全球增材制造技術技術進展情況及發(fā)展趨勢
來源：賽迪智庫
發(fā)布時間：2018 / 03 / 13
? ? ? 我國部分增材制造技術雖暫時領先，但面臨原創(chuàng)性工藝、技術缺失，重大技術突破不足等問題，探究全球增材制造技術進展及發(fā)展趨勢，對推動我國增材制造產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展具有重要意義。
? ? ? 增材制造新技術不斷突破。隨著增材制造領域相關研究的不斷深入，近年來，液態(tài)金屬的噴墨打印、粉末床熔融和粘結劑噴射混合工藝的高速成型、選擇性隔離燒結、連續(xù)液面生長、多射流熔融等一批新工藝、新技術獲得突破。此外，超聲波增減材復合制造、智能微鑄鍛銑復合制造等一批增減材復合制造技術延伸了現(xiàn)有增材制造技術，發(fā)展?jié)摿薮蟆?br />
? ? ? 增材制造專用材料種類逐漸增多。增材制造專用材料的類型和品質決定著增材制造產(chǎn)品及服務的質量。全球面臨專用材料種類少、性能差、價格高的問題。近期，Stratasys、3D systems、EOS、惠普等行業(yè)領軍企業(yè)以及巴斯夫、杜邦等材料企業(yè)紛紛布局材料領域，突破了一批新型高分子復合材料、高性能合金材料、生物活性材料、陶瓷材料等專用材料，極大拓展了增材制造材料類型，增材制造材料種類正逐漸增多。
? ? ??增材制造裝備性能不斷升級。隨著增材制造裝備工藝技術研究的深入和制造技術的突破，出現(xiàn)了一批超大型、超高速、超精密的工藝裝備。近期，GE公司發(fā)布的增材制造裝備成型尺寸達到1.1米×1.1米×0.3米（Z軸可擴展至1米，甚至更大），推動鋪粉式金屬激光增材制造成型進入“米”級時代。德國EOS公司、SLM Solutions公司等推出四激光系統(tǒng)的新型裝備，大幅提升打印效率。澳大利亞APEE3D公司基于超聲速三維沉積（SP3D）技術的金屬增材制造裝備，成形速度較傳統(tǒng)金屬增材制造技術提高100～1000倍?；萜展净贛JP技術的裝備成形精度達到1200DPI，并引領多材料全彩增材制造。深圳摩方材料公司自主研發(fā)的面投影立體光刻裝備，打印精度可達微米級。
? ? ? 增材制造產(chǎn)品質量逐步提升。增材制造產(chǎn)品質量不斷提升，帶動增材制造從產(chǎn)品研發(fā)設計到零部件直接制造轉變。GE公司LEAP航空發(fā)動機中的增材制造燃油噴嘴訂單量已超11000臺。國產(chǎn)大飛機C919中增材制造艙門復雜件的力學性能明顯高于原有鑄件。北京愛康宜誠醫(yī)療器材股份有限公司與北京大學第三醫(yī)院聯(lián)合研制的增材制造髖關節(jié)、椎間融合器等產(chǎn)品相繼獲得CFDA注冊批準，推動增材制造技術與個性化、精準醫(yī)療的深度融合。
? ? ??增材制造服務獲取更加便捷。系統(tǒng)化和數(shù)字化正成為增材制造服務的主流方向。西門子與Stratasys、GE、3D Hubs公司等行業(yè)領軍企業(yè)合作，推動西門子數(shù)字工廠解決方案與增材制造解決方案整合，提升了增材制造產(chǎn)品的全生命周期管理水平。
? ? ? 單一材料向復合材料方向發(fā)展。單一材料種類較少和性能不足嚴重制約了增材制造技術應用，將納米材料、碳纖維材料等與現(xiàn)有材料體系復合，開發(fā)多功能納米復合材料、纖維增強復合材料、無機填料復合材料、金屬填料復合材料和高分子合金等復合材料，不僅賦予了材料多功能性特點，而且拓寬了增材制造技術的應用領域。
? ? ? 多材料、多工藝增材制造成為重要方向。多材料增材制造技術可融合多種增材制造工藝，實現(xiàn)全彩增材制造等高質量產(chǎn)品的一體化成形，并大幅提升成型效率。增材制造技術與機器人、數(shù)控機床、鑄鍛焊等多工藝技術的集成，可滿足無支撐成型等嚴苛的工藝要求，不僅實現(xiàn)復雜結構產(chǎn)品的增材制造，還可以實現(xiàn)產(chǎn)品的近凈成形。
? ? ? 裝備成型尺寸更大、精度更高、更智能。大型化:增材制造裝備成型尺寸已經(jīng)步入“米”級時代，增材制造裝備大型化已成為發(fā)展趨勢。微型化：現(xiàn)有增材制造的成型精度已經(jīng)達到微米級，未來將向納米級的成型精度發(fā)展，極大促進增材制造技術在微流控芯片制造等領域的應用。智能化：傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲裝置等智能部件將融入增材制造裝備，實現(xiàn)成型過程的實時記錄和反饋，帶動裝備的智能化。
? ? ? 融合式創(chuàng)新重塑增材制造新模式。增材制造與傳統(tǒng)的減材制造融合，提升增材制造技術的成型效率和精度，助力企業(yè)實現(xiàn)柔性制造，賦予現(xiàn)有加工中心或生產(chǎn)線高柔性與高效率；將增材制造裝備納入智能制造生產(chǎn)體系，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時管理和優(yōu)化，并通過云制造實現(xiàn)分散的社會智力資源和增材制造資源的快速集成，將重塑增材制造技術及應用模式。
? ? ? 加強增材制造創(chuàng)新體系建設。完善國家增材制造創(chuàng)新中心運行機制，鼓勵有產(chǎn)業(yè)基礎、技術條件的地區(qū)建設省級增材制造創(chuàng)新中心。強化關鍵共性技術研發(fā)，加快突破高性能材料研制、高質量高穩(wěn)定性增材制造裝備制造、核心支撐軟件開發(fā)等關鍵共性技術。積極跟蹤增材制造技術的發(fā)展趨勢，制定增材制造技術發(fā)展路線圖，提早布局新一代增材制造技術。
? ? ? 鼓勵增材制造產(chǎn)業(yè)國際合作。參與引領國際增材制造標準制定，推動我國領先領域的國內標準成為國際標準。通過與國際先進企業(yè)技術合作，加強在粉末制備、大功率激光器、掃描振鏡等薄弱環(huán)節(jié)的技術攻關，充分引進、消化、集成先進技術成果。鼓勵國內企業(yè)“走出去”，開展并購、股權投資及建立海外研發(fā)中心，培育具有國際競爭力的龍頭企業(yè)。引導國外企業(yè)在華設立研發(fā)基地，帶動國內增材制造研發(fā)水平的整體提升。依托“一帶一路”戰(zhàn)略，推進增材制造技術在沿線國家的推廣應用。
? ? ??制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關配套政策。支持設計、材料、工藝、裝備、檢測等重點領域國家、行業(yè)、地方、團體標準的制定，加速構建增材制造領域新型標準體系。開展增材制造技術和產(chǎn)品特性的檢測基礎理論和方法研究，結合增材制造技術的應用要求，建立增材制檢測和認證體系。擴大增材制造相關專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)模，完善配套支撐的課程設計、教材開發(fā)、師資隊伍、專門實驗室等方面建設，建成一批人才培養(yǎng)示范基地。加強海外高層次科技、經(jīng)營人才引入，建立和完善人才激勵機制，形成與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應的人力資源建設格局。
國內外增材制造技術進展情況
? ? ? 增材制造新技術不斷突破。隨著增材制造領域相關研究的不斷深入，近年來，液態(tài)金屬的噴墨打印、粉末床熔融和粘結劑噴射混合工藝的高速成型、選擇性隔離燒結、連續(xù)液面生長、多射流熔融等一批新工藝、新技術獲得突破。此外，超聲波增減材復合制造、智能微鑄鍛銑復合制造等一批增減材復合制造技術延伸了現(xiàn)有增材制造技術，發(fā)展?jié)摿薮蟆?br />
? ? ? 增材制造專用材料種類逐漸增多。增材制造專用材料的類型和品質決定著增材制造產(chǎn)品及服務的質量。全球面臨專用材料種類少、性能差、價格高的問題。近期，Stratasys、3D systems、EOS、惠普等行業(yè)領軍企業(yè)以及巴斯夫、杜邦等材料企業(yè)紛紛布局材料領域，突破了一批新型高分子復合材料、高性能合金材料、生物活性材料、陶瓷材料等專用材料，極大拓展了增材制造材料類型，增材制造材料種類正逐漸增多。
? ? ??增材制造裝備性能不斷升級。隨著增材制造裝備工藝技術研究的深入和制造技術的突破，出現(xiàn)了一批超大型、超高速、超精密的工藝裝備。近期，GE公司發(fā)布的增材制造裝備成型尺寸達到1.1米×1.1米×0.3米（Z軸可擴展至1米，甚至更大），推動鋪粉式金屬激光增材制造成型進入“米”級時代。德國EOS公司、SLM Solutions公司等推出四激光系統(tǒng)的新型裝備，大幅提升打印效率。澳大利亞APEE3D公司基于超聲速三維沉積（SP3D）技術的金屬增材制造裝備，成形速度較傳統(tǒng)金屬增材制造技術提高100～1000倍?；萜展净贛JP技術的裝備成形精度達到1200DPI，并引領多材料全彩增材制造。深圳摩方材料公司自主研發(fā)的面投影立體光刻裝備，打印精度可達微米級。
? ? ? 增材制造產(chǎn)品質量逐步提升。增材制造產(chǎn)品質量不斷提升，帶動增材制造從產(chǎn)品研發(fā)設計到零部件直接制造轉變。GE公司LEAP航空發(fā)動機中的增材制造燃油噴嘴訂單量已超11000臺。國產(chǎn)大飛機C919中增材制造艙門復雜件的力學性能明顯高于原有鑄件。北京愛康宜誠醫(yī)療器材股份有限公司與北京大學第三醫(yī)院聯(lián)合研制的增材制造髖關節(jié)、椎間融合器等產(chǎn)品相繼獲得CFDA注冊批準，推動增材制造技術與個性化、精準醫(yī)療的深度融合。
? ? ??增材制造服務獲取更加便捷。系統(tǒng)化和數(shù)字化正成為增材制造服務的主流方向。西門子與Stratasys、GE、3D Hubs公司等行業(yè)領軍企業(yè)合作，推動西門子數(shù)字工廠解決方案與增材制造解決方案整合，提升了增材制造產(chǎn)品的全生命周期管理水平。
國內外增材制造技術發(fā)展趨勢
? ? ? 單一材料向復合材料方向發(fā)展。單一材料種類較少和性能不足嚴重制約了增材制造技術應用，將納米材料、碳纖維材料等與現(xiàn)有材料體系復合，開發(fā)多功能納米復合材料、纖維增強復合材料、無機填料復合材料、金屬填料復合材料和高分子合金等復合材料，不僅賦予了材料多功能性特點，而且拓寬了增材制造技術的應用領域。
? ? ? 多材料、多工藝增材制造成為重要方向。多材料增材制造技術可融合多種增材制造工藝，實現(xiàn)全彩增材制造等高質量產(chǎn)品的一體化成形，并大幅提升成型效率。增材制造技術與機器人、數(shù)控機床、鑄鍛焊等多工藝技術的集成，可滿足無支撐成型等嚴苛的工藝要求，不僅實現(xiàn)復雜結構產(chǎn)品的增材制造，還可以實現(xiàn)產(chǎn)品的近凈成形。
? ? ? 裝備成型尺寸更大、精度更高、更智能。大型化:增材制造裝備成型尺寸已經(jīng)步入“米”級時代，增材制造裝備大型化已成為發(fā)展趨勢。微型化：現(xiàn)有增材制造的成型精度已經(jīng)達到微米級，未來將向納米級的成型精度發(fā)展，極大促進增材制造技術在微流控芯片制造等領域的應用。智能化：傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲裝置等智能部件將融入增材制造裝備，實現(xiàn)成型過程的實時記錄和反饋，帶動裝備的智能化。
? ? ? 融合式創(chuàng)新重塑增材制造新模式。增材制造與傳統(tǒng)的減材制造融合，提升增材制造技術的成型效率和精度，助力企業(yè)實現(xiàn)柔性制造，賦予現(xiàn)有加工中心或生產(chǎn)線高柔性與高效率；將增材制造裝備納入智能制造生產(chǎn)體系，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時管理和優(yōu)化，并通過云制造實現(xiàn)分散的社會智力資源和增材制造資源的快速集成，將重塑增材制造技術及應用模式。
發(fā)展我國增材制造技術的幾點建議
? ? ? 加強增材制造創(chuàng)新體系建設。完善國家增材制造創(chuàng)新中心運行機制，鼓勵有產(chǎn)業(yè)基礎、技術條件的地區(qū)建設省級增材制造創(chuàng)新中心。強化關鍵共性技術研發(fā)，加快突破高性能材料研制、高質量高穩(wěn)定性增材制造裝備制造、核心支撐軟件開發(fā)等關鍵共性技術。積極跟蹤增材制造技術的發(fā)展趨勢，制定增材制造技術發(fā)展路線圖，提早布局新一代增材制造技術。
? ? ? 鼓勵增材制造產(chǎn)業(yè)國際合作。參與引領國際增材制造標準制定，推動我國領先領域的國內標準成為國際標準。通過與國際先進企業(yè)技術合作，加強在粉末制備、大功率激光器、掃描振鏡等薄弱環(huán)節(jié)的技術攻關，充分引進、消化、集成先進技術成果。鼓勵國內企業(yè)“走出去”，開展并購、股權投資及建立海外研發(fā)中心，培育具有國際競爭力的龍頭企業(yè)。引導國外企業(yè)在華設立研發(fā)基地，帶動國內增材制造研發(fā)水平的整體提升。依托“一帶一路”戰(zhàn)略，推進增材制造技術在沿線國家的推廣應用。
? ? ??制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關配套政策。支持設計、材料、工藝、裝備、檢測等重點領域國家、行業(yè)、地方、團體標準的制定，加速構建增材制造領域新型標準體系。開展增材制造技術和產(chǎn)品特性的檢測基礎理論和方法研究，結合增材制造技術的應用要求，建立增材制檢測和認證體系。擴大增材制造相關專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)模，完善配套支撐的課程設計、教材開發(fā)、師資隊伍、專門實驗室等方面建設，建成一批人才培養(yǎng)示范基地。加強海外高層次科技、經(jīng)營人才引入，建立和完善人才激勵機制，形成與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應的人力資源建設格局。
