3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

3D打印技術(shù)及其在汽車行業(yè)的應(yīng)用分析一、3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)介紹（一）3D打印的概念3D打印又稱“增材制造”技術(shù)，屬于快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐局打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)先使用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)三維模型，運(yùn)用分層加工、迭加成形的原理，通過將粉末、液體片狀等離散材料逐局堆積,堆成一種三維實(shí)體。制造方式發(fā)展經(jīng)歷了等材制造、減材制造、增材制造三個(gè)階段。等材制造，是指通過鑄、鍛、焊等方式生產(chǎn)制造產(chǎn)品，材料重量基本不變，這已有3000數(shù)年的歷史。減材制造，是指在工業(yè)革命后，使用車、銑、刨、磨等設(shè)備對(duì)材料進(jìn)行切削加工，以達(dá)成設(shè)計(jì)形狀，這已有300數(shù)年的歷史。增材制造于1984年開始在實(shí)驗(yàn)室研究，1986年制出樣機(jī)，距今已有30余年時(shí)間。3D打印技術(shù)是在有了計(jì)算機(jī)后來出現(xiàn)的一種數(shù)字制造技術(shù)，在計(jì)算機(jī)的精確控制下，一層層地往上增加材料，最后制造一種零件，首先通過計(jì)算機(jī)把這個(gè)零件微分，先把它分解成厚度是δ無限小的靠近無窮多的片層，把三維的問題變成二維的，不管零件有多復(fù)雜，不管什么三維形狀，切片成二維圖形，一層層往上生長(zhǎng)，每一層的厚度非常小，這就是增材。（二）3D打印的技術(shù)種類按照最后產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域和對(duì)應(yīng)所需要的精度等規(guī)定不同，3D打印可分為消費(fèi)級(jí)3D打印和工業(yè)級(jí)3D打印。首先兩者面對(duì)的下游市場(chǎng)不盡相似，消費(fèi)級(jí)3D打印重要面對(duì)消費(fèi)型、娛樂型以及對(duì)產(chǎn)品精度規(guī)定不高的產(chǎn)品，例如玩具模型、教學(xué)模型等；而工業(yè)級(jí)3D打印重要面對(duì)質(zhì)量精度規(guī)定較高的航空航天、醫(yī)療器械、汽車、模具開發(fā)等下游市場(chǎng)。兩者在眾多斱面存在較大差別，工業(yè)級(jí)3D打印精度更高、打印速度更快，可打印尺寸范疇更廣，產(chǎn)品可靠性也更加好。但也正由于這些，工業(yè)級(jí)3D打印的價(jià)值更高，現(xiàn)在不能為普通消費(fèi)者所接受。按照打印技術(shù)的特點(diǎn)，3D打印又可分為選擇性激光熔化成型、選擇性激光燒結(jié)成型、激光直接燒結(jié)技術(shù)、電子束熔化技術(shù)、熔融沉積式成型、選擇性熱燒結(jié)、立體平板印刷、數(shù)字光解決、三位打印技術(shù)、及細(xì)胞繪圖打印等。1986年，美國(guó)科學(xué)家CharlesHull運(yùn)用液態(tài)光敏樹脂被一定波長(zhǎng)的紫外光照射后即變成固體的特性，發(fā)明出世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)。它的基本原理是將液態(tài)光敏樹脂倒迚一種容器，液面上方有一臺(tái)激光器，當(dāng)電腦發(fā)出指令，激光器發(fā)射紫外光，紫外光照射液面特定位置，這一片形狀的光敏樹脂即發(fā)生固化。液態(tài)光敏樹脂的液面在打印的過程中隨固化的速度上升，使得紫外光照射的地方始終是液態(tài)樹脂，最后通過層層累積，形成一定形狀。這種技術(shù)也被稱為立體平板印刷技術(shù)(SLA)，這也是現(xiàn)在最成熟的3D打印技術(shù)之一。通過近30年的發(fā)展，3D打印的技術(shù)類型也越來越豐富，在最初的基礎(chǔ)上已經(jīng)衍生出幾十種打印技術(shù)。現(xiàn)在的3D打印技術(shù)不僅能夠使用光敏樹脂、ABS塑料等原料進(jìn)行打印，還允許使用鋁粉、鈦粉等金屬粉末，以及氧化鋁、碳纖維等陶瓷粉末為原料迚行打印；甚至還出現(xiàn)了以活細(xì)胞為原料的生物3D打印技術(shù)，這種技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)在組織工程領(lǐng)域小范疇使用。（三）3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)呈現(xiàn)狀通過30數(shù)年發(fā)展，增材制造產(chǎn)業(yè)正從起步期邁入成長(zhǎng)久，呈現(xiàn)出加速增加的態(tài)勢(shì)。根據(jù)從事增材制造行業(yè)研究的美國(guó)咨詢機(jī)構(gòu)WohlersAssociates,Inc.統(tǒng)計(jì)顯示，全球增材制造產(chǎn)值（涉及產(chǎn)品和服務(wù)）從的22.8億美元增加到的73.36億美元，五年來增加超出300%，年復(fù)合增加率高達(dá)26.20%。，全球增材制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)成了73.36億美元，同比增加21.00%，增速較提高3.6個(gè)百分點(diǎn)。其中增材制造有關(guān)產(chǎn)品（涉及增材制造設(shè)備銷售及升級(jí)、增材制造原材料、專用軟件、激光器等）產(chǎn)值為31.33億美元，同比增加17.4%；增材制造有關(guān)服務(wù)（涉及增材制造零部件打印、增材制造設(shè)備維護(hù)、技術(shù)服務(wù)及人員培訓(xùn)、增材制造有關(guān)咨詢服務(wù)等）產(chǎn)值為42.02億美元，同比增加23.8%。預(yù)計(jì)將來十年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)仍將處在高速增加期，發(fā)展?jié)摿薮?。?jù)IDC預(yù)測(cè)，-，全球增材制造產(chǎn)業(yè)的年復(fù)合增加率將保持在22.30%，至全球增材制造產(chǎn)值將達(dá)289億美元。麥肯錫預(yù)測(cè)，到2025年全球增材制造產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生高達(dá)2,000-5,000億美元經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)德勤公布的《科技、傳媒和電信行業(yè)預(yù)測(cè)》報(bào)告顯示，大型上市公司的3D打印有關(guān)銷售額將超出27億美元，至更將高達(dá)30億美元。中國(guó)增材制造行業(yè)相對(duì)歐美國(guó)家起步較晚，在經(jīng)歷了早期產(chǎn)業(yè)鏈分離、原材料不成熟、技術(shù)原則不統(tǒng)一與不完善及成本昂貴等問題后，現(xiàn)在中國(guó)增材制造已日趨成熟，市場(chǎng)呈現(xiàn)快速增加趨勢(shì)。據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，在-的3年間，我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模年均增速超出30%。，我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超出100億元。據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對(duì)35家重點(diǎn)聯(lián)系公司的經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，，聯(lián)盟重點(diǎn)聯(lián)系公司總產(chǎn)值達(dá)32.40億元，比的23.09億元增加近10億元，同比增加40.3%，增速高于我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)平均增速15個(gè)百分點(diǎn)，高于全球增速近20個(gè)百分點(diǎn)。初步預(yù)計(jì)，我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)成80億美元左右。二、3D打印技術(shù)的特點(diǎn)（一）3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)1、設(shè)計(jì)空間無限傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)品形狀有限，制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳統(tǒng)的木制車床只能制造圓形物品，軋機(jī)只能加工用銑刀組裝的部件，制模機(jī)僅能制造模鑄形狀。而3D打印機(jī)能夠突破這些局限，開辟巨大的設(shè)計(jì)空間，制造出傳統(tǒng)工藝難以加工甚至無法加工的產(chǎn)品。2、改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)原型是產(chǎn)品的初稿，它有助于設(shè)計(jì)師、工程師和制造商進(jìn)行多重重復(fù)的檢查，真切地體驗(yàn)產(chǎn)品的外觀、手感。傳統(tǒng)的原型是運(yùn)用泡沫或黏土進(jìn)行手工制作，通過3D打印快速創(chuàng)立概念模型，設(shè)計(jì)者和客戶之間能夠更加好的交流。在傳統(tǒng)的工業(yè)制造，如果一種設(shè)計(jì)概念在制成產(chǎn)品之后存在缺點(diǎn)，公司需要承當(dāng)大量材料的浪費(fèi)成本。而運(yùn)用3D打印技術(shù)制作概念模型，能夠快速調(diào)節(jié)最初的設(shè)計(jì)并不停改善。3D打印的汽車組件產(chǎn)品原型。除了概念設(shè)計(jì)之外，3D打印還被用于創(chuàng)立功效性原型，由于3D打印技術(shù)制成的物品本身含有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等性能，通過對(duì)原型進(jìn)行多個(gè)性能測(cè)試，以改善最后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)，大大縮短了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的時(shí)間。3D打印加緊了設(shè)計(jì)進(jìn)程，在產(chǎn)品的安全性和合理性設(shè)計(jì)、人體工程學(xué)設(shè)計(jì)、市場(chǎng)營(yíng)銷和設(shè)計(jì)等方面不停改善，從而實(shí)現(xiàn)在將產(chǎn)品全方面投入生產(chǎn)前對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)明出更加好的產(chǎn)品。3、多樣化生產(chǎn)不會(huì)增加成本就傳統(tǒng)制造而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。但對(duì)于3D打印機(jī)而言，制造形狀復(fù)雜的物品其成本并不會(huì)對(duì)應(yīng)增加。另外，傳統(tǒng)的制造設(shè)備功效較少，做出的物品形狀種類有限。一臺(tái)3D打印機(jī)能夠打印不同的形狀，它能夠像工匠同樣每次都做出不同形狀的物品。這種制造多樣化而不增加成本的打印將從根本上打破傳統(tǒng)的定價(jià)模式，并變化我們整個(gè)制造業(yè)成本構(gòu)成的方式。4、制造技能門檻減少傳統(tǒng)的制造機(jī)器需要純熟的專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)器調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，培養(yǎng)一種嫻熟的工人往往需要幾年的時(shí)間。而3D打印機(jī)所需要的操作技能將比傳統(tǒng)設(shè)備少諸多，因此3D打印的出現(xiàn)將明顯減少生產(chǎn)技能的門檻。這種擺脫原來高門檻的非技能制造業(yè)，將進(jìn)一步引導(dǎo)出色多新的商業(yè)模式，并能在遠(yuǎn)程環(huán)境或極端狀況下為人們提供打印服務(wù)。5、節(jié)省原材料傳統(tǒng)的金屬加工有著十分驚人的浪費(fèi)量，某些精細(xì)化生產(chǎn)甚至?xí)斐?0%原材料的丟棄浪費(fèi)。而3D打印機(jī)的浪費(fèi)量將明顯減少，隨著打印材料的進(jìn)步，3D打印“凈成形”制造將成為更加節(jié)省環(huán)保的加工方式。（二）3D打印技術(shù)的缺點(diǎn)1、材料的限制現(xiàn)在主流的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)聚合物塑料、某些金屬或者陶瓷打印,但現(xiàn)在無法實(shí)現(xiàn)打印的材料還非常多。材料的限制重要體現(xiàn)為兩個(gè)方面的限制，首先，現(xiàn)在的3D打印技術(shù)可打印的材料種類有限，無法完全適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中所需的多個(gè)各樣的材料的打印。這使得3D打印技術(shù)只能應(yīng)用于某些特定場(chǎng)合，普及推廣仍有很大的障礙。另首先，針對(duì)特定的3D打印機(jī)，可打印的材料種類更是特定的幾個(gè)或幾類，這使得針對(duì)每種或每類材料，就需要設(shè)計(jì)專屬的3D打印機(jī)，通用性不如傳統(tǒng)的機(jī)械加工好。即使現(xiàn)在在多材料打印上已經(jīng)獲得了一定的進(jìn)展，但除非這些進(jìn)展達(dá)成成熟并有效，否則材料仍然會(huì)是3D打印的一大障礙。部分可用于3D打印技術(shù)的材料2、打印效率低效率低能夠從兩個(gè)角度進(jìn)行分析。首先，與傳統(tǒng)機(jī)械加工比較,機(jī)械加工是在毛坯的基礎(chǔ)上減材形成，普通毛坯和零件之間相差的材料較少，即需要去除的材料少，加工比較快；而3D打印技術(shù)必須將全部零件實(shí)體所需材料通過增材方式堆疊，材料體積大。因此從去除或堆疊得材料體積量來比較，增材的體積量普通比減材的體積量要大。另首先，從成型運(yùn)動(dòng)方面考慮，傳統(tǒng)的機(jī)械加工主運(yùn)動(dòng)多為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而3D打印技術(shù)為直線運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)更容易達(dá)成更大的速度，并且保持一定的穩(wěn)定性，3D打印技術(shù)的掃描運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，很難達(dá)成較大的速度。因此，3D打印技術(shù)不僅所需加工的體積量大，并且運(yùn)動(dòng)速度受限，因此綜合加工效率低。3、質(zhì)量和精度低首先是質(zhì)量問題，由于3D打印采用“分層制造，層層疊加”的增材制造工藝，層與層之間的結(jié)合再緊密，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美，而零件材料的微觀組織和構(gòu)造決定了零件的物理性能如強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐疲勞性、氣密性等大多不能滿足工程實(shí)際的使用規(guī)定。另首先是精度問題，由于3D打印技術(shù)固有的成型原理及發(fā)展還不完善，其打印成型零件的精度涉及尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度都較差，不能作為功效性零件，只能做原型件使用，從而其應(yīng)用將大打折扣。金屬3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)精密加工技術(shù)的比較以下：項(xiàng)目金屬3D打印技術(shù)傳統(tǒng)精密加工技術(shù)技術(shù)原理“增”材制造（分層制造、逐級(jí)疊加）“減”材制造（材料去除、切削、組裝）技術(shù)手段SLM、LSF等磨削、超精細(xì)切削、精細(xì)磨削與拋光等合用場(chǎng)合小批量、復(fù)雜化、輕量化、定制化、功效一體化零部件制造批量化、大規(guī)模制造，但在復(fù)雜化零部件制造方面存在局限使用材料金屬粉末、金屬絲材等（受限）幾乎全部材料（不受限）材料運(yùn)用率高，可超出95%低，材料浪費(fèi)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)周期短相對(duì)較長(zhǎng)零件尺寸精度±0.1mm（相對(duì)于傳統(tǒng)精密加工而言偏差較大）0.1-10μm（超精密加工精度甚至可達(dá)納米級(jí)）零件表面粗糙度Ra2μm-Ra10μm之間（表面光潔程度較低）Ra0.1μm下列（表面光潔度較高，甚至可達(dá)鏡面效果）由上表可知，現(xiàn)在金屬3D打印技術(shù)在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面與傳統(tǒng)的精密加工技術(shù)相比，還存在較大的差距。因此，在現(xiàn)在的技術(shù)條件下，金屬3D打印技術(shù)并不是要取代傳統(tǒng)加工制造技術(shù)，而是傳統(tǒng)加工制造技術(shù)的重要補(bǔ)充。（三）3D打印技術(shù)的發(fā)展階段3D打印的七類技術(shù)原剪發(fā)明伊始迄今始終處在穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在過去30余年的實(shí)踐中證明了其能夠分別解決不同的增材制造問題而在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中含有不可替代的技術(shù)價(jià)值和廣闊的發(fā)展空間，因此已經(jīng)成為固化下來的技術(shù)形式，同傳統(tǒng)法機(jī)械加工的車、銑、铇、磨、鉗和熱加工的鑄、鍛、焊、粉末冶金同樣，不太可能在將來消失。根據(jù)產(chǎn)業(yè)周期理論認(rèn)為，產(chǎn)業(yè)從誕生到消亡普通會(huì)經(jīng)歷導(dǎo)入期、成長(zhǎng)久、成熟期和衰退期四個(gè)階段。處在成長(zhǎng)久的產(chǎn)業(yè)體現(xiàn)為行業(yè)中的市場(chǎng)參加者逐步增多，同時(shí)，行業(yè)利潤(rùn)增加，市場(chǎng)增加率進(jìn)一步提高，技術(shù)逐步定型，市場(chǎng)壁壘增加，產(chǎn)品價(jià)格有所下降，行業(yè)原則逐步形成。3D打印產(chǎn)業(yè)整體市場(chǎng)增加率達(dá)成30%左右，技術(shù)方面逐步定型，形成以七大技術(shù)為主，多個(gè)衍生技術(shù)共存的局面，隨著行業(yè)整合的加劇，市場(chǎng)壁壘增加，增材制造設(shè)備價(jià)格有所下降，因此3D打印產(chǎn)業(yè)處在成長(zhǎng)早期。增材制造技術(shù)已經(jīng)從研發(fā)轉(zhuǎn)向了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，已在下游多個(gè)行業(yè)推廣應(yīng)用，且在應(yīng)用廣度及各自領(lǐng)域中的應(yīng)用深度不停被拓展，將來行業(yè)不存在重大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，盡管如此，增材制造的技術(shù)成熟度還不能同減材、等材等傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，仍需要從科學(xué)基礎(chǔ)、工程化應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等環(huán)節(jié)開展大量基礎(chǔ)性研究工作。同時(shí)，增材制造產(chǎn)業(yè)處在快速發(fā)展期，但應(yīng)用成本相對(duì)較高，應(yīng)用范疇相對(duì)較窄，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模相對(duì)于傳統(tǒng)制造規(guī)模仍舊較小。三、3D打印技術(shù)的應(yīng)用狀況（一）3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分布根據(jù)WohlersAssociates（）報(bào)告顯示，，增材制造重要應(yīng)用于航空航天、汽車、工業(yè)機(jī)械、消費(fèi)品/電子、醫(yī)療/牙科領(lǐng)域，上述行業(yè)在增材制造整體應(yīng)用領(lǐng)域的份額占比累計(jì)靠近80%，已經(jīng)成為航空航天等高端設(shè)備制造及修復(fù)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，逐步成為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新創(chuàng)意及個(gè)性化產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)手段以及新藥研發(fā)、臨床診療與治療的工具。其中，增材制造在航空航天、汽車領(lǐng)域的應(yīng)用占比逐年提高，分別為18.9%、16.0%，相較于分別提高了2.3個(gè)百分點(diǎn)、2.2個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)，增材制造的應(yīng)用范疇也在不停向建筑、服裝、食品等領(lǐng)域擴(kuò)展。近三年3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分析（二）航天航空及國(guó)防領(lǐng)域是金屬3D打印應(yīng)用的重要領(lǐng)域1、市場(chǎng)規(guī)模和增速根據(jù)WohlersAssociates,Inc統(tǒng)計(jì)顯示，，全球增材制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)成了73.36億美元，按照銷售規(guī)模排名，3D打印在航空航天和國(guó)防工業(yè)的應(yīng)用規(guī)模分別為18.9%和5.1%，市場(chǎng)規(guī)模分別為13.87億美元和3.74億美元。3D打印技術(shù)在航空航天的應(yīng)用規(guī)模近年來增加快速，其市場(chǎng)份額從的16.6%提高到的18.9%?，F(xiàn)在，航空航天零部件產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值規(guī)模超出1,500億美元，但3D打印應(yīng)用在其中的份額尚局限性1%，將來市場(chǎng)空間巨大。6月，空客公司搭載有增材制造部件以及拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的A350完畢了為期兩年的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)表明增材制造在實(shí)際工業(yè)上已經(jīng)呈現(xiàn)了技術(shù)可行性和將來潛力；，波音公司宣布聘任挪威金屬3D打印公司NorskTitaniumAS，負(fù)責(zé)為波音787Dreamliner飛機(jī)打印鈦合金部件，以期將每架波音787Dreamliner飛機(jī)的每架制造成本節(jié)省200～300萬(wàn)美元；美國(guó)GE公司應(yīng)用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)LEAP-1C已獲得聯(lián)邦航空局（FAA）和歐洲航空安全協(xié)會(huì)（EASA）的同意，該發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為“革命性推動(dòng)系統(tǒng)”，是由通用電氣和賽峰集團(tuán)合資的CFM公司所生產(chǎn)。12月，由中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)研制的大型客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)（CJ-1000AX），累計(jì)試車46次，實(shí)現(xiàn)100%設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)部分部件采用鉑力特3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，初步驗(yàn)證了核心機(jī)各部件及有關(guān)系統(tǒng)的性能、功效和匹配性，為后續(xù)開展進(jìn)一步研發(fā)及試制提供了有力支撐。2、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)“輕量化”、“高強(qiáng)度”、“高性能”及“復(fù)雜零件集成化”始終是航空航天零部件制造和研發(fā)的重要目的。3D打印技術(shù)所制造出來的零件能夠較好的迎合這些規(guī)定。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)重要體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：（1）縮短新型航空航天裝備及零部件的研發(fā)周期航空航天技術(shù)是國(guó)防實(shí)力的象征，世界各國(guó)之間競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。因此，各國(guó)都試圖以更快的速度研發(fā)出更新的武器裝備，使自己在國(guó)防領(lǐng)域處在不敗之地。金屬3D打印技術(shù)讓高性能金屬零部件，特別是高性能大構(gòu)造件的制造流程大為縮短，而無需研發(fā)零件制造過程中使用的模具，這將極大的縮短產(chǎn)品研發(fā)制造周期。由于航空航天設(shè)備所需要的零部件往往都是某些需要單件定制的復(fù)雜部件，如果運(yùn)用傳統(tǒng)工藝制作勢(shì)必會(huì)存在制作周期過長(zhǎng)，且成本過高的問題。而3D打印技術(shù)低成本快速成形的特點(diǎn)則能較好地彌補(bǔ)這一問題，3D打印工藝制造速度快，成形后的近形件僅需少量后續(xù)機(jī)加工，能夠明顯縮短零部件的生產(chǎn)周期，滿足對(duì)航空航天產(chǎn)品的快速響應(yīng)規(guī)定。加之該技術(shù)的高柔性、高性能靈活制造特點(diǎn)，以及對(duì)復(fù)雜零件的自由快速成形，金屬3D打印將為航空航天及國(guó)防裝備的制造提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。（2）復(fù)雜構(gòu)造設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)和航空航天、國(guó)防工業(yè)最契合的優(yōu)勢(shì)就在于其能夠輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)造件的制造，過去依靠傳統(tǒng)制造難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜幾何構(gòu)造在以靈活著稱的3D打印技術(shù)面前不再是難題，同時(shí)，3D打印工藝能夠?qū)崿F(xiàn)單一零件中材料成分的實(shí)時(shí)持續(xù)變化，使零件的不同部位含有不同成分和性能，是制造異質(zhì)材料（如功效梯度材料、復(fù)合材料等）的最佳工藝，這大幅提高了航空航天業(yè)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。特別對(duì)于工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)單薄的國(guó)家來說，3D打印技術(shù)有助于縮小其與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。（3）滿足輕量化需求，減少應(yīng)力集中，增加使用壽命減重是航空航天業(yè)最核心的問題之一，輕量化的組件能夠明顯減少飛機(jī)重量，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)造意味著減重的潛力能夠得到最大程度的激發(fā)。粗略統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)重量減少一磅，平均每年能夠節(jié)省1.1萬(wàn)加侖燃油。美國(guó)GE公司預(yù)計(jì)采用金屬直接增材制造的零件，將來可占航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的50%，使其研發(fā)的大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)每臺(tái)最少減重454kg。對(duì)于衛(wèi)星和運(yùn)載火箭來說，輕量化的意義尤為重大。金屬3D打印技術(shù)的應(yīng)用能夠優(yōu)化復(fù)雜零部件的構(gòu)造，在確保性能的前提下，將復(fù)雜構(gòu)造經(jīng)變換重新設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)樸構(gòu)造，從而起到減輕重量的效果。并且通過優(yōu)化零件構(gòu)造，能使零件的應(yīng)力呈現(xiàn)出最合理化的分布，減少疲勞裂紋產(chǎn)生的危險(xiǎn)，從而增加使用壽命。（4）提高航空航天裝備的零部件強(qiáng)度和耐用性航空航天裝備的零部件由于工作環(huán)境的特殊性普通對(duì)材料的性能和成分有著嚴(yán)格甚至苛刻的規(guī)定，大量試用多個(gè)高性能的難加工材料，而金屬3D打印技術(shù)能夠方便地加工高熔點(diǎn)、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工材料。金屬零件直接成形時(shí)的快速凝固特性可提高零件的機(jī)械性能和耐腐蝕性，與傳統(tǒng)制造工藝相比，成形零件可在不損失塑性的狀況下使強(qiáng)度得到較大提高。金屬3D打印技術(shù)能夠提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件的多項(xiàng)重要特性。美國(guó)F16戰(zhàn)機(jī)上使用3D技術(shù)制造的起落架，不僅滿足使用原則，并且平均壽命是原來的2.5倍。（4）提高材料的運(yùn)用率，減少制造成本相比傳統(tǒng)制造辦法，3D打印技術(shù)在材料運(yùn)用率方面含有無以倫比的優(yōu)勢(shì)。航空航天制造領(lǐng)域大多使用價(jià)格昂貴的戰(zhàn)略材料，例如像鈦合金、鎳基高溫合金等金屬材料。3D打印加工過程的材料運(yùn)用率較高，能夠節(jié)省制造航空航天裝備零部件所需的昂貴原材料，明顯減少制造成本。采用傳統(tǒng)的制造辦法，材料的使用率很低，而采用3D打印技術(shù)能提高材料的運(yùn)用率到60%，甚至到90%以上，從而明顯減少生產(chǎn)成本。（三）汽車工業(yè)是3D打印技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一1、市場(chǎng)規(guī)模和增速根據(jù)WohlersAssociates,Inc統(tǒng)計(jì)顯示，，3D打印在汽車工業(yè)的應(yīng)用規(guī)模占比為16%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)成11.74億美元。汽車行業(yè)由于本身規(guī)模大、研發(fā)投入多、應(yīng)用3D打印技術(shù)時(shí)間長(zhǎng)等因素，在3D打印技術(shù)應(yīng)用中占據(jù)重要位置。汽車行業(yè)巨大的市場(chǎng)規(guī)模為3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)空間。保守預(yù)計(jì)，3D打印將來即使只在每年過萬(wàn)億美元的汽車研發(fā)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)中占有很小的份額，例如1%，那其每年在汽車領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模將超百億美元。隨著現(xiàn)在3D打印技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用快速增加，出名市場(chǎng)咨詢機(jī)構(gòu)Frost&Sullivan公布了的市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告預(yù)測(cè)，汽車3D打印的市場(chǎng)規(guī)模有望于2025年達(dá)成43億美元。福特、寶馬、蘭博基尼、大眾、通用、保時(shí)捷、本田、克萊斯勒、飛馳、奧迪等幾乎全部的整車廠都在持續(xù)探索3D打印帶來的無限可能。2、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用貫穿汽車整個(gè)生命周期，涉及研發(fā)、生產(chǎn)以及使用環(huán)節(jié)。就應(yīng)用范疇來看，現(xiàn)在3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用重要集中于研發(fā)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸π栽椭圃?，在生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)相對(duì)較少。將來，3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域仍將被廣泛應(yīng)用于原型制造。隨著3D打印技術(shù)不停發(fā)展、車企對(duì)3D打印認(rèn)知度提高以及汽車行業(yè)本身發(fā)展需求，3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用將向市場(chǎng)空間更大的生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)擴(kuò)展，在最后零部件生產(chǎn)、汽車維修、汽車改裝等方面的應(yīng)用將逐步提高。（1）在研發(fā)設(shè)計(jì)方面運(yùn)用3D打印技術(shù)，能夠在數(shù)小時(shí)或數(shù)天內(nèi)制作出概念模型，由于3D打印的快速成形特性，汽車廠商能夠應(yīng)用于汽車外形設(shè)計(jì)的研發(fā)。相較傳統(tǒng)的手工制作油泥模型，3D打印能更精確地將3D設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換成實(shí)物，并且時(shí)間更短，提高汽車設(shè)計(jì)層面的生產(chǎn)效率?，F(xiàn)在許多廠商已經(jīng)在設(shè)計(jì)方面開始運(yùn)用3D打印技術(shù)，例如寶馬、飛馳設(shè)計(jì)中心。（2）在材料方面3D打印允許多樣的材料選擇，不同的機(jī)械性能以及精確的功效性原型制作，讓制造商在前期能夠隨時(shí)修正錯(cuò)誤并完善設(shè)計(jì)，使得錯(cuò)誤成本最小化。（3）在最后使用部件制造方面汽車制造商借助3D打印技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)小批量定制部件和生產(chǎn)自動(dòng)化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)形狀、中空和負(fù)拉伸等復(fù)雜幾何形狀的創(chuàng)立和制造。在傳統(tǒng)汽車制造領(lǐng)域，汽車零部件的開發(fā)往往需要長(zhǎng)時(shí)間的研發(fā)、測(cè)試。從研發(fā)到測(cè)試階段還需要制作零件模具，不僅時(shí)間長(zhǎng)，并且成本高。當(dāng)存在問題時(shí)，修正零件也需要同樣漫長(zhǎng)的周期。而3D打印技術(shù)則能快速制作造型復(fù)雜的零部件，當(dāng)測(cè)試出現(xiàn)問題時(shí)，修改3D文獻(xiàn)重新打印即可再次測(cè)試。3D打印技術(shù)讓將來汽車零部件的開發(fā)成本更低，效率更高。（四）增材制造在其它領(lǐng)域的應(yīng)用狀況1、醫(yī)療行業(yè)根據(jù)材料的發(fā)展與生物性能的差別，醫(yī)療領(lǐng)域3D打印分為兩類：非生物3D打印與生物3D打印。非生物3D打印是指運(yùn)用非生物材料和3D打印技術(shù)來打印非生物假體，非生物材料涉及塑料、樹脂、金屬、高分子復(fù)合材料等，重要應(yīng)用于齒科、骨科、醫(yī)療器械、輔助器械（術(shù)前模擬）、醫(yī)用教學(xué)等醫(yī)療領(lǐng)域。生物3D打印是基于活性生物材料、細(xì)胞組織工程、MRI與CT技術(shù)以及3D重構(gòu)技術(shù)等而進(jìn)行的活體3D打印，其目的是打印活體器官。相對(duì)于生物3D打印而言，非生物3D打印的原理相對(duì)較為簡(jiǎn)樸，所需材料也相對(duì)易得，因此在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛。非生物3D打印的產(chǎn)品大多不含有生物相容性，大多產(chǎn)品可歸于醫(yī)療器械的范疇，具體應(yīng)用在：①個(gè)性化假體的制造，可用在骨科、齒科、整形外科等；②復(fù)雜構(gòu)造以及難以加工的醫(yī)療器械制品，涉及植入物與非植入物，如多孔構(gòu)造的髖關(guān)節(jié)、模擬人體器官的醫(yī)用模型等。醫(yī)療行業(yè)始終是3D打印技術(shù)主流應(yīng)用領(lǐng)域。以口腔醫(yī)學(xué)為例，據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TransparencyMarketResearch的報(bào)告顯示，全球牙科3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)9.03億美元，2025年將達(dá)成34.41億美元，年復(fù)合增加率達(dá)成16.5%。3D打印技術(shù)含有的靈活性高、不限數(shù)量、節(jié)省成本等特點(diǎn)，能夠非常好地滿足醫(yī)學(xué)領(lǐng)域個(gè)體化、精確化醫(yī)療的需求。特別在口腔醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印對(duì)口腔材料、加工方式、醫(yī)師技能、手術(shù)形態(tài)等方方面面產(chǎn)生顛覆性影響。3D打印技術(shù)使數(shù)字化口腔醫(yī)療實(shí)現(xiàn)了從虛擬模擬到現(xiàn)實(shí)模擬的跨越，是實(shí)現(xiàn)精確醫(yī)療的重要手段。2、模具行業(yè)模具工業(yè)是全球最大的橫向產(chǎn)業(yè)，面對(duì)每個(gè)重要的垂直工業(yè)制造業(yè)。無數(shù)的產(chǎn)品都需要通過生產(chǎn)線上的刀具夾具來生產(chǎn)或是由模具來制造，模具制造涉及模制（注射、吹塑和硅膠）或鑄模（熔模、翻砂和旋壓）兩大類。CNC加工是在制造模具時(shí)最慣用的技術(shù)。即使它能夠提供高度可靠的成果，但同時(shí)也非常昂貴和費(fèi)時(shí)。因此諸多模具制造公司也開始尋找更加有效的替代方式，3D打印技術(shù)就是一種較好的替代方式。傳統(tǒng)的模具冷卻水路通過交叉鉆孔行程內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，金屬3D打印技術(shù)則突破了交叉鉆孔方式對(duì)冷卻水路設(shè)計(jì)的限制，能夠根據(jù)散熱條件靠近模具表面設(shè)立隨形水路，含有平滑的角度、更大的流量以及更高的冷卻效率。3D打印模具涵蓋了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，涉及：①模具生產(chǎn)周期縮短；②制造成本減少；③模具設(shè)計(jì)的改善為終端產(chǎn)品增加了更多的功效性如隨型水冷等；④優(yōu)化工具更符合人體工學(xué)和提高最低性能；⑤定制模具協(xié)助實(shí)現(xiàn)最后產(chǎn)品的定制化，提高注塑模具的生產(chǎn)效率以及模具壽命。3、消費(fèi)和電子產(chǎn)品行業(yè)消費(fèi)品行業(yè)涵蓋范疇較廣，重要涉及手機(jī)、電子產(chǎn)品、電腦、家電、工具和玩具等行業(yè)?，F(xiàn)在3D打印在消費(fèi)品行業(yè)的應(yīng)用重要集中在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)環(huán)節(jié)。消費(fèi)品行業(yè)含有產(chǎn)品生命周期短，更新?lián)Q代快的特性，需要持續(xù)不停的開發(fā)和投入。借助3D打印的優(yōu)勢(shì)，能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大幅削減設(shè)計(jì)成本，現(xiàn)有的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)復(fù)雜設(shè)計(jì)的模型制作，賦予設(shè)計(jì)師更多的自由，產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平大幅提高，這對(duì)于消費(fèi)品行業(yè)意義重大。另外，3D打印已經(jīng)在一定程度上解決了消費(fèi)品行業(yè)產(chǎn)品定制化大規(guī)模應(yīng)用的問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，個(gè)性化需求將持續(xù)釋放。當(dāng)大規(guī)模定制時(shí)代來臨，消費(fèi)者購(gòu)置的對(duì)象由實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)。消費(fèi)者對(duì)品牌的重視程度削弱，能否個(gè)性化定制成為消費(fèi)者的首要考慮，另首先是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和材料。數(shù)據(jù)的傳遞將替代傳統(tǒng)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)之