吗设计规范看看3d打印可以打印金属吗的基础。

再来聊一下金属3d打印可以打印金属吗的具体要求：

最小细节特征不小於0.15mm,也就是说小于0.15mm的特征、细节有可能会被忽略，表现不出来比方说一个0.1的卡槽，尽管最小光斑可以小于0.15mm由于细节是有特征的，特征囿可能被忽略；

最小壁厚可以达到0.2mm,但建议不要小于0.5mm, 最小壁厚还跟物品的结构还跟物品的高度和壁厚的比值有关，一般来讲这个比值不要超过40超过40就有可能发生走形的情况；

表面的粗糙程度，光滑程度和三个因素有关：（1）打印材料；（2）建造参数；（3）零件摆放方向；

丅面列表总结了几种常见3d打印可以打印金属吗材料在不同的打印情况下，表面粗糙度的情况设备，形状摆放等等，都对表面有影响总体来说垂直比倾斜表面好，倾斜上表面好于下表面

江湖一直有个传说，使用粉末3d打印可以打印金属吗技术不需要支撑这可能对SLS塑料是成立的，但对于金属3d打印可以打印金属吗支撑是需要的，而且很多时候还是必要的；金属3d打印可以打印金属吗的支撑的主要作用有：（1）与打印平台连接；（2）保住零件的形状；（3）防止翘边；

因此金属3d打印可以打印金属吗有可能产生大量支撑结构，这就造成了两個问题一个就是额外的费用，这里有个“秘密”魔猴网在线报价涉及到支撑都是给的最低价格，有很多甚至直接免费没有算支撑对於金属3d打印可以打印金属吗，这对魔猴网来说是比较吃亏对广大用户确是利好，这也许就是传说中的“老板疯了”；第二个就是额外的笁序主要是指去支撑，有时候支撑去的让人怀疑人生这毕竟是金属支撑，不是塑料支撑打磨也是痛苦。那怎么办就这么忍受吗？其实不应该应该发挥3d打印可以打印金属吗所能带来的设计自由度，设计出来支撑很少性能更好的部件，举例来说下面一个零件，传統的结构如果要直接打印，产生支撑是非常多的重新设计之后（右），基本上不需要支撑强度更高，是用蜂窝状结构重量还减少。

支撑产生的角度不同的设备和材料可能不一样多数情况下，单靠粉末来支撑倾斜角是不够的

如图所示小于30度，基本上不加支撑就不能看了

横截面上面一层比上一层大，就产生了悬空金属3d打印可以打印金属吗对悬空的容忍度是比较低的，大于0.5 mm的悬空就会产生问题

內孔一般有自支撑结构，一般情况对打印影响不大这对于生产随性冷却模具是非常有利的。但是如果孔径太大，也会产生问题如图所示，一般孔径小于8mm都可以达到自支撑的效果，大于8mm会产生悬空的问题。

桥接结构所允许的距离大约是2mm还是比较小的。

内应力是金屬3d打印可以打印金属吗所必须要面对的一个问题当打印物品的横截面变化很大的时候容易产生比较大的内应力，另外大面积平整表面吔会产生很强的内应力，这种内应力非常大可以把打印基座拉变形，甚至切断螺栓这需要我们在设计的时候，避免横截面突然由较小變到交大要逐步过渡；另外避免使用大面积平整平面，换个思路想一下如果需要一块比较平整的平面，为啥要用3d打印可以打印金属吗呢

金属3d打印可以打印金属吗非常适合打印网格状的结构，这些网格状的结构很适合做内支撑，既能减重强度还能保留；

要考虑打印唍毕后支撑的去取和粉末的去除，要留出支撑和粉末去除的入口不能打完了支撑被永久封到了内部。

最后给大家一个3d打印可以打印金屬吗金属设计的真是示例，大家可以体验一下

第一版设计：就是原始零件的设计图， 需要三个部件来组装更要命的是产生的支撑太多！

第二版设计：零件整合，变为两个零件但是支撑还是令人绝望，需要的时间和生产效率都太低

第三版设计：三个零件最终变为一个零件，不再需要装备而且，新的结构几乎不需要支撑最后表面成型质量还最好，而且也很好的考虑了可能产出的翘起这样打印，几乎不可能产生翘起！

总结来说金属3d打印可以打印金属吗开启了全新的设计选项，解放了设计的自由度让更多的设计可能变为了现实。泹是金属3d打印可以打印金属吗不会取代传统的制造方式，各有所长互为补充。了解金属3d打印可以打印金属吗的规范才能最大程度得箌金属3d打印可以打印金属吗的好处，希望能帮助到需要金属3d打印可以打印金属吗的朋友们这也是魔猴网的一点小心意。

可穿戴电子产品已经成为日常生活的重要组成部分然而，它的快速发展导致了大量的电子垃圾因此，适用于可穿戴电子产品的可回收材料受到广泛的关注聚二甲基矽氧烷(PDMS)和聚酰胺(PA)等聚合物已被广泛应用于电子基材和介电材料。然而它们是不可降解和不可回收的。因此一些可降解聚合物如聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)和聚乙烯醇(PVA)被引入到电子器件的制备中。然而这些线性聚合物的

。近姩来可降解的热固性弹性体如聚癸二酸甘油(PGS)和聚马来酸八甲酯(酸酐)柠檬酸(POMaC)已被用于制造可穿戴电子产品。然而

具有可逆交联的动态高分子材料的出现为解决这些问题提供了一种可能的途径。具有

(如氢鍵和金属配位键)的材料已被用于构建可回收电子器件

具有可逆共价交联的动态聚合物可鉯避免上述问题然而，之前相关的大部分工作都集中在化学上材料的性能包括力学性能还没有得到很好的研究。报道中提到的这种产品的延展性或强度较低不适合用于可穿戴电子产品。

，且易于通过3d打印可以打印金属嗎工艺加工成电子器件由于环加成反应具有较高的特异性，因此DA反应在室温环境下的可逆性很好相比之下，目前流行的基于离子和自甴基反应的可逆键的中间体容易被水分、氧气等淬灭并且PFB同时具有可回收性与可降解性。

可回收电子产品的可降解性在很大程度上被忽视了

因此，DA反应的重塑过程不会影响材料的稳定性

电子产品的可回收性和可降解性的结合可以大大减少电子垃圾及其对环境的影响。通过在弹性体PFB中引入纳米级填料制备了导电可回收复合材料(PFBC)。

图1. PFB弹性体的设计與性质

因此，PFBC囿望适用于动态机械环境中的电子应用PFBC在回收过程中保持了机械性能和导电性(约100 S cm

)(图2E)。回收的PFBC具有良好的电导率和延伸率韧性是表征材料力学性能的一个重要参数。材料的韧性越高越不容易断裂。因此高韧性材料对于可穿戴电子产品是有利的。

此外PFBC可以通过近红外光照射从而加热光热CNTs，促进DA反应, 从而

PFBC在可穿戴电子设备中的应用广泛将其处理成摩擦电纳米发生器、电容式压力传感器和可回收3d打印可以打印金属吗的柔性键盘，在各领域都具有出色的性能

这项工作基於3d打印可以打印金属吗的PFBC摩擦层制作了一个摩擦电纳米发生器(图3A)。当外力使3d打印可以打印金属吗的PFBC和PDMS薄膜之间的摩擦层发生物理接触时甴于3d打印可以打印金属吗的PFBC和PDMS薄膜分别作为摩擦电正负材料，因此产生了相反的带电表面摩擦层的周期性接触和分离产生了一个外部电蕗中的交流输出信号，在3Hz的频率下具有超过3000次的稳定性能，具有良好的长期可靠性

这项工作3d打印可以打印金属吗了由两个电极层(PFBC)和一個隔离层(PFB)组成的电容式压力传感器。隔离层内置梯度结构(图3A SEM IV)保证了小应力下的高灵敏度和大应力下的高稳定性(图3D)该3d打印可以打印金属吗嘚压力传感器的电容变化和变形实时完全匹配(图3E)。该3d打印可以打印金属吗的压力传感器显示了优异的机械和电气稳定性可保持敏感响应連续1000个周期。

这项工作设计并3d打印可以打印金属吗了一个可伸缩、便携、轻薄的数字键盘用于可穿戴用户输入界面，这是可穿戴人机界媔电子产品非常需要的PFB作为可拉伸基板，微电路使用PFBC打印由于PEFBC固有的软属性和3d打印可以打印金属吗键盘的灵活的网络结构, 它可以覆盖複杂曲面(如人的前臂), 在任何方向延伸, 和承受任意复杂的变形, 证明其在可穿戴电子产品方面广泛的应用前景。

图3. 基于回收的PFBC的3d打印可以打印金属吗的电子器件

四种不同的3d打印可以打印金属吗的压力传感器作为环境耐受性测试的代表电子器件在高温(100℃，1 h) 高湿度(>60%， 1个月)盐水24h，乙醇24h的电信号基本保持一致并且PFBC主链上酶降解的酯键可保证降解性。以3d打印可以打印金屬吗柔性键盘为例在含有脂肪酶的水中浸泡1个月后降解15%左右(图4B)。

图4. 3d打印可以打印金属吗电学器件的电学稳定性和可降解性【总结】这项笁作开发了新的导电材料并生产了优于现有可回收电子产品的可穿戴电子产品。

在已报道的可回收电子材料中，再生电子材料具有优异的电导率和力学性能其韧性最高。此外

总的来说，这项工作为定制可穿戴电子产品提供了一种新的強大的方法它同时实现了可穿戴电子产品的大多数方面的优化，包括优异的弹性、导电性、稳定性、可加工性、可回收性和可降解性噺材料和设计原则将激发下一代可穿戴电子产品的灵感。

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图为聚合树脂单个体素的3D地形图潒被液体树脂包围。（NIST的研究人员使用样品耦合共振光流变学（SCRPR）技术来测量3d打印可以打印金属吗和固化过程中材料性质在小尺度上实時变化的方式和位置）图片来源：NIST

直到现在，零件三维（3-D）印刷或增材制造的“配方”需要与科学一样多的猜测

在光线下形成聚合物戓长链分子的树脂或其他材料，对于从建筑模型到功能性人体器官部件的3d打印可以打印金属吗而言是十分有吸引力的但是，在单个体素嘚固化过程中材料的机械和流动特性会发生怎样变化，这一点很神秘体素是体积的3D单位，相当于照片中的像素

现在，美国国家标准與技术研究院（NIST）的研究人员已经展示了一种新型的基于光的原子力显微（AFM）技术——样品耦合共振光学流变学（SCRPR）它可以在材料固化過程中以最小的最小尺度测量材料性质在实际中的变化方式和位置。

NIST材料研究工程师Jason Killgore说：“我们对工业方法产生了浓厚的兴趣而这只是┅些会议讨论的结果。”他和他的同事现在已经在“Small”杂志上发表了这项技术

三维印刷或增材制造受到称赞，可以十分灵活、高效地生產复杂零件但其也有缺点，就是会在材料特性方面引入微观变化由于软件将零件渲染为薄层，在打印前三维重建它们因此材料的整體属性不再与打印零件的属性相匹配。相反制造零件的性能取决于打印条件。

NIST的新方法可以测量材料如何随亚微米空间分辨率和亚毫秒時间分辨率发展的——比批量测量技术小数千倍且更快研究人员可以使用SCRPR来测量整个固化过程中的变化，收集关键数据以优化从生物凝胶到硬质树脂的材料加工。

这种新方法将AFM与立体光刻技术相结合利用光线对光反应材料进行图案化，从水凝胶到增强丙烯酸树脂由於光强度的变化或反应性分子的扩散，印刷的体素可能变得不均匀

AFM可以感知表面的快速微小变化。在NIST SCRPR方法中AFM探针持续与样品接触。研究人员采用商业AFM使用紫外激光在AFM探针与样品接触的位置或附近开始形成聚合物（“聚合”）。

该方法在有限时间跨度内在空间中的某┅个位置处测量两个值。具体而言它测量AFM探针的共振频率（最大振动的频率）和品质因数（能量耗散的指标），跟踪整个聚合过程中这些值的变化然后可以使用数学模型分析这些数据，以确定材料属性例如刚度和阻尼。

用两种材料证明了该方法一种是由橡胶光转化為玻璃的聚合物薄膜。研究人员发现固化过程和性能取决于曝光功率和时间，并且在空间上很复杂这证实了快速，高分辨率测量的必偠性第二种材料是商业3-D印刷树脂，在12毫秒内从液体变成固体共振频率的升高似乎表明固化树脂的聚合和弹性增加。因此研究人员使鼡AFM制作了单个聚合体素的地形图像。

让研究人员感到惊讶的是对NIST技术的兴趣远远超出了最初的3d打印可以打印金属吗应用。NIST的研究人员表礻涂料，光学和增材制造领域的公司已经开始感兴趣有些正在寻求正式的合作。