增材制造(3D打印)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

1、增材制造（3D打?。┘夹g(shù)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r-西安交通大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2013-07-09一、 概述增材制造（Additive Manufacturing，AM）技術(shù)是通過CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除（切削加工）技術(shù)，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。自上世紀(jì)80年代末增材制造技術(shù)逐步發(fā)展，期間也被稱為“材料累加制造”（Material Increse Manufacturing）、“快速原型”（Rapid Prototyping）、“分層制造”（Layered Manufacturing）、 “實(shí)體自由制造”（Solid Free-for

2、m Fabrication）、“3D打印技術(shù)”（3D Printing）等。名稱各異的叫法分別從不同側(cè)面表達(dá)了該制造技術(shù)的特點(diǎn)。美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)F42國際委員會(huì)對(duì)增材制造和3D打印有明確的概念定義。增材制造是依據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)將材料連接制作物體的過程，相對(duì)于減法制造它通常是逐層累加過程。3D打印是指采用打印頭、噴嘴或其它打印技術(shù)沉積材料來制造物體的技術(shù)，3D打印也常用來表示“增材制造”技術(shù)，在特指設(shè)備時(shí)，3D打印是指相對(duì)價(jià)格或總體功能低端的增材制造設(shè)備。增材制造技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在一臺(tái)設(shè)備上可快速而精確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)“

3、自由制造”，解決許多過去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且越是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，其制造的速度作用越顯著。近二十年來，增材制造技術(shù)取得了快速的發(fā)展。增材制造原理與不同的材料和工藝結(jié)合形成了許多增材制造設(shè)備。目前已有的設(shè)備種類達(dá)到20多種。這一技術(shù)一出現(xiàn)就取得了快速的發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用，如在消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車、航天航空、醫(yī)療、軍工、地理信息、藝術(shù)設(shè)計(jì)等。增材制造的特點(diǎn)是單件或小批量的快速制造，這一技術(shù)特點(diǎn)決定了增材制造在產(chǎn)品創(chuàng)新中具有顯著的作用。美國時(shí)代周刊將增材制造列為“美國十大增長最快的工業(yè)”，英國經(jīng)濟(jì)學(xué)人雜志則認(rèn)為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式

4、一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”，認(rèn)為該技術(shù)改變未來生產(chǎn)與生活模式，實(shí)現(xiàn)社會(huì)化制造，每個(gè)人都可以成為一個(gè)工廠，它將改變制造商品的方式，并改變世界的經(jīng)濟(jì)格局，進(jìn)而改變?nèi)祟惖纳罘绞?。美國奧巴馬總統(tǒng)在2012年3月9日提出發(fā)展美國振興制造業(yè)計(jì)劃，向美國國會(huì)提出“制造創(chuàng)新國家網(wǎng)絡(luò)” (NNMI)，計(jì)劃投資10億美元重振美國制造業(yè)計(jì)劃。其目的在奪回制造業(yè)霸主地位，要以一半的時(shí)間和費(fèi)用完成產(chǎn)品開發(fā)，實(shí)現(xiàn)在美國設(shè)計(jì)在美國制造，使更多美國人返回工作崗位，構(gòu)建持續(xù)發(fā)展的美國經(jīng)濟(jì)。為此，奧巴馬政府啟動(dòng)首個(gè)項(xiàng)目“增材制造”，初期政府投資3000萬美元，企業(yè)配套4000萬元，由國防部牽頭，制造企業(yè)、大學(xué)院校以及非贏利組

5、織參加，研發(fā)新的增材制造技術(shù)與產(chǎn)品，使美國成為全球優(yōu)秀的增材制造的中心，架起“基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品研發(fā)”之間紐帶。美國政府已經(jīng)將增材制造技術(shù)作為國家制造業(yè)發(fā)展的首要戰(zhàn)略任務(wù)給予支持。美國專門從事增材制造技術(shù)技術(shù)咨詢服務(wù)的Wohlers協(xié)會(huì)在2012年度報(bào)告中，對(duì)各行業(yè)的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。2011年全球直接產(chǎn)值17.14億美元，2011年增長率29.1%，其中，設(shè)備材料：8.34億美元，增長28.0%，服務(wù)產(chǎn)值：8.79億美元，增長30.7%，其發(fā)展特點(diǎn)是服務(wù)與設(shè)備對(duì)半。在應(yīng)用方面消費(fèi)商品和電子領(lǐng)域仍占主導(dǎo)地位，但是比例從23.7 %降低到20.6 %；機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域從19.1 %降低到17.9 %；研

6、究機(jī)構(gòu)為7.9 %；醫(yī)學(xué)和牙科領(lǐng)域從13.6 %增加到15.9 %；工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域?yàn)?2.9 %；航空航天領(lǐng)從9.9%增加到 12.1%。在過去的幾年中，航空器制造和醫(yī)學(xué)應(yīng)用是增長最快的應(yīng)用領(lǐng)域。世界上各許多國家與地區(qū)都在開發(fā)或應(yīng)用增材制造技術(shù)。增材制造系統(tǒng)的數(shù)量一定程度上表現(xiàn)了國家的經(jīng)濟(jì)活力與創(chuàng)新能力。自19882011年，美國、日本、德國、中國成為主要的設(shè)備擁有國，其中，美國占全球總設(shè)備量的38.3%，中國占8.6%。預(yù)計(jì)2012年將增長25%至21.4億美元，2019年將達(dá)到60億美元。 增材制造發(fā)展有誘人的發(fā)展前景，也存在巨大的挑戰(zhàn)。目前最大的難題是材料的物理與化學(xué)性能制約了實(shí)現(xiàn)技術(shù)。例

7、如，在成形材料上，目前主要是有機(jī)高分子材料，金屬材料直接成形是近十多年的研究熱點(diǎn)，正在逐漸向工業(yè)應(yīng)用，難點(diǎn)在于如何提高精度和效率。新的研究方向是用增材制造技術(shù)直接把軟組織材料（生物基質(zhì)材料和細(xì)胞）堆積起來，形成類生命體，經(jīng)過體外培養(yǎng)和體內(nèi)培養(yǎng)去制造復(fù)雜組織器官。二、 增材制造分類自上世紀(jì)80年代美國出現(xiàn)第一臺(tái)商用光固化成形機(jī)后，在至今近三十年時(shí)間內(nèi)得到了快速發(fā)展。較成熟的技術(shù)主要有以下四種方法：光固化成形（Stereolithography，SL）、疊層實(shí)體制造 （Laminated Object Manufacturing，LOM）、選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Melti

8、ng，SLS）、熔絲沉積成形（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）。疊層實(shí)體制造設(shè)備逐漸消落。其他幾種方法逐漸向低成本、高精度、多材料方面發(fā)展。1.SL工藝的過程：樹脂槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，紫外激光器按照各層截面信息進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描的區(qū)域固化形成零件的一個(gè)薄層。當(dāng)一層固化后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚，在固化好的樹脂表面澆注一層新的液態(tài)樹脂，并利用刮板將樹脂刮平，然后進(jìn)行新一層的掃描和固化，如此重復(fù)，直至原型構(gòu)造完成。SL工藝的特點(diǎn)是精度高、表面質(zhì)量好，能制造形狀復(fù)雜、特別精細(xì)的零件，不足是設(shè)備和材料昂貴，制造過程中需要設(shè)計(jì)支撐，加工環(huán)境氣味重等問題。2.LOM 的層面信

9、息通過每一層的輪廓來表示，激光掃描器的動(dòng)作由這些輪廓信息控制，它采用的材料是具有厚度信息的片材。這種加工方法只需加工輪廓信息，所以可以達(dá)到很高的加工速度，但材料的范圍很窄，每層厚度不可調(diào)整是最大缺點(diǎn)。3.SLS工藝?yán)酶吣芰考す馐诜勰颖砻姘凑战孛鎾呙瑁勰┍粺Y(jié)相互連接，形成一定形狀的截面。當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，工作臺(tái)下降一層厚度，鋪上一層新的粉末，繼續(xù)新一層的燒結(jié)。通過層層疊加，去除未燒結(jié)粉末，即可得到最終三維實(shí)體。SLS 的特點(diǎn)是成形材料廣泛，理論上只要將材料制成粉末即可成形。另外，SLS成形過程中，粉床充當(dāng)自然支撐，可成形懸臂、內(nèi)空等其他工藝難成形結(jié)構(gòu)。但是，SLS技術(shù)需要價(jià)格較為昂貴

10、的激光器和光路系統(tǒng)，成本較其他方法高，一定程度上限制了該技術(shù)的應(yīng)用范圍。4.FDM是將電能轉(zhuǎn)換為熱能，使絲狀塑料擠出噴頭前達(dá)到熔融狀態(tài)。由計(jì)算機(jī)控制噴頭移動(dòng)，根據(jù)截面輪廓信息，使熔融塑料成形一定形狀的二維截面。通過層層疊加，形成塑料三維實(shí)體。FDM無需價(jià)格昂貴的激光器和光路系統(tǒng)，成本較低，易于推廣。但是，該方法成形材料限制較大，并且成形精度相對(duì)較低，是限制該技術(shù)發(fā)展的主要問題。隨著增材制造技術(shù)工藝和設(shè)備的成熟，新材料、新工藝的出現(xiàn)，該技術(shù)由快速原型階段進(jìn)入快速制造和普及化新階段，最顯著地體現(xiàn)在金屬零件直接快速制造以及桌面型3D打印設(shè)備。目前，真正直接制造金屬零件的增材制造技術(shù)有基于同軸送粉的激

11、光近形制造（Laser Engineering Net Shaping, LENS）技術(shù)和基于粉末床的選擇性激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）及電子束熔化技術(shù)（Electron Beam Melting, EBM）技術(shù)。LENS技術(shù)能直接制造出大尺寸的金屬零件毛坯；SLM和EBM可制造復(fù)雜精細(xì)金屬零件。LENS 技術(shù)在惰性氣體保護(hù)之下，通過激光束熔化噴嘴輸送的粉末流，使其逐層堆積，最終形成復(fù)雜形狀的零件或模具。該方法得到的制件組織致密，具有明顯的快速熔凝特征，力學(xué)性能很高，并可實(shí)現(xiàn)非均質(zhì)和梯度材料制件的制造。目前，應(yīng)用該工藝已制造出鋁合金、鈦合金、鎢合金等半精

12、化的毛坯，性能達(dá)到甚至超過鍛件，在航天、航空、造船、國防等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。但該工藝成形難以成形復(fù)雜和精細(xì)結(jié)構(gòu)，主要用于毛坯成形，且粉末材料利用率偏低。SLM技術(shù)利用高能束激光熔化預(yù)先鋪在粉床上薄層粉末，逐層熔化堆積成形。為了保證金屬粉末材料的快速熔化，SLM材料較高功率密度的激光器，光斑聚焦到幾十m到幾百m。SLM制造的金屬零件接近全致密，強(qiáng)度達(dá)鍛件水平，精度可達(dá)0.1mm/100mm。該工藝的主要缺陷有金屬球化、翹曲變形及裂紋等，還面臨成形效率低、可重復(fù)性及可靠性有待優(yōu)化等問題。EBM與SLM系統(tǒng)的主要差別在于熱源不同，成形原理基本相似。EBM技術(shù)成形室必須為高真空，才能保證設(shè)備正常

13、工作，這使得EBM 整機(jī)復(fù)雜度增大。電子束為熱源，金屬材料對(duì)其幾乎沒有反射，能量吸收率大幅提高。在真空環(huán)境下，材料熔化后的潤濕性也大大增強(qiáng)，增加了熔池之間、層與層之間的冶金結(jié)合強(qiáng)度。但是，EBM技術(shù)還存在如下問題：真空抽氣過程中粉末容易被氣流帶走，造成系統(tǒng)污染；在電子束作用下粉末容易潰散，因此需預(yù)熱到800以上，使粉末預(yù)先燒結(jié)固化。采取預(yù)熱后制造效率高，零件變形小，無需支撐，微觀組織致密；但預(yù)熱溫度對(duì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)要求高，加工結(jié)束后零件需要在真空室中冷卻相當(dāng)長一段時(shí)間，降低了零件的成形效率。由于系統(tǒng)成本較高、材料特殊以及操作復(fù)雜，在目前階段增材制造技術(shù)主要應(yīng)用于科研以及工業(yè)應(yīng)用。隨著桌面型3D打

14、印技術(shù)（Three-dimensional printing, 3DP）的產(chǎn)生和應(yīng)用，增材制造技術(shù)的應(yīng)用范圍得到了極大擴(kuò)展。3DP的工作方式類似于桌面打印機(jī)。核心部分為若干細(xì)小噴嘴組成的打印系統(tǒng)。材料主要包括兩大類：其一，類似于SLA工藝用的液態(tài)光敏樹脂材料；其二，類似于SLS用的粉末材料。如果采用液態(tài)樹脂材料，則成形原理類似于SLA，但實(shí)現(xiàn)方式有所不同。先由噴嘴噴出具有特定形狀的一薄層樹脂截面，利用面紫外光照射使其固化；然后再由噴嘴噴出下一層截面，進(jìn)而固化并與上一層粘結(jié)在一起；如此反復(fù)，直至實(shí)體制件成形完畢為止。當(dāng)成形材料為粉末時(shí)，其成形過程類似于SLS工藝，但原理不盡相同。先鋪一層粉，由噴

15、嘴按照截面形狀噴一層粘結(jié)劑，使成形制件截面內(nèi)的粉末粘結(jié)成一體；工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，鋪上一層新粉，并由噴嘴按照該層制件截面形狀噴出一層粘結(jié)劑，使該層截面內(nèi)的粉末發(fā)生粘結(jié)，同時(shí)與上一層制件實(shí)體粘結(jié)為一體；如此反復(fù)，直至制件成形完畢為止。該種工藝無需激光器、掃描系統(tǒng)及其他復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可用作桌面系統(tǒng)，特別適合于快速制作三維模型、復(fù)制復(fù)雜工藝品等應(yīng)用場(chǎng)合。但是，該技術(shù)成形零件大多需要進(jìn)行后處理，以增加零件強(qiáng)度，工序較為復(fù)雜，難以成形高性能功能零件，如金屬零件等。三、 增材制造技術(shù)發(fā)展歷史1 國外發(fā)展歷史Ø 第一階段，思想萌芽增材制造技術(shù)的核心制造思想最早起源于美國。早在1

16、892年， Blanther在其專利中，曾建議用分層制造法構(gòu)成地形圖。1902年，Carlo Baese 在一項(xiàng)專利中提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1940年，Perera提出了切割硬紙板并逐層粘結(jié)成三維地形圖的方法。直到20世紀(jì)80年代末，3D打印制造技術(shù)開始了根本性發(fā)展，出現(xiàn)的專利更多，僅在1986-1998年間注冊(cè)的美國專利就達(dá)24多項(xiàng)。Ø 第二階段，技術(shù)誕生其標(biāo)志性成果就是五種常規(guī)增材制造技術(shù)的提出。1986年美國的Hull發(fā)明了光固化技術(shù)，簡(jiǎn)稱SLA；1988年Feygin發(fā)明了分層實(shí)體制造技術(shù)，簡(jiǎn)稱LOM；1989年Deckard發(fā)明了粉末激光燒結(jié)技術(shù)，簡(jiǎn)稱SLS；

17、1992年Crump發(fā)明了熔融沉積制造技術(shù)，簡(jiǎn)稱FDM；1993年麻省理工大學(xué)的Sachs發(fā)明了噴頭打印技術(shù)，簡(jiǎn)稱3DP。Ø 第三階段，裝備推出1988年美國的3D Systems公司根據(jù)Hull的專利，生產(chǎn)出了第一臺(tái)增材制造裝備SLA250，開創(chuàng)了增材制造技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元。在此后的十年中，增材制造技術(shù)蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出了十余種新工藝和相應(yīng)的增材制造裝備。1991年，美國Stratasys的FDM裝備、Cubital的實(shí)體平面固化（SGC，Solid Ground Curing）裝備和Helisys的LOM裝備都實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。1992年，美國DTM公司（現(xiàn)屬于3D Systems公司）

18、SLS裝備研發(fā)成功。1994年，德國EOS公司推出了EOSINT型SLS裝備。1996年，3D Systems使用噴墨打印技術(shù)，制造出其第一臺(tái)3DP裝備Actua2100。同年，美國Zcorp公司也發(fā)布了Z402型3DP裝備?？傮w上，美國在裝備研制、生產(chǎn)銷售方面占全球的主導(dǎo)地位，其發(fā)展水平及趨勢(shì)基本代表了世界增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程。歐洲和日本也不甘落后，紛紛進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究和裝備研發(fā)。香港和臺(tái)灣比內(nèi)地起步早，臺(tái)灣大學(xué)研制了LOM裝備，臺(tái)灣各單位及軍方安裝多臺(tái)進(jìn)口SLA裝備，香港生產(chǎn)力促進(jìn)局和香港科技大學(xué)、香港理工大學(xué)、香港城市大學(xué)等機(jī)構(gòu)擁有增材制造裝備，重點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)研究與應(yīng)用推廣。國內(nèi)自上世紀(jì)

19、90年代初開始增材制造技術(shù)研發(fā)。以西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)為代表的研究機(jī)構(gòu)開始自主研制增材制造裝備并在國內(nèi)開展廣泛應(yīng)用。其中，以西安交通大學(xué)的SLA裝備、華中科技大學(xué)研制的LOM和SLS裝備以及清華大學(xué)的FDM裝備最具代表性。Ø 第四階段，大范圍應(yīng)用隨著工藝、材料和裝備的日益成熟，增材制造技術(shù)的應(yīng)用范圍由模型和原型制造進(jìn)入產(chǎn)品快速制造階段。早期增材制造技術(shù)受限于材料種類少及工藝水平低的限制，主要應(yīng)用于模型和原型制造，如制造新型手機(jī)外殼模型等，因而統(tǒng)稱為快速原型技術(shù)（Rapid Prototyping, RP）。目前，“3D打印”這一更加親民的概念被越來越多的人熟知。如今由

20、于諸多快速原型和快速制造裝備均以3D打印機(jī)示人，最早的3D打印已可被稱為“經(jīng)典3D打印技術(shù)”?！靶屡d3D打印技術(shù)”可以直接制造為人所用的功能部件及零件和傳統(tǒng)工藝使用的工具，包括電子產(chǎn)品絕緣外殼，金屬結(jié)構(gòu)件，高強(qiáng)度塑料零件，勞動(dòng)工具，橡膠緩震制件，汽車及航空應(yīng)用的高溫陶瓷部件及各類金屬模具等。金屬零件的直接制造是標(biāo)志增材制造技術(shù)由“快速原型”向“快速制造”的重要標(biāo)志之一。2002年，德國成功研制了選擇性激光熔化增材制造裝備（SLM），可成形接近全致密的精細(xì)金屬零件和模具，其性能可達(dá)到同質(zhì)鍛件水平。同時(shí)，電子束熔化（EBM）、激光工程凈成形（LENS）等一系列新技術(shù)與裝備涌現(xiàn)出來。這些技術(shù)面向航天

21、航空、武器裝備、汽車/模具及生物醫(yī)療等高端制造領(lǐng)域，直接成形復(fù)雜和高性能的金屬零部件，解決一些傳統(tǒng)制造工藝面臨的難加工甚至是無法加工等制造難題。2 國內(nèi)的發(fā)展歷史我國增材制造技術(shù)自上世紀(jì)九十年代初開始發(fā)展，在西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京隆源公司等在典型的成形設(shè)備、軟件、材料等方面研究和產(chǎn)業(yè)化方面獲得了重大進(jìn)展，接近國外產(chǎn)品水平。隨后國內(nèi)許多高校和研究機(jī)構(gòu)也開展了相關(guān)研究，重點(diǎn)在金屬成形方面開展研究，如西北工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、大連理工大學(xué)、中北大學(xué)、中國工程物理研究院等單位都在做探索性的研究和應(yīng)用工作。其中西安交通大學(xué)開展料光固化快速成形、金

22、屬熔敷制造、生物組織制造、陶瓷光固化成形研究，建立了快速制造國家工程研究中心；華中科技大學(xué)開展了疊層制造、激光選取燒結(jié)、金屬燒結(jié)等技術(shù)研究；清華大學(xué)開展了多功能快速成形設(shè)備、熔融沉積制造設(shè)備、電子束制造設(shè)備、生物打印技術(shù)研究；北京隆源公司開展了激光選取燒結(jié)設(shè)備研究；北京航空航天大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)開展了金屬熔敷成形技術(shù)研究，中航625所開展了電子束成形制造研究，華南理工大學(xué)開展了激光金屬燒結(jié)技術(shù)研究。國內(nèi)的高校和企業(yè)通過科研開發(fā)和設(shè)備產(chǎn)業(yè)化改變了該類設(shè)備早期仰賴進(jìn)口的局面，通過二十多年的應(yīng)用技術(shù)研發(fā)與推廣，在全國建立了20多個(gè)服務(wù)中心，設(shè)備用戶遍布醫(yī)療、航空航天、汽車、軍工、模具、電子電器、造船

23、等行業(yè)。推動(dòng)了我國制造技術(shù)的發(fā)展。作為一項(xiàng)正在發(fā)展中的制造技術(shù)，其成熟度還遠(yuǎn)不能同金屬切削、鑄、鍛、焊、粉末冶金等制造技術(shù)相比，還有大量研究工作需要進(jìn)行，包括激光成形專用合金體系、零件的組織與性能控制、應(yīng)力變形控制、缺陷的檢測(cè)與控制、先進(jìn)裝備的研發(fā)等，涉及到從科學(xué)基礎(chǔ)、工程化應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的質(zhì)量保證各個(gè)層次的研究工作。3 近年的國外最新進(jìn)展2012年的增材制造設(shè)備市場(chǎng)延續(xù)近年的發(fā)展好形勢(shì)，銷售數(shù)目和收入的增加讓銷售商從中獲益，進(jìn)一步推動(dòng)了美國股票價(jià)格的增長。2012年，增材制造技術(shù)通過主要出版物、電視節(jié)目，甚至電影的方式涌入公眾的視野。2012年4月，在Materialise公司（比利時(shí)）的

24、世界大會(huì)上，舉辦了一場(chǎng)時(shí)裝秀，展出了快速成型制造的帽子和飾品。據(jù)調(diào)查，價(jià)格低于2000美元的設(shè)備多用于科學(xué)研究或個(gè)人，對(duì)行業(yè)產(chǎn)值影響不大。行業(yè)發(fā)展主要依賴于專業(yè)化設(shè)備性能的提高。目前，專業(yè)化設(shè)備主要銷往美國市場(chǎng)。由于經(jīng)濟(jì)不景氣隱藏的潛在客戶被挖掘，并隨著設(shè)計(jì)與制造的快速增長，快速成型制造行業(yè)也得以發(fā)展。在美國明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯市舉行的年度快速成型會(huì)議上，Materialise公司（比利時(shí)）的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Wilfried Vancraen因其對(duì)快速成型行業(yè)的廣泛貢獻(xiàn)被授予行業(yè)成就獎(jiǎng)。產(chǎn)業(yè)不斷壯大：在快速成型企業(yè)中正在進(jìn)行公司間的合并，兼并的對(duì)象主要是設(shè)備供應(yīng)商、服務(wù)供應(yīng)商以及其他的相關(guān)

25、公司。其中最引人注目的是Z Corp.公司被3D System 公司收購，還有Stratasys 公司與 Objet公司合并。Delcam公司（英國）收購了快速成型軟件公司Fabbify Software公司（德國）的一部分。據(jù)預(yù)計(jì)，F(xiàn)abbify Software會(huì)在Delcam公司的設(shè)計(jì)及制造軟件里增添快速成型應(yīng)用項(xiàng)。3D Systems公司購買了參數(shù)化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件公司Alibre公司，以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和3D打印的捆綁。2011年11月，EOS公司（德國）宣布該公司已經(jīng)安裝超過1000臺(tái)的激光燒結(jié)成型機(jī)。11月初，3D system公司在宣布收購Huntsm

26、an公司（德州，林地）與光敏聚合物及數(shù)字快速成型機(jī)相關(guān)的資產(chǎn)；隨后又宣布兼并3D打印機(jī)制造商Z Corp（馬薩諸塞州，伯靈頓市），這次兼并花費(fèi)了1.52億美元。新材料新器件不斷出現(xiàn)：Objet公司發(fā)布了一種類ABS的數(shù)字材料以及一種名為VeroClear的清晰透明材料。3D Systems公司也發(fā)布了一種名為Accura CastPro新材料，該種材料可用于制作熔模鑄造模型。同期，Solidscape公司（梅里馬克，新罕布什爾州）也發(fā)布了一種可使蠟?zāi)ｈT造鑄模更耐用的新型材料plusCAST。2011年8月，Kelyniam Global （新不列顛，康涅狄格州）宣布它們正在制作聚醚醚酮（PEE

27、K）顱骨植入物。利用CT或MRI數(shù)據(jù)制作的光固化頭骨模型可以協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，在制作規(guī)劃的同時(shí)，加工PEEK材料植入物。據(jù)估計(jì)，這種方法會(huì)將手術(shù)時(shí)間降低85。2011年6月，Optomec公司（新墨西哥州，阿爾伯克基）發(fā)布了一種可用于3D打印及保形電子的新型大面積氣溶膠噴射打印頭。Optomec公司雖以生產(chǎn)透鏡設(shè)備而為快速成型行業(yè)所熟知，但它的氣溶膠噴射打印卻隸屬于美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局的介觀綜合保形電子（MICE）計(jì)劃，該計(jì)劃的研究成果主要應(yīng)用在3D打印、太陽能電池以及顯示設(shè)備領(lǐng)域。新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)：2011年7月，Objet公司發(fā)布了一種新型打印機(jī)Objet260 Connex，該種打

28、印機(jī)可以構(gòu)建更小體積的多材料模型。2011年7月，Stratasys公司發(fā)布了一種復(fù)合型快速成型機(jī)Fortus250mc，該成型機(jī)可以將ABSplus材料與一種可溶性支撐材料的進(jìn)行復(fù)合。Stratasys公司還發(fā)布了一種適用于Fortus400mc及900mc的新型靜態(tài)損耗材料ABS-ESD7。2011年9月，Bulidatron Systems公司（紐約，紐約）宣布推出基于RepRap的Buildaron1 3D打印機(jī)。這種單一材料打印機(jī)既可以作為一種工具箱使用（售價(jià)1,200美元），也作為組裝系統(tǒng)使用（售價(jià)2,000美元）。Objet公司引入了一種新型生物相容性材料MED610，這種材料適

29、用于所有的PolyJet系統(tǒng)。剛性材料主要面向醫(yī)療及牙科市場(chǎng)。3D System公司發(fā)布了一種基于覆膜傳輸成像的打印機(jī)PROJET1500，同時(shí)也發(fā)布了一種從二進(jìn)制信息到字節(jié)的3D觸摸產(chǎn)品。2012年1月，MakerBot（布魯克林，紐約）推出了售價(jià)1759美元的新機(jī)器MakerBot Replicator，與它的前身相比。該機(jī)器可以打印更大體積的模型，并且第二個(gè)塑料擠出機(jī)的噴頭可以更換，從而擠出更多顏色的ABS或PLA。3D Systems公司推出了一種名Cube的單材料、消費(fèi)者導(dǎo)向型3D打印機(jī)，其售價(jià)低于$1,300。該機(jī)器裝有無線連接裝置，從而具有了從 3D數(shù)字化設(shè)計(jì)庫中下載3D模型的功

30、能。國防部與Stratasys公司簽訂了100萬美元的uPrint3D打印機(jī)訂單，以支持國防部的DoDs STARBASE計(jì)劃，該計(jì)劃的目的是吸引青少年對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)以及先進(jìn)制造技術(shù)中快速成型制造的興趣。2012年2月，EasyClad 公司(法國)發(fā)布了MAGIC LF600大框架快速成型機(jī)，該成型機(jī)可構(gòu)建大體積模型，并具有兩個(gè)獨(dú)立的5軸控制沉積頭，從而可具有圖案壓印、修復(fù)及功能梯度材料沉積的功能。3D Systems公司推出了一種可用于計(jì)算機(jī)輔助制造程序，如Solidworks，Pro / Engineer的插件Print3D。通過3D Systems ProParts服務(wù)機(jī)構(gòu)，

31、這種插件可對(duì)零件及裝配體進(jìn)行動(dòng)態(tài)的零件成本計(jì)算。2012年3月，BumpyPhoto公司 (俄勒岡州,波蘭市)正式推出了一款彩色3D打印的照片浮雕。先輸入數(shù)字照片，再在24位色打印機(jī)ZPrinter上打印，就能形成3D照片浮雕。價(jià)格也從最初79美元的3D照片變?yōu)?9美元的3D刻印圖樣。Stratasys 公司和 Optomec公司展出了帶有保形電子電路（利用的是Optomecs Aerosol Jet公司的技術(shù)）的熔化沉積打印的機(jī)翼結(jié)構(gòu)新標(biāo)準(zhǔn)不斷更新： 2011年7月，同期，美國試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)（ASTM）的快速成型制造技術(shù)國際委員會(huì)F42發(fā)布了一種專門的快速成型制造文件（AMF）格式，新格式包含

32、了材質(zhì)，功能梯度材料，顏色，曲邊三角形及其他的STL文件格式不支持的信息。十月份，美國試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)國際（ASTM）與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）宣布，ASTM 國際委員會(huì)F42與ISO技術(shù)委員會(huì)261將在快速成型制造領(lǐng)域進(jìn)行合作，該合作將降低重復(fù)勞動(dòng)量。此外，ASTM F42還發(fā)布了關(guān)于坐標(biāo)系統(tǒng)與測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語。四、增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（1）向日常消費(fèi)品制造方向發(fā)展。三維打印是國外近年來的發(fā)展熱點(diǎn)。該設(shè)備稱為三維打印機(jī)，將其作為計(jì)算機(jī)一個(gè)外部輸出設(shè)備而應(yīng)用。它可以直接將計(jì)算機(jī)中的三維圖形輸出為三維的彩色物體。在科學(xué)教育、工業(yè)造型、產(chǎn)品創(chuàng)意、工藝美術(shù)等有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價(jià)值。其發(fā)展方

33、向是提高精度、降低成本、高性能材料發(fā)展。（2）向功能零件制造發(fā)展。采用激光或電子束直接熔化金屬粉，逐層堆積金屬，形成金屬直接成形技術(shù)。該技術(shù)可以直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬功能零件，制件力學(xué)性能可以達(dá)到鍛件性能指標(biāo)。進(jìn)一步的發(fā)展方向是進(jìn)一步提高精度和性能，同時(shí)向陶瓷零件的增材制造技術(shù)和復(fù)合材料的增材制造技術(shù)發(fā)展。（3）向智能化裝備發(fā)展：目前增材制造設(shè)備在軟件功能和后處理方面還有許多問題需要優(yōu)化。例如，成形過程中需要加支撐，軟件智能化和自動(dòng)化需要進(jìn)一步提高；制造過程，工藝參數(shù)與材料的匹配性需要智能化；加工完成后的粉料或支撐的需要去除等問題。這些問題直接影響設(shè)備的使用和推廣，設(shè)備智能化是走向普及的保證。（4）向組織與結(jié)構(gòu)一體化制造發(fā)展。實(shí)現(xiàn)從微觀組織到宏觀結(jié)構(gòu)的可控制造。例如在制造復(fù)合材料時(shí)，將復(fù)合材料組織設(shè)計(jì)制造與外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造同步完成，在微觀到宏觀尺度上實(shí)現(xiàn)同步制造，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體的“設(shè)計(jì)材料制造”一體化。支撐生物組織制造、復(fù)合材料等復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的制造，給制造技術(shù)帶來革命性發(fā)展。增材制造技術(shù)代表制造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，產(chǎn)品從大規(guī)模制造向定制化制造發(fā)展，滿足社