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全球增材制造技術進展情況及發展趨勢

來源:中國粉末冶金商務網 2018-03-12 09:35中國投資咨詢網 A-A+

  我國部分增材制造技術雖暫時領先,但面臨原創性工藝、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展趨勢,對推動我國增材制造產業跨越式發展具有重要意義。

  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有增材制造技術,發展潛力巨大。

  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、惠普等行業領軍企業以及巴斯夫、杜邦等材料企業紛紛布局材料領域,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,出現了一批超大型、超高速、超精密的工藝裝備。近期,GE公司發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,成形速度較傳統金屬增材制造技術提高100~1000倍。惠普公司基于MJP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的面投影立體光刻裝備,打印精度可達微米級。

  增材制造產品質量逐步提升。增材制造產品質量不斷提升,帶動增材制造從產品研發設計到零部件直接制造轉變。GE公司LEAP航空發動機中的增材制造燃油噴嘴訂單量已超11000臺。國產大飛機C919中增材制造艙門復雜件的力學性能明顯高于原有鑄件。北京愛康宜誠醫療器材股份有限公司與北京大學第三醫院聯合研制的增材制造髖關節、椎間融合器等產品相繼獲得CFDA注冊批準,推動增材制造技術與個性化、精準醫療的深度融合。

  增材制造服務獲取更加便捷。系統化和數字化正成為增材制造服務的主流方向。西門子與Stratasys、GE、3D Hubs公司等行業領軍企業合作,推動西門子數字工廠解決方案與增材制造解決方案整合,提升了增材制造產品的全生命周期管理水平。

  國內外增材制造技術發展趨勢

  單一材料向復合材料方向發展。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、碳纖維材料等與現有材料體系復合,開發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,實現全彩增材制造等高質量產品的一體化成形,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,不僅實現復雜結構產品的增材制造,還可以實現產品的近凈成形。

  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步入“米”級時代,增材制造裝備大型化已成為發展趨勢。微型化:現有增材制造的成型精度已經達到微米級,未來將向納米級的成型精度發展,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、數據存儲裝置等智能部件將融入增材制造裝備,實現成型過程的實時記錄和反饋,帶動裝備的智能化。

  融合式創新重塑增材制造新模式。增材制造與傳統的減材制造融合,提升增材制造技術的成型效率和精度,助力企業實現柔性制造,賦予現有加工中心或生產線高柔性與高效率;將增材制造裝備納入智能制造生產體系,實現生產過程的實時管理和優化,并通過云制造實現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。

  發展我國增材制造技術的幾點建議

  加強增材制造創新體系建設。完善國家增材制造創新中心運行機制,鼓勵有產業基礎、技術條件的地區建設省級增材制造創新中心。強化關鍵共性技術研發,加快突破高性能材料研制、高質量高穩定性增材制造裝備制造、核心支撐軟件開發等關鍵共性技術。積極跟蹤增材制造技術的發展趨勢,制定增材制造技術發展路線圖,提早布局新一代增材制造技術。

  鼓勵增材制造產業國際合作。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、掃描振鏡等薄弱環節的技術攻關,充分引進、消化、集成先進技術成果。鼓勵國內企業“走出去”,開展并購、股權投資及建立海外研發中心,培育具有國際競爭力的龍頭企業。引導國外企業在華設立研發基地,帶動國內增材制造研發水平的整體提升。依托“一帶一路”戰略,推進增材制造技術在沿線國家的推廣應用。

  制定產業發展的相關配套政策。支持設計、材料、工藝、裝備、檢測等重點領域國家、行業、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人才培養規模,完善配套支撐的課程設計、教材開發、師資隊伍、專門實驗室等方面建設,建成一批人才培養示范基地。加強海外高層次科技、經營人才引入,建立和完善人才激勵機制,形成與增材制造產業發展相適應的人力資源建設格局。

關鍵詞:全球 增材制造 技術 進展 發展
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