增材制造產(chǎn)業(yè)自皮書

目錄2目錄2目錄序言4第一章增材制造發(fā)展概述51.1增材制造技術(shù)定義5增材制造技術(shù)體系 5增材制造發(fā)展趨勢(shì) 7第二章 國內(nèi)外增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽 9增材制造的廣泛應(yīng)用 9全球增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述 12國內(nèi)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述 13國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)比 14第三章 深圳產(chǎn)業(yè)概況及發(fā)展建議 19產(chǎn)業(yè)概況 19布局方向 20目錄 3序言增材制造，以其創(chuàng)新的生產(chǎn)方式和對(duì)傳統(tǒng)工藝流程的顛覆性改變，正在全球范圍內(nèi)引領(lǐng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。在中國，以增材制造技術(shù)為代表的先進(jìn)技術(shù)，已經(jīng)成為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的關(guān)鍵抓手。隨著國家對(duì)增材制造技術(shù)的高度重視和相關(guān)政策戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，這一被譽(yù)為制造業(yè)未來的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)邁入了全新的發(fā)展階段。作為改革開放的前沿陣地和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的核心城市，深圳在增材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上展現(xiàn)了強(qiáng)勁的活力和潛力。深圳市政府積極響應(yīng)國家戰(zhàn)略，以先行示范標(biāo)準(zhǔn)大力推進(jìn)增材制造技術(shù)的研究、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，通過政策引導(dǎo)、資金支持和環(huán)境營造，吸引培育了一批增材制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)形成了具有深圳特色的產(chǎn)業(yè)集群賦能制造業(yè)高端化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型升級(jí)。由西門子(中國)有限公司與深圳國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心共同編寫的《深圳市增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，旨在全面闡述增材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)趨勢(shì)和未來前景，深入分析增材制造產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇挑戰(zhàn)，并結(jié)合深圳的實(shí)踐案例，探究增材制造與傳統(tǒng)制造的深度融合對(duì)深圳乃至全球發(fā)展的影響。通過本白皮書，我們希望能夠?yàn)檎疀Q策者、行業(yè)從業(yè)者和廣大公眾提供有價(jià)值的信息和深刻的洞見，共同推動(dòng)中國增材制造產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。1增材制造發(fā)展概述11.1增材制造技術(shù)定義.........................................................................................1.1增材制造是具有生產(chǎn)革命意義的新一代制造方式，是工業(yè)4.0的核心要件，是決定未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的12大顛覆技術(shù)之一。增材制造（AdditiveManufacturing，簡(jiǎn)稱AM），又稱為3D打印，是一種以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，將三維數(shù)字模型按設(shè)定的層厚離散為一系列二維截面，通過材料逐層堆積的方式實(shí)現(xiàn)成型的制造技術(shù)。增材技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)等材及減材制造，在輕量化、一體化、復(fù)雜化、定制化、材料利用率等方面存在一定優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在加工精度、加工效率等方面與傳統(tǒng)制造存在一定差距，因此更適用于小批量、小尺寸、高價(jià)質(zhì)量、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)及制造。1.2增材制造技術(shù)體系.........................................................................................1.2根據(jù)ISO/ASTM52900-15標(biāo)準(zhǔn)，增材制造包含7大類工藝：材料擠出（MaterialExtrusion）、光聚合（Photopolymerization）、粉末床熔合（PowderBedFusion）、材料噴射（MaterialJetting）、黏結(jié)劑噴射（BinderJetting）、片材層壓（SheetLamination）和定向能量沉積（DirectedEnergyDeposition）。金屬增材是未來產(chǎn)業(yè)化的重要方向，其主流技術(shù)路線包括粉末床熔融、定向能量沉積和黏結(jié)劑噴射三大類。粉末床熔融金屬粉末床熔融技術(shù)基于能量源的不同，主要包括選擇性激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）和電子束熔化（ElectronBeamMelting，EBM）技術(shù)。SLM的核心優(yōu)勢(shì)是精度高、表面質(zhì)量好，適用于復(fù)雜SLM更有優(yōu)勢(shì)。定向能量沉積直接能量沉積（DirectEnergyDeposition）技術(shù)，是通過高能量光束（例如激光或電子束）材料熔化或汽化，在沉積區(qū)域產(chǎn)生熔池，材料以粉末、線材或糊狀物的形式送入高溫熔區(qū)，熔化后并冷3D成型。DEDSLM技術(shù)成型效率更高，同時(shí)對(duì)粉末原材料的尺寸要求DEDCNCDEDCNC加工設(shè)備中。增材制造發(fā)展概述 5圖1.1Gartner增材制造技術(shù)成熟度曲線粘結(jié)劑噴射技術(shù)(BinderJetting)BJ對(duì)金屬粉末38umSLM金屬粉末供應(yīng)鏈選擇更多，成本更低；二BJ材料利用率較高，SLMEBM在打印過程中都需要瞬間熔化，在熱源加熱過程中，會(huì)產(chǎn)生煙塵，BJ的主要局限在于打印精度較低、樣件材料性能較差，如采用粘結(jié)劑噴射技術(shù)制作的零件性能與激光打印的18%的尺寸收縮。因此，BJ適用于成本敏感且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求略低的小批量生產(chǎn)。圖1.2不同金屬粉末增材制造技術(shù)對(duì)比分析1.3增材制造發(fā)展趨勢(shì).........................................................................................1.3從增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，高性能、高精度、高效率、低成本、更大的加工尺寸范圍和更廣泛的材料是金屬增材制造未來發(fā)展方向。增材制造的國內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)主要包括：進(jìn)一步提高打印效率，降低打印成本面掃描技術(shù)等。3C隨增材設(shè)備和打印材料技術(shù)成熟及成本降低，增材制造向價(jià)格敏感的牙科、鞋模以及3C等民用領(lǐng)域快速滲透，市場(chǎng)空間逐步釋放。近年在消費(fèi)3C領(lǐng)域3D打印鈦合金成本已低于傳統(tǒng)CNC制造，解決了無法大規(guī)模量產(chǎn)的瓶頸問題，市場(chǎng)取得快速突破。未來增材制造將在包括熱管理等領(lǐng)域有更加廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。面向不同應(yīng)用場(chǎng)景的專用設(shè)備開發(fā)當(dāng)前增材制造應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)由早期的航空航天領(lǐng)域穩(wěn)步滲透至牙科、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)打印工藝、質(zhì)量和成本等需求不同，需開發(fā)相應(yīng)專業(yè)設(shè)備以提升產(chǎn)品性價(jià)比，如面向航空航天應(yīng)用需大幅面打印設(shè)備，面向牙科和鞋模需特定專機(jī)，面向銅、鎢等材料需特定材料打印設(shè)備。增材制造與傳統(tǒng)加工制造的融合增材制造技術(shù)未來并不是要替代等材、減材等傳統(tǒng)加工方式，而是在不同工序采用復(fù)合加工等方式與傳統(tǒng)加工技術(shù)相融合，充分發(fā)揮不同加工方式的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到理想加工效果。數(shù)字孿生一體化設(shè)計(jì)仿真應(yīng)用隨著增材制造大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣，原有在航空航天等行業(yè)成本高昂的試錯(cuò)方式已不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，而結(jié)合數(shù)字孿生的一體化設(shè)計(jì)，如性能與工藝仿真數(shù)字孿生技術(shù)，可有效加速產(chǎn)品和工藝的開發(fā)、優(yōu)化和認(rèn)證流程，并減少因?yàn)樵囧e(cuò)導(dǎo)致的時(shí)間和成本消耗，實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。人工智能在線監(jiān)測(cè)和閉環(huán)控制技術(shù)為了進(jìn)一步提高打印過程的穩(wěn)定性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量，加速產(chǎn)品的認(rèn)證流程，需要通過在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)打印過程的可追溯性，通過閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的工藝優(yōu)化，進(jìn)一步提高打印產(chǎn)品的質(zhì)量。端到端增材制造自動(dòng)化控制技術(shù)增材制造技術(shù)并不是僅僅包含打印設(shè)備本身，而應(yīng)該包含前后處理在內(nèi)的全流程加工技術(shù)。例如目前SLM打印產(chǎn)品后處理過程往往占用整個(gè)產(chǎn)品成本的30~40%，所以開發(fā)包括前后處理在內(nèi)的端到端自動(dòng)化處理技術(shù)可以進(jìn)一步降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。增材制造數(shù)字化云工廠建設(shè)和智能化管理平臺(tái)基于增材制造的個(gè)性化和客制化等特點(diǎn)，面向增材制造的數(shù)字化云工廠和智能化管理平臺(tái)可以助力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的客戶定制化下單、生產(chǎn)工廠優(yōu)化選擇和零庫存管理。對(duì)打印工藝和質(zhì)量的要求進(jìn)一步提升隨著增材制造的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，目前增材制造已跨越原型件試制階段，應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到批量化生產(chǎn)中，相應(yīng)的對(duì)打印工藝和產(chǎn)品質(zhì)量提出了更多的要求，如避免打印過程的熱變形和局部過熱造成的缺陷，實(shí)現(xiàn)少支撐和無支撐打印等越來越多的成為行業(yè)的普遍要求。結(jié)合增材制造技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)增材制造作為一種新型綠色制造技術(shù)，需要通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝和管理的優(yōu)化進(jìn)一步助力國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。8 增材制造發(fā)展概述2國內(nèi)外增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽22.1增材制造的廣泛應(yīng)用......................................................................................2.1增材制造作為一種革命性的生產(chǎn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。這種技術(shù)最初在高附加值的高端制造業(yè)中得到應(yīng)用，如大型通用機(jī)械、航空航天以及醫(yī)療制造等，如今已經(jīng)成為這些行業(yè)不可或缺的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)。而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，增材制造的應(yīng)用邊界正在迅速擴(kuò)展，逐步開始在汽車制造和消費(fèi)電子等新興領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用潛力。通用機(jī)械領(lǐng)域在通用機(jī)械領(lǐng)域，增材制造技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于復(fù)雜機(jī)械部件的生產(chǎn)制造，如燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件、換熱器和液壓系統(tǒng)等。西門子、GE等國際知名企業(yè)已經(jīng)將燃?xì)廨啓C(jī)的增材制造生產(chǎn)技術(shù)引入中國，并協(xié)助構(gòu)建了核心零部件的供應(yīng)商體系，促進(jìn)了我國燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)向高端化的轉(zhuǎn)型升級(jí)。展望未來，預(yù)計(jì)到2024年中國燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)的規(guī)模將超過1000億元人民幣，其中增材制造打印的零部件價(jià)值將占到總額的5%至10%。隨著技術(shù)的引進(jìn)和國產(chǎn)化布局的深入，通用機(jī)械領(lǐng)域的增材制造市場(chǎng)前景將更加廣闊。圖2.1增材制造技術(shù)在工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備上的應(yīng)用案例航空航天領(lǐng)域在航空航天領(lǐng)域，增材制造技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富，已初步進(jìn)入批量化使用階段。利用增材制造技術(shù)加工的金屬部件已經(jīng)批量應(yīng)用于各型飛機(jī)、無人機(jī)、高推比航空發(fā)動(dòng)機(jī)、新型衛(wèi)星等國家重點(diǎn)工程。與傳統(tǒng)加工方式相比，增材制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)部件的拓?fù)錅p重優(yōu)化并提升性能，同時(shí)提高材料使用率，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜部件一體成型，縮短生產(chǎn)周期。展望未來，隨著中國航天事業(yè)的快速發(fā)展，航空航天行業(yè)的增材制造服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模也將穩(wěn)步增長，預(yù)計(jì)到2024年可達(dá)到26醫(yī)療領(lǐng)域在醫(yī)療領(lǐng)域,增材制造技術(shù)的應(yīng)用正快速增長，覆蓋了手術(shù)和診斷輔助、植入體和假肢制造、藥物研發(fā)到生物組織模型制作等多個(gè)領(lǐng)域。在手術(shù)和診斷方面，增材制造技術(shù)提供了立體直觀、可觸摸的信息，促進(jìn)了醫(yī)、工、患之間的交流，縮短了手術(shù)時(shí)間，降低了費(fèi)用，并提高了診療水平。齒科領(lǐng)域是增材制造技術(shù)較為成熟的應(yīng)用領(lǐng)域之一，特別是在制備復(fù)雜且高度定制化的高價(jià)值小型產(chǎn)品方面，如金屬牙冠，口腔支架等的制作。汽車領(lǐng)域在汽車制造領(lǐng)域，增材制造技術(shù)已逐步應(yīng)用于研發(fā)設(shè)計(jì)、夾具制造、直接零件生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。在研發(fā)設(shè)計(jì)方面，增材制造極大地縮短了研發(fā)周期并提高了設(shè)計(jì)效率，包括寶馬、奔馳在內(nèi)的車企已經(jīng)開始積極嘗試增材制造技術(shù)。在工裝夾具方面，增材制造提供了一種快速且成本效益高的生產(chǎn)方法，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速小批量工具定制，降低成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。在直接制造零件產(chǎn)品方面，目前還局限于部分高端汽車品牌。展望未來，隨著技術(shù)及成本優(yōu)勢(shì)的提升，預(yù)計(jì)增材制造技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將得到進(jìn)一步擴(kuò)展。消費(fèi)電子領(lǐng)域在消費(fèi)電子領(lǐng)域，增材制造在輕量化和一體化設(shè)計(jì)中展現(xiàn)了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。近年來，折疊屏手機(jī)逆勢(shì)增長，2022-2023年出貨量同比增長達(dá)到154%，預(yù)計(jì)未來將繼續(xù)保持高速增長，出貨量有望超過550萬臺(tái)。折疊屏手機(jī)中的鉸鏈、中框結(jié)構(gòu)往往采用鈦合金材料，在傳統(tǒng)加工方式的條件下，其加工良率遠(yuǎn)低于主流的鋁合金材料，鈦合金手機(jī)中框整體良品率約為30%-40%，鋁合金中框?yàn)?0%；加工時(shí)間約為鋁合金的3-4倍。而3D打印技術(shù)的引入有望有效提升鈦合金中框良品率，顯著降低加工時(shí)間，隨著更大規(guī)模生產(chǎn)將更具成本效益。展望未來，3D打印技術(shù)在消費(fèi)電子行業(yè)，尤其是在折疊屏手機(jī)制造中的應(yīng)用前景廣闊，預(yù)計(jì)將隨著市場(chǎng)需求的增長而進(jìn)一步擴(kuò)大其市場(chǎng)規(guī)模和影響力。圖2.2增材制造技術(shù)在消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用案例2.2全球增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述............................................................................2.2市場(chǎng)規(guī)模增材制造從原型制造向終端制造邁進(jìn)，行業(yè)進(jìn)入快速成長期。20153D打印工業(yè)化進(jìn)程的加快，增材制造技術(shù)正在從原型樣件的小批量定制化生產(chǎn)技術(shù)向零部件最終制造的批量化生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)變。根據(jù)《WohlersReport2023》，202218018.3%，已經(jīng)連續(xù)二十五年保持兩位數(shù)增速。得益于下游航空航天、模具和牙科等產(chǎn)業(yè)的旺盛需求，中國增材制造的產(chǎn)業(yè)規(guī)模從201210億元左右增長到202340030%2024-2027年我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望從400億元增長至1000億元。圖2.32019-2023年全球及中國增材制造市場(chǎng)規(guī)模及增速區(qū)域布局增材制造技術(shù)，作為催生第四次工業(yè)革命的顛覆性技術(shù)之一，已被全球先進(jìn)國家視為智能制造的關(guān)鍵技術(shù)，以美國、德國為首的世界工業(yè)強(qiáng)國紛紛將其提升至國家戰(zhàn)略層面，制定相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略和推動(dòng)措施。如美國科技政策辦公室(OSTP)發(fā)布的《先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略(NSAM)》中多次提及增材制造，并強(qiáng)調(diào)了工藝優(yōu)化、過程監(jiān)測(cè)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法、新材料開發(fā)和智能制造平臺(tái)融合的重要性。德國則通過《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》和《國家工業(yè)戰(zhàn)略2030》等規(guī)劃，明確表示大力研發(fā)金屬增材制造技術(shù)等新興先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。從全球產(chǎn)業(yè)布局看，增材制造產(chǎn)業(yè)主要集中在

圖2.42023年全球3D打印市場(chǎng)格局北美、亞太和歐洲三個(gè)地區(qū)，基本形成美歐主導(dǎo)，亞太追趕的態(tài)勢(shì)。截至2023年底3個(gè)地區(qū)累計(jì)裝機(jī)量占全球90％以上。其中北美是最大的增材制造市場(chǎng)，其3D打印設(shè)備銷售收入占全球36.14%。歐洲為第二大市場(chǎng)，其設(shè)備銷售收入占全球總增材制造收入的30.40%。亞太地區(qū)以26.41%的市場(chǎng)份額位居第三。2.3國內(nèi)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述............................................................................2.3經(jīng)過多年發(fā)展，我國的增材制造行業(yè)已經(jīng)初步建立了涵蓋3D打印材料、工藝、裝備技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。其中打印設(shè)備和服務(wù)占據(jù)增材制造行業(yè)近80%的市場(chǎng)份額。從產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量分布看，中游的金屬3D打印設(shè)備、3D打印服務(wù)及部分核心器件如振鏡盈利能力較強(qiáng)，而上游激光器和中游的非金屬3D打印設(shè)備則競(jìng)爭(zhēng)激烈，毛利率較低。我國增材制造產(chǎn)業(yè)在空間布局上初步形成以京津冀地區(qū)、長三角地區(qū)、珠三角地區(qū)為核心，中西部地區(qū)為紐帶的增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的空間格局。

圖2.52023年中國增材制造產(chǎn)業(yè)細(xì)分領(lǐng)域營收占比江蘇：銀邦股份、隆達(dá)股份、博遷新材安徽：應(yīng)流股份、楚江新材、大富科技上海：中國東航、永利股份、中洲特材廣東：邁普醫(yī)學(xué)、高樂股份、南風(fēng)股份湖南：華曙高科、藍(lán)思科技、華民股份江西：國泰集團(tuán)、悅安新材、海源復(fù)材上海：中國東航、永利股份、中洲特材廣東：邁普醫(yī)學(xué)、高樂股份、南風(fēng)股份湖南：華曙高科、藍(lán)思科技、華民股份江西：國泰集團(tuán)、悅安新材、海源復(fù)材浙江：海正生材、亞廈股份、屹通新材湖北：華工科技、華中數(shù)控、銳科激光陜西：鉑力特、寶鈦股份、斯瑞新材等山東：威高骨科、國瓷材料、凱盛新材北京：有研新材、金橙子、北礦科技等2.4

國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)比......................................................................................中國在增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已初步建立了從3D打印金屬材料、工藝、裝備技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的全鏈條技術(shù)創(chuàng)新體系，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，特別是在高性能復(fù)雜大型金屬承力構(gòu)件增材制造等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域已達(dá)到國際先進(jìn)水平，為我國航空航天、動(dòng)力能源等領(lǐng)域的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。隨著增材制造設(shè)備國產(chǎn)化水平的提升和規(guī)模效益的逐步顯現(xiàn)，中國增材制造產(chǎn)業(yè)有望在全球產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)更加重要的地位。以激光粉末床金屬3D打印機(jī)為例，鉑力特、華曙高科、易加三維等國內(nèi)代表企業(yè)已經(jīng)能夠自主研發(fā)并生產(chǎn)具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的增材制造設(shè)備和材料，其推出的一系列高性能激光粉末床金屬3D打印機(jī)設(shè)備，不僅夠打印出尺寸更大、精度更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的構(gòu)件，同時(shí)設(shè)備和原材料的綜合成本也遠(yuǎn)低于國外同類產(chǎn)品，如設(shè)備價(jià)格為進(jìn)口設(shè)備的三分之一，金屬粉末材料的成本為進(jìn)口材料的四分之一，這使得中國增材制造企業(yè)具備明顯的成本優(yōu)勢(shì)。盡管中國增材制造產(chǎn)業(yè)總體已處于國際先進(jìn)水平，但與美歐等發(fā)達(dá)國家相比，中國在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵工藝技術(shù)及高端裝備的可靠性與穩(wěn)定性上仍有差距。尤其是在高質(zhì)量激光器、電子槍、掃描振鏡等關(guān)鍵部件的研發(fā)上，中國與國際先進(jìn)水平相比尚顯不足。在科技論文與專利產(chǎn)出方面，美、日、德等國繼續(xù)保持其增材制造原創(chuàng)專利的重要地位，而中國在核心技術(shù)創(chuàng)新能力上尚需加強(qiáng)，產(chǎn)學(xué)研用的協(xié)同機(jī)制尚未有效形成。此外，中國增材制造技術(shù)的應(yīng)用范圍相對(duì)有限，主要集中在航空航天、模具和牙科等產(chǎn)業(yè)，與歐美國家相比，后者在技術(shù)和應(yīng)用方面更為均衡，且已實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的貫通。與歐美等國家相比，中國在系統(tǒng)級(jí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和規(guī)?；I(yè)應(yīng)用方面仍存在顯著差距，面對(duì)當(dāng)下的國際競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)和國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)將聚焦于技術(shù)創(chuàng)新和智能化升級(jí)，依托互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，建立集模型設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、虛擬制造（數(shù)字雙胞胎）、智能制造、產(chǎn)品性能評(píng)估為一體的一站式解決方案。同時(shí)，基于開放式數(shù)控系統(tǒng)，面向增材制造的端到端設(shè)計(jì)建造開發(fā)平臺(tái)的研發(fā)，將涵蓋從概念、設(shè)計(jì)、制造到車間操作及自動(dòng)化的所有過程，突破現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造技術(shù)瓶頸。國內(nèi)外增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽為實(shí)現(xiàn)發(fā)展水平的全面提升，中國增材制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)聚焦以下關(guān)鍵領(lǐng)域：面向增材制造的產(chǎn)品多尺度一體化正向設(shè)計(jì)面向增材制造的產(chǎn)品多尺度一體化正向設(shè)計(jì)基于正向設(shè)計(jì)思維的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)能夠徹底釋放增材制造工藝所帶來的價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝手打破了原有正向設(shè)計(jì)中工藝約束的瓶頸，從而形成顛覆式創(chuàng)新。通過探索應(yīng)用面向增材制造技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法可以為最終滿足工業(yè)化產(chǎn)品所需的高性能、低成本、快交期和可維護(hù)的目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而與之相匹配的數(shù)字化設(shè)計(jì)工作流程模板又可以為企業(yè)產(chǎn)品快速創(chuàng)新和迭代提供有效的保證。圖2.7面向增材制造的多尺度一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)NX軟件完整的端到端產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字雙胞胎技術(shù)，可以快速建立面向增材制造工藝中基于性能驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)于特定零部件服役工況，借助仿真驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，形成可部署的設(shè)計(jì)-仿真-優(yōu)化-向“功能引領(lǐng)設(shè)計(jì)”企業(yè)服務(wù)能力的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。多物理場(chǎng)多尺度協(xié)同仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)多物理場(chǎng)多尺度協(xié)同仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真驅(qū)動(dòng)的的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為正向設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，將會(huì)引領(lǐng)中國產(chǎn)品設(shè)計(jì)的革命。目前仿真工具方法已從單場(chǎng)模擬到多場(chǎng)模擬日漸成熟，但考慮到熱器件新型結(jié)構(gòu)的多尺度特性，需要建立不同不同尺度下的仿真模型以實(shí)現(xiàn)有效的優(yōu)化迭代。圖2.8增材制造的過程仿真與變形補(bǔ)充優(yōu)化基于數(shù)字孿生的增材制造端到端的過程控制基于數(shù)字孿生的增材制造端到端的過程控制為了解決增材制造的控形控性難題，國外更加強(qiáng)調(diào)通過創(chuàng)建包含打印零件、支撐結(jié)構(gòu)和粉末的打印工作臺(tái)的多尺度多物理場(chǎng)數(shù)字化雙胞胎模型，模擬整個(gè)打印工藝過程，提前預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的零可以大幅減少物理樣品打印失敗概率，同時(shí)大幅度地減少打印成本。進(jìn)一步，通過對(duì)于打印過程由于掃描路徑引起的局部過熱的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于激光路徑和工藝參數(shù)等打印策略的自動(dòng)優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)面向不同打印設(shè)備、材料和格式文件的通用優(yōu)化工具，針對(duì)具體產(chǎn)品幾何特征和激光掃描策略，通過基于自動(dòng)優(yōu)化算法的一鍵優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)選區(qū)激光熔化技術(shù)工藝的少支撐或者無支撐打印，為增材制造設(shè)計(jì)開啟了更高的自由度。結(jié)合在線監(jiān)控的增材制造閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)合在線監(jiān)控的增材制造閉環(huán)控制系統(tǒng)增材制造工藝由于本身的層層堆積的工作原理導(dǎo)致加工時(shí)間較長，通常一個(gè)部件打印時(shí)間長達(dá)幾天甚至幾周時(shí)間，增材制造過程復(fù)雜影響因素眾多，在打印過程中，諸如粉末分布不均與或者粘結(jié)劑分布不均勻、飛濺、熱能量不足以及氣孔等的存在會(huì)導(dǎo)致在每一層都出現(xiàn)缺陷而影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。為了提高增材制造技術(shù)在工業(yè)中的認(rèn)可度和進(jìn)一步的提高其應(yīng)用范圍，需要著力提高制造過程的可重復(fù)性、可控性和可追溯性。結(jié)合在線監(jiān)控的增材制造閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)合在線監(jiān)控的增材制造閉環(huán)控制系統(tǒng)增材制造工藝由于本身的層層堆積的工作原理導(dǎo)致加工時(shí)間較長，通常一個(gè)部件打印時(shí)間長達(dá)幾天甚至幾周時(shí)間，增材制造過程復(fù)雜影響因素眾多，在打印過程中，諸如粉末分布不均與或者粘結(jié)劑分布不均勻、飛濺、熱能量不足以及氣孔等的存在會(huì)導(dǎo)致在每一層都出現(xiàn)缺陷而影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。為了提高增材制造技術(shù)在工業(yè)中的認(rèn)可度和進(jìn)一步的提高其應(yīng)用范圍，需要著力提高制造過程的可重復(fù)性、可控性和可追溯性。圖2.9基于云-邊-端協(xié)同的增材制造粉末床在線監(jiān)控技術(shù)并結(jié)合人工智能等方式提高對(duì)異常行為、現(xiàn)象的識(shí)別和分類能力實(shí)現(xiàn)打印過程的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，助于減少和免除在構(gòu)建后進(jìn)行的檢測(cè)或破壞性測(cè)試，確保增材制造的產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定度。面向工業(yè)化應(yīng)用的增材制造智能管理面向工業(yè)化應(yīng)用的增材制造智能管理基于增材制造從定制化到小規(guī)模、批產(chǎn)化的需求轉(zhuǎn)變，特別涉及到民用年產(chǎn)百萬件級(jí)別的應(yīng)用，即低成本、高效率和一致性成為關(guān)鍵的考慮因素。在硬件方面，除了打印設(shè)備本身外，更重要的（例如自動(dòng)化清粉和去支撐技術(shù)等通過工業(yè)軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)增材制造端到端的全流程管理，結(jié)合云制造、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)4.0的智能集成系統(tǒng)，大力促進(jìn)增材制造的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。圖2.10增材制造的數(shù)字化管理面向全生命周期的綠色制造面向全生命周期的綠色制造增材制造技術(shù)通過減少產(chǎn)品所需材料和降低能源消耗,避免了有害的輔助工藝，具有良好的環(huán)境特性。結(jié)合增材制造的一體化設(shè)計(jì)，可以提供產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)與制造一體化集成應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)按照綠色設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)方法，采用模塊化、仿真化、集成化和高可靠性等綠色設(shè)計(jì)工具，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行綠色再設(shè)計(jì)、對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)、對(duì)服務(wù)模式進(jìn)行綠色優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)拉動(dòng)綠色制造工藝技術(shù)一體化提升，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期資源能源消耗和環(huán)境負(fù)荷最小的目標(biāo)。通過綜合考慮從合金材料選擇、粉末材料制備、打印過程、后處理、粉末回收以及產(chǎn)品使用和回收處理等增材制造產(chǎn)品全生命周期過程所涉及的環(huán)境影響，結(jié)合全生命周期評(píng)價(jià)模型（LCA）綜合評(píng)價(jià)增材制造技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)工藝對(duì)于環(huán)境影響，特別是節(jié)能減排的貢獻(xiàn)。進(jìn)一步結(jié)合增材制造的一體化設(shè)計(jì)和增材制造工藝數(shù)字化雙胞胎仿真技術(shù)，通過設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化，減少產(chǎn)品加工過程中的原材料、能源和保護(hù)氣體的使用量，同時(shí)通過產(chǎn)品性能優(yōu)化提高產(chǎn)品綜合性能減少使用過程中的能源消耗?；跀?shù)字化的快速認(rèn)證基于數(shù)字化的快速認(rèn)證通過模擬與仿真計(jì)算技術(shù)，研究打印凝固物理過程中瞬態(tài)溫度場(chǎng)、熔池幾何結(jié)構(gòu)、冷卻速率等參數(shù)的分布，建立增材制造數(shù)字雙胞胎模型，建立打印工藝參數(shù)和產(chǎn)品微觀組織結(jié)構(gòu)，微觀組織和材料特性，材料特性和產(chǎn)品性能等直接的關(guān)系，用數(shù)字世界的模擬實(shí)驗(yàn)將取代物理實(shí)驗(yàn)，大大節(jié)約所需時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。圖2.11增材制造的全生命周期管理與評(píng)估結(jié)合在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)和仿真過程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，建立起包括材料數(shù)據(jù)、過程參數(shù)、測(cè)試數(shù)據(jù)和產(chǎn)品認(rèn)證數(shù)據(jù)等基于產(chǎn)品全生命周期的增材制造材料數(shù)據(jù)庫?；跀?shù)據(jù)庫開發(fā)數(shù)據(jù)挖掘及數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，并開發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的材料微觀組織定量化工具，建立起基于理論模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的雙認(rèn)證主線，以實(shí)現(xiàn)增材制造全生命周期的快速認(rèn)證技術(shù)，為不同環(huán)節(jié)的工程師提供簡(jiǎn)潔有效的數(shù)據(jù)和應(yīng)用工具，以加速產(chǎn)品的認(rèn)證。3深圳產(chǎn)業(yè)概況及發(fā)展建議33.13.1在增材制造研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化等方面深圳已初步形成建模系統(tǒng)材料設(shè)備應(yīng)用服務(wù)的增材制造全產(chǎn)業(yè)鏈形成了一定的產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)形成了以維示泰克、光華偉業(yè)為代表的增材制造材料研發(fā)企業(yè)，以光韻達(dá)、創(chuàng)想三維、縱維立方、摩方較好地為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供了源頭技術(shù)保障。在組織建設(shè)方面，深圳建立了以行業(yè)協(xié)會(huì)為紐帶，以創(chuàng)新載體為依托的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)20143D打印協(xié)會(huì)，并陸續(xù)建設(shè)了廣東省先進(jìn)激光制造粉末材料與裝備工程技術(shù)研究3D借助省、市企業(yè)技術(shù)中心等創(chuàng)新平臺(tái)，積極探索建設(shè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、教育培訓(xùn)中心、推廣應(yīng)用中心等，加強(qiáng)各行業(yè)在增材制造關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)與應(yīng)用推廣的合作。在產(chǎn)業(yè)政策方面，深圳市將增材制造列為高端制造產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，接連頒布多項(xiàng)專項(xiàng)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃深圳先后發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加快發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)實(shí)施方案的通知》《深圳市培育發(fā)展激光與增材制造產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)計(jì)劃（2022-2025年）》及《深圳市關(guān)于推動(dòng)工業(yè)母機(jī)、智能機(jī)器人、激光與增材制造、精密儀器設(shè)備四個(gè)產(chǎn)業(yè)集群高質(zhì)量發(fā)展的若干措施》，提出加快推動(dòng)增材制造等先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)形成覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料、關(guān)鍵部件、裝備及應(yīng)用等環(huán)節(jié)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，有力支撐高端制造和精密制造，持續(xù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。在人才培育方面，近年來深圳市加大高端裝備制造學(xué)科建設(shè)力度(深圳(深圳）、中山大學(xué)深圳校區(qū)、清華大學(xué)深圳國際研究生院紛紛開設(shè)激光與增材制造相關(guān)學(xué)科專業(yè)。雖然近年來布局了一批相關(guān)學(xué)科，但總體上來說，高端裝備制造領(lǐng)域仍是我市高校學(xué)科發(fā)展較為薄弱的環(huán)節(jié)，學(xué)科發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)發(fā)展不相適應(yīng)，在工業(yè)母機(jī)、激光與增材制造、精密儀器設(shè)備領(lǐng)域布局的學(xué)科數(shù)量偏少。3.23.2在加快建設(shè)國際科技、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心的進(jìn)程中，深圳正啟動(dòng)新一輪創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略布局。深圳制造業(yè)以創(chuàng)新變革為主特征，政策端不斷著力推動(dòng)創(chuàng)新生態(tài)再優(yōu)化、創(chuàng)新能力再突破、創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)再升級(jí)。在創(chuàng)新推動(dòng)發(fā)展的大環(huán)境下，深圳為提升高端制造、精密制造、智能制造水平，大力支持制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)，推動(dòng)傳統(tǒng)制造迅速轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。增材制造作為傳統(tǒng)制造向智能制造轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)之一，在一定程度上改變了傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)模式，推動(dòng)著傳統(tǒng)制造業(yè)加快向智能化、高效化方向轉(zhuǎn)變。深圳市制造業(yè)產(chǎn)業(yè)分布特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面深圳市制造業(yè)產(chǎn)業(yè)分布特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：以汽車電子信息、生物醫(yī)藥、新材料、高端裝備制造等為主要產(chǎn)業(yè)，形成了一批高端產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)以小型企業(yè)為主，大量的中小企業(yè)在制造業(yè)中占據(jù)著重要地位以高新技術(shù)為支撐，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)速度較快深圳產(chǎn)業(yè)概況及發(fā)展建議深圳產(chǎn)業(yè)概況及發(fā)展建議深圳產(chǎn)業(yè)概況及發(fā)展建議基于深圳市制造業(yè)產(chǎn)業(yè)分布特點(diǎn)，增材制造技術(shù)可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用和發(fā)展：高端裝備制造領(lǐng)域應(yīng)用深圳的高端裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，增材制造技術(shù)可以為高端裝備制造提供高精度、高效率的零部件制造服務(wù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和制造效率。以模汽車、電機(jī)、電器、儀表、家電和通訊領(lǐng)域中，中國、美國、日本、德國、韓國、意大利六國為全球主要的注塑模具和沖壓模具生產(chǎn)國，其中，中國的模具產(chǎn)值為世界之最。但目前模具行業(yè)隨著國際競(jìng)爭(zhēng)加劇和市場(chǎng)全球化，產(chǎn)品迭代加快，多品種、小批量、復(fù)雜結(jié)構(gòu)成為模具行業(yè)的主要方式，這要求制造商要不斷縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，降低制造成本，提高使用效率。

圖3.1基于增材制造技術(shù)的隨形冷卻模具類產(chǎn)品增材制造技術(shù)能夠有效解決傳統(tǒng)模具制造過程中所遇到的復(fù)雜難加工零件問題，如內(nèi)腔、導(dǎo)向槽等，從而實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜、精細(xì)的模具結(jié)構(gòu)；結(jié)合增材制造技術(shù)在模具類產(chǎn)品中最直接顯著的應(yīng)用即是隨形冷卻流道的一體制造，如下圖3.1所示。隨形冷卻技術(shù)是通過內(nèi)部設(shè)置隨形冷卻通道，從而實(shí)現(xiàn)更加均勻、快速的冷卻。增材制造方式可以使冷卻通道擺脫傳統(tǒng)交叉鉆孔的限制，讓內(nèi)部冷卻流道更靠近模具的表面，并有平滑過渡，從而實(shí)現(xiàn)更高的冷卻效率和更低的流動(dòng)壓阻。生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用深圳的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，增材制造技術(shù)可以為生物