增材制造产业概述 - 四川增材制造技术协会官网

增材制造（Additive Manufacturing,简称AM）,俗称“3D打印”，是一种基于离散——堆积原理成形实体零件的新型制造技术。与传统制造方式不同，增材制造不需要刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据在一台设备上快速而精确地制造出任意复杂形状的物品，解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形问题。增材制造集合了信息网络技术与先进材料技术、数字制技术，是先进制造业的重要组成部分，被称为第三次工业革命的标志性技术之一，正在推动智能制造、产品开发和生命科学领域的新一轮创新，已在全球范围内得到广泛关注和重视。

1、增材制造的发展特点

增材制造的核心是数字化、智能化制造，它改变了通过对原材料进行切削、组装生产的加工模式，实现了面向任意复杂结构的按需生产，将对产品设计与制造、材料制备、企业形态乃至整个传统制造体系产生深刻的影响。

（1）增材制造促进制造模式的变革。增材制造适用于从大批制造模式到个性化制造模式的发展，在促进新兴产业快速发展的同时，也将带动传统制造方式、商业模式和生产企业组织机构的变革。

（2）增材制造不产生废弃物。增材制造是基本粒子水平的构建行为，因此所有参与构建的基本元素之间没有任何差异，不会造成浪费，也不产生污染废弃物。

（3）增材制造不受产品复杂程度的影响。因为增材制造的过程本质上是根据产品的信息，利用粒子重构产品的过程，只要获取了产品的信息，产品的复杂程度就不会影响增材制造的过程。

（4）增材制造不需要繁冗的多级工艺处理和各种加工设备。因为产品构建的原理相同，因而生产实现产品的机器甚至一样，从而可以摆脱繁冗的多级工艺处理和各种加工设备的限制。

2、主要成型工艺

增材制造成型工艺众多，新工艺、新技术不断出现。《国家增材制造产业发展推进及计划（2015-2016年）》中按照增材制造成型工艺技术，主要分为激光选区熔化（SLM）、激光选区烧结（SLS）、激光近净成形（LENS）、电子束选区熔化（EBSM）、电子束熔丝沉积（EBDM）、光固化成形（SLA）、熔融沉积成形（FDM）、三维立体打印（3DP）、材料喷射成形等成型工艺。

根据国际化标准组织ISO/TC261增材制造技术委员会2015年新发布的国际标准ISO/ASTM52900：2015，将增材制造工艺分为粘结剂喷射、定向能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融、薄材叠层、立体光固化七类。

表1-1：ISO/TC261增材制造七大成型工艺

序号	工艺	解释
1	粘结剂喷射	选择性喷射沉积液态粘结剂粘结粉末材料的增材制造工艺。
2	定向能量沉积	利用聚焦热能熔化材料即熔即沉积的增材制造工艺，典型的如同轴送粉工艺等。
3	材料挤出	将材料通过喷嘴或孔口挤出的增材制造工艺，典型的如熔融沉积成形（FDM）等。
4	材料喷射	将材料以微滴的形式选择性喷射沉积的增材制造工艺。
5	粉末床熔融	通过热能选择性地熔化/烧结粉末床区域的增材制造工艺，典型的如激光选区烧结（SLS）、激光选区熔化（SLM）以及电子束选区熔化（EBSM）等。
6	薄材叠层	将薄层材料逐层粘结以形成实物的增材制造工艺。
7	立体光固化	通过光致聚合作用选择性地固化液态光敏聚合物的增材制造工艺

资料来源：赛迪智库整理

3、增材制造的对比优势

对比传统制造，增材制造技术有着众多优势。它完全突破了规模经济的限制，就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高，相比于传统制造而言增材制造技术有优势主要为：

表1-2 增材制造与传统制造的特点对比

对比项	传统制造	增材制造
制造成本	物体形状越复杂，制造成本越高	制造复杂物品而不增加成本
产品多样性	传统的制造设备功能较少，做出的形状种类有限	做出的形状种类很多
设备通用性	需要多种加工设备协同工作	一种打印机可以打印不同的产品
工艺流程	建立在组装线基础上，部件越多，组装的时间和成本越多，部件的精度和可靠性与越低	一体化成型，不需要装配，缩短工艺流程和产品供应链，提高产品的一致性和可靠性
设计空间	产品形状有限，加工刀具、装配测试等环节制约了设计方案	可以突破设备的限制，缩短装配测试环节，设计空间较大
设备体积	设备大且多	制造能力更强，质量和体积小，可便携或通过火箭发射进行太空制造
环保性能	产生废弃物，一般环保性能较低	不产生废弃物，，能远离辐射等，环保性能高
交付周期	较长	大幅缩短工艺流程和供应链，研制、交付周期较短
原材料利用率	约90%的金属原材料被浪费	浪费极小，甚至“净成型”，大幅较少钛合金等昂贵材料的浪费

来源：根据相关资料整理

（二）产业链及关键环节分析

1、产业链基本情况概述

相比于传统制造业，3D打印产业链涉及到的环节较简洁，包括3D打印机设备制造商、3D模型软件供应商、3D打印机服务商和3D打印材料的供应商。将其分类，基本可以将产业链归为上游、中游、下游。

（1）3D 打印产业链上游——3D 打印材料

从产业链横向角度进一步细分，上游材料可分为塑料、金属两大类，以及蜡、石膏、砂等其他各种材料。对于不同打印技术，对原材料性质要求不同，如 SLA技术原材料种类较为单一，主要以液体光敏树脂为主要原材料，而 LOM、 SLS 和FDM 对应材料种类较为丰富，涵盖金属、塑料、陶瓷粉末等。

（2）3D 打印产业链中游——3D 打印设备及软件
第一，3D 数字化建模软件。3D 数字化建模软件是 3D 打印的基础，无论是直接建模，还是逆向扫描，都需要用到 3D 数字化建模软件。

第二，3D 打印机硬件。3D 打印机包含很多种类型，如选择性激光烧结（SLS）、直接金属激光烧结（DMLS）、熔融沉积成型（FDM）、立体平板印刷（DLA）、熔丝制造（FFF）、融化压模（MEM）、分层实体制造（LOM）、电子束熔化成型（EBM）、选择性烧结（SHS）、粉末层喷头三维打印（PP）等模式。
（3）3D 打印产业链下游——应用领域

产业链的下游主要有三维模型设计服务、打印服务和打印产品应用等，其中激光快速成型铸锻在航天军工、电站锻件等业务领域的应用比较突出。

2、关键环节分析

材料、设备和高附加值应用领域是增材制造的关键环节。

（1）材料方面。增材制造的材料对构建成型有重要的影响，主要体现在零件性能和几何精度上。因此需要开发面向增材制造的新材料体系，通过材料、工艺、检测、控制等多学科交叉提升制件质量等。增材制造的材料主要分为：金属增材制造专用材料、非金属增材制造专用材料。关键的技术为：开发面向增材制造的新材料体系；金属构件成型质量与智能化工艺控制；难加工材料的增材制造成型工艺；增材制造材料工艺的质量评价标准。

（2）设备方面。智能化增材制造装备是增材制造产业链的核心，研究重点为：装备的系统集成和智能化；多材料、多结构、多工艺增材制造装备；增材制造数据规范与软件系统平台；材料工艺数据库建设与装备的智能控制；增材制造关键部位及系统集成技术。

（3）高附加值应用方面。3D打印技术在一些领域的应用不够深刻，且存在一定的争议。例如，之前人们对干细胞技术在医学上的前景满怀期待，然而由于这项技术在伦理道德方面存在着过大的争议，科学技术和伦理之间的争端、分歧由此出现。如何才能保证3D打印技术既能在医学上造福大众，同时又避免在伦理上引起大众的质疑，这不仅仅是一个简单的技术问题，同时涉及到人类社会、宗教、法律等诸多方面。除此之外，3D打印技术在一些应用领域的应用所引起的社会安全问题同样不能忽视。