04项目一 3D打印系列设备与介绍

1.4增材制造技术的发展趋势与展望项目一Introductionto3Dprintingequipmentsanditsparameters1.增材制造技术的发展趋势与展望增材制造技术的发展趋势与展望概述

增材制造作为今年来全球热门的先进制造技术，经过约半个世纪的发展，从实验室走入大众视野，并且逐步出现在我们的日常生活中。广泛应用于航空航天、医疗器械、建筑、汽车、能源、珠宝设计等领域。在《十三五规划》的推动下，于2016年4月成立全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC562)，随后由该组织逐步建立和完善的相关标准体系。截至目前，关于增材制造的标准（含起草、批准和已发布）共计50余项，现行标准共计15项，主要是从技术、原材料、专业术语层面进行基本规范。特别地，中国重视塑料、钛合金零件制造，着力发展熔积成型法（FDM）和选择性激光熔化(SLM)技术，此外还有针对医疗器械生产质量的标准。1.发展瓶颈(1)原材料制备技术

现阶段，除了SLA工艺所用原材料为液态的光敏树脂，其余工艺大都采用丝材和粉末材料，尤以粉末材料居多。常用的光敏树脂主要成分为丙烯酸树脂，光敏树脂的黏度略高，一次固化程度不足，还有一定的毒害性，这些都是需要改进的地方。在粉末材料方面，颗粒形状和粒度分布都有严格要求，金属粉末成分中的含氧量和含碳量也会对成形件性能产生很大影响。雾化法制备金属粉末可以获得粒度分布较均匀的量产球形粉，市场上已普遍使用，实验室内还常用机械粉碎法和旋转电极法来制造金属粉末。1.增材制造技术的发展趋势与展望增材制造技术的发展趋势与展望概述

(2)材料成形控制技术

增材制造实质上是一个积少成多、化零为整的制造过程，在此过程中，原材料之间的结合是关键，在此过程中通常会发生一系列的物理和化学变化。在SLA工艺中，光源照射液态树脂后会引发活性基团的聚合、交联和接枝反应，反应十分灵敏，最终使树脂变成固态。金属材料的成形是一个快速熔化和凝固的过程，过程中熔池的温度梯度很大，已成型部分存在较大热应力，随时可能出现孔洞、缝隙和开裂的现象。所以，如何控制成型过程中温度的分布是金属增材制造的一大关键技术。

（3）高效制造技术

成型件的大尺寸和高精度问题一直是增材制造业内两个重要的技术突破方向，但事实上要做到两者兼得并非容易。目前，市场上的铺粉设备工作平台一般都不大，主要原因在于光束经过振镜后只能精确控制在一定区域内形成能量密度均匀分布的光斑，所以如何提升光学部件的精度或实现多光束同步控制是一个发展方向。此外，增材制造是层层叠加成型三维实体，每一层的厚度、平整度以及层与层间的结合程度都直接影响成型件的稳定性和精度，这些都需要通过调整设备和工艺参数来完善。振镜还没有国产化，这个振镜也是光刻机的主要元器件。1.增材制造技术的发展趋势与展望增材制造技术的发展趋势与展望概述

（4）支撑技术

因为重力场的存在，一些形状复杂的成型件需要支撑结构，支撑部分在后期处理中需要去除，所以如何设计是一门学问。通常是在保证成形件制造过程中不失效的前提下，采用的支撑材料越少越好，例如设计成多孔结构。在金属增材制造技术中，支撑部分还会影响到整个部件的内应力分布，设计不当可能会发生成形件翘曲变形的现象。

（5）软件编程技术

个性化定制是增材制造技术的一大特点，但要用到工业生产，仍然需要考虑如何控制每个零件的质量达标，即生产质量的稳定性。在前已述及的硬件条件外，另一核心技术就是软件编程。国外的一些设备都会附有部分材料的工艺参数包，基本不需要任何编程，可以保证成形过程的稳定性，国内设备在这方面还有待提高。其它的研究工作主要是如何依靠软件技术来实现任意结构任意材料的预成形模拟，从而提升关键零部件的制造成功率。1.增材制造技术的发展趋势与展望增材制造技术的发展趋势与展望概述

目前在这些关键技术中，主要还存在如下技术瓶颈有待解决和突破。(1)成型材料主要依赖设备制造厂供应，适用的成型材料范围很有限，受制于设备厂商，难于适应市场的迫切需求。(2)成型材料的局限性导致难于成形真实可用的功能构件，从而使成型设备难于成为生产机械，市场需求量大大缩水。近两年成型金属功能部件在军工、航空航天领域的应用已取得较大发展，但成型材料类型有待进一步拓宽，尤其国产材料需加快开发。(3)成型件的尺寸精度和表面品质存在比较明显的差距，难于与CNC机加工相媲美。(4)增材制造的制造成本和成形用的耗材成本居高不下，推广应用大打折扣。增材制造中关键技术的发展能够进一步节省零件的制造时间和生产成本，必将带动增材制造技术在各行各业中的全面应用。例如，针对复杂结构可以进行一体化制造，通过优化设计后采用增材制造的方法，可以实现零件的轻量化，快速修复出现损伤的零部件。1.增材制造技术的发展趋势与展望增材制造技术的发展趋势与展望概述

2.发展方向

针对工业、国防军工与医疗领域主要需求，开展关键技术产学研用联合攻关与应用示范，开发出一系列具有突破意义的增材制造新技术、新装备、新材料、新工艺、新产品，建立涵盖全链条的增材制造技术体系，在国际范围内形成技术创新高地，引领产业发展；通过创新成果转化与产业化，快速拉动产业提升发展，在新技术示范应用与产业化的过程中有效集聚整合跨行业优质资源，形成全链条互动，使增材制造的个性化定制功能真正深入生产生活各个领域，推动增材制造产业进一步发展、成熟，形成产业规模效益；通过技术、产品和装备创新，重组生产经营链条的各个环节，建立基于增材制造技术的全新制造与服务平台，突破传统的生产模式，推动传统产业加快导入新技术实现转型升级，并进一步带动上中下游支撑产业与新兴产业的融合与发展，促进形成导入增材制造技术的战略性新兴产业集群，成为经济发展新的增长点。3.发展趋势

自2013年至2021年，全球3D打印产值增长近4.2倍，到2020年达到126亿美元。预计2020-2026年间将保持20%的年均复合增幅，到2026年有望达到372亿美元。2016年-2019年，中国的3D打印产值增长一倍，2019年产业规模为157.5亿元，较2018年增加31.1%。2020年-2025年，中国打印行业产值有望