在3D打印行业的商业化过程中，寻找杀手级应用成为关键目标。德国风险投资基金AM Ventures投资了一些初创公司，涵盖了从电动机到热交换器的广泛领域。其中，有一家公司Vectoflow，专注于3D打印流量测量系统。Vectoflow在细分市场中找到了一个完美的结合点，将增材制造的优势发挥到极致。
2023年5月20日，南极熊获悉，德国Vectoflow公司利用金属3D打印技术生产高性能探头，用于气体和流体动力学测量。这些探头在航空航天、汽车、能源和工业领域中发挥关键作用。
△Vectoflow利用3D打印技术实现多个探头于一体（多孔、静压、总压、温度）
使用3D打印优化流量检测
Vectoflow的联合创始人兼执行合伙人Christian Haigermoser在GE和BMW工作期间，开始考虑使用3D打印技术改进流量测量工具。他与联合创始人Katharina Kreitz合作完成了相关研究，并为创建Vectoflow公司奠定了基础。他们的目标是利用3D打印技术提高测量探头在各种应用中的准确性和灵活性。
由于现有的3D打印机无法满足Vectoflow制造优化探头设计所需的细节，为了满足打印这类小物体的要求，Vectoflow及合作伙伴必须对EOS机器进行精确调整，并开发专门的后处理步骤，以确保完全去除粉末并保护探头垫的精细加工。
通过与合作伙伴3D MicroPrint的合作，Vectoflow可以打印比传统激光粉末床融合系统制造更小的探针。此外，他们计划购买一台EOS机器，以进一步提高打印效果。这样的内部生产能够提高产品质量并缩短交货时间。通过3D打印制造精细部件，Vectoflow改善了测量设备的性能和操作方式。
△使用3D MicroPrint技术3D打印的探针
Vectoflow公司可提供直径仅为3毫米的3D打印金属探针产品，内部有五个直径为0.2毫米的通道。这个尖端可以与内部开发的压力测量工具连接，用于跟踪涡轮机压缩机叶片内空气的速度和方向。
由于Vectoflow能够获得精细的细节，因此探头集成到最终部件中，使得数据更加可靠。这些探头可以用于飞行发动机的压缩机叶片、无人机外部部件的皮肤等领域。在汽车领域，客户可以在风洞中使用这些探头来测量汽车的阻力，而在其他领域，它们可以用于跟踪系统内冷却空气的流动。
△Vectoflow的内部风洞用于探头校准
持续增长
Vectoflow成立于2015年，并在2016年获得了前两个机构的投资。公司由17名工程师组成的团队，他们具有航空航天和电子等领域的背景。
另外，该公司甚至拥有自己的风洞，可以以高达1.3马赫的速度对探测器进行校准。由于市场需求非常高，该初创公司目前正在建立第二个风洞。
△Vectoflow部分客户名单
探索的主要市场
Vectoflow在70个国家和80个研究机构拥有约300名客户，主要集中在汽车、工业机械和航空航天三个垂直领域。这些客户包括一些知名制造企业，如西门子、丰田和空客。虽然Vectoflow的探头主要用于测试目的，但公司的目标是成为正在运行的应用的供应商。
经过对风洞、汽车和飞机、喷气发动机内外的多种测量方法的探索，Vectoflow将其主要关注点缩小到两个特定市场：航空，尤其是无人机和风力涡轮机。飞机的速度与地速不同，必须考虑风速和其他影响其飞行方式的变量。
Haigermoser解释说：“当操作无人机，例如货运无人机时，您希望测量无人机的流速。中型无人机通常需要粗略测量速度，而更大的无人机，如军用无人机，则需要更精确地测量攻角、流向无人机的气流、飞行高度和速度。因此，每架飞机都配备了这样的传感器。我们通过提供低成本和高端模块的两种解决方案来满足不同需求。”
Vectoflow利用精确的探头来优化涡轮机发电系统，通过测量涡轮机的未对准情况来关注与风相关的变量。
AM Ventures助理Alexander Schmoeckel对Vectoflow探针的前景充满信心，认为其具有成本效益的优势和最小的数据依赖性将推动无人驾驶航空运输的发展。他们的创新技术将改善无人机的使用和效率，并能够测量以前无法测量的物体。此外，Vectoflow的先进技术在风能市场具有巨大潜力，可以优化清洁能源生产和提升风力涡轮机的性能。这项革命性的技术使Vectoflow成为无人机和风力涡轮机探头大规模制造的领导者之一。
△e-Genius-Mod无人机，由纯电动翼尖推进系统提供动力，并配备Vectoflow VectoDAQ 3D打印空气探测系统
探针是3D打印的理想用例之一
3D打印是Vectoflow探针的理想技术，也是3D打印的理想应用案例。产品尺寸适合批量生产，成本也低廉。Haigermoser解释说，Vectoflow的优势在于可以定制复杂零件并以合理成本批量生产。目前，大约80%的的客户需求探针定制，仅有20%采用标准，但这些比例未来一定会发展翻天覆地的变化。
通过3D打印技术实现了设计自由度的提升、复杂性的增加，并满足了高温和高压环境的要求。此外，金属3D打印技术还使得生产时间缩短、成本降低，为 该公司提供了竞争优势。因此，Vectoflow是一个充分展示了增材制造潜力的成功案例之一。
审核编辑 ：李倩

几年前，用金属进行3D打印还只是用于工业。现在这一切都变了，金属3D打印可以在桌面FDM3D打印机和更多的专业机器上实现，不但可以生产高质量的零件，而且价格也更容易接受。本文让我们来看看3D打印金属零件的所有技术，以及你该选择用那种技术打印金属零件。△Raise3D推出的Forge1 3D打印机可以打印金属零件（来源：Raise3D）金属3D打印零件案例目前，市面上大约有10种方法可以3D打印金属零件。这些方法根据所使用的原材料形态以及能量源进行粗略的划分，比如材料是金属丝、金属粉末还是金属线材。有些甚至还使用金属树脂、金属棒和金属颗粒作为原材料，每种方法都能制造出具有不同属性的部件。选择使用哪种金属技术需要考虑零件细节、形状、尺寸、强度、金属类型、成本、打印速度和数量等方面的因素。如果从这些方面进行分析，每项技术都有优点和缺点，不幸的是，没有一种方法能快速、廉价、完美地3D打印出超强的零件，所以要根据应用需求来选择到底使用哪种技术。让我们来看一些金属零件的例子。△像这种用金属丝3D打印的零件，往往需要进行后期加工（来源：BCN3D）上面这个小的钢制喷嘴是一个使用金属丝打印的零件。像这样的零件完全适合使用金属长丝，能够在车间或办公室快速地现场3D打印，使用经济实惠的FDM 3D打印机，然后交给第三方进行后处理。总的来说，这个过程可能只需要几天时间。使用其他的制造方法，来制造这个零件将会成本昂贵并且缓慢。△Zenith Tecnica公司使用GE的电子束熔化技术3D打印的钛合金骨科植入物（来源：Zenith Tecnica公司）这些髋关节和膝关节植入物样本（上图）是使用电子束熔化（EBM）打印的。它们结构错综复杂，使用昂贵的钛制成，并按照极高的材料质量和公差制造，以满足医疗植入物标准。EBM 3D打印机的真空环境确保了清洁和可控的打印条件，而高功率的电子束使打印机能够在每次构建中生产多个零件，以实现高生产率。△使用WAAM 3D打印技术打印的起重机吊钩（来源：Huisman）上面这个巨大的起重机吊钩是用电弧增材制造（WAAM）打印的，然后进行后期加工。像这样一个巨大和沉重的零件非常适合使用WAAM，因为这项技术比任何传统的金属制造方法（如锻造或铸造）更快，而且同样坚固。此外，这种零件可以在离需求点较近的工厂中生产，甚至可以在现场生产，例如在石油钻井平台上。△Cobra Golf在2020年推出了3D打印的King Supersport-35高尔夫球推杆，它是使用惠普Multi Jet金属粘合剂喷射技术3D打印的（来源：Cobra Golf）Cobra Golf上面的这些高尔夫球杆是使用惠普的金属粘合剂喷射技术3D打印的。这种独特的形状是其他任何制造技术都无法做到的。由于需要成千上万个相同的零件，制造商选择了粘合剂喷射技术，因为它的速度快、产量高。同时，这项技术还能打印出色的表面光洁度。Cobra Golf将球杆制造转交给一家美国本地的增材制造商，无需从亚洲的制造中心制造和发货。3D打印金属的10种最佳方法技术类型成型尺寸成本最小层高零件性能打印速度FDM/Extrusion
熔融挤出成型（线材）小到中$0.05 mm中到高最高500 mm/sSLM/PBF
选择性激光熔融或激光粉末床小到中$$$0.02 mm高最高25 cm3/hEBM/PBF
电子束熔融或者电子束粉末床小到中$$$$0.07 mm高55 – 80 cm3/hMetal Binder
Jetting
金属粘结剂喷射小到中$$$0.035 mm高1,500 cm3/hWAAM
电弧送丝大到非常大$$1 mm高2.2 kg/hDED Laser
激光直接能量沉积中到大$$$$0.2 mm高500 cm3/hDED eBeam
电子束直接能量沉积中到大$$$0.2 mm高2,000 cm3/hMetal
Lithography
金属立体光刻很小到中$$$$0.01 mm高最高300层/小时Cold Spray
冷喷涂中到大$$0.38 mm高100 g/mMicro 3D
Printing
微纳3D打印很小$$$$0.005 mm高–△来自通快的选择性激光熔化部件（来源：通快）该如何选择适合自己的金属3D打印技术？正如你在上图中所看到的，并非所有的金属3D打印技术特征都是以相同的方式测量的，特别是在涉及到构建速度时。一些技术通过沉积材料的重量来记录构建速度，而其他技术则以材料的成型体积来衡量。这些速度也受到被打印部件的形状的影响。此外，一项技术中的每台3D打印机都不可能达到相同的速度。层高，通常是打印精细细节能力的一个参数，但它受所使用的材料、零件的形状和打印速度的影响。在投资任何一项技术之前，请向多家3D打印机制造商索取样品部件（相同的部件）。样品零件应该附带一份报告，说明打印该零件需要多长时间，打印机可以一次打印多少个该尺寸和形状的零件，每个零件的价格，以及材料消耗。10种金属3D打印技术简介1. FDM与挤出成型△在FDM 3D打印机上使用巴斯夫Forward AM的不锈钢长丝3D打印的金属零件（来源：Ultimaker、IGO3D）有几种3D打印技术属于挤出技术。一种是我们熟悉的熔融沉积成型（FDM），它使用由塑料基底制成的长丝，其中均匀地注入了金属颗粒。打印金属部件的金属长丝必须含有高比例的金属粉末（约80%），并需要经过脱脂、烧结等后处理，以去除塑料成分得到金属部件。市场上的一些桌面FDM 3D打印机可以用金属丝打印，这些金属丝有不锈钢（316L，17-4 PH）、铜和钛。另一项技术使用的是具有更高浓度的金属长丝。以至于它实际上是一根坚固的金属棒，但仍然可以被加热和挤出。这些材料通常是某一特定3D打印机所独有的，如Markforged或Desktop Metal，其成本比普通FDM高，但比其他金属3D打印方法低。第三种金属挤出方法（尽管在工业领域有更多）是使用金属颗粒进行挤出，金属颗粒可以是与注射成型相同的材料，因此成本较低，也可以是特别制作的颗粒。2. 使用激光的金属粉末床熔融——选择性激光熔化(SLM)△金属打印机制造商SLM Solutions的粉末床熔融设备，使用激光来融化金属粉末（来源：SLM Solutions）使用高功率激光器选择性地熔化金属粉末的3D打印机，这种技术的设备占了金属3D打印机的大多数，通常被称为选择性激光熔化（SLM）或粉末床熔化（PBF）。打印机可以使用 "纯 "金属材料，也可以使用合金材料。SLM 3D打印机使用粉末状金属原材料，在投入打印仓之后，由刮刀或滚筒将金属粉末平铺在基板或构建平台上形成一个薄层。接下来，一个高功率的激光器按照切片的图案来选择性地熔化粉末材料。然后，构建板下降到一个小层的高度，涂布机在表面上铺上另一层新的粉末。打印机不断重复这些步骤，直到得到成品部件。与EBM技术相比，SLM技术可以打印出更好的初始表面光洁度和更高的精度。3. 用电子束进行金属粉末床融合——电子束熔融（EBM）△使用电子束的粉末床熔融技术因打印速度快和高产量而受到推崇，这些外科植入物是使用GE Additive公司的Arcam 3D打印机打印的（来源：GE Additive公司）电子束熔化是一种使用电子束作为能量来源的3D打印技术，主要用于导电金属。所有EBM 3D打印机都由一个能够发射电子束的能量源、一个粉末容器、一个送粉器、一个粉末再涂层器和一个加热的构建平台组成。需要注意的是，打印过程必须在真空中进行。这是因为电子束的电子会与气体分子发生碰撞，这将 "杀死 "电子束。由于电子束能量较高，EBM可以比SLM更快，产品部件的残余应力也比SLM低。4. 金属粘结剂喷射△使用3D打印机制造商ExOne（被Desktop Metal收购）的金属粘结剂喷射技术制造的金属零件（来源：ExOne）金属粘结剂喷射可以打印出具有复杂设计的零件，而不是实心的，由此产生的零件在具有同样强度的同时，也大大减轻了重量。粘结剂喷射的多孔性特征也可用于实现医疗应用中更轻的终端零件，如植入物。与其他增材制造工艺一样，粘结剂喷射可以生产具有内部通道和结构的复杂部件，消除了焊接的需要，减少了部件的数量和重量。为粘结剂喷射重新设计你的金属部件，可以大大减少使用和浪费的材料。总的来说，金属粘结剂喷射零件的材料特性与用金属注射成型生产的金属零件相当，后者是大规模生产金属零件的最广泛使用的制造方法之一。另外，粘结剂喷射部件表现出更高的表面光滑度，特别是在内部通道。5. 电弧送丝增材制造（WAAM）△来自MX3D的WAAM钢件（来源：MX3D）电弧送丝增材制造以金属线为材料，以电弧为能量来源，与焊接非常相似。电弧熔化金属丝，然后被机械臂一层一层地沉积到一个成型平台上。与焊接一样，惰性气体被用来防止氧化并改善或控制金属的特性。这个过程逐渐将材料制造成一个完整的三维物体或修复现有物体。没有支撑结构需要移除，如果有必要，成品部件可以通过数控加工达到严格的公差，或者进行表面抛光。通常情况下，打印出来的部件需要热处理，以释放残余应力。6. 基于激光的定向能量沉积（DED）△使用激光定向能沉积技术在DMG Mori的机器上3D打印金属零件（来源：DMG Mori）使用激光定向能量沉积技术来熔化金属材料，同时由喷嘴沉积。金属材料可以是粉末或金属丝形式。尽管用DED技术能够建造完整的零件，但这种技术通常被用来修复或增加现有物体的材料。当与数控加工相结合时，它可以产生一个精确的成品部件。DED系统可能不同于PBF系统，因为使用的粉末通常尺寸较大，需要更高的能量密度。与PBF系统相比，拥有更快的构建速率。然而，带来了较差的表面质量，可能需要额外的加工。通常用于PBF系统的支撑结构很少或从未用于DED，DED通常使用多轴转台来旋转构建平台以实现不同的特征。在不需要粉末床的情况下，DED系统可以在现有零件上进行维修或打印。7. 基于电子束定向能量沉积(DED)△xBeam DED打印机电子束熔化金属线3D打印的零件，这些打印出来的零件有一半经过CNC加工，以达到最终的零件质量要求（来源：xBeam)电子束定向能量沉积使用电子束熔化金属线（而不是粉末），同时由喷嘴沉积。与上述WAAM非常相似，电子束DED因速度而受到推崇。与WAAM不同，这些打印机需要一个真空室。通常情况下，零件被打印成接近净值的形状，然后用数控机床加工成严格的公差，如上面的照片所示。8. 金属立体光刻技术△用混合了金属的树脂材料制作的金属打印件通常出现在微型3D打印中（来源：Incus)金属光刻技术，也称为基于光刻技术的金属制造（LMM），使用光敏树脂和金属粉末的混合物浆料作为原料。这种对光敏感的浆料在光的作用下被逐层选择性地聚合起来。金属立体光刻拥有出色的表面质量，大多用于（但不限于）微型3D打印，因此它具有极高的细节。9. 冷喷涂△来源：Impact Innovations冷喷是一种制造技术，它以超音速喷射金属粉末，在不熔化的情况下将其粘合，这几乎不产生热应力。自21世纪初以来，它被用作一种涂层工艺，但最近几家公司已将冷喷技术用于增材制造，因为它能以比典型的金属3D打印机高约50至100倍的速度将金属层精确到几厘米。在增材制造方面，冷喷正在被用于快速制造金属替代部件，以及金属部件的现场维修和修复，如石油和天然气行业的军事设备和机械。修复后的零件，在某些情况下，可以比新的更好。10. 微纳金属3D打印△来自3D MicroPrint的微纳金属3D打印（来源：3D MicroPrint）有两种方法可以制造微型金属3D打印部件：上面提到的金属立体光刻技术和微纳选择性激光烧结（μSLS），这是一种小规模的激光粉末床熔融技术，上面也提到过。也被称为微型激光烧结或微型激光熔化，这种工业技术使用一个粉末床和一个精细激光。3D打印中的金属材料△来自The Virtual Foundry的FDM打印金属长丝（来源：The Virtual Foundry）几乎所有的金属都可以进行3D打印。除了零件的复杂性和速度之外，3D打印金属的主要优势之一是节省原材料和几乎没有浪费。当使用昂贵的材料（如钛）进行打印时，这一点极为重要。一些3D打印方法可以使用已经用于注射成型的的材料，如一些粉末、线材和颗粒，而其他材料则是为3D打印而独特配制的。如果你知道你的零件需要用什么材料打印，请查看下面的指南，了解你可以打印钛、铝和钢的所有方法。技术材料选择FDM/Extrusion
熔融挤出成型（金属线材）不锈钢（316L，17-4 PH），铜，钛，青铜，钨，铝SLM/PBF
选择性激光熔融或激光粉末床铝、铜、镍、不锈钢和工具钢、钛、贵金属EBM/PBF
电子束熔融或者电子束粉末床铝、铜、镍、不锈钢和工具钢、钛、贵金属Metal Binder
Jetting
金属粘结剂喷射马氏体时效钢、不锈钢和工具钢、镍、钴、钛、铝、铜、青铜WAAM
电弧送丝不锈钢和工具钢、钛、镍基合金DED Laser
激光直接能量沉积钢、铸铁、镍合金、钛合金、铝、铜等。DED eBeam
电子束直接能量沉积不锈钢和工具钢、镍合金、钛合金Metal
Lithography
金属立体光刻不锈钢、钛、铜、镍、黄铜Cold Spray
冷喷涂钛，铜，不锈钢和工具钢，铝，镍，铌，钽Micro 3D
Printing
微纳3D打印钢、铜、贵金属金属3D打印服务△BeamIT金属3D打印服务 (来源: BeamIT)为了从3D打印给金属零件和产品带来的所有优势中获益，你不一定需要投资自己的3D打印机。全球各地有越来越多的3D打印服务提供商，他们不仅可以用你选择的金属打印你的产品或原型，而且它们甚至可以为你的零件提供最佳方法、材料和设计的建议。