应用领域再扩容 3D打印产业化加速跑

4D打印的“蝴蝶”随着温度的变化震动翅膀，航空发动机的试制时间和重量大幅降低，3D打印燃油喷嘴达到量产规模……6月28日，在增材制造产业发展（广州）论坛暨2023年中国增材制造产业年会上，多位专家展示了最前沿的3D打印（即增材制造）成果，并就产业发展的机遇、挑战、方案等展开讨论。

优势与机遇：3D打印应用再扩容

(资料图)

近年来，随着3D打印产业链上下游不断完善，以航空航天为代表的众多行业，愈发重视3D打印技术的应用。

发动机是飞机中最重要的零部件之一，世界最大的发动机GE9X采用的3D打印零部件高达304个。“智能增材制造是我国航空发动机技术发展赶超的机遇和快车道。”空军工程大学教授、中国科学院院士、中国增材制造产业联盟专家委副主任李应红表示，借力3D打印，有助于缩短航空发动机的试制时间，并减少发动机的连接点，减轻总体重量。此外，3D打印技术可以提升对特殊材料、难加工材料和一些复杂结构件的制造能力。

航天三院31所增材制造中心主任马瑞认同这一看法。他表示，3D打印在复杂结构、结构整体化、快速研制以及基于3D打印的设计优化等方面具有明显优势。

据了解，目前航天三院31所的30多台大尺寸3D打印制造设备已经在北京和泸州运营。明年在苏州的批产线达产后，预计整个产线使用3D打印设备达100台左右，其中约70%为大尺寸设备。

西门子（中国）有限公司数字化工业集团副总裁兼运动控制事业部总经理李雷表示，增材制造与材料技术被列为西门子11项核心技术之一，和软件系统与开发流程、集成电路与电子、数据分析与人工智能等并列。目前西门子共有6个增材制造中心分别分布于欧洲、亚太和北美，超过225台增材设备在全球工厂内运行。

“相信未来3D打印量产将应用在很多有需求的领域。”中国商飞增材制造技术应用研究中心主任、中国商飞北研中心副总师张嘉振介绍，GE公司使用3D打印技术生产的燃油喷嘴总数量已经超过10万个，达到量产规模。

材料是影响3D打印发展的关键因素之一，受益于新材料产业的发展，3D打印的应用领域正在不断拓宽。

在年会上，哈尔滨工业大学未来技术学院院长、中国科学院院士、中国增材制造产业联盟专家委副主任冷劲松展示了形状记忆聚合物材料在4D打印技术下制备的智能结构。视频中，4D打印的“蝴蝶”可根据外界温度的变化，不断地扇动翅膀。“通过不同的外界激励条件，利用形状记忆聚合物材料生产的物品，其形状、性能、功能都会发生变化。”冷劲松解释道。

什么是4D打印？4D打印是在3D打印的基础上增加时间维度的打印技术。4D打印结构在特定的外界激励下，其物理特性及功能可随时间的变化而发生自我转变。

冷劲松表示，在医学领域，4D打印血管支架可以实现非接触驱动的主动变形，在1至2年实现可控降解；在服装领域，4D打印的裙子不仅能根据需要变化形状，更能根据外界温度的变化自动开合，帮助使用者散热或保暖。

挑战与方案：新的生态正在建立

“新的行业生态正在建立。”华南理工大学教授、中国增材制造产业联盟专家委员、广东省增材制造协会会长杨永强表示，行业还处在发展的初期。

3D打印应用前景广阔，同时也面临一些问题。“第一，效率低，在工业与大规模应用时成本偏高；第二，应力大、疲劳强度不够。”李应红说。

对此，李应红提出“i-3D”智能复合增材制造技术，即智能化、复合化和一体化。其中，智能化是智能监控系统及智能化工艺设计，建设智能化的全链条产线；复合化指多能场复合设备与工艺等；一体化指材料制造的一体化。“希望借助‘i-3D’，打印效率提高10倍，并且部件能够一次打印成功。”李应红表示。

质量控制方面，李应红表示，利用智能化可实现3D打印过程中的“测”“判”“控”。“测”指对3D打印的成型过程进行智能监控；“判”即基于深度学习算法的质量评价；“控”即智能监控，使3D打印过程从“盲打”到“可知”，增加质量管控手段，改变3D打印产品只是事后检测的质量认证模式，及时发现缺陷后主动调控以消除。

工业和信息化部装备工业发展中心总工程师左世全表示，3D打印正在从工艺制造走向设计制造，从非承载件走向承载件，从单个鉴定走向过程鉴定。

“未来，3D打印装备将逐步走向大尺寸（大成形面积）、高效率（多激光器）、新技术（飞行打印/金属粘接剂等）、精细化（微纳米金属打印）。”左世全说。

谈及未来3D打印的应用趋势，左世全认为，在部分领域，3D打印可能成为代替减材制造和等材制造的加工方式，走向批量化生产，进入千家万户，并在太空打印、细胞打印和4D打印领域取得更长足的突破。

3D打印如何“打动”资本？深圳市高新投创业投资有限公司高级投资总监汤耀科认为：一是要有更多的打印材料种类；二是更稳定、更好的打印性能；三是更快速的打印效率；四是更低的打印成本；五是更广和更深的应用开拓。

“从事3D打印的企业，如果能解决其中2至3个问题，就会成为资本比较看好的企业；如果能解决3至4个问题，就能成为领军企业。”汤耀科说。

（文章来源：上海证券报）