《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡報》2024年第04期（總第056期）

本期關注TCTAsia2024“+”57日-593D打印盛會，第3D（TCTAsia2024）在上海國家會展中心正式落下帷幕。此次盛會匯集了全球400多家展商，覆蓋增材制造產(chǎn)業(yè)鏈從設計至成品的完整流展會現(xiàn)場，鉑力特、華曙高科、西門子、惠普等業(yè)內(nèi)知名企業(yè)集體亮相，來自海內(nèi)外的參展者齊聚一堂，“入門”“出?！背蔀?024年的展會亮點。隨著國產(chǎn)增材制造設備不斷迭代升級并向各個細分市3D數(shù)字化模型或模型庫下載數(shù)據(jù)，打印任意樣式的3D產(chǎn)品。增材制造可以幫助人們以更快的速度和更低的價格，將頭腦中的想法變?yōu)楝F(xiàn)實。在C端消費群體中，工業(yè)設計師、手工愛好者、數(shù)碼極客玩家等人群很熱衷購買入門級的增材制造設備。越來越多消費者開始追求個性化的產(chǎn)品體驗，帶動了對增材制造的多元化需求。目前，自行車座椅、鞋墊、眼鏡框、運動護具、耳機等產(chǎn)品均可以通過增材制造實現(xiàn)個性化定制。入門級增材制造設備已經(jīng)不是業(yè)余愛好者和普通消費者的專利，在齒科、汽車、醫(yī)療保健、航空航天、珠寶和消費品等領域，許多專業(yè)人士意識到，可以以更加實惠的價格，獲得類似的功能服務，另一方面，數(shù)字化浪潮推動了設備出貨量增加。在數(shù)字化時代，數(shù)據(jù)在增材制造中的作用越來越重要，更多企業(yè)通過對相關數(shù)據(jù)的收集與使用，滿足人們多種多樣的打印需求。華曙高科鉑力特等公司展示了其增材制造設備在航天航空、汽車、醫(yī)療等領域的前沿應用。目前，3D35589.2%；出61.5368.7%。SLM、SLSSLS尼龍30多個國家，銷售規(guī)鉑力特旗下鉑力特（歐洲有2023年正式啟用，陸續(xù)開展海外業(yè)務。該公司分別與韓國LincsolutionORIXRentec及波蘭CadXpert、RusselSmith簽署代理商協(xié)議，并將分別在市場應用開發(fā)、設備銷售、材料銷售及技術咨詢等方面開展合作，標志著公司向國際化發(fā)展邁出重要步伐。目前，鉑力特的產(chǎn)創(chuàng)想三維Bambu拓竹科技智能派等Apple（來源：中國證券報）政策追蹤（以下簡稱2027202325%90%、75%，工業(yè)大省大圖1通知文件《方案》指出，推廣應用智能制造裝備。以生產(chǎn)作業(yè)、40.6%國家統(tǒng)計局于4月16日公布我國一季度經(jīng)濟增長數(shù)據(jù)。2024年一季度，全國規(guī)模以上工業(yè)增加值同比增長6.1%，其中增材制造裝備產(chǎn)量同比分別增長40.6%。桌面型增材制造裝備預計是一季度產(chǎn)量增長的主要驅(qū)FDMDLP技術固有表現(xiàn)（如打印速度慢、色彩單一等）的積極態(tài)度。總的來說，這一增長或是由政策支持、技術創(chuàng)新以及市場需求等多方面因素共同推動的結(jié)果。圖2通知文件技術進展研究成果以題為“3Dprintedcross-scalestructuredTS-1catalystsforcontinuousscale-upreactions”發(fā)表在增材制造頂級期刊《AdditiveManufacturing》上。圖3 發(fā)表截圖結(jié)構化陶瓷催化劑和反應器由于具有優(yōu)異的過程強化的制備工藝限制了整體式陶瓷催化劑多層級結(jié)構的可設計隊創(chuàng)新建立了3D打印功能梯度模塊化整體式鈦硅分子篩TS-1催化劑（FGMMC）的跨尺度構效機制，提出化學反應nm級材料孔隙、μm級工藝孔隙和mm氧化催化。探究了不同TS-1含量和晶胞尺寸的均一、梯度結(jié)構對模塊化整體式TS-1催化劑（MMC）催化性能的影響。在乙烯一步氧化為乙二醇（EG）的放大反應中，F(xiàn)GMMC表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)粉末、小球和均一結(jié)構催化劑的催化效率。經(jīng)過長周期連續(xù)放大催化試驗，F(xiàn)GMMC表現(xiàn)出優(yōu)異的磨耗性（1.39%的質(zhì)量損失EG37%。這項工作提供了一種整體式陶瓷催化劑低成本、大尺寸、快速高效的制造方法，通過3D打印實現(xiàn)催化劑和反應器的結(jié)構-圖4 3D打印功能梯度結(jié)構陶瓷催化劑與典型應用受骨骼、貝殼和竹子等天然多孔材料的啟發(fā)，制造具有功能梯度結(jié)構化催化劑可定制比表面積和多層級結(jié)構，精確控制活性位點的分布，匹配傳質(zhì)和反應時間，實現(xiàn)反應過程強化?，F(xiàn)有研究難以實現(xiàn)催化劑和反應器的功能集成制造，功能梯度結(jié)構與催化性能之間的構效機制仍缺乏研究。增材制造技術可快速制造復雜功能梯度結(jié)構，打破傳統(tǒng)工藝對設計、制造自由度的限制。3D打印結(jié)構化陶瓷催化劑在碳吸3D現(xiàn)有反應器的結(jié)構，3DFGMMC可以調(diào)節(jié)納米級材該研究團隊采用自研的遠端氣動-近端螺桿的多自由度3D200mm/s3DMMC的三MMC3D打印速度，選擇超材料木堆結(jié)構作為MMC的基本結(jié)構單胞，調(diào)控壁厚（D）（L）（H）等孔道結(jié)構參數(shù)設計不同結(jié)MMC，保持相同的設計域以確保一致的外部尺寸（39.6mm32mm803D@A3.15–0TS-1MMCTS-130wt%60和孔徑有影響；MMC170290m2/g。TS-1含量的變化調(diào)控了納米孔徑的分布，主要分布在1.29nm17.63nmwt%TS-1MMC的微孔孔徑分布占0.57%，60wt%TS-10.44%。MMC9.06nm、77.10nm和2.06μm處具有多層級孔隙分布，其中孔隙占比分別為1.12%、10.26%和88.62%。圖5 具有不同TS-1含量的3D打印MMC的物理性能表征CFD和氣液傳質(zhì)理論對乙烯一步氧EG催化反應進行模擬仿真，得到模塊化整體式TS-1催化劑的孔道結(jié)構與催化反應效率的關系?？紤]nm和μmMMC多孔介質(zhì)孔隙率帶入模型計算。根據(jù)MMC二維截面、三維整體結(jié)構的催化反應模擬模型，對應于MMC-S、MMC-MMMC-LFGMMC-SL和FGMMC-LS6秒時，F(xiàn)GMMC-SLEG量最大，EG的質(zhì)量分數(shù)為24×1?1C-L產(chǎn)生的G質(zhì)量分數(shù)僅為×1?1，不同結(jié)構模擬催化反應效率排序如下：FGMMC-SL>MMC-S>MMC-M>FGMMC-LS>MMC-LS1含量從40wt%增加到50wt%S-150wt%50wt%TS-1整體式催化劑作為主要研究對象。TS-1粉末、小球和整體式陶瓷催化劑進行連續(xù)放大催化反應。與間歇反應結(jié)果一致，F(xiàn)GMMC-SL結(jié)構催化劑的催化效率最高，Y(EG)=75.2%，S(EG90.4%，X(H2O299.4%，U(H2O275.7%416小時達到最高反應效率（U(H2O2)=99.3%X(H2O2)=97.3%，Y(EG)=96.6%，S(EG91.1%）3EG選擇劑暴露出更多的活性位點。3D打印功能梯度結(jié)構催化劑提到μm的可控孔隙結(jié)構，實現(xiàn)了基于化學場驅(qū)動的宏微圖6不同結(jié)構對連續(xù)放大反應性能的影響20173D打印多孔陶瓷催化劑跨尺度TOP3D打印實現(xiàn)催化劑和反應器的結(jié)構-整體式催化劑/微反應器的形性調(diào)控與制造提供了理論指導（二）NicolaElvassore團隊在NatureBiomedicalengineeringIntravitalthree-dimensionalbioprinting”的文章，提出了一種活體生物HCC通過生物正交850nm如圖所示，他們選擇香豆素衍生物作為光敏交聯(lián)基團（HCC）圖7 用于活體生物3D打印的可注射HCC共軛聚合物合成原理HCC獨HCC聚合物溶液的紅3D3D水凝膠。3DHCC聚合物溶液暴露于聚焦脈沖近紅外激光（λ=850nm）中。結(jié)果表3D水凝膠不會明顯改變總體肌纖維3D打印。最后作者研究了該方法在生HCC明膠溶液中負載纖維細胞和3D生物打印成。圖8負載細胞的3D生物打印3D3D（來源：/articles/s41551-020-0568-z）系統(tǒng)中廣泛使用針對這種不足提高設備運動自由度以直接成形空間曲面特征是一種有效的改進策略多自由度運動允許沿任意所需方向鋪排連續(xù)纖維復材，可以充分利用其力學各向異性，實現(xiàn)構件性能的顯著提升擴展結(jié)構工藝性能設計空間。南方科技大學熊異助理教授團隊開發(fā)了一套基于機器人輔助的連續(xù)纖維復材共形增材制造系統(tǒng)，并展示了CFRP-AM的全新范式及其巨大潛能。相關研究成果“Robot-assistedconformal additive manufacturing for continuousfibre-reinforcedgrid-stiffenedshellandPhysicalPrototyping。圖9 期刊發(fā)表針對現(xiàn)有基于三軸運動平臺CFRP-AM系統(tǒng)的不足，該6軸協(xié)作機器人所具有的空間運動能力實現(xiàn)連續(xù)纖圖10 機器人輔助CFRP-AM系統(tǒng)及工藝原理器和預制打印基板進行了精確校準以確保較高的打印質(zhì)量圖11 機器人輔助CFRP-AM系統(tǒng)工作框架為充分使用機器人輔助共形CFRP-AM系統(tǒng)，該團隊開發(fā)了基于曲面映射的共形路徑規(guī)劃方法并生成了多種打印路徑驗證該方法的有效性。該方法首先根據(jù)用戶輸入關鍵結(jié)充圖案，如Zigzag系則可進一步將這些平面填充路徑轉(zhuǎn)換為三維曲面共形路基于曲面映射的方法不僅通過曲面映射實現(xiàn)了降維計算進而降低了計算復雜度，還可以實現(xiàn)同時滿足不同幾何特圖12 (a)基于曲面映射的共形路徑生成方法工作流程；(b)曲面映射原理；(c)基于等距映射路徑生成案例；(d)基于共形映射路徑生成案例圖13 具有不同加強筋設計制造樣品±45°及其壓縮性能制造樣品，（b）樣品壓縮過程力-位移曲線，（c）壓縮峰值力及壓縮剛度CFRP-AM系統(tǒng)用于復材增材CFRP-AM系統(tǒng)及其工作流程通過選擇性空間鋪排連續(xù)纖200%。此外，該團隊展示了多自由度運動所帶來多樣化打印路徑和設計結(jié)構特征對于擴大結(jié)構性能設計空間（Zigzag和輪廓偏置的殼體打印路徑（即不同角度的加強筋制造的（來源：/10.1080/17452759.2023.2203695）行業(yè)動態(tài)20學學會泌尿和腎病分會以及中國職工技術協(xié)會增材制造專業(yè)委員會，共同舉辦了一場主題為“《裝備強國》系列活動——“敲門行動”企業(yè)行暨增材制造技術賦能醫(yī)療領域應用”的交流對接活動。圖14 增材制造技術賦能醫(yī)療領域應用本次活動旨在搭建一個增材制造產(chǎn)業(yè)與醫(yī)療的交流促進平臺，匯聚醫(yī)療領域的專家學者和增材制造技術的企業(yè)精科領域解決盆底肌功能性障礙的個性化子宮托材質(zhì)舒適度及抗炎性提升，骨科領域關節(jié)、脊柱翻修并承載載藥功能、實現(xiàn)藥械合一，外科領域膀胱材質(zhì)選擇使其兼具韌性與可降學者和增材制造技術的企業(yè)精英提供了一個深入交流的平“敲門行動”（2024年“增材制造區(qū)域服務中心評價”等活動。2024 4D2024中關村論壇年會在北京舉行，本屆主題為“創(chuàng)新：建設更加美好的世界”，吸引了全球科技界的矚目。圖15 央視報道4D4D打印是3DRheobot4D打印技術創(chuàng)新團隊由北京交通大學、中國勞動關系學打印與軟體機器人技術的團隊。4D打印技術的引入將使得未來的增材制造技術更加具有智能化和科技感，為人們的生產(chǎn)和生活帶來更多可能性和4D打印制造出能夠4D打印技4D打印技20274D打49.93億美元。3DFreemelt與瑞典國防和安全（Saab（SaabBofors是薩博集團的子公司，專門生產(chǎn)導彈系統(tǒng)和反坦克系統(tǒng)等軍用物資。圖16 薩博博福斯動力公司專門生產(chǎn)導彈系統(tǒng)和反坦克系統(tǒng)等軍用物資Freemelt專注于金屬增材制造技術，它們的市場服務范Freemelt在金屬圖17專為材料研發(fā)設計的3D打印機FreemeltONE產(chǎn)品，并建立基于增材制造的本地創(chuàng)新制造能力，F(xiàn)reemelt和薩博展開了雙方的首個合作項目。在該項目中，F(xiàn)reemelt3D打印機FreemeltONE為基礎，針對國防應用進行可行性研究。GUCCI將于米蘭設計周期間（41621日）在GUCCICub3dGUCCI3D打印機內(nèi)部。圖18 GUCCI官網(wǎng)圖GUCCI將其傳統(tǒng)工藝與尖端技術相結(jié)合Cubd」（SLS）由Demetra制成，這是GUCCI70%的耐用性。鞋面使用的額外材料含有100%的再生聚酯，內(nèi)部88%的再生聚酯和由無金屬或無鉻鞣制工藝打造的皮革。該運動鞋，限量20典型應用15412130噸級可15次點火起動，3900秒，重復試驗次數(shù)突破我國液體火箭主發(fā)動機試驗次數(shù)紀錄，為后續(xù)我國可重復使用運載火箭首飛奠定了基礎。130噸級可重復使用液氧煤油發(fā)動機柔性化試驗能力。700 PEEK/3D打印領域，國外企業(yè)的創(chuàng)新實踐-ArcomedLab，大膽應用中國品牌3DPEEK（聚醚醚酮）植入物，PEEK3D打印機在國外醫(yī)療領域得到批量臨床應用，在國內(nèi)應用卻還比較不容易。便宜、個性化的治療方式在臨床上獲得了巨大的成功，再次證明了增材制造在醫(yī)療領域?qū)⒋笥凶鳛椤?0244月，專門從事生物醫(yī)學增材制造的智利-北美ArcomedLabPEEK3D已經(jīng)在拉丁美洲（包括智利、秘魯、哥倫比亞和墨西哥）擁有超700個成功案例，不斷革新醫(yī)療保健行業(yè)。圖19 打印的PEEK骨科植入物，使用來自中國高性能聚合物3D打印機龍頭廠商——遠鑄智能INTAMSYS的FUNMATHT3D打印機，腔室可達90℃，擠出噴頭可達450℃，支持PEKK和PEEK-CF、PEKK-CF等高性能耗材圖20 遠鑄智能高性能3D打印機支持大量高性能材料的打印植入物使用PEEK（聚醚醚酮）打印：孔隙度和幾何形狀被完美復制與肌肉和皮膚等軟組織的生物相容作用射線檢查無失真可以進行生物活化具有與人骨相似的生物惰性和生物力學特性如果出現(xiàn)并發(fā)癥，可以輕松移除并重新安裝到位產(chǎn)生的廢物更少ArcomedLab作為與學術界合作的平臺，提供專業(yè)培訓和進入專業(yè)生物醫(yī)學增材制造實驗室的機會。ArcomedLab成功的核心在于位于智利的先進設施，擁有專門的潔凈室，用于在高度控