《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)報(bào)》2024年第03期（總第055期）

本期關(guān)注WohlersReport2024202320011.1%42ASTMInternational提供支持的AssociatesReport2024（。整個(gè)增材制造行業(yè)首次突破200億美元大關(guān)，銷售額達(dá)到200.35億美元，同比增長(zhǎng)11.1%。202324.4%,3793套金屬增材制造系統(tǒng)，相比之下，20223049套。圖1金屬增材制造系統(tǒng)銷售量《WohlersReport2024》詳細(xì)探討了推動(dòng)增長(zhǎng)的因素，包括新材料、資質(zhì)流程以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，特別是在航空航天、國(guó)防、醫(yī)療技術(shù)和能源等領(lǐng)域。分析團(tuán)隊(duì)還預(yù)計(jì)，通過(guò)提高機(jī)器精度和后期處理，增材制造（AM）解決方案將變得更加可靠。增材制造比傳統(tǒng)制造便宜的成本閾值可能會(huì)從數(shù)千個(gè)單位轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)單位。圖2《WohlersReport2024》電子版來(lái)自35個(gè)國(guó)家的100多名專家為該報(bào)告做出了貢獻(xiàn)。來(lái)自245家制造商、服務(wù)提供商和材料生產(chǎn)商的大量數(shù)據(jù)使該研究成為對(duì)增材制造行業(yè)狀況最全面的評(píng)估之一。政策追蹤換新行動(dòng)方案》（以下簡(jiǎn)稱《行動(dòng)方案》），提及增材制造技術(shù)。圖3通知內(nèi)容《行動(dòng)方案》涵蓋了五個(gè)主要方面：設(shè)備更新、消費(fèi)品以舊換新、回收循環(huán)利用、標(biāo)準(zhǔn)提升以及強(qiáng)化政策保障。在方案第四部分“實(shí)施回收循環(huán)利用行動(dòng)”中提出，等技術(shù)工藝，提升再制造加工水平。18近日，市場(chǎng)監(jiān)管總局、國(guó)家發(fā)展改革委等18部委聯(lián)合20258大方面，35項(xiàng)要求。318日，市場(chǎng)監(jiān)管總局會(huì)同中央網(wǎng)信辦、國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等18部門聯(lián)合印發(fā)《貫徹實(shí)施〈國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要〉行動(dòng)計(jì)劃（2024—2025年20242025年貫徹實(shí)施《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》提出具體任務(wù)。圖4 通知文件其中，在健全產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系中提到“制修訂精密減速器、高端軸承、車規(guī)級(jí)汽車芯片等核心基礎(chǔ)零部（元器件增材制造工藝標(biāo)準(zhǔn)研制，健全元器件封裝及固化、新型顯示薄膜封裝等電子加工基礎(chǔ)工藝標(biāo)準(zhǔn)。推動(dòng)高端金屬材料、新型高分子材料和電子專用材料標(biāo)準(zhǔn)制定。加快補(bǔ)齊研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造等工業(yè)軟件標(biāo)準(zhǔn)短板。制修訂一批工業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，助推產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級(jí)化?！补I(yè)和信息化部、市場(chǎng)監(jiān)管總局（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委）牽頭，各有關(guān)部門和單位按職責(zé)分工負(fù)責(zé)〕”。325（條件的模具項(xiàng)目按照新建工業(yè)廠房和新購(gòu)置生產(chǎn)設(shè)備投入金額對(duì)企業(yè)予以獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)推動(dòng)?xùn)|莞市模具產(chǎn)業(yè)向新能源汽增材制造增材制造、一體化壓鑄等先進(jìn)方向模具制造項(xiàng)目。圖5 通知文件在產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新領(lǐng)域，該措施提出，東莞市將在關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)域提供支持，針對(duì)模具設(shè)計(jì)制造技增材制造隨性冷卻水路設(shè)計(jì)與加工技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)與工藝等重點(diǎn)領(lǐng)域開展關(guān)鍵（試行技術(shù)進(jìn)展-增材制造技術(shù)的重要作用之一，是制造那些能夠提高傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備工作效率的相關(guān)部件。近年來(lái)，關(guān)于具有非常規(guī)特性的超材料的研究越發(fā)廣泛，可以從微觀尺度到宏觀尺度通過(guò)靈活設(shè)計(jì)來(lái)改變物理性質(zhì)，對(duì)工業(yè)領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的吸引力。得益于增材制造技術(shù)的發(fā)展，高度復(fù)雜的源自對(duì)原子晶格的研究，這些原子晶格由具有連接支柱和定制孔的互連單元周期性排列。在微晶格超材料中，支柱決定機(jī)械強(qiáng)度，而孔徑分布影響流體/氣體傳輸。因此，它們廣泛應(yīng)用于需要穩(wěn)定和高通量運(yùn)輸調(diào)節(jié)的機(jī)械工程和生物/化學(xué)/計(jì)，以模擬人體骨骼的剛度和物質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)支持人體運(yùn)動(dòng)、營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸和新陳代謝。此外，微晶格合理的孔隙分布設(shè)計(jì)可以調(diào)節(jié)熱傳輸，使其可以用作高效的隔熱裝置。微晶格超材料的多物理特性（如機(jī)械和傳輸特性）的可控性允許功能集成、靈活的設(shè)計(jì)和特性可調(diào)性。因此，其可用傳統(tǒng)周期性微晶格的幾何特征是高度耦合和相互約束的，這限制了其物理性質(zhì)的可調(diào)性。高機(jī)械強(qiáng)度通常對(duì)應(yīng)于較少的孔隙分布，因此限制了傳輸，從而抑制了可能的設(shè)計(jì)和可調(diào)范圍。如今，仿生學(xué)允許微晶格超材料通過(guò)模仿自然形狀、性能和功能來(lái)實(shí)現(xiàn)卓越的物理特性。例如，將竹子狀空心支柱元素引入微晶格可以大大提高比剛度和比強(qiáng)度，以接近設(shè)計(jì)極限；設(shè)計(jì)多孔蓮藕狀微晶格可以提供優(yōu)異的骨再生和修復(fù)能力，滿足種植體的強(qiáng)度和運(yùn)輸要求。華中科技大學(xué)史玉升教授團(tuán)隊(duì)和香港城市大學(xué)呂堅(jiān)院士等團(tuán)隊(duì)聯(lián)合，提出了一種受花旗松啟發(fā)的創(chuàng)新超材料設(shè)100m1.5高但并不粗壯的樹需要相當(dāng)大的強(qiáng)度來(lái)抵御強(qiáng)風(fēng)，以及具有允許水分和養(yǎng)分從根部到達(dá)最頂端的養(yǎng)料傳輸機(jī)制。微觀結(jié)構(gòu)分析表明，支持樹木強(qiáng)勁生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素在于源自導(dǎo)管和纖維的交錯(cuò)/雙峰孔隙分布模式。棋盤孔有利于利用有限的體積空間進(jìn)行物質(zhì)傳輸，而交錯(cuò)模式類似于三明治結(jié)構(gòu)以提高強(qiáng)度，從而解耦機(jī)械傳輸性能，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳輸性能的協(xié)同改進(jìn)和優(yōu)異組合，這在很大程度上不同于傳分布的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)采用體心立方（BCC）微晶格重疊策略構(gòu)建雙峰孔隙。重疊微晶格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是大小孔隙區(qū)域交錯(cuò)分布。通過(guò)疊加微晶格并改變內(nèi)部孔隙區(qū)域的空間形狀，這種受木材啟發(fā)的重疊設(shè)計(jì)策略可以大大增加超材料設(shè)計(jì)的自由度以及機(jī)械和傳輸性能的可調(diào)性。研究團(tuán)隊(duì)SLM316L不銹鋼微晶格超材料，來(lái)滿足污水處理系統(tǒng)對(duì)支撐框架的尺寸、精度、強(qiáng)度、傳輸和催化劑粘附能力的綜合要求。相關(guān)研究成果，以“Wood-inspiredmetamaterialcatalystforrobustandhigh-throughputwaterpurificationNatureCommunications》上。圖6《NatureCommunications》不銹鋼表面沉積一層鈷（Co），從而獲得高效的污水Co/SS催化劑和受木材啟發(fā)步的優(yōu)化，研究人員實(shí)現(xiàn)了突破性的結(jié)構(gòu)功能一體化——“超材料催化劑”，其具有新興超材料概念突破所帶來(lái)的物理-化學(xué)特性。Co/SS基超材料催化劑在機(jī)械-傳輸-催化性賦予了材料在水凈化應(yīng)用中的機(jī)械和傳輸性能的結(jié)構(gòu)-功能了一系列具有不同支柱直徑（0.30、0.350.40?mm）和重（03050316L設(shè)計(jì)策略旨在增加因節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加和支柱內(nèi)部約束而產(chǎn)生過(guò)程中的液固接觸時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效催化凈化。基于木材結(jié)構(gòu)啟發(fā)的重疊設(shè)計(jì)增加了單位體積的表面積，從而增加了流動(dòng)摩擦。圖7受木材啟發(fā)的超材料催化劑圖8受木材啟發(fā)的超材料催化劑的穩(wěn)健性、可設(shè)計(jì)性和適用性實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了仿木超材料催化劑的實(shí)用性，受木材啟發(fā)的超材料催化劑的剛度、傳輸性能和催化能力是/量的凈水能力。（來(lái)源：https:///articles/s41467-024-46337-1） 納米到微米尺度的顆粒在生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、藥物和疫苗輸送、微電子、微流體和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的制造方式需要在制造速度、可擴(kuò)展性與粒子形狀和均勻性以及粒子性能等多個(gè)因素之間進(jìn)行平衡。100萬(wàn)個(gè)具有高精度且可定制的微米級(jí)顆粒。313日，該研究以“Roll-to-roll,high-resolution3Dprintingofshape-specificparticlesnature上，這也是本年度第二篇增材nature研究。圖9《nature》發(fā)布傳統(tǒng)的顆粒粒子制造方法包括研磨、乳化技術(shù)以及光刻等。研磨、乳化、沉淀、成核和生長(zhǎng)以及自組裝技術(shù)，是一種自下而上的制造方法，具有高通量制造的特限。為了解決這些顆粒幾何缺陷，人們開發(fā)出了直接光刻、單步滾對(duì)滾軟光刻和多步模具制造等自上而下的制造方法，864002015（CLIP）r2rCLIP增材（代替靜態(tài)平臺(tái)圖10 r2rCLIP3D打印裝置CLIP打印機(jī)的傳統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)PET薄膜作為主要薄膜基底，在打印過(guò)程中可保持粒子粘附力高于原位正交樹脂得回流力和正常吸力，同時(shí)仍允許從薄膜上剝離而不破裂。圖11 r2rCLIP3D打印原理r2rCLIP在制造微尺度尺寸和復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面的潛力，研究人員設(shè)計(jì)了一系列幾何復(fù)雜度不斷增加的形狀。2D制造和多步模具制造技術(shù)的成r2rCLIP方法進(jìn)行粒子制造的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是它固圖12 由r2rCLIP制造的可塑到不可塑幾何形狀的SEM圖像圖13 由r2rCLIP制造的可塑到不可塑幾何形狀的SEM圖像2.0200微米的粒子。打印機(jī)和樹脂的光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化使得以高達(dá)單位數(shù)字微米的無(wú)z軸分辨率打印物體成為可能。在可模具制造、多步可3D20024小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)克級(jí)潛在產(chǎn)量。這種可擴(kuò)展的粒子生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)展示了從陶瓷到水凝膠歧管等廣泛潛在應(yīng)用。技術(shù)有望解決當(dāng)前粒子制造面臨的主要工程挑戰(zhàn)，為先進(jìn)應(yīng)用提供更高質(zhì)量、更復(fù)雜幾何形狀的粒子。隨著該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化，我們期待看到它在生物醫(yī)學(xué)、藥物輸送、微電子和其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。（來(lái)源：https:///articles/s41586-024-07061-4）來(lái)自香港理工大學(xué)、法赫德國(guó)王石油與礦業(yè)大學(xué)（沙特）、大阪大學(xué)組成的團(tuán)隊(duì)在《國(guó)際先進(jìn)制造技術(shù)雜志》發(fā)表了題為“Effectofadditivemanufacturedhybridandfunctionallygradednoveldesignedcellularlatticestructuresonmechanicalandfailureproperties”的文章，結(jié)合基于梁和基于表面的結(jié)構(gòu)的不同單元，設(shè)計(jì)和評(píng)估了新型功能梯度徑向雜交結(jié)構(gòu)。該研究引入了一種圓柱形/徑向雜交方法，結(jié)合了來(lái)自束基結(jié)構(gòu)的BCC、FCC和八隅體，以及來(lái)自表面split-p。圖14 《SPRINGERLINK》研究人員表示，這是第一篇研究放射雜交功能梯度結(jié)構(gòu)的論文。他們?cè)O(shè)計(jì)并研究了四種不同的模型：均勻密度的基于表面的混合結(jié)構(gòu)均勻密度的基于梁的混合結(jié)構(gòu)功能梯度的基于表面的混合結(jié)構(gòu)基于梁的功能梯度的混合結(jié)構(gòu)本研究以聚乳酸為原料，采用熔絲制造(FFF)制造。進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)，以評(píng)估雜交和功能梯度對(duì)壓縮模量、極限強(qiáng)度、比能吸收和失效性能的影響。1a通過(guò)采用NTOTI軟件設(shè)計(jì)的帶參數(shù)的圓柱體和帶參數(shù)的(A-II)具有不同半徑和相同（b-iii）三個(gè)以梁為基礎(chǔ)的晶胞。圖15 壓縮試驗(yàn)中不同品系表面基和梁基雜交和功能梯度晶格結(jié)構(gòu)的變形行為根據(jù)研究，得出以下主要結(jié)論:性能上有顯著改進(jìn)。壓縮模量分別提高了71.97%、71.86%5.16%8.97%、12.15%36.05%。2.85%，4.76%，19.10%。這些改進(jìn)可以歸因于該晶格結(jié)構(gòu)的獨(dú)特設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使其能夠經(jīng)受更高的壓縮載荷和應(yīng)力之前的失敗。基于梁的功能梯度結(jié)構(gòu)展示了不同的機(jī)械行為。前兩50.67%0.59%，第三個(gè)模型的34.99%。同樣，在第一個(gè)模型中，極限強(qiáng)度增加，但在第二個(gè)和第三個(gè)模型中分別減少。前兩個(gè)波束模型的比吸收能量增加，而第三個(gè)模型的比吸收能量減12.82%。這些變化可以歸因于單元晶格的定位、體積分?jǐn)?shù)和結(jié)構(gòu)內(nèi)屈曲的發(fā)生。在功能性梯度梁基晶格結(jié)構(gòu)中主要觀察到屈曲現(xiàn)象，主要是由于單位單元位置、體積分?jǐn)?shù)和結(jié)構(gòu)幾何的變化。單元類型的重新定位導(dǎo)致體積分?jǐn)?shù)的減少，導(dǎo)致支柱的破壞和隨后結(jié)構(gòu)的屈曲。總之，本研究通過(guò)對(duì)功能梯度放射性雜交晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了有價(jià)值的見解。研究結(jié)果展示了功能梯度結(jié)構(gòu)的優(yōu)越力學(xué)性能，并強(qiáng)調(diào)了與梁基結(jié)構(gòu)中屈曲相關(guān)的挑戰(zhàn)。這些見解可以為未來(lái)的研究提供參考，并有助于各種應(yīng)用的晶格結(jié)構(gòu)的發(fā)展，使它們能夠在失效之前經(jīng)受更高的壓縮載荷和應(yīng)力。通過(guò)利用獨(dú)特的混合和功能梯度方法，設(shè)計(jì)師和工程師能夠提高晶格結(jié)構(gòu)的性能和可靠性，能夠設(shè)計(jì)輕量級(jí)部件，并擴(kuò)大其在航空航天、汽車等行業(yè)的潛在應(yīng)用。（52322105）RobertO.Ritchie教授等合作疲978MPa3D打印鈦合金高抗疲勞性能（Highfatigueresistanceinatitaniumalloyvianearvoid-free3Dprinting）”為題，于2024年2月28日發(fā)表于《自然》（Nature）雜志。圖16近Net-AM組織鈦合金的超高拉-拉疲勞強(qiáng)度(a)與比疲勞強(qiáng)度(b)增材制造技術(shù)因其得天獨(dú)厚的自由成形能力充分滿足了高端裝備和構(gòu)件對(duì)高集成性、多功能性、輕量化、一體化材制造材料與構(gòu)件的疲勞性能是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工程界熱切關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。研究團(tuán)隊(duì)首次提出：理想狀態(tài)下增材制造技術(shù)制備出（Net-AM組織應(yīng)具有天然的超高疲勞性能，但打印過(guò)程中產(chǎn)生的氣孔等缺陷掩蓋了其自身組織抗疲勞的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致其實(shí)際測(cè)量的疲勞性能嚴(yán)重偏低。然而，目前消除氣孔的工藝往往伴隨組織粗化，而細(xì)化組織的處理又會(huì)帶來(lái)氣孔復(fù)現(xiàn)，甚至引發(fā)晶界α相富集等新的不利因素；因此，如何在消除打印氣孔的同時(shí)盡可能保留原始打印組織狀態(tài)，是亟待突破的難點(diǎn)。為此，研究團(tuán)隊(duì)巧妙利用增材制造態(tài)組織晶界遷移及氣孔長(zhǎng)大與相轉(zhuǎn)變過(guò)程的異步特性，發(fā)明了缺陷與組織分步調(diào)控的NAMP新（Net-AdditiveManufacturingα相富集及氣孔復(fù)現(xiàn)，最終在Ti-6Al-4V合金中成功制備出幾乎無(wú)氣孔的近Net-AMNet-AM鈦合金充分展示出增材制造原始組織自身的超高疲勞性能，其拉-拉疲勞強(qiáng)度從初始態(tài)475MPa978度水平不僅超越了所有已知的鈦合金材料，而且打破了目前已報(bào)道所有材料中的比疲勞強(qiáng)度紀(jì)錄。該成果更新了人們對(duì)增材制造材料疲勞性能不高的固有認(rèn)識(shí)，揭示了增材制造技術(shù)在抗疲勞設(shè)計(jì)制造方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)了增材制造材料作為結(jié)構(gòu)承力件在航空航天等重要領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。（來(lái)源：https:///articles/s41586-024-07048-1）行業(yè)動(dòng)態(tài)1-23D49.5%日前，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，1-2月份我國(guó)國(guó)民經(jīng)23D4成。圖17 文件內(nèi)容數(shù)據(jù)顯示，1-2月份，全國(guó)規(guī)模以上工業(yè)增加值同比增長(zhǎng)70%2月份加快0277%。4.7%124.4個(gè)1.1個(gè)百分點(diǎn)。3D打印設(shè)備、充電樁、電子元件產(chǎn)品產(chǎn)量同比分別增長(zhǎng)49.5%、41.8%、41.5%。2023 1首都航天機(jī)械有限公司隸屬中國(guó)航天科技集團(tuán)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，是我國(guó)規(guī)模最大的運(yùn)載火箭總裝集成企業(yè)，唯一的火箭氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)。據(jù)了解，該公司的增材制40多項(xiàng)型號(hào)產(chǎn)品中應(yīng)用，20231810余種牌號(hào)的增材制造體系，為航天產(chǎn)品升級(jí)換代提供了有力支撐。6.5的航空航天部門GEAerospace6.5（46億人民幣于俄亥俄州的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商希望這項(xiàng)投資能夠提高其生產(chǎn)能力，從而滿足商業(yè)和國(guó)防客戶不斷增長(zhǎng)的需求。圖18 波音777X噴氣式飛機(jī)和GE9x發(fā)動(dòng)機(jī)2024年的投資計(jì)劃中，它們將通過(guò)投資進(jìn)一LEAP機(jī)由通用與法國(guó)航空航天制造商賽峰（Safran）集團(tuán)的合資企業(yè)CFMInternationalA320neo737MAXC919飛機(jī)提供動(dòng)力。這筆資金還將用于全面生GE9X300多個(gè)增材制造零777X噴氣式飛機(jī)設(shè)計(jì)。此次通用航空新投6.53D打印噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的3D打印技術(shù)在航空業(yè)的應(yīng)用，提高發(fā)動(dòng)機(jī)制造的效率和性能。典型應(yīng)用心順利升空，成功將“鵲橋二號(hào)”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。作為公共中繼星平臺(tái)，“鵲橋二號(hào)”將為后續(xù)嫦娥六號(hào)、七號(hào)、八號(hào)任務(wù)提供中繼通訊服務(wù)，本次發(fā)射正式開啟了我國(guó)探月工程四期的新征程。航天六院在相關(guān)報(bào)道中指出圖19 中繼星軌道位置與工作示意圖80%目前的工作證明了增材制造作為制造燃料貯箱的替代路線的有效性。通過(guò)面向增材制造的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在可以進(jìn)一步對(duì)貯箱進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)