僅用9個(gè)月，一群瑞士本科生竟然造出了一臺(tái)能同時(shí)打印兩種金屬的3D打印機(jī)，將火箭零件的生產(chǎn)時(shí)間縮短了一大半！

你可能覺得3D打印已經(jīng)不新鮮了，但金屬3D打印，尤其是應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域的，一直有兩個(gè)“老大難”問題：

速度慢和材料單一。制造一枚火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，它內(nèi)部需要能高效散熱的銅，外部又需要耐高溫高壓的鎳基合金。傳統(tǒng)工藝要么分開制造再焊接，要么用單一材料將就，費(fèi)時(shí)費(fèi)力還不完美。

而蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）這群學(xué)生搗鼓出的這個(gè)名為“RAPTURE”的項(xiàng)目，直接向這兩個(gè)痛點(diǎn)發(fā)起了“總攻”。

◆ 01 “懶人打印”如何秒殺傳統(tǒng)工藝

傳統(tǒng)金屬3D打印機(jī)的工作模式，就像一個(gè)急性子遇上了一個(gè)慢郎中。激光器（急性子）在一層金屬粉末上飛速熔化出形狀后，就得停下來，眼巴巴等著鋪粉裝置（慢郎中）慢悠悠地來回鋪好下一層薄粉。一層一層，周而復(fù)始，大量的寶貴時(shí)間都浪費(fèi)在了“等待”上。

這群天才學(xué)生就想：“為什么非要等？能不能讓它們同時(shí)開工？”

于是，一個(gè)顛覆性的“旋轉(zhuǎn)式架構(gòu)”誕生了。

他們讓整個(gè)打印平臺(tái)像唱片機(jī)一樣持續(xù)旋轉(zhuǎn)，而鋪粉和排煙系統(tǒng)則固定在旋轉(zhuǎn)臂上同步運(yùn)動(dòng)。這樣一來，鋪粉、熔化、再鋪粉……整個(gè)過程無縫銜接，一氣呵成！

那么這個(gè)效果有多驚人呢？研究數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于薄壁環(huán)形零件，這種新方法最多可節(jié)省超過52%的打印時(shí)間！同時(shí)，它還能將昂貴的金屬粉末消耗量減少高達(dá)77%，因?yàn)椴辉傩枰顫M整個(gè)打印空間，只需覆蓋零件所在的環(huán)形區(qū)域即可。又快又省，這簡直就是工業(yè)界的福音啊！

◆ 02 當(dāng)銅芯遇上鎳合金外殼

如果說“快”只是基本操作，那“多材料”打印就是它的“獨(dú)門絕技”。

這臺(tái)機(jī)器最酷的地方，在于它能在一次打印任務(wù)中，無縫融合兩種不同的金屬。就像我們開頭提到的火箭噴嘴，現(xiàn)在可以用這臺(tái)打印機(jī)一次性搞定——內(nèi)部是導(dǎo)熱一流的銅，外部是堅(jiān)固耐用的鎳合金，兩種材料“天作之合”，在一個(gè)零件里各司其職，性能直接拉滿。

對(duì)于像瑞士學(xué)術(shù)太空倡議（ARIS）這樣的學(xué)生火箭團(tuán)隊(duì)來說，這項(xiàng)技術(shù)過去簡直是遙不可及的夢想，因?yàn)樘^復(fù)雜和昂貴。而現(xiàn)在，學(xué)生們自己把它變成了現(xiàn)實(shí)！

◆ 03 “吹氣”的藝術(shù)決定成敗

當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)這一切并非易事。項(xiàng)目指導(dǎo)老師Michael Tucker博士坦言：我們一開始低估了氣體流動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，現(xiàn)在我們知道它至關(guān)重要。

在打印過程中，需要持續(xù)吹送惰性氣體，以防止金屬在高溫下氧化，并吹走煙塵和飛濺物。這個(gè)“吹氣”的活兒，可充滿了學(xué)問。

團(tuán)隊(duì)通過大量的計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

用方形網(wǎng)格噴嘴，比用蜂窩狀的能產(chǎn)生更穩(wěn)定、均勻的氣流，不會(huì)把寶貴的金屬粉末吹得一團(tuán)糟。

一個(gè)反常識(shí)的發(fā)現(xiàn)是：打印出來帶有天然粗糙內(nèi)壁的噴嘴，效果竟然比打磨光滑的更好！這種“恰到好處的粗糙”能增加氣流背壓，讓氣流變得更像“溫柔的春風(fēng)”，而非“狂暴的颶風(fēng)”。

目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了專利，并成功打印出直徑達(dá)20厘米的渦輪機(jī)定子。從航空航天到電動(dòng)汽車，再到能源領(lǐng)域，它的應(yīng)用前景可能不可估量。

這群年輕的頭腦，用一個(gè)“旋轉(zhuǎn)”的巧思，真正撬動(dòng)了高端制造業(yè)的未來。他們的導(dǎo)師都不敢相信，一個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)竟能在9個(gè)月內(nèi)造出這種3D多金屬同時(shí)打印機(jī)。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《CIRP Annals》 （Volume 74, Issue 1, 2025, Pages 315-319）雜志上。

參考文獻(xiàn)：

[1] Jedikovska, G. (2025, September 3). Swiss students build unique 3D printer that makes rocket parts faster, cheaper. Zenger News. [2] Bambach, M., & Tucker, M. R. (2025). Design and analyses of powder deposition, gas flow, and productivity for a rotary laser powder bed fusion system. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 74, 315-319.