金屬增材制造行業(yè)研究：方興未艾，星辰大海一、增材制造—先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)，傳統(tǒng)制造業(yè)重要補(bǔ)充增材制造（AdditiveManufacturing,AM,俗稱“3D打印”）是具有顛覆性的先進(jìn)制造技術(shù)。增材制造以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料通過分層制造、逐層疊加的方式制造出實(shí)體零件。增材制造從原理上突破了復(fù)雜異型構(gòu)件的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)材料微觀組織與宏觀結(jié)構(gòu)的可控成形，從根本上改變了傳統(tǒng)“制造引導(dǎo)設(shè)計(jì)、制造性優(yōu)先設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的設(shè)計(jì)理念，真正意義上實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計(jì)引導(dǎo)制造、功能性優(yōu)先設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)變。目前，增材制造已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航空航天、傳統(tǒng)制造業(yè)、汽車、牙科等領(lǐng)域。金屬增材制造（MetalAdditiveManufacturing）是增材制造的重要分支，擁有傳統(tǒng)精密加工技術(shù)無法比擬的巨大優(yōu)勢(shì)。根據(jù)鉑力特定增說明書，相較于傳統(tǒng)精密加工，金屬增材制造具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）產(chǎn)品研發(fā)及實(shí)現(xiàn)周期短。增材制造技術(shù)無需模具支撐，一般僅需要簡單裝配即可投入使用，相較于傳統(tǒng)工藝開發(fā)產(chǎn)品的流程大大縮短。（2）可高效成形更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。3D打印的原理是將復(fù)雜的三維幾何體剖分為二維的截面形狀來疊層制造，故可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)精密加工較難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜構(gòu)件成形，提高零件成品率，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于增材制造來講，結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加基本很少增加成本，而傳統(tǒng)制造方式的成本會(huì)隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的提高而增加。（3）實(shí)現(xiàn)一體化、輕量化設(shè)計(jì)。金屬增材制造可以優(yōu)化復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)，在保證性能的前提下，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)經(jīng)變換重新設(shè)計(jì)成簡單結(jié)構(gòu)，從而起到減輕重量的效果，增材制造也可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件一體化成形，從而提升產(chǎn)品的可靠性。根據(jù)《MetalAdditiveManufacturing》，在這個(gè)由增材制造的支架中，相比于傳統(tǒng)制造的支架重量減少了60%，而機(jī)械強(qiáng)度和剛度保持不變。（4）材料利用率高。金屬增材制造可節(jié)約大量材料，特別是對(duì)于較昂貴的金屬材料，可較大節(jié)約成本。（5）實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的力學(xué)性能。基于3D打印快速凝固的工藝特點(diǎn)，成形后的制件內(nèi)部冶金質(zhì)量均勻致密，無其他冶金缺陷；同時(shí)快速凝固的特點(diǎn)，使得材料內(nèi)部組織為細(xì)小亞結(jié)構(gòu)，成形零件可在不損失塑性的情況下使強(qiáng)度得到較大提高。金屬增材制造與傳統(tǒng)精密加工技術(shù)互為補(bǔ)充，增材制造更適合款多量少的定制化產(chǎn)品。當(dāng)前，金屬增材制造在可加工材料種類、加工精度、表面粗糙度、加工效率方面遜于傳統(tǒng)精密加工，在大規(guī)模生產(chǎn)上成本處于劣勢(shì)，因此增材制造的主要應(yīng)用場景為：小批量、復(fù)雜化、輕量化、定制化、功能一體化零部件制造。此外，增減材復(fù)合制造技術(shù)是當(dāng)前金屬增材制造工藝的研究方向。通過與機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、鑄鍛焊等多工藝技術(shù)相集成，可提升金屬增材制造的成型效率和精度，解決金屬增材制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件難于進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工的難題。二、金屬增材制造技術(shù)以PBF、DED為主要路線根據(jù)鉑力特定增說明書，七種基本的增材制造工藝中，金屬3D打印工藝原理主要為粉末床熔融（PBF，俗稱鋪粉工藝）和定向能量沉積（DED，俗稱送粉工藝）兩大類別，采用這兩類工藝原理的金屬3D打印技術(shù)都可以制造達(dá)到鍛件標(biāo)準(zhǔn)的金屬零件。根據(jù)AMPOWER，以營收計(jì)算，2021年P(guān)BF、DED各占據(jù)83.8%和9.1%的市場份額。且預(yù)計(jì)到2026年，PBF、DED將各占據(jù)74%和8.6%的市場份額。2.1粉末床熔融（PBF）：打印效率和成品精度高根據(jù)GB/T35021-2018，粉末床熔融（PowderBedFusion,PBF，鋪粉工藝）是指通過熱能選擇性融化/燒結(jié)粉末床區(qū)域的增材制造工藝。激活源主要是激光、電子或紅外燈產(chǎn)生的熱能。原材料主要是各種粉末（如熱塑性聚合物、純金屬或合金、陶瓷等）。常見用于金屬制造的PBF技術(shù)包括激光選區(qū)熔融（Selectivelasermelting,SLM）、電子束熔融（ElectronBeamMelting,EBM）等。2.2.1SLM技術(shù)—應(yīng)用最廣泛的金屬增材制造技術(shù)SLM是目前應(yīng)用最廣泛的金屬增材制造技術(shù)，廣泛用于制造航空航天、汽車模具等領(lǐng)域的精密零部件。SLM打印制件可以同時(shí)具有宏觀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與獨(dú)特的微觀組織。相較于SLS技術(shù)，SLM技術(shù)能夠完全熔化金屬，成型精度和力學(xué)性能更高。SLM成形技術(shù)通常采用粒徑在30μm左右的細(xì)粉末作為原材料，通過涂布機(jī)刀片將這種金屬粉末以非常薄的層分布在整個(gè)基材或積層板上，利用高能量激光束逐層選擇性地完全熔化金屬粉末，通過逐層的鋪粉--熔化--凝固堆積的方式，制造三維實(shí)體零件。根據(jù)鉑力特定增書，SLM技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程為：計(jì)算機(jī)將物體的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一層層截面的2D數(shù)據(jù)并傳輸給打印機(jī)，打印過程中，在基板上用刮刀鋪上設(shè)定層厚的金屬粉末，聚焦的激光在掃描振鏡的控制下按照事先規(guī)劃好的路徑與工藝參數(shù)進(jìn)行掃描，金屬粉末在高能量激光的照射下其發(fā)生熔化，快速凝固，形成冶金結(jié)合層。當(dāng)一層打印任務(wù)結(jié)束后，基板下降一個(gè)切片層厚高度，刮刀繼續(xù)進(jìn)行粉末鋪平，激光掃描加工，重復(fù)這樣的過程直至整個(gè)零件打印結(jié)束。SpaceX使用SLM技術(shù)制造二代龍飛船引擎室，解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造、縮短火箭發(fā)動(dòng)機(jī)交貨期、降低制造成本。據(jù)VoxelMatters,SpaceX公司開發(fā)的新一代DragonV2載人飛船的SuperDraco引擎的制造中應(yīng)用了EOS提供的SLM打印設(shè)備。SuperDraco引擎的冷卻道、噴射頭、節(jié)流閥等結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度非常高。SLM在制造過程中表現(xiàn)了以下優(yōu)點(diǎn)：1）解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造問題；2）實(shí)現(xiàn)了材料的高強(qiáng)度、延展性、抗斷裂性和低可變性等優(yōu)良屬性，能夠滿足極端高溫高壓的嚴(yán)苛要求；3）顯著縮短火箭發(fā)動(dòng)機(jī)交貨期，并降低制造成本。2.1.2EBM技術(shù)——基于電子束的新興增材制造技術(shù)電子束熔融技術(shù)(ElectronBeamMelting）是新興的先進(jìn)金屬增材制造技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于快速原型制作、快速制造、工裝和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。根據(jù)華融普瑞（北京）科技有限公司官網(wǎng)，其工藝過程為：將零件的三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入EBM設(shè)備，然后在EBM設(shè)備的工作艙內(nèi)平鋪一層微細(xì)金屬粉末薄層，利用高能電子束經(jīng)偏轉(zhuǎn)聚焦后在焦點(diǎn)所產(chǎn)生的高密度能量使被掃描到的金屬粉末層在局部微小區(qū)域產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致金屬微粒熔融，電子束連續(xù)掃描將使一個(gè)個(gè)微小的金屬熔池相互融合并凝固，連接形成線狀和面狀金屬層。EBM技術(shù)應(yīng)用助力航空航天零部件生產(chǎn)發(fā)展，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)零部件重量，提高燃油效率，并且有效提高增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的滲透率。EBM技術(shù)利用高功率電子束在受控環(huán)境中快速生產(chǎn)沒有殘余應(yīng)力的零件，EBM技術(shù)制造的TiAl葉片的重量只有傳統(tǒng)鎳合金渦輪葉片的一半。根據(jù)鳳凰新聞，由GE航空公司為波音新型777X寬體噴氣機(jī)開發(fā)的GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)將受益于TiAl葉片的重量減輕，因?yàn)榕c前代產(chǎn)品GE90相比，它可以降低10％的燃油消耗。P&W公司（Pratt&WhitneyGroup）作為美國最大的兩家航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司之一，利用EBM技術(shù)完成了核心同步環(huán)支架，過去利用金屬增材技術(shù)制造的大多是靜止件，2018年他們用了整體葉盤（發(fā)動(dòng)機(jī)上非常重要的轉(zhuǎn)子件），開啟了金屬增材制造技術(shù)在轉(zhuǎn)動(dòng)件上的應(yīng)用。SLM精度高但速度慢，EBM精度略低但速度高成本低，兩種不同的技術(shù)路線就是在精度和效率之間的權(quán)衡，根據(jù)不同的應(yīng)用場景進(jìn)行選擇不同的技術(shù)路線。《Metaladditivemanufacturinginthecommercialaviationindustry:Areview》指出，SLM更高的沉積精度是以較低的沉積速率為代價(jià)的，SLM沉積速率通常在0.1kg/h，而EBM速度可達(dá)數(shù)倍；此外相比于SLM，EBM無需后加工處理殘余應(yīng)力。根據(jù)GEAdditive公司官網(wǎng)，以生產(chǎn)同款Ti64托架為例，整個(gè)打印過程分為七個(gè)步驟，相比于SLM，EBM在幾乎所有步驟里都存在很明顯的成本優(yōu)勢(shì)，特別是在設(shè)備運(yùn)行、熱處理與支撐拆除方面。（1）設(shè)備運(yùn)行：設(shè)備運(yùn)行期間的成本明顯被粉末的價(jià)格所影響。而在這個(gè)例子中，這EBM所使用的粉末成本比SLM所采用的粉末成本低49%（EBM粉末成本79歐元，SLM粉末成本155歐元），而且緊密疊加的概率與EBM更高的熔融率也有助于成本的降低；（2）熱處理：由于EBM本身就是一種熱處理方式，因此對(duì)于這個(gè)托架來講不需要熱處理來清除應(yīng)力；（3）支撐拆除：EBM的支撐能夠很輕易的移除，因此其拆除成本很低。2.2定向能量沉積（DED）：打印效率高，精度遜于PBF根據(jù)GB/T35021-2018，定向能量層積（DirectedEnergyDeposition,DED）是指利用聚焦熱將材料同步熔化沉積的增材制造工藝。激活源主要有激光、電子束、電弧等，常見技術(shù)包括激光同步送粉技術(shù)（LENS/LMD/LSF）、電子束熔絲沉積成形（EBDM/EBAM/EBF）、電弧熔絲增材制造（WireandArcAdditiveManufacturing,WAAM）等。相較于PBF技術(shù)，DED打印效率更高但精度略遜色。根據(jù)《MetalAdditiveManufacturing》，PBF的打印沉積速率為5-20cm3/h，而DED打印沉積速率為500-4000cm3/h。但打印精度方面DED遠(yuǎn)遜于PBF，且DED需要真空環(huán)境或使用惰性氣體保護(hù)。即需要在打印速度和精度之間尋求平衡。因此DED主要應(yīng)用在：1）需要進(jìn)一步后加工的零件成型（近凈成型）；2）在已有結(jié)構(gòu)件上自由打印特定結(jié)構(gòu)；3）高價(jià)值零部件維修。2.2.1激光近凈成形（LENS）——DED中研究應(yīng)用最廣泛的技術(shù)激光近凈成形技術(shù)是無需后處理的金屬直接成形方法，也是DED中研究和應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。該技術(shù)名稱繁多：激光近凈成形（LaserEngineeredNetShaping,LENS）、激光金屬熔覆沉積（LaserMetalDeposition,LMD）、激光立體成形（LaserSolidForming,LSF）。該技術(shù)不僅能直接打印出三維金屬零件，還能在已有零件上進(jìn)行打印。因此在制造或修復(fù)高附加值的產(chǎn)品，比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)或機(jī)床部件中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)鉑力特定增說明書，該技術(shù)的原理為：聚焦激光束在控制下，按照預(yù)先設(shè)定的路徑，進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)的同時(shí)，粉末噴嘴將金屬粉末直接輸送到激光光斑在固態(tài)基板上形成的熔池，使之由點(diǎn)到線、由線到面的順序凝固，從而完成一個(gè)層截面的打印工作。這樣層層疊加，制造出接近實(shí)體模型的零部件實(shí)體。LENS(激光近凈成型)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)梯度材料、復(fù)雜曲面修復(fù)，在大型器件的修復(fù)上正不斷地發(fā)揮作用，是鏈接傳統(tǒng)制造與3D打印的橋梁。LENS技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)金屬零件的無模制造，節(jié)約成本，縮短生產(chǎn)周期。根據(jù)OPTOMEC公司和《MetalAdditiveManufacturing》，美國新墨西哥州的一家工廠曾使用LENS技術(shù)修復(fù)生產(chǎn)線上的齒輪，僅用12小時(shí)修復(fù)了以往需要12周以上進(jìn)行替換的齒輪零件。2.2.2電子束熔絲沉積成形（EBWD）——前沿DED技術(shù)，已用于先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)制造電子束熔絲沉積成形技術(shù)（ElectronBeamWireDeposition,EBWD）是以電子束作為激活源的前沿DED技術(shù)，具有速度快、成本低、打印尺寸大等優(yōu)點(diǎn)。電子束熔絲沉積成形由Dave、Matz等人于1995年提出（EBSFF），2002年NASA蘭利研究中心提出了EBF技術(shù)，2009年Sciaky推出相關(guān)產(chǎn)品（EBAM/EBDM）。中航工業(yè)北京航空制造工程研究所于2006年開始相關(guān)研究（EBWD），開發(fā)的最大的電子束成形設(shè)備真空室46m3，有效加工范圍1.5m*0.8m*3m，采用電子束熔絲成形制造的鈦合金零件在國內(nèi)飛機(jī)結(jié)構(gòu)上率先實(shí)現(xiàn)了裝機(jī)應(yīng)用。基于中國商飛對(duì)電子束熔絲增材制造技術(shù)在飛機(jī)制造領(lǐng)域應(yīng)用的前瞻性判斷，北京民用飛機(jī)技術(shù)中心向西安智熔訂購了ZCompleX3型電子束熔絲增材制造系統(tǒng)，并于2022年完成交付。根據(jù)Sciaky公司官網(wǎng)，Sciaky公司推出的EBAM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了沉積速率大幅提升。EBAM沉積速率達(dá)到了18.2kg/h，比基于激光的DED技術(shù)路線高出了1個(gè)數(shù)量級(jí)，超過PBF技術(shù)路線2個(gè)數(shù)量級(jí)，由此可見該類技術(shù)在沉積速率方面擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。目前電子束熔絲增材制造技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)《航空裝備電子束增材制造技術(shù)發(fā)展及路線圖》，在國外，目前電子束熔絲增材制造技術(shù)已成功應(yīng)用于空客A320neo飛機(jī)鈦合金后上翼梁、F-35飛機(jī)翼梁等結(jié)構(gòu)的制造，裝有電子束熔絲增材鈦合金零件的F-35飛機(jī)已于2013年初試飛。在國內(nèi)，為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)雙性能盤的需求，北京航空材料研究院電子束熔絲增材制造了鈦合金雙合金離心葉輪，葉片部位能夠滿足600℃使用要求，盤心部位具有更高的強(qiáng)度。中國航空制造技術(shù)研究院采用電子束熔絲增材制造了TC4鈦合金飛機(jī)框梁、TC18鈦合金滑輪架等結(jié)構(gòu)件。2.2.3電弧增材制造技術(shù)（WAAM）——低成本高效率大尺寸的DED技術(shù)電弧增材制造技術(shù)（WireandArcAdditiveManufacture,WAAM）使用電弧作為激活源，是一種成本極大降低的大尺寸高效率金屬增材制造技術(shù)。WAAM很適合打印數(shù)米大小的零件，很適合成形對(duì)激光反射率高的材質(zhì)（如鋁合金、銅合金）。根據(jù)鉑力特定增說明書，WAAM的優(yōu)點(diǎn)為：（1）高效率，每小時(shí)沉積效率可達(dá)數(shù)十公斤；（2）低成本，原材料價(jià)格便宜，整體打印周期短；（3）柔性化，無需模具，自由度高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制；（4）響應(yīng)速度快，適合小批量個(gè)性化。WAAM的工作原理為：利用逐層熔覆原理，采用熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG）、鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）以及等離子體焊接電源（PAW）等產(chǎn)生的電弧為熱源，以金屬絲材為原材料，在程序的控制下，根據(jù)三維數(shù)字模型由線-面-體逐漸成形金屬零件。WAAM打印精度較低，但是打印尺寸較大。根據(jù)《CurrentStatusandPerspectivesonWireandArcAdditiveManufacturing(WAAM)》，本質(zhì)上WAAM與工藝焊接非常接近，因此會(huì)出現(xiàn)裂紋、孔隙、飛濺等情況。WAAM熱輸入累積較大，零件表面精度較低，需后加工以控制精度。WAAM的特點(diǎn)讓其很適合以高價(jià)值的材料制造中等復(fù)雜程度的大尺寸零件。由于拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)能夠在保持構(gòu)件的性能以使其性能最大化，因此他正逐漸運(yùn)用于航天與汽車領(lǐng)域當(dāng)中。傳統(tǒng)工藝制造拓?fù)鋬?yōu)化構(gòu)件很昂貴，材料利用率低且交貨時(shí)間長，因此WAAM工藝在生產(chǎn)拓?fù)鋬?yōu)化構(gòu)件中有巨大的潛力。WAAM技術(shù)發(fā)展迅速，在船舶和航空航天行業(yè)廣泛應(yīng)用。根據(jù)《航空航天用電弧熔絲增材制造研究綜述》，挪威NorskTitanium公司制備了長度達(dá)到1m的鈦合金零件，在TC4鈦合金板材上增材帶有肋條的特征，然后經(jīng)過機(jī)加得到最終構(gòu)件，整個(gè)過程材料利用率在30%左右，增材后構(gòu)件的力學(xué)性能與鍛件一致。該公司的鈦合金電弧熔絲增材制造技術(shù)于2016年獲得了美國聯(lián)邦航空管理局技術(shù)成熟度8級(jí)認(rèn)證。歐洲宇航局與英國Cranfield大學(xué)焊接與激光研究中心合作，采用電弧熔絲增材方式制備了鈦合金飛機(jī)機(jī)翼翼梁、航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤等航空航天用大型構(gòu)件，絲材的利用率高達(dá)90%，且成形效率高、缺陷少，尺寸為1.2m的鈦合金機(jī)翼增材制造只需37h。2019年，RAMLAB生產(chǎn)出世界首個(gè)金屬3D打印的全尺寸船舶螺旋槳原型，名為WAAMpeller。WAAMpeller直徑為1.35米，重400公斤，它很好地展示出了RAMLAB3D打印機(jī)的打印能力，其可打印的最大尺寸達(dá)7*2*2米。同年，ThalesAleniaSpace、克蘭菲爾德大學(xué)和GlenalmondTechnologies公司組成的團(tuán)隊(duì)成功地通過WAAM技術(shù)制造了第一個(gè)全尺寸鈦壓力容器原型，將用于未來空間探索載人任務(wù)。2.3PBF技術(shù)打印成品小而精，DED打印成品大但相對(duì)粗糙PBF和DED兩大類技術(shù)應(yīng)用場景不同，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。PBF技術(shù)一般用于輕型3D打印技術(shù)，專注于打印傳統(tǒng)技術(shù)無法企及的極端復(fù)雜結(jié)構(gòu)，制作成品精度較高，適合小批量、定制化的生產(chǎn)特點(diǎn)。DED一般用于重型3D打印技術(shù)，可每小時(shí)公斤級(jí)的打印效率，打印尺寸范圍較大，方便多材料打印。根據(jù)《Metaladditivemanufacturinginthecommercialaviationindustry:Areview》，SLM技術(shù)能保證打印成品的精度，它能完成更高復(fù)雜程度的產(chǎn)品，并最終得到較高的表面完成度，但是其成形尺寸等較小且打印靈活性差，且打印效率極低。WAAM技術(shù)在制造速率、打印最大尺寸、靈活性、打印件力學(xué)性能、預(yù)加工需求、可用材料、打印費(fèi)用等均具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，但是通過這種工藝打印出來的成品的精度差，表面粗糙。EBM技術(shù)整體和SLM技術(shù)表現(xiàn)相當(dāng)，但是采用電子束作為熱源能明顯提升打印效率，但是相對(duì)于SLM來講，其表面精度等也無法得到保障。LENS技術(shù)整體表現(xiàn)比較中庸，在各個(gè)方面都能兼具到，但是不突出。三.金屬增材:向著多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、國產(chǎn)化率提高、滲透率提高、增減材一體化、無支撐、系統(tǒng)級(jí)制造等趨勢(shì)發(fā)展作為新興工藝，通過降維成二維燒結(jié)逐層堆疊的加工模式，增材制造具有傳統(tǒng)的減材制造不具備的優(yōu)勢(shì)，因此其逐漸被人們重視，各國紛紛出臺(tái)產(chǎn)業(yè)政策扶持，行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。未來發(fā)展趨勢(shì)如下：

1）多材料：多材料包括可打印材料的多樣化以及多材料混合打印兩個(gè)方面；

2）高效率與高精度：金屬增材制造效率有待進(jìn)一步提升，打印效率和打印精度是增材制造技術(shù)兩個(gè)難以兼顧的目標(biāo)，未來希望能在高精度制造的情況下實(shí)現(xiàn)高效率增材制造；

3）大尺寸：進(jìn)一步增大可打印尺寸是當(dāng)前增材制造裝備的發(fā)展趨勢(shì)，目前增材制造裝備成形尺寸已經(jīng)步入“米”級(jí)時(shí)代；

4）智能化：增材制造工藝需要進(jìn)行質(zhì)量控制，需要高度訓(xùn)練有素的技術(shù)人員來啟動(dòng)、監(jiān)測(cè)和拆除組件，未來需要實(shí)現(xiàn)增材制造的智能化與自動(dòng)化；

5）國產(chǎn)化率提高：由于我國的3D打印設(shè)備公司對(duì)于軟硬件存在不同程度的進(jìn)口依賴，因此推進(jìn)核心器件（主要指：激光器、振鏡以及工業(yè)軟件）國產(chǎn)化至關(guān)重要；

6）滲透率提高：加強(qiáng)金屬3D打印定制化產(chǎn)品在一般工業(yè)領(lǐng)域滲透，提高3D打印可運(yùn)用場景，并使其在已經(jīng)引入增材制造的下游領(lǐng)域中增加3D打印的使用占比；

7）增減材一體化：增減材復(fù)合制造技術(shù)結(jié)合了增材近凈成形和減材保證精度的優(yōu)點(diǎn)，適合高精度復(fù)雜型面及具有內(nèi)孔內(nèi)腔零件的一體化制造和修復(fù)再制造；

8）無支撐3D打印：支撐結(jié)構(gòu)的存在會(huì)降低模型的表面質(zhì)量，且去除支撐需要的后處理會(huì)提高成本，無支撐3D打印能降低材料浪費(fèi)以及提高模型質(zhì)量；

9）系統(tǒng)級(jí)制造：系統(tǒng)級(jí)制造就是指對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)部件基于增材制造設(shè)計(jì)制造，而不單單只通過3D打印技術(shù)打印出個(gè)別零部件。由于增材制造相比于傳統(tǒng)工藝能夠更好的制造復(fù)雜構(gòu)件，且系統(tǒng)級(jí)制造應(yīng)用越來越多，其已經(jīng)成為增材制造技術(shù)的一大趨勢(shì)。3.1多材料：增加可打印材料多樣性，實(shí)現(xiàn)多材料混合打印可打印材料的多樣性：與傳統(tǒng)冶金用金屬粉末相比，增材專用金屬粉材性能指標(biāo)要求較高，生產(chǎn)工藝有明顯區(qū)別。增材專用粉材在顆粒尺寸、粒度分布和氧含量等方面要求更加嚴(yán)苛，因此可用于增材制造當(dāng)中的金屬打印材料較少且價(jià)格高昂。根據(jù)《MetalAdditiveManufacturing》，傳統(tǒng)制造方式可用鐵合金超過1000種，但能用于增材制造的鐵合金非常稀少；而對(duì)于鋁合金，傳統(tǒng)制造方式和增材制造可使用材料之比約為600：12。此外，相對(duì)較少的合格的金屬增材制造粉末的成本比鑄造、機(jī)械加工和其他傳統(tǒng)制造業(yè)所采用的原材料成本高5-10倍。造成這一問題的一個(gè)原因是增材制造原材料供應(yīng)商之間缺乏競爭。另一個(gè)原因是產(chǎn)量低，全球金屬增材制造材料的銷售總額每年不到4億美元。可打印材料種類不足限制了增材制造在下游產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間，因此金屬3D打印專用材料的開發(fā)在未來的很長一段時(shí)間里將是重要的研究領(lǐng)域。另外，單一材料也在向復(fù)合材料發(fā)展，不僅賦予了材料多功能性特點(diǎn)，而且拓寬了增材制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)WohlersAssociate，金屬增材制造粉末市場在2021年開始復(fù)蘇，其主要推動(dòng)力是航空航天和生物醫(yī)藥行業(yè)。3D打印設(shè)備制造商，服務(wù)提供商等已經(jīng)對(duì)很多種合金進(jìn)行了鑒定。這些材料包括鎳、銅、鋁、鈦合金以及特種鋼。例如：Tekna與AperamAlloys合資推出了Ni-718、Ni-625和Ni-HX。在德國法蘭克福舉行的Formnext2021展會(huì)上，Constellium公司公布了用于激光PBF系統(tǒng)的Aheadd系列合金。這些合金能帶來更高的生產(chǎn)率并且后處理更加簡便。AheaddCP1材料是一種用于代替標(biāo)準(zhǔn)鋁合金的Al-Zr-Fe合金。根據(jù)《航空航天高性能金屬材料構(gòu)件激光增材制造》，鈦基材料因具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、耐蝕性和生物相容性而被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療、食品化工等領(lǐng)域。而鋁基材料良好的鑄造性能和焊接性能，故對(duì)SLM這類經(jīng)歷粉末熔化／凝固冶金熱物理過程的增材制造工藝表現(xiàn)出了良好的成形性能，兩者都是激光增材制造經(jīng)常采用的金屬材料。其中能用于激光增材制造鋁合金及其復(fù)合材料有：AlSi10Mg、AlSi12、Al-Cu-Mg、Al-Cu-Sc-Zr、Al-Zn、AlSi10Mg-CNTs、Al7000系列、Al6061&7075、Al201.1等，能用于激光增材制造鈦以及鈦合金有：CP-Ti、Ti-6Al-4V，5級(jí)、Ti-6Al-4V，23級(jí)等，各種金屬可使用牌號(hào)都體現(xiàn)了材料的多樣性以及功能性，拓寬了增材制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。多材料混合打印：隨著高端裝備對(duì)構(gòu)件性能要求的不斷提升，增材制造亟需從單一材料結(jié)構(gòu)向多材料結(jié)構(gòu)突破。根據(jù)《多材料增材制造研究現(xiàn)狀和展望》，如液體火箭燃燒室中使用銅合金襯套和鎳合金外套復(fù)合材料，內(nèi)部銅合金具有足夠高的熱傳導(dǎo)性保證熱量及時(shí)散失，外部鎳合金提供足夠高的支撐強(qiáng)度，通過整合兩種合金性能，此多材料零件能夠滿足極端溫度和壓力下的工作環(huán)境；定制的NiTi-Ti6Al4V多孔結(jié)構(gòu)髖關(guān)節(jié)植入物，兩邊的NiTi區(qū)域具有超彈性，能夠滿足假體與骨骼之間的剛度匹配，而中間區(qū)域的Ti6Al4V用于提高整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。該多孔結(jié)構(gòu)有效解決了傳統(tǒng)鈦合金植入物與骨骼之間的剛度匹配問題，防止過早失效。根據(jù)《多材料增材制造研究現(xiàn)狀和展望》，采用粉末床熔融（PBF）工藝，成形的金屬零件致密度高、尺寸精度高、表面粗糙度好。現(xiàn)有的SLM鋪粉系統(tǒng)大多是通過同一漏斗落下單一材料。為了解決鋪送回收多材料粉末的問題，研究人員提出了以下幾種途徑：1）多料斗鋪粉系統(tǒng)；2）多料斗原位粉末混合鋪粉系統(tǒng)；3）超聲振動(dòng)鋪粉系統(tǒng)；4）粉末回收鋪粉系統(tǒng)。但是根據(jù)研究表明，PBF工藝下，會(huì)由于兩種材料界面處過渡明顯，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，并在復(fù)雜的荷載下出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，且會(huì)由于打印剩余的未成形混合粉末難以回收，造成粉末浪費(fèi)的問題。采用定向能量沉積（DED）工藝，由于該工藝是將材料直接送入熔池成形，因此在成形多材料方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。以激光近凈成形（LENS）為例，基于同軸送粉的方式，LENS可輕易地實(shí)現(xiàn)多材料和非均質(zhì)梯度材料零件的成形，只需要用多個(gè)粉末料斗并適時(shí)地改變料斗的開關(guān)，不僅可在成形過程中適時(shí)改變沉積的粉末種類，還可以將不同的粉末預(yù)混合，然后沉積形成具有梯度變化的多材料零件。但是LENS成形的多材料同樣存在分層、裂紋等缺陷。多材料增材制造為制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、性能最優(yōu)的零件提供了新途徑，其應(yīng)用價(jià)值大，但相關(guān)技術(shù)仍處于基礎(chǔ)階段，目前對(duì)于聚合物材料可以通過多材料多噴頭成形方式，可實(shí)現(xiàn)水平方向和沉積方向的多材料成形。而對(duì)于金屬多材料零件存在界面熔合問題，材料熱物理性質(zhì)差異及兼容性不足會(huì)導(dǎo)致界面結(jié)合不良，產(chǎn)生多種缺陷。3.2高效率與高精度：權(quán)衡精度與效率，實(shí)現(xiàn)兩者面面俱到金屬增材制造效率有待進(jìn)一步提升，打印效率和打印精度是增材制造技術(shù)兩個(gè)難以兼顧的目標(biāo)，兩個(gè)目標(biāo)之間往往不得不進(jìn)行取舍。根據(jù)《MetalAdditiveManufacturing》，隨著熱源的功率提高，打印件的沉積速率也就是打印效率越高，但是相反其打印件的質(zhì)量越差。何在保證精度的前提下盡可能提升打印效率是當(dāng)前增材制造技術(shù)提升的重點(diǎn)方向。其中現(xiàn)有效率提高常用手段是：多激光、高功率、大層厚和無支撐。其中大層厚無法保證打印物件的精度，因此在保證精度下提高效率更多使用多激光于高功率的方法來實(shí)現(xiàn)。多激光系統(tǒng)代表著可以同時(shí)打印多個(gè)零件，與單激光系統(tǒng)相比，大大減少了打印前期的多次準(zhǔn)備時(shí)間，雖然其鋪粉的行程長、打印零件多，但多激光同時(shí)打印造成的單層花費(fèi)時(shí)間卻并未延長，這種技術(shù)能夠很好的提高金屬增材制造的效率。根據(jù)華曙高科招股書，激光數(shù)量是影響加工效率的重要因素，其數(shù)量與生產(chǎn)效率正向相關(guān)。通常情況下，中小型設(shè)備綜合考慮成本、技術(shù)難度等因素，一般采用單或雙激光配置。在大型設(shè)備上通常采用多激光配置，以此來提高成形效率，同時(shí)保障打印精度。高功率系統(tǒng)代表著選用更高功率的激光器，能夠在對(duì)金屬粉末進(jìn)行熔融時(shí)提高效率，該設(shè)計(jì)可以兼顧零部件表面精度與成形效率，但是也會(huì)使得設(shè)備的復(fù)雜度提升。根據(jù)易加三維官網(wǎng)，旗下產(chǎn)品EP-M1250可以在500W、700W和1000W中進(jìn)行選擇以滿足不同客戶對(duì)于精度與效率的需求。進(jìn)一步提高增材制造打印零部件的精細(xì)程度。隨著增材制造在航空航天領(lǐng)域以及汽車領(lǐng)域的使用越來越頻繁，為了減少對(duì)打印出來的零部件進(jìn)行后處理以減少成本，需要提高增材制造打印零部件的精度。根據(jù)鉑力特官網(wǎng)，對(duì)于從事新材料研究、新結(jié)構(gòu)&新設(shè)計(jì)驗(yàn)證、精密小尺寸零件打印等相關(guān)方向研究的研發(fā)團(tuán)隊(duì)而言，精細(xì)程度更是“失之毫厘，謬以千里”。BLT-S210選用熔融石英鏡片的場鏡，在承受大光斑、大面積照射過程中，更容易散熱，不易引起熱漂移，能夠與500W激光器匹配，保證零件打印精度。設(shè)備最小打印層厚僅10μm，微米級(jí)的打印層厚可保證細(xì)小特征成形，保證零件高精度。成形零件表面粗糙度可達(dá)Ra2（輪廓算術(shù)平均偏差：在取樣長度內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目越多，Ra越準(zhǔn)確），在保持內(nèi)部性能的同時(shí)，兼顧表面的高光潔度。3.3大尺寸：增材制造打印件成形尺寸已經(jīng)步入“米”級(jí)時(shí)代當(dāng)前下游航空航天領(lǐng)域?qū)τ诔笮土慵拇蛴⌒枨笥l(fā)強(qiáng)烈，進(jìn)一步增大可打印尺寸是當(dāng)前增材制造裝備的發(fā)展趨勢(shì)，目前增材制造裝備成形尺寸已經(jīng)步入“米”級(jí)時(shí)代。根據(jù)華曙高科招股說明書，他的在售設(shè)備成型缸X軸（長度方向）最大尺寸達(dá)到1570mm，Z軸（高度方向）最大尺寸達(dá)到1700mm，在研設(shè)備成型缸最大尺寸X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向均達(dá)到米級(jí)，可滿足大尺寸零部件一體化制造及復(fù)雜零部件高效益批量制造需求。增材制造工藝已經(jīng)廣泛的用于航空航天大尺寸構(gòu)件的制造。根據(jù)華曙高科官網(wǎng)，土星1號(hào)運(yùn)載火箭是美國第一枚專門用來將載荷送入地球軌道的運(yùn)載火箭。收擴(kuò)段是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，具有復(fù)雜的內(nèi)型面和再生冷卻通道，內(nèi)部密排上百條流道夾層，一體化設(shè)計(jì)成型要求高。該樣件完美復(fù)刻了土星一號(hào)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)收擴(kuò)段部件，尺寸長532mm*寬550mm*高944mm，采用高溫合金粉末，使用華曙高科的大尺寸金屬增材制造設(shè)備FS621M一次性打印成型。層厚80微米，耗時(shí)268h打印而成，打印成型的零件經(jīng)少量后處理后可以直接用于驗(yàn)證和使用。根據(jù)環(huán)球網(wǎng)，鉑力特利用3D打印完成了3.07米高，重量196千克的C919的中央翼緣條，并于2012年通過商飛的性能測(cè)試，于2013年成功應(yīng)用在國產(chǎn)大飛機(jī)C919首架驗(yàn)證機(jī)上，這也是國產(chǎn)機(jī)型首次在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，利用3D打印設(shè)計(jì)承力部件。3.4智能化與自動(dòng)化：機(jī)器學(xué)習(xí)促增材制造過程控制及優(yōu)化增材制造工藝需要進(jìn)行質(zhì)量控制，自動(dòng)化、智能化程度較低。根據(jù)《Processmonitoringandmachinelearningfordefectdetectioninlaser-basedmetaladditivemanufacturing》，PBF-LB/M和DED-LB/M等技術(shù)都需要高度訓(xùn)練有素的技術(shù)人員來啟動(dòng)、監(jiān)測(cè)和拆除組件。這與傳統(tǒng)的制造業(yè)相反，因?yàn)樵谶^去的幾十年里，傳統(tǒng)制造業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高。此外，由增材制造生產(chǎn)的部件往往受到工藝引起的缺陷的困擾、如孔隙、裂縫和由于殘余應(yīng)力造成的變形、損害了部件的質(zhì)量和一致性。加工引起的零件內(nèi)的缺陷會(huì)降低機(jī)械和疲勞性能。導(dǎo)致零件無法使用并低于設(shè)計(jì)的操作底限。工業(yè)制造經(jīng)常采用嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以確保部件的一致性和性能。因此增材制造工藝通常進(jìn)行單獨(dú)或小批量地生產(chǎn)零件，它變得昂貴，而且難以提供與傳統(tǒng)制造相同的質(zhì)量保證。且文獻(xiàn)中經(jīng)常指出增材制造工藝的質(zhì)量控制是阻礙其成為高價(jià)值行業(yè)的突出問題。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與增材制造相結(jié)合，避免了大量的試錯(cuò)成本，顯著提升了增材制造的成形質(zhì)量和效率，加快了增材制造專用新型金屬材料的研發(fā)進(jìn)程，縮短了生產(chǎn)周期，有望進(jìn)一步拓展先進(jìn)增材制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)《基于機(jī)器學(xué)習(xí)的增材制造過程優(yōu)化與新材料研發(fā)進(jìn)展》，隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能的核心技術(shù)受到了研究者們的廣泛關(guān)注。目前，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已在增材制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于增材制造而言，機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用范圍主要包括材料成分設(shè)計(jì)、加工參數(shù)優(yōu)化與工藝窗口預(yù)測(cè)、過程監(jiān)控與質(zhì)量改進(jìn)，以及材料性能預(yù)測(cè)等。跟據(jù)中國航天報(bào)，2022年1月19日，中國航天科工三院159廠自主研發(fā)的自主可控增材制造智能生產(chǎn)線突破現(xiàn)有的增材制造單機(jī)離散生產(chǎn)模式，首次將智慧物流、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與增材制造技術(shù)融合運(yùn)用，粉末供應(yīng)、物料運(yùn)輸及任務(wù)調(diào)度實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化，單機(jī)設(shè)備利用率與綜合產(chǎn)能大幅提升。3.5國產(chǎn)化率提高：培育核心供應(yīng)商，實(shí)現(xiàn)核心器件國產(chǎn)化由于我國的3D打印設(shè)備公司對(duì)于激光與振鏡存在不同程度的進(jìn)口依賴，因此推進(jìn)增材制造裝備核心器件國產(chǎn)化至關(guān)重要。根據(jù)鉑力特定增說明書，我國工業(yè)級(jí)增材制造裝備核心器件嚴(yán)重依賴進(jìn)口的問題依然較為突出。增材制造裝備核心器件，如高光束質(zhì)量激光器及光束整形系統(tǒng)、高速掃描系統(tǒng)、大功率激光掃描振鏡、動(dòng)態(tài)聚焦鏡等精密光學(xué)器件以及部分電氣元器件等存在對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，公司進(jìn)口核心元器件主要為激光器、掃描振鏡、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)電氣元器件。激光器市場基本被IPG、Trumpf等3-4家國外企業(yè)占有，掃描振鏡市場則主要被德國ScanLab公司占有。國內(nèi)3D打印設(shè)備廠商開始布局國產(chǎn)化，希望實(shí)現(xiàn)核心器件國產(chǎn)化，激光器方面：根據(jù)容智三維以及大族激光官網(wǎng)，容智三維旗下的UM180E所采用的激光器是來自于銳科激光的RFL-C500，UM250-A與UM250-AT也是采用的國產(chǎn)激光器。大族激光的光纖激光器與CO2激光器都能用于增材制造，旗下的3D打印設(shè)備也采用自身研發(fā)的激光器。以工業(yè)激光器中占比過半的光纖激光器來看，目前，中低功率的光纖激光器基本完成了國產(chǎn)化進(jìn)程，而增材制造所使用的激光器功率普遍較低。根據(jù)LaserFocusWorld數(shù)據(jù)，2020年中國光纖激光器市場規(guī)模約為13.8億美元，其中國產(chǎn)比例約56%，達(dá)7.73億美元。其中，創(chuàng)鑫激光從2019年占比12%提升到2020年的17%。根據(jù)中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告，從企業(yè)市場競爭格局來看，目前來自美國的光纖激光器制造商IPG仍然占據(jù)了中國光纖激光器市場的最大份額，但是總體市場銷售份額明顯下降，從19年的41.9%下降到21年的28.1%。國產(chǎn)品牌占比顯著上升，來自中國的銳科激光、創(chuàng)鑫激光和杰普特等企業(yè)，2019年-2021年市場份額有所提升，分別占比24.30%/11.9%/2.9%-27.3%/18.3%/5.6%，國產(chǎn)光纖激光器占比越來越高，進(jìn)口依賴程度在大幅度降低。預(yù)計(jì)未來國內(nèi)企業(yè)的競爭力將進(jìn)一步提高，市場份額將增加。振鏡方面：根據(jù)鉑力特定增說明書，考慮到公司未來批量化生產(chǎn)金屬3D打印設(shè)備及技術(shù)升級(jí)需要，鉑力特與正時(shí)精控進(jìn)行合作，并投資入股正時(shí)精控。正時(shí)精控具有完整自主可控的技術(shù)能力，能夠保證公司未來生產(chǎn)供應(yīng)的穩(wěn)定性，且正時(shí)精控核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)已長期深耕掃描振鏡產(chǎn)品，具有深厚的技術(shù)積累，目前其PSH系列振鏡產(chǎn)品部分技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)優(yōu)于公司所使用的同類產(chǎn)品，整體技術(shù)水平可以滿足公司金屬3D打印設(shè)備裝機(jī)應(yīng)用需求。根據(jù)容智三維官網(wǎng)，旗下的UM180系列的掃描振鏡部分采用的國產(chǎn)RAY-MOTION公司的Neutron，國產(chǎn)掃描振鏡在我國增材制造設(shè)備廠商中已經(jīng)占據(jù)了一定的市場份額，有望實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代。設(shè)備工業(yè)軟件系統(tǒng)是指控制3D打印設(shè)備制造運(yùn)行全環(huán)節(jié)的整體控制系統(tǒng)，是整個(gè)3D打印設(shè)備的核心中樞。目前，行業(yè)內(nèi)大部分3D打印設(shè)備制造企業(yè)的3D打印設(shè)備工業(yè)軟件系統(tǒng)系向第三方采購，軟件性能提升依賴并受制于軟件服務(wù)商，限制了設(shè)備性能和材料性能的應(yīng)用，難以快速響應(yīng)客戶軟件方面的需求。因此，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)3D打印設(shè)備工業(yè)軟件系統(tǒng)將有助于設(shè)備制造企業(yè)提升行業(yè)競爭力。我國3D打印設(shè)備制造商龍頭企業(yè)開始使用自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)，開放核心工藝參數(shù)可供客戶調(diào)整，能為應(yīng)用端提供完整解決方案。根據(jù)華曙高科招股說明書，華曙高科擁有產(chǎn)品和服務(wù)所對(duì)應(yīng)的完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，自主開發(fā)了增材制造設(shè)備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的全套軟件源代碼，是國內(nèi)唯一一家加載全部自主開發(fā)增材制造工業(yè)軟件、控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)SLM設(shè)備和SLS設(shè)備產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)銷售的企業(yè)。根據(jù)鉑力特定增說明書，BLT-BP是一款用于增材制造過程中掃描路徑規(guī)劃及打印模型切片的軟件。鉑力特將工藝研發(fā)、設(shè)備使用及產(chǎn)品打印的多年經(jīng)驗(yàn)耦合進(jìn)BP中進(jìn)行自主研發(fā)，完成了增制造路徑規(guī)劃軟件的國產(chǎn)化替代，在保持軟件運(yùn)行穩(wěn)定性、性能優(yōu)越性和功能多樣性的同時(shí)，進(jìn)一步提升了軟件的剖分效率和成形效率，幫助用戶降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。3.6滲透率提高：豐富可運(yùn)用場景，提高在單領(lǐng)域的滲透率積極推進(jìn)金屬3D打印定制化產(chǎn)品在民用航空航天裝備、汽車設(shè)計(jì)制造、醫(yī)療、模具及其他制造業(yè)的應(yīng)用，加強(qiáng)金屬3D打印定制化產(chǎn)品在一般工業(yè)領(lǐng)域滲透，提高3D打印可運(yùn)用場景，提高其在各個(gè)下游領(lǐng)域的滲透率。金屬3D打印具有一體成形的特點(diǎn)，減重的同時(shí)還可提升復(fù)雜零件的加工效率，目前在航空航天、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域正快速滲透。航空航天是金屬增材制造應(yīng)用的重要領(lǐng)域，當(dāng)前應(yīng)用程度與未來潛在空間都較大。根據(jù)WohlersAssociate，2021年全球增材制造應(yīng)用市場中航空航天占比16.8%，是下游行業(yè)中占比最高的領(lǐng)域。金屬增材制造在航空航天領(lǐng)域的滲透率不斷提高，當(dāng)前應(yīng)用程度與未來潛在空間都較大。根據(jù)人民網(wǎng)，北京時(shí)間3月23日上午11時(shí)25分，美國相對(duì)論航天公司的“人族一號(hào)”液氧甲烷運(yùn)載火箭，在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角點(diǎn)火升空，火箭一級(jí)飛行和一二級(jí)分離正常完成，但分離后的火箭二級(jí)未能成功點(diǎn)火，發(fā)射以失敗告終。世界上首枚3D打印火箭在第三次嘗試發(fā)射中取得了一定的成功，向全世界展示了3D打印的火箭可以承受最惡劣的軌道發(fā)射條件，對(duì)金屬增材制造技術(shù)的應(yīng)用來說是一個(gè)重要的里程碑，驗(yàn)證了3D打印技術(shù)大范圍制造火箭零件的可行性。這枚112英尺（34米）高的火箭的85%是使用3D打印技術(shù)制造的，目前，公司也正在探索開發(fā)出更大、完全可重復(fù)使用的TerranR火箭的技術(shù)。開發(fā)3D打印可運(yùn)用場景，提高增材制造在下游領(lǐng)域的滲透率。根據(jù)中國航天科技集團(tuán)，航天科技集團(tuán)六院801所電磁氣動(dòng)閥四機(jī)產(chǎn)品通過所級(jí)驗(yàn)收評(píng)審，實(shí)現(xiàn)了該所3D打印技術(shù)在閥門類產(chǎn)品中的首次應(yīng)用。一直以來，電磁氣動(dòng)閥四機(jī)是制約任務(wù)完成率提高的關(guān)鍵單機(jī)，其中殼體零件最為復(fù)雜，需集成四路電磁閥組件和一路導(dǎo)閥組件。為改進(jìn)加工過程、縮短生成周期、提高交付合格率與質(zhì)量穩(wěn)定性，研制隊(duì)伍將3D打印技術(shù)應(yīng)用于閥門零部件生產(chǎn)。該所閥門事業(yè)部與六院7103廠增材中心經(jīng)過半年的設(shè)計(jì)與攻關(guān)研制，最終實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用與交付，為提高閥門產(chǎn)能、實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)提供了有力技術(shù)支撐。后續(xù)，該所將采用模塊化設(shè)計(jì)思路，進(jìn)一步提升批次合格率，持續(xù)迭代優(yōu)化。3.7增減材一體化：增材制造近凈成形，減材制造保證精度增減材復(fù)合制造技術(shù)結(jié)合了增材近凈成形和減材保證精度的優(yōu)點(diǎn)，適合高精度復(fù)雜型面及具有內(nèi)孔內(nèi)腔零件的一體化制造和修復(fù)再制造。增材制造技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，特別在復(fù)雜度較高的零件構(gòu)建上有著巨大的優(yōu)勢(shì)，但隨著人們對(duì)增材技術(shù)的深入認(rèn)識(shí)，增材技術(shù)工藝的缺點(diǎn)也逐漸浮現(xiàn)，如航空航天領(lǐng)域的精密部件對(duì)尺寸公差的要求十分嚴(yán)苛，單純依賴增材制造構(gòu)建的零件難以滿足其精度要求。此外，大規(guī)模生產(chǎn)情景下增材制造的生產(chǎn)效率低于減材制造。如果將增材制造和減材制造的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，既能發(fā)揮增材制造材料利用率高，再制造修復(fù)效率高，又能提高零件制造的效率，保證加工質(zhì)量和尺寸精度。增減材一體化結(jié)合了增減材兩方的優(yōu)勢(shì)，既提高了打印效率也提高了打印精度。根據(jù)中國新聞網(wǎng)，華科大機(jī)械學(xué)院教授張海鷗團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的“智能微鑄鍛銑復(fù)合制造技術(shù)”，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了鑄鍛一體化3D打印，該技術(shù)將為航空航天高性能關(guān)鍵部件的制造提供我國獨(dú)創(chuàng)國際領(lǐng)先的高效