Formlabs 近日推出了TPU 90A 3D列印粉末材料。這是Formlabs面向Fuse 系列選擇性雷射燒結（SLS）3D印表機推出的首款柔性材料，結合選擇性雷射燒結3D列印技術優異的設計自由性和橡膠材料出色的抗撕裂強度、斷裂伸長率，這款柔性材料將解鎖全新的應用可能性。
新材料觸達更多應用
2022年，Formlabs針對選擇性雷射燒結系列3D列印技術推出了兩款材料：耐高溫的Nylon 12 GF以及用於列印兼顧、輕質部件的Nylon 11 CF。這兩款材料都增加了尼龍材料的強度，讓Fuse 系列產品成為了原型製造、工業小批量生產炙手可熱的產品。
如今，隨著TPU 90A柔性3D列印材料的推出，Fuse系列3D印表機將適用更多的應用場景。
TPU 90A Power 是一種柔性彈性體，適合通過3D列印製作：
- 安全接觸皮膚的可穿戴設備
- 鞋底、夾板、矯形器和修復體
- 運動防護裝備
- 墊圈、密封件、面罩、皮帶、插頭和管子
- 填充物、阻尼器、靠墊和夾持器
低刷新率、低成本的原型製造
TPU 90A 的延展性能大大拓 Fuse 系列產品的使用場景：在製作柔性材料的同時，也可以充分發揮SLS 3D列印無需支撐的優點，在內部快速製作具有複雜幾何結構的柔性部件。
更重要的是，TPU 90A擁有目前Formlabs 所有 SLS 3D列印粉末材料中最低的刷新率（刷新率僅為20%），可以更好的控制每個列印件的成本。無需投入巨資製造模具，即可在企業內部製作原型、成品以及輔助設備。
解鎖TPU 90A材料的3D列印應用
TPU（又稱熱塑性聚氨酯）是工程、設計和製造學科中最常用的彈性熱塑性塑料之一。從體育用品到醫療器械，再到我們的鞋底，這種堅韌耐用的橡膠材料隨處可見。
TPU 部件的傳統製造工作流程久經驗證，且仍然是批量生產橡膠產品的理想選擇。在Formlabs Fuse 系列3D印表機中使用 TPU 90A 粉末材料的優勢在於可以輕鬆快速製造原型、按需生產製造輔助設備並實現定製化。
l 快速原型製造
憑藉 Fuse 系列3D印表機，企業能夠在內部進行原型製造、縮短周轉時間，並減少支付給服務機構或機械車間的費用。
例如，製作運動頭盔的原型，內部需要有柔軟的緩衝襯墊。不少研發企業正致力於為這些緩衝襯墊設計新的晶格結構和衝擊抵消技術，而 TPU 恰好是一種完美的材料。
如果想要實現結構的驗證，則需要經過大量的物理測試，每一輪測試如果需要10個左右的緩衝襯墊，無論採用傳統的手工方式、外包給設計機構還是傳統的TPU成型，工作時間和成本都是驚人的。
TPU 90A Powder的推出，讓Fuse 系列3D印表機可以輕鬆列印多個略微不同的橡膠晶格結構，以測試不同的設計。通過改變部件本身的設計（例如改變壁厚），您可以針對不同的應用或測試後的疊代生產不同硬度的部件。
案例：電動自行車柔軟握把原型
百年企業 Radio Flyer 的產品深受千家萬戶的信任和喜愛，面向廣大家庭提供眾多創新產品。3D 列印是 Radio Flyer 開發工作的重要組成部分，而設計工程師 Agostino Lobello 則發現TPU 90A Powder 有助於製作真正的功能性原型。
「與我曾使用過的其他 3D 列印 TPE/TPU 材料相比，TPU 90A 粉末獨一無二的表面處理可以提供出色的摩擦力。從這個角度來看，該材料的觸感更類似於注射 TPE/TPU，因此堪稱原型應用的理想選擇。目前，該工藝的次優替代方案是利用原型工具並注入真正的 TPE 或其他聚氨酯，而其成本和用時表現都要遜於此工藝。」
在 Fuse 系列3D印表機上使用 TPU 90A Powder 可幫助 Radio Flyer 製造部件的功能性原型，如其 Flyer™ L885 Family Cargo eBike 上的這些柔軟握把。
l製造輔助工具
無論是夾具、支架、外殼，還是其他眾多的機器連接方式，最重要的都是它能否及時滿足您的迫切需求。
許多生產企業都面臨著一個相同的問題——如何避免其價值數百萬美元的製造設備磨損過於嚴重；而 TPU 90A Powder 就是對該問題的完美回答。
使用TPU 材料與3D印表機，當天即可設計並列印出柔性替換件和製造輔助設備，從而實現不間斷生產。
觸感柔軟的製造輔助設備可以緩衝特定的衝擊或是提供形狀完美的夾具，從而有助於延長重型機械的使用壽命。一旦密封件或墊圈因多年反覆使用而撕裂，操作人員可以立即列印出替代件，在數小時內恢復生產線並重新運行，而無需等待數天或數周才能獲得新部件。
對於工廠和生產企業來說，內部採用Fuse 3D列印相當於是上了一重保險，可以保護他們免受意外的部件損壞或機器故障的影響。工廠可在內部獲取到的機械性能越多，就越能避免供應鏈延誤和 OEM 導致的高額維修成本。
l小批量和定製可穿戴產品
對於運動、時尚和可穿戴技術行業，提供個性化的選擇有助於企業獲得更多市場份額。以往、高昂的模具製作成本使得小批量或一次性生產難以產生經濟效應，而大多 3D列印材料仍因為過于堅硬而不舍和體育用品或可穿戴市場。
TPU 90A 3D列印粉末材料的推出，則改變了這一局面。從可以根據個人的腳型、走路姿勢和重量分布來定製的鞋底，到為了抵消衝擊而設計的橄欖球頭盔，再到為手腕量身定製的錶帶，該材料蘊含著無限可能性。
隨著Fuse系列工作流程和 TPU 90A Powder 可安全接觸皮膚特性的誕生，可穿戴行業的定製服務不再是空談。
l醫療器械
TPU 90A 粉末可以製作一系列高性能醫療部件。圖中所示有：義肢設備（來源：OT Supply GmbH）、拇指托架（來源：Spentys）、踝足矯正襯墊（來源：Spentys）、錶帶等。
TPU 90A Powder 具有卓越的耐久性和韌性，適用於製造義肢、矯形器、患者特定的器械以及醫療設備。TPU 通過將橡膠材料出色的抗撕裂強度和斷裂伸長率與 SLS 3D 列印優異的設計自由度和耐久性相結合，為醫療專業人士帶來了新的機遇。
TPU 90A 粉末是一種柔性彈性體，適合通過 3D 列印製作以下醫療部件：
- 醫療器械原型、成品醫療器械和組件
- 矯形墊和修復襯墊
- 可穿戴設備、密封件、阻尼器和管子
- 夾板、顱骨重塑頭盔
- 運動和矯正鞋墊
TPU 90A 粉末已經過短期皮膚接觸認證，因此可將其視為能與皮膚接觸的安全材料。然而，該材料並未經過其他生物相容性應用的進一步測試，因此製造商應負責驗證列印部件是否符合預期用途。
順暢融入Fuse系列3D列印設備現有工作流
TPU 90A 粉末可輕鬆集成到 Fuse 系列3D印表機和Fuse Sift工作流程中。該材料可以在空氣環境中列印，且無需用到惰性氣體。此外，TPU部件不使用 Surface Armor（在更堅硬的粉末中圍繞部件形成的半燒結外殼），因此脫粉過程十分簡單。雖然TPU 90A 3D列印部件不含Surface Armor，但仍建議使用介質噴砂處理來清除部件上所有多餘的粉末，從而獲得更加整潔和更易於使用的部件。
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根據人民網軍事頻道，美軍當前在無人機領域的研究重點已經轉移到小型化和技術化的方向上，這也間接說明了無人機小型化和技術化的重要戰略意義。
3D列印蜂窩結構的無人機發動機
© Cobra
根據人民網，國外相關專家表示，如果仿生無人機被投入未來戰場配合執行跟蹤定位、精確打擊等任務，面對它們與一般昆蟲外形和飛行狀態幾乎一致的特點，當前戰場上的通用雷達或其他偵察手段很難作出準確判斷，它們將會對敵防空進行有效打擊。
國防領域的增材製造
© 3D科學谷白皮書
在這裡，從設計優化到產品交付，國防軍工領域的3D列印對產品的精度、機械性能、質量一致性、交期等交付能力要求非常嚴格。
仿生技術
根據人民網軍事頻道，美國伊利諾伊大學香檳分校航空機器人與控制實驗室發布了一款號稱是「世界最先進的撲翼/蝙蝠無人機」，該無人機的部分零件通過3D列印而成，總重92克，飛行起來酷似一隻蝙蝠，能夠完成數據的搜集和傳輸，使得端外人員依託其進行數據採集和分析。
根據3D科學谷，特別是用於異形、結構一體化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分複雜的形狀、點陣結構等加工，3D列印具有傳統製造技術不具備的優勢。
除此之外，美國陸軍研究實驗室發布了一款3D列印撲翼無人機Robo-Raven。其採用了市場上就可以購買到的發射機和接收機，續航時間10到15分鐘。這款無人機可以搭配單兵作戰使用，有效對目標區域實施偵察。美國將仿生技術運用到小型無人機上，提升了其無人機在偵察時的隱蔽性，將會在一定程度上提高美軍的作戰效率。
人民網顯示，人工智慧正逐漸成為戰爭形態質變的第一推動力，以無人作戰飛機為代表的智能化武器裝備得到了空前的重視和發展，無人機智能協同空戰作為一種可以預見的全新的作戰力量，將作為體系作戰能力生成的有效途徑，不僅會給未來空戰樣式帶來巨大變革，也將對航空兵作戰樣式產生衝擊與顛覆。
系統化量產思維
根據3D科學谷的市場觀察，無人機系統 (UAS) 製造商以越來越多的方式部署增材製造 (AM)，這其中通用原子航空系統公司GA-ASI 正在使用的每一種 AM 增材製造技術，這包括從整個公司的更基本的原型製作到大規模的製造整個無人機前端。總而言之，該通用原子航空系統公司GA-ASI使用的3D列印技術從熔融沉積建模（小面積到大面積增材製造）、選區雷射燒結、雷射粉末床熔融 (LPBF)、定向能量沉積和粘結劑噴射等。到目前為止，GA-ASI 目前有超過 240 個部件在其最新的 UAS無人機上飛行，GA-ASI的目標是在其小型 UAS 無人機上有 30% 到 80% 的部件是 3D 列印的。
© GA-ASI
GA-ASI 和 Divergent 之間建立了合作夥伴關係，Divergent 旗下的Czinger自適應生產系統 (DAPS) 具有量產化增材製造無人機的潛力。在一個典型的案例中，通過設計整合，零件數量從 180 個組件減少到僅四個。要組裝所有四個零件，每個零件都可以在SLM Solutions的NXGXII 設備上進行3D列印，需要不到 15 分鐘的時間。換句話說，完成製造這個無人機機身可能只需要一天的時間。開發時間僅為三到六個月，同時開發成本降低了 50%，經常性成本節省估計為 55% 到 75%。
不僅僅可以用於汽車零件的離散化製造，還可以用於無人機的自動化製造管理，這展示了自適應生產系統 (DAPS) 的優勢，製造商必須構建系統級解決方案才能獲得所有這些優勢。不能只專注於一小塊拼圖，解決整個問題需要從系統層面思考，建立系統化解決方案。
提升性能
根據3D科學谷的市場觀察，3D列印正在成就無人機新的製造和商業模式，一個典型的案例是A33N無人機發動機，這款無人機帶有風冷式氣缸的發動機，其氣缸中集成了3D列印點陣結構，由Cobra通過nTopology的軟體設計，通過雷尼紹四雷射器設備RenAM 500Q製造。此前，Cobra 帶有翅片式式熱交換結構的氣缸產品已經商業化。與翅片式設計相比，帶3D列印點陣結構的氣缸是面向增材製造的新一代設計，與上一代產品相比，在以下兩個方面得到了優化：在熱交換性能，發動機緊湊性、輕量化方面得到了提升，這些提升將有助於延長無人機飛行時間；3D列印點陣結構所需的後處理工作量減少。Cobra測試結果顯示，這款發動機散熱性能優於Cobra當前的主力翅片式設計。
© nTopology
3D列印點陣結構可以減輕氣缸重量。任何額外的重量都會給無人機有效載荷、飛行距離和性能帶來不利影響，冷卻管道上的壓力下降量與機身上的阻力大小直接相關，在這種情況下，無人機可以更長，更有效地飛行。
© nTopology
此外，點陣結構是一種自支撐的結構，在3D列印的過程中不需要添加支撐結構。而上一代翅片式設計在列印時需要添加很多支撐結構，在列印完成後需要大量後處理工作，手動移除這些支撐結構。
知之既深，行之則遠。基於全球範圍內精湛的製造業專家智囊網絡，3D科學谷為業界提供全球視角的增材與智能製造深度觀察。有關增材製造領域的更多分析，請關注3D科學谷發布的白皮書系列。