增材制造D打印國內(nèi)外發(fā)展狀況

1、增材制造（ 3D打印）技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展狀況-西安交通大學(xué)先進制造技術(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)計數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(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 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）、 “實體自由制造 ”

2、（ Solid Free-form Fabrication）、 “3D打印技術(shù) ”（3D Printing ）等。名稱各異的叫法分別從不同側(cè)面表達了該制造技術(shù)的特點。美國材料與試驗協(xié)會 (ASTM)F42 國際委員會對增材制造和 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， 3D 打印是指相對價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

3、數(shù)據(jù)在一臺設(shè)備上可快速而精確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實現(xiàn)“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， 在各個領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用， 如在消費電子產(chǎn)品、 汽車、航天航空、醫(yī)療、軍工、地理信息、藝術(shù)設(shè)計等。增材制造的特點是單件或小批量的快速制造，這一技術(shù)特點決定了增材制造在產(chǎn)品創(chuàng)新中具有顯著的作用。美國時代周刊將增材

4、制造列為 “美國十大增長最快的工業(yè) ”，英國經(jīng)濟學(xué)人雜志則認為它將 “與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命 ”，認為該技術(shù)改變未來生產(chǎn)與生活模式， 實現(xiàn)社會化制造， 每個人都可以成為一個工廠，它將改變制造商品的方式， 并改變世界的經(jīng)濟格局， 進而改變?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)計劃，向美國國會提出 “制造創(chuàng)新國家網(wǎng)絡(luò) ” (NNMI)，計劃投資 10 億美元重振美國制造業(yè)計劃。其目的在奪回制造業(yè)霸主地位， 要以一半的時間和費用完成產(chǎn)品開發(fā)， 實現(xiàn)在美國設(shè)計在美國制造， 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。為此，奧

5、巴馬政府啟動首個項目 “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)會在 2012年度報告中，對各行業(yè)的應(yīng)用情況進行了分析。 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 3

6、0.7%，其發(fā)展特點是服務(wù)與設(shè)備對半。在應(yīng)用方面消費商品和電子領(lǐng)域仍占主導(dǎo)地位，但是比例從23.7 %降低到 20.6 %；機動車領(lǐng)域從 19.1 %降低到17.9 %；研究機構(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)域為 12.9 %；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)濟活力與創(chuàng)新能力。自 1988 2011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%，

7、中國占 8.6%。預(yù)計 2012年將增長 25%至 21.4億美元，2019年將達到 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)性能制約了實現(xiàn)技術(shù)。例如，在成形材料上， 目前主要是有機高分子材料，金屬材料直接成形是近十多年的研究熱點，正在逐漸向工業(yè)應(yīng)用， 難點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 80年代美國出現(xiàn)第一臺商用光固化成形機后，在至今近三十年時間內(nèi)得到了快速發(fā)展。較成熟的技術(shù)主要有以下

8、四種方法：光固化成形（ Stereolithography，SL）、疊層實體制造（ Laminated Object Manufacturing，LOM ）、選擇性激光燒結(jié) （ Selective Laser Melting，SLS）、熔絲沉積成形（ FusedDeposition Modeling， FDM ）。疊層實體制造設(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行逐點掃描， 被掃描的區(qū)域固化形成零件的一個薄層。 當一層固化后， 工作臺下移一個層厚， 在固化好的樹脂表面澆注一層新的液態(tài)樹脂

9、， 并利用刮板將樹脂刮平，然后進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 工藝的特點是精度高、表面質(zhì)量好，能制造形狀復(fù)雜、特別精細的零件，不足是設(shè)備和材料昂貴，制造過程中需要設(shè)計支撐，加工環(huán)境氣味重等問題。2.LOM 的層面信息通過每一層的輪廓來表示，激光掃描器的動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。3.SLS工藝利用高能量激光束在粉末層表面按照截面掃描，粉末被燒結(jié)相互連接，形成一定形狀的截面。當一層截面燒結(jié)完后，工作臺下降一層厚度，鋪上一層新的粉末

10、，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體。 SLS 的特點是成形材料廣泛，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)需要價格較為昂貴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到熔融狀態(tài)。 由計算機控制噴頭移動， 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，形成塑料三維實體。 FDM 無需價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，

11、并且成形精度相對較低，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

12、EBM 可制造復(fù)雜精細金屬零件。LENS 技術(shù)在惰性氣體保護之下， 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、鎢合金等半精化的毛坯，性能達到甚至超過鍛件，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

13、斑聚焦到幾十 m到幾百 m。 SLM 制造的金屬零件接近全致密，強度達鍛件水平，精度可達 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)備正常工作，這使得 EBM 整機復(fù)雜度增大。電子束為熱源， 金屬材料對其幾乎沒有反射， 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， 增加了熔池之間、 層與層之間的冶金結(jié)合強度。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

14、；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長一段時間，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展。3DP的工作方式類似于桌面打印機。核心部分為若干細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

15、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， 進而固化并與上一層粘結(jié)在一起；如此反復(fù)，直至實體制件成形完畢為止。當成形材料為粉末時，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； 工作臺下降一個層厚， 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)，同時與上一層制件實體粘結(jié)為一體；如此反復(fù)，直至制件成

16、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)用場合。 但是，該技術(shù)成形零件大多需要進行后處理，以增加零件強度，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? 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 1892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

17、的方法。直到 20世紀 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年間注冊的美國專利就達 24多項。? 第二階段，技術(shù)誕生其標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)，簡稱 SLA ；1988年 Feygin發(fā)明了分層實體制造技術(shù)， 簡稱 LOM ；1989年 Deckard發(fā)明了粉末激光燒結(jié)技術(shù)， 簡稱 SLS；1992年 Crump發(fā)明了熔融沉積制造技術(shù)，簡稱 FDM；1993年麻省理工大學(xué)的 Sachs發(fā)明了噴頭打印技術(shù)， 簡稱 3DP。? 第三階段，裝備推出1988年美國的 3D Systems

18、公司根據(jù) Hull 的專利，生產(chǎn)出了第一臺增材制造裝備 SLA250，開創(chuàng)了增材制造技術(shù)發(fā)展的新紀元。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的實體平面固化（ SGC，Solid Ground Curing）裝備和 Helisys的 LOM 裝備都實現(xiàn)了商業(yè)化。 1992年，美國 DTM 公司（現(xiàn)屬于 3D Systems公司） 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 3D

19、P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， 紛紛進行相關(guān)技術(shù)研究和裝備研發(fā)。香港和臺灣比內(nèi)地起步早，臺灣大學(xué)研制了LOM 裝備，臺灣各單位及軍方安裝多臺進口 SLA裝備，香港生產(chǎn)力促進局和香港科技大學(xué)、香港理工大學(xué)、香港城市大學(xué)等機構(gòu)擁有增材制造裝備，重點進行技術(shù)研究與應(yīng)用推廣。國內(nèi)自上世紀 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)

20、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。? 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。如今由于諸多快速原型和快速制造裝備均以 3D打印機示人，最早的 3D打印已可被稱為 “經(jīng)典 3D打印技術(shù) ”。 “新興

21、3D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，高強度塑料零件，勞動工具，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志增材制造技術(shù)由“快速原型 ”向“快速制造 ”的重要標志之一。 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金屬零件和模具，其性能可達到同質(zhì)鍛件水平。同時，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

22、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展， 接近國外產(chǎn)品水平。 隨后國內(nèi)許多高校和研究機構(gòu)也開展了相關(guān)研究， 重點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

23、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、造船等行業(yè)。推動了我國制造技術(shù)的發(fā)展。

24、 作為一項正在發(fā)展中的制造技術(shù)，其成熟度還遠不能同金屬切削、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、 缺陷的檢測與控制、先進裝備的研發(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)量保證各個層次的研究工作。3 近年的國外最新進展2012 年的增材制造設(shè)備市場延續(xù)近年的發(fā)展好形勢，銷售數(shù)目和收入的增加讓銷售商從中獲益，進一步推動了美國股票價格的增長。 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）的世界大會

25、上，舉辦了一場時裝秀，展出了快速成型制造的帽子和飾品。據(jù)調(diào)查，價格低于2000 美元的設(shè)備多用于科學(xué)研究或個人，對行業(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。由于經(jīng)濟不景氣隱藏的潛在客戶被挖掘，并隨著設(shè)計與制造的快速增長，快速成型制造行業(yè)也得以發(fā)展。在美國明尼蘇達州明尼阿波利斯市舉行的年度快速成型會議上， Materialise 公司（比利時）的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Wilfried Vancraen 因其對快速成型行業(yè)的廣泛貢獻被授予行業(yè)成就獎。產(chǎn)業(yè)不斷壯大 ：在快速成型企業(yè)中正在進行公司間的合并，兼并的對象主要是設(shè)備供應(yīng)商、服務(wù)供應(yīng)商以及其他的

26、相關(guān)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， Fabbify Software 會在 Delcam 公司的設(shè)計及制造軟件里增添快速成型應(yīng)用項。3D Systems公司購買了參數(shù)化計算機輔助設(shè)計 （CAD ）軟件公司 Alibre 公司，以實現(xiàn)對計算機輔助設(shè)計 （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 臺的激光燒結(jié)成型

27、機。 11 月初， 3D system公司在宣布收購 Huntsman公司（德州，林地）與光敏聚合物及數(shù)字快速成型機相關(guān)的資產(chǎn)；隨后又宣布兼并3D 打印機制造商Z Corp（馬薩諸塞州，伯靈頓市），這次兼并花費了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AccuraCastPro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

28、月， Kelyniam Global （新不列顛，康涅狄格州） 宣布它們正在制作聚醚醚酮（ PEEK）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)生進行術(shù)前規(guī)劃，在制作規(guī)劃的同時，加工 PEEK 材料植入物。據(jù)估計，這種方法會將手術(shù)時間降低 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研究計劃局的介觀綜合保形電子（ MICE ）計劃，該計劃的研究成果主要應(yīng)用在 3D

29、 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 Objet260 Connex，該種打印機可以構(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 Fortus250mc，該成型機可以將 ABSplus 材料與一種可溶性支撐材料的進行復(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 Buildaron

30、1 3D打印機。這種單一材料打印機既可以作為一種工具箱使用（售價1,200 美元），也作為組裝系統(tǒng)使用（售價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。 3D System公司發(fā)布了一種基于覆膜傳輸成像的打印機 PROJET1500，同時也發(fā)布了一種從二進制信息到字節(jié)的3D 觸摸產(chǎn)品。2012年 1 月，MakerBot（布魯克林，紐約）推出了售價1759 美元的新機器 MakerBotReplicator，與它的前身相比。該機器可以打印更大體積的模型，并且第二個塑料擠出機的噴頭可

31、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、消費者導(dǎo)向型 3D 打印機，其售價低于 $1,300。該機器裝有無線連接裝置， 從而具有了從 3D 數(shù)字化設(shè)計庫中下載 3D 模型的功能。國防部與 Stratasys公司簽訂了 100 萬美元的 uPrint3D 打印機訂單，以支持國防部的 DoDs STARBASE 計劃，該計劃的目的是吸引青少年對科學(xué)、 技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)以及先進制造技術(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， 該成型機可構(gòu)建大

32、體積模型， 并具有兩個獨立的 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算機輔助制造程序， 如 Solidworks，Pro / Engineer的插件 Print3D。通過 3D Systems ProParts服務(wù)機構(gòu)，這種插件可對零件及裝配體進行動態(tài)的零件成本計算。 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 ZPrinter 上打印，就能形成 3D 照片浮雕。價格也從最初 79 美元的 3D 照片變?yōu)?89

33、 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翼結(jié)構(gòu)新標準不斷更新 ： 2011 年 7 月，同期，美國試驗材料學(xué)會（ASTM ）的快速成型制造技術(shù)國際委員會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，美國試驗材料學(xué)會國際（ASTM ）與國際標準化組織（ISO）宣布，ASTM 國際委員會 F42 與 ISO 技術(shù)委員會 261 將在快速成型制造領(lǐng)域進行合作

34、，該合作將降低重復(fù)勞動量。此外，ASTM F42 還發(fā)布了關(guān)于坐標系統(tǒng)與測試方法的標準術(shù)語。四、增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢（ 1）向日常消費品制造方向發(fā)展。 三維打印是國外近年來的發(fā)展熱點。該設(shè)備稱為三維打印機， 將其作為計算機一個外部輸出設(shè)備而應(yīng)用。 它可以直接將計算機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)價值。 其發(fā)展方向是提高精度、 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)性能可以達到鍛件性

35、能指標。 進一步的發(fā)展方向是進一步提高精度和性能， 同時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， 軟件智能化和自動化需要進一步提高；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，將復(fù)合材料組織設(shè)計制造與外形結(jié)構(gòu)設(shè)計制造同步完成，在微觀到宏觀尺度上實現(xiàn)同步制造， 實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體的 “設(shè)計材料制造 ”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， 產(chǎn)品從大規(guī)模制造向定制化制