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全球增材制造技术技术进展情况及发展趋势

核心提示: 我国部分增材制造技术虽暂时领先,但面临原创性工艺、技术缺失,重大技术突破不足等问题,如何解决这些问题特别重要。

EOS公司M400四激金属打印机

液态金属

Stratasys公司3D打印产品

我国部分增材制造技术虽暂时领先,但面临原创性工艺、技术缺失,重大技术突破不足等问题,探究全球增材制造技术进展及发展趋势,对推动我国增材制造产业跨越式发展具有重要意义。

国内外增材制造技术进展情况

增材制造新技术不断突破。随着增材制造领域相关研究的不断深入,近年来,液态金属的喷墨打印、粉末床熔融和粘结剂喷射混合工艺的高速成型、选择性隔离烧结、连续液面生长、多射流熔融等一批新工艺、新技术获得突破。此外,超声波增减材复合制造、智能微铸锻铣复合制造等一批增减材复合制造技术延伸了现有增材制造技术,发展潜力巨大。

增材制造专用材料种类逐渐增多。增材制造专用材料的类型和品质决定着增材制造产品及服务的质量。全球面临专用材料种类少、性能差、价格高的问题。近期,Stratasys、3D systems、EOS、惠普等行业领军企业以及巴斯夫、杜邦等材料企业纷纷布局材料领域,突破了一批新型高分子复合材料、高性能合金材料、生物活性材料、陶瓷材料等专用材料,极大拓展了增材制造材料类型,增材制造材料种类正逐渐增多。

增材制造装备性能不断升级。随着增材制造装备工艺技术研究的深入和制造技术的突破,出现了一批超大型、超高速、超精密的工艺装备。近期,GE公司发布的增材制造装备成型尺寸达到1.1米×1.1米×0.3米(Z轴可扩展至1米,甚至更大),推动铺粉式金属激光增材制造成型进入“米”级时代。德国EOS公司、SLM Solutions公司等推出四激光系统的新型装备,大幅提升打印效率。澳大利亚APEE3D公司基于超声速三维沉积(SP3D)技术的金属增材制造装备,成形速度较传统金属增材制造技术提高100~1000倍。惠普公司基于MJP技术的装备成形精度达到1200DPI,并引领多材料全彩增材制造。深圳摩方材料公司自主研发的面投影立体光刻装备,打印精度可达微米级。

增材制造产品质量逐步提升。增材制造产品质量不断提升,带动增材制造从产品研发设计到零部件直接制造转变。GE公司LEAP航空发动机中的增材制造燃油喷嘴订单量已超11000台。国产大飞机C919中增材制造舱门复杂件的力学性能明显高于原有铸件。北京爱康宜诚医疗器材股份有限公司与北京大学第三医院联合研制的增材制造髋关节、椎间融合器等产品相继获得CFDA注册批准,推动增材制造技术与个性化、精准医疗的深度融合。

增材制造服务获取更加便捷。系统化和数字化正成为增材制造服务的主流方向。西门子与Stratasys、GE、3D Hubs公司等行业领军企业合作,推动西门子数字工厂解决方案与增材制造解决方案整合,提升了增材制造产品的全生命周期管理水平。

国内外增材制造技术发展趋势

单一材料向复合材料方向发展。单一材料种类较少和性能不足严重制约了增材制造技术应用,将纳米材料、碳纤维材料等与现有材料体系复合,开发多功能纳米复合材料、纤维增强复合材料、无机填料复合材料、金属填料复合材料和高分子合金等复合材料,不仅赋予了材料多功能性特点,而且拓宽了增材制造技术的应用领域。

多材料、多工艺增材制造成为重要方向。多材料增材制造技术可融合多种增材制造工艺,实现全彩增材制造等高质量产品的一体化成形,并大幅提升成型效率。增材制造技术与机器人、数控机床、铸锻焊等多工艺技术的集成,可满足无支撑成型等严苛的工艺要求,不仅实现复杂结构产品的增材制造,还可以实现产品的近净成形。

装备成型尺寸更大、精度更高、更智能。大型化:增材制造装备成型尺寸已经步入“米”级时代,增材制造装备大型化已成为发展趋势。微型化:现有增材制造的成型精度已经达到微米级,未来将向纳米级的成型精度发展,极大促进增材制造技术在微流控芯片制造等领域的应用。智能化:传感器、微处理器、数据存储装置等智能部件将融入增材制造装备,实现成型过程的实时记录和反馈,带动装备的智能化。

融合式创新重塑增材制造新模式。增材制造与传统的减材制造融合,提升增材制造技术的成型效率和精度,助力企业实现柔性制造,赋予现有加工中心或生产线高柔性与高效率;将增材制造装备纳入智能制造生产体系,实现生产过程的实时管理和优化,并通过云制造实现分散的社会智力资源和增材制造资源的快速集成,将重塑增材制造技术及应用模式。

发展我国增材制造技术的几点建议

加强增材制造创新体系建设。完善国家增材制造创新中心运行机制,鼓励有产业基础、技术条件的地区建设省级增材制造创新中心。强化关键共性技术研发,加快突破高性能材料研制、高质量高稳定性增材制造装备制造、核心支撑软件开发等关键共性技术。积极跟踪增材制造技术的发展趋势,制定增材制造技术发展路线图,提早布局新一代增材制造技术。

鼓励增材制造产业国际合作。参与引领国际增材制造标准制定,推动我国领先领域的国内标准成为国际标准。通过与国际先进企业技术合作,加强在粉末制备、大功率激光器、扫描振镜等薄弱环节的技术攻关,充分引进、消化、集成先进技术成果。鼓励国内企业“走出去”,开展并购、股权投资及建立海外研发中心,培育具有国际竞争力的龙头企业。引导国外企业在华设立研发基地,带动国内增材制造研发水平的整体提升。依托“一带一路”战略,推进增材制造技术在沿线国家的推广应用。

制定产业发展的相关配套政策。支持设计、材料、工艺、装备、检测等重点领域国家、行业、地方、团体标准的制定,加速构建增材制造领域新型标准体系。开展增材制造技术和产品特性的检测基础理论和方法研究,结合增材制造技术的应用要求,建立增材制检测和认证体系。扩大增材制造相关专业人才培养规模,完善配套支撑的课程设计、教材开发、师资队伍、专门实验室等方面建设,建成一批人才培养示范基地。加强海外高层次科技、经营人才引入,建立和完善人才激励机制,形成与增材制造产业发展相适应的人力资源建设格局。(赛迪智库)

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责任编辑:实习编辑 臧航