增材制造技术的未来趋势如何?

王磊,卢秉恒
2023-10-17

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当前,以增材制造(亦称 3D 打印)为代表的新制造技术,其基础研究、关键技术、产业孵化等都在快速发展。增材制造技术完全改变了产品的设计制造过程,被视为诸多领域科技创新的加速器、支撑制造业创新发展的关键基础技术;进一步改变了产品的生产模式,驱动定制化、个性化、分布式制造;通过云制造并与大数据技术结合,加快传统制造升级,实现制造的个性化、智能化、社会化;对制造业起到巨大的推动和颠覆性变革作用,助推航空、航天、能源、国防、汽车、生物医疗等领域核心制造技术的突破和跨越式发展 [1]


增材制造的技术与产业研究是国内外热点课题。美国麦肯锡咨询公司认为增材制造是决定2025年经济发展的12大颠覆技术之一,发布的《增材制造发展的主流化》探讨了增材制造40年发展历程,作出了增材制造将成为主流制造技术的判断。中国工程院战略性新兴产业项目组近年来持续关注增材制造产业发展动态,研讨了面向十四五时期及中长期的增材制造产业路线图 [2]。有研究指出,增材制造技术作为面向材料的制造技术,在聚合物、金属、陶瓷、玻璃、复合材料中仍普遍存在打印精度、打印尺度、打印速度难以兼顾的矛盾 [3];在比较分析国内外增材制造产业的发展概况、宏观策略、典型应用的基础上,探讨了增材制造相关的标准体系、人才培育、行业趋势等 [4]。世界经济论坛等机构联合发布了《增材制造突破:可扩展化与克服关键挑战的操作指南》,认为未来103D打印的工业部件将大规模用于生产制造,阐述了新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情防控与增材制造技术应用的关联性。

我国制造业面临着复杂的国际合作形势和激烈的产业竞争态势,高端装备制造产业发展难以避免地受到干扰,前沿技术与工程的自主发展面临潜在挑战;在进行高质量发展转型的过程中,需要坚定实施制造强国战略 [5]。需要注意到,尽管我国制造业对于以增材制造为代表的新制造技术推广应用具有较高的热度,但增材制造技术与产业相比世界先进水平仍有差距;国内多数制造企业还处于接触增材制造技术、开展探索应用阶段,没有达到全面掌握、转化应用、创造增量价值的目标;结合国情开展的增材制造技术规划与产业发展研究也不够深入和充分。针对于此,本文力求全面梳理增材制造技术与产业进展,剖析当前发展存在的问题,突出生物医药与医疗器械、大型高性能复杂构件、空间增材制造、结构创新与新材料发明等重点方向,以期为我国增材制造领域的技术攻关、产业升级、宏观策略等研究提供基础参考。


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