3D打印增材制造技术及未来发展趋势

1、增材制造发展现实状况及未来趋势3月第1页目录 Contents1国内外发展现实状况及差距2未来主要发展趋势3拟处理技术难题第2页目录 Contents1国内外发展现实状况及差距2未来主要发展趋势3拟处理技术难题第3页增材制造（additive manufactering，）技术(也称为3d打印技术)是20世纪80年代后期发展起来新型制造技术。1.1 国外发展现实状况当前，增材制造成形材料包含了金属、非金属、复合材料、生物材料甚至是生命材料，成形工艺能量源包含激光、电子束、特殊波长光源、电弧以及以上能量源组合，成形尺寸从微纳米元器件到10以上大型航空结构件，为当代制造业发展以及传统制造业转型升级

2、提供了巨大契机。第4页20，全球增材制造产业产值到达 97.95亿美元，较年增加24.59 亿美元，同比增加 33.5%。全球工业级增材制造装备销量近20000台，同比增加17.8。欧盟 “地平线2020”：计划7年内（2014-2020）投资800亿欧元，其中选择10个增材制造项目，总投资2300万欧元。2019 年，德国国家工业战略2030草案中，将增材制造列为十个工业领域 “关键工业部门”之一。2014 年日本公布日本制造业白皮书中，将机器人、下一代清洁能源汽车、再生医疗以及3D打印技术作为重点发展领域。，日本将3D打印器官模型费用纳入保险支付范围。1.1 国外发展现实状况第5页以美国G

3、E企业（通用电气企业）为代表航空应用企业开始采取增材制造技术批量化生产飞机发动机配件，尝试整机制造，并计划启用一万台金属打印机，显示了增材制造技术颠覆性意义。1.1 国外发展现实状况GE新3D打印技术中心金属3D打印飞机部件第6页生物材料3D打印技术发展更与医疗领域亲密相关。在悉尼Prince of Wales医院神经外科医生们成功将一位癌症病人颈部被癌细胞占据两节颈椎取下，代之以3D打印人工骨，属世界首次。经过3D打印技术来修复骨骼、关节、器官前景已经不再遥远。1.1 国外发展现实状况3D打印人体器官概念图3D打印心脏模型第7页总来说，经过近年发展，增材制造技术面向航空航天、轨道交通、新能源

4、、新材料、医疗仪器等战略新兴产业领域已经展示了重大价值和辽阔应用前景，是先进制造主要发展方向，是智能制造不可分割主要组成部分。增材制造技术是满足国家重大需求、支撑国民经济发展“国之重器”，已成为世界先进制造领域发展最快、技术研究最活跃、关注度最高学科方向之一。1.1 国外发展现实状况第8页在我国，增材制造在相关国家科技计划连续支持下，已为航空航天、动力能源领域高端装备飞跃发展和品质提升作出了主要贡献。当前我国已初步建立了涵盖3D 打印金属材料、工艺、装备技术到重大工程型号应用全链条增材制造技术创新体系，整体技术到达国际先进水平，并在部分领域处于国际领先水平。1.2 国内发展现实状况第9页我国增

5、材制造产业仍处于快速发展阶段，产业规模逐步增加。，中国增材制造产业产值约为130亿元，相较于 年100 亿元，同比增加30。依据中国增材制造产业联盟对40家重点联络企业统计结果显示， 年，这些企业总产值达40.63 亿元，比 年32.83亿元增加7.8亿元，同比增加23.8。，中国增材制造装备保有量占全球装备保有量10.6，仅次于美国（35.3），位居全球第二。1.2 国内发展现实状况第10页增材制造技术应用已从简单概念模型、功效型原型制作向功效部件直接制造方向发展，各领域应用连续拓展，尤其在航空、航天、医疗等领域应用更为深入。发射嫦娥四号中继卫星搭载了多个采取增材制造技术研制复杂形状铝合金结

6、构件。1.2 国内发展现实状况第11页1.2 国内发展现实状况激光熔覆沉积技术第12页在医疗领域，当前已经有5个3D 打印医疗器械取得中国食品药品监督管理总局（CFDA） 同意上市，尤其是 年初，第二类医疗器械定制式增材制造膝关节矫形器获批上市，标志着CFDA 认证增材制造医疗器械正从标准化走向个性化。在消费领域，先临三维科技股份有限企业量产3D 打印鞋数量已超出一万双，显示了3D打印技术在制鞋行业中应用前景。1.2 国内发展现实状况第13页与欧洲、美国、日本等发达地域和国家相比，我国在基础理论、关键工艺技术以及高端装备等方面仍存在较大差距。在高端增材制造装备商业化销售市场，美国和德国还占据着

7、绝对优势；我国高端增材制造装备关键元器件和商用软件还依赖进口；系统级创新设计引领规模化工业应用还主要在美欧国家。欧美日等发达地域和国家借助资金、人才、技术和市场优势，在增材制造与激光制造基础理论、关键器件、工艺和装备、产业应用等方面均处于领跑水平。1.3 国内外差距第14页目录 Contents1国内外发展现实状况及差距2未来主要发展趋势3拟处理技术难题第15页近年来，我国相继公布中国制造2025国家增材制造产业发展行动计划(2015)，以及年增材制造重点专题，为我国增材制造产业发展指明了方向。2 未来主要发展趋势第16页（1）研发生产增材制造专用材料依靠高校、科研机构开展增材制造专用材料特征

8、研究与设计，勉励优势材料生产企业从事增材制造专用材料研发和生产，突破一批增材制造专用材料。针对金属增材制造专用材料，优化粉末大小、形状和化学性质等材料特征，开发满足增材制造发展需要金属材料。针对非金属增材制造专用材料，提升现有材料在耐高温、高强度等方面性能，降低材料成本。2 未来主要发展趋势第17页（2）提升增材制造工艺技术开发数字模型、专用工艺软件及控制软件，支持企业研发增材制造所需建模、设计、仿真等软件工具，在三维图像扫描、计算机辅助设计等领域实现突破。处理金属构件成形中高效、热应力控制及变形开裂预防、组织性能调控，以及非金属材料成形技术中温度场控制、变形控制、材料组份控制等工艺难题。2

9、未来主要发展趋势第18页（3）研制增材制造装备及关键器件依靠优势企业，加强增材制造专用材料、工艺技术与装备结合，研制推广使用一批含有自主知识产权增材制造装备，不停提升金属材料增材制造装备效率、精度、可靠性，以及非金属材料增材制造装备高工况温度和工艺稳定性。（4）建立和完善产业标准体系研究制订增材制造工艺、装备、材料、数据接口、产品质量控制与性能评价等行业及国家标准，开展质量技术评价和第三方检测认证，促进增材制造技术推广应用。2 未来主要发展趋势第19页（5）应用示范成熟技术产品依靠国家重大工程建设，着重处理金属材料增材制造在航空航天领域应用问题，在具备条件情况下，在国防军工其它领域给予扩展。在

10、技术相对成熟产品设计开发领域，发展增材制造服务中心和展示中心，经过为用户提供快速原型和模具开发等方式，促进增材制造推广应用。2 未来主要发展趋势第20页目录 Contents1国内外发展现实状况及差距2未来主要发展趋势3拟处理技术难题第21页（1）原材料制备技术现阶段，除了SLA工艺所用原材料为液态光敏树脂，其余工艺大都采取丝材和粉末材料，尤以粉末材料居多。惯用光敏树脂主要成份为丙烯酸树脂，光敏树脂黏度略高，一次固化程度不足，还有一定毒害性，这些都是需要改进地方。在粉末材料方面，颗粒形状和粒度分布都有严格要求，金属粉末成份中含氧量和含碳量也会对成形件性能产生很大影响。3 拟处理技术难题第22页

11、（2）材料成形控制技术金属材料成形是一个快速熔化和凝固过程，过程中熔区温度梯度很大，已成形部分存在较大热应力，随时可能出现孔洞、缝隙和开裂现象。所以，怎样控制成形过程中温度分布是金属材料增材制造一大关键技术。3 拟处理技术难题市面上主流增材制造成型技术第23页（3）高效制造技术要做到成形件大尺寸和高精度二者兼得并非轻易。当前，市场上铺粉设备工作平台普通都不大，主要原因在于光束经过振镜后只能准确控制在一定区域内形成能量密度均匀分布光斑，所以怎样提升光学部件精度或实现多光束同时控制是一个发展方向。另外，增材制造与普通涂层技术有所区分，它是在涂层上面再添加涂层，可称之为“再涂层技术”。每一层厚度、平

12、整度以及层与层间结合程度都直接影响成形件稳定性和精度，这些都需要经过调整设备和工艺参数来完善。3 拟处理技术难题第24页（4）支撑技术因为重力场存在，一些形状复杂成形件需要支撑结构，支撑部分在后期处理中需要去除，所以怎样设计是一门学问。通常是在确保成形件制造过程中不失效前提下，采取支撑材料越少越好，比如设计成多孔结构。在金属材料增材制造技术中，支撑部分还会影响到整个部件内应力分布，设计不妥可能会发生成形件翘曲变形现象。3 拟处理技术难题第25页（5）软件编程技术个性化定制是增材制造技术一大特点，但要用到工业生产，依然需要考虑生产质量稳定性。在前已述及硬件条件外，另一关键技术就是软件编程。国外一些设备都会附有部分材料工艺参数包，基本不需要任何编程，能够确保成形过程稳定性，国内设备在这方面还有待提升。其它研究工作主要是怎样依靠软件技术来实现任意结构任意材料预成形模拟，从而提升关键零部件制造成功率。3 拟处理技术难题第26页当前在这些关键技术中，主要还存在以下技术瓶颈有待处理和突破。成形材料主要依赖设备制造厂供给，适用成形材料范围有限，受制于设备厂商，难以满足市场需求。成形