1、超材（cái）料（liào）

 

歐（ōu）盟在其增（zēng）材製作發展路（lù）線（xiàn）圖中曾（céng）提出重（chóng）點支持生物材料、超導材料、新磁（cí）性材料（liào）、高（gāo）性能金屬合金、非晶態金屬（shǔ）、複合高溫陶瓷材料、金屬有機骨架、納米顆粒和納米纖維材料。美國國家創新中心AmericaMakes製定的增材製造材料材料重（chóng）點領域目標則是建立材料知識的體係，為增材製造材料建立基準特性（xìng）數據，包括創建一個（gè）範式轉變，從控製過程參數來“建立”微觀結構，而不是控（kòng）製底層物理（lǐ）學上的微觀尺度，以實現一致的（de）可重複（fù）性的微（wēi）觀結構，從（cóng）而“設計”材料屬性。我國根據《國家增材製造產業發展推進計劃（2015－2016年）》的引導，在依托高校、科研機構開展增材製造專用材料特性研究與設計。

 

筆者認為當前增材製造領域，我國在從事更多的（de）基礎與應用層麵建設，歐洲在進行（háng）前沿領域的探索，美國試圖通（tōng）過其最擅長的數據分析（xī）與（yǔ）軟件能力打造共性的體係。當然，這（zhè）其中（zhōng）還有很多共同的工作是各個國家都（dōu）在積極布局。包括高溫合金這一必（bì）須的戰（zhàn）略領域，國內四（sì）川天塬增材製造，中國科學（xué）院寧波材料技術與工程研究所，南京航空航天大學，西安（ān）鉑力特（tè），江西（xī）理工大學，廣東華科新材料研究院，中國科學院重（chóng）慶綠（lǜ）色智能技術研究（jiū）院，湖南頂立科技，航星利華（huá）（北京）科技，中國航空工業集團公司北京航空材料研究（jiū）院（yuàn）等。

 

在基礎性的材料建設的基礎，編程材料成為下一個搶占的（de）戰略製高點（diǎn）。超材料（liào）是指材料的（de）設計表現出不同尋（xún）常的特性，是具有天然材料所不具備的超常物理性質（zhì）的人工複合（hé）結構或（huò）複合材料（liào）。迄今發展出的“超材料”包（bāo）括：”左手材料”、”光子晶體”、”超（chāo）磁（cí）性材（cái）料”等（děng）。

 

哈佛的研究人員嚐試通過建立一（yī）個基礎設計框架軟件，從而實現幾何形狀和（hé）幾個（gè）功能之間切換（huàn），並不限製（zhì）打印尺寸，可以從（cóng）米級到納米尺（chǐ）度（dù）的（de）應用，從（cóng）減震建築材料（liào）升級到光子晶（jīng）體的超材料結構。

 

超材料領域，我國東（dōng）南大學，中國人民解放（fàng）軍空軍工程大學，西安交通大學，北京交通大學等多有研究。隨著哈佛大學通過軟件來解決基礎建模問題，超材料或借（jiè）助3D打印“滲入”特殊材料領域，使（shǐ）得超材料成為尋常可見的（de）材料（liào）。

 

2、電子結（jié）構件

 

電（diàn）子產品製造中的（de）電氣（qì）互聯技術，已（yǐ）經由以表麵組（zǔ）裝技術、微組裝（zhuāng）技術、立體組裝技術、高密度組裝技術等技術為標誌的發（fā）展時期，逐步（bù）進入了以光電互聯、綠色組裝、結構功能組件互聯、多介質複雜組件互聯等技術為標誌的新技術發（fā）展時期。為保證各（gè）類新型電路組件／模（mó）塊的（de）電氣互聯品質和效率，電子行業對與這些要求相適應的新工藝、新方法提出需（xū）求。而3D打（dǎ）印的製造過程快速、結構形體複雜性（xìng）無限製等技術特性，尤其（qí）適用於電子（zǐ）產品的單件、多品種小批量研製，以及采用傳統製造方式（shì）難以實現（xiàn）的結構電（diàn）子產品的（de）開發。

 

在結構電子產品製造領域（yù），美國（guó）Optomec公司通過氣溶（róng）膠噴射3D打印技術已被應用在小批量產品（pǐn）的生產中，使用該技術3D打印的曲麵共形天線或在眼（yǎn）鏡上直接印製AR電子設備就（jiù）是其中頗（pō）具代表（biǎo）性的（de）應用。

 

在這一領域（yù）活躍著大量的高科技企業，包括（kuò）哈（hā）佛大學創業企業Voxel8，被GE和歐特克投資的Optomec，麻省理工的（de）MultiFab，CC3D，NanoDimension等（děng）等。在我國，西安交通大學通過一種導線與（yǔ）基體同步打印的3D打印技術（shù）實現了結構電子產品三維空間的任意排布。

 

3、更精細的質量檢測

 

3D打（dǎ）印製品在製備和使用過程中，某（mǒu）些缺陷（xiàn）的產生和（hé）擴展幾乎是無法避免的。在金屬融化過（guò）程中，每個激光點創建了一個微型（xíng）熔池，從粉末融化到冷卻成為固體結構，光斑（bān）的大小（xiǎo）以及功率帶來的熱量的大小決定了（le）這個微型熔池的大小，從而影響著零件的微晶結構。

 

對於金屬增材製造的複雜性可以區分為（wéi）五個層麵：1簡單的（de）零件、2優化的零（líng）件（jiàn）、3帶有嵌（qiàn）入式設計的零件、4為增材製（zhì）造設計的零件、5複雜（zá）的胞元結構零（líng）件。對於複雜的3D打印產品的檢測，國（guó）外各（gè）大科（kē）研（yán）機構和（hé）例如GE這樣的（de）企業開始采用X射線（xiàn）顯微CT（X－rayMicroCT）作為檢測手段，這一（yī）趨勢將在2017得以強化。

 

4、3D打印占主角的（de）航天

 

2017年新（xīn）年伊始，1月17日GE獲得批準的專利中，公開了用於製造渦輪機部件上的應變傳（chuán）感器的方法。緊接著，GE於1月24日又（yòu）獲批專利，內容包括燃料噴射器（qì）主體和冷卻（què）係統的製造技術。如果（guǒ）說3D打印在航空領域越來（lái）越彰顯重要性，那麽在航天領域（yù），3D打印技（jì）術已然成為（wéi）“頂梁柱”。

 

NASA認為3D打印在製（zhì）造液態氫火箭發動機方麵頗具（jù）潛力，NASA的AMDE－AdditiveManufacturingDemonstratorEngine增材製造驗（yàn）證（zhèng）機項目在3年內，團隊通過（guò）增材製造出100多個零件（jiàn），並設計了（le）一個可以通（tōng）過3D打印來完成的發動機原型，而通過3D打（dǎ）印，零件的數量可以減少80％，並且僅僅需要30處焊接。

 

SpaceX、BlueOrigin、馬（mǎ）歇（xiē）爾太空飛行中心，AerojetRocketdyne以及RocketLab在（zài）2016年再一次證明，3D打印不僅將提升火箭發射設備的性能，更（gèng）能降低火箭發射的成本。

 

5、企業內部生（shēng）態（tài）圈

 

GE本身是3D打（dǎ）印的下遊應（yīng）用企業，而收（shōu）購了（le）Arcam，ConceptLaser以後，GE成為其（qí）上遊3D打印設備廠商中的一員，並提出將（jiāng）在2到（dào）3年內提高3D打印的速度，在更（gèng）長遠的時間內，GE希望（wàng）達到現在速度的100倍。通過（guò）GE下遊業（yè）務部（bù）門的應用發展（zhǎn）需求，不斷反哺GE上遊設備的研發，無論是資金方麵還是know－how方麵，其收購的設備（bèi）品牌都獲取了其他企業難以獲得的優勢。無獨有偶，米（mǐ）其林也宣布將其（qí）與法孚合作的金屬打印技術用於更好的輪胎模（mó）具生（shēng）產。

 

而美鋁也宣布將3D打印業務從粉末（mò）到打印服務單獨成立一（yī）家（jiā）公司Arconic，Arconic公司可以為用戶提供從航空技術（shù）到金屬粉末生產乃至產品認證的（de）專業服務。依靠美鋁公司的技術實力，Arconic在傳統金屬製造技術和3D打印領域都將成為獨具實力的強勢品（pǐn）牌。

 

另外一家公司（sī），GKN圍繞著強大的航空航天業務與動（dòng）力車輛業務（wù）版圖，GKN打造了三個增（zēng）材製造卓越中心（xīn）：GKN美國辛辛那提增材製造卓越中心，GKN瑞典Trollh？tten增材製（zhì）造卓越中心，GKN英國Filton增材製造卓越中心。

 

企業（yè）內部生態圈將成為3D打印的一（yī）大（dà）趨勢，3D打印的競爭將升級為研發、市場營銷（xiāo）、產業鏈、商業模式全方位的（de）競爭。

 

6、金屬性能的塑料

 

塑料正在變得更加（jiā）具工（gōng）程性能，Evonik最近推出VESTOSINT3DZ2773材料，這種材料是使用惠普多射流融合3D打印機開發的第一個（gè）新的塑料粉末。新的PA－12粉（fěn）末具有優異的力學（xué）性（xìng）能（néng），並且（qiě）通過美國FDA（食品和藥物管理局）標準，所以用這種材料製造出來的組件可以（yǐ）用於食品接觸。

 

Solvay－蘇威以其先進的輕量化解決方案以塑料取代部分金屬（shǔ）為目標。Solvay先是在法國裏昂成（chéng）立技術中心，研究和生產SinterlineTechnyl，又在美國格魯吉亞州（zhōu）的Alpharetta開（kāi）辟了一個（gè）新的實驗室用於增材製造（zào）先（xiān）進材料的研究。意大利的CRPTechnology，圍繞著（zhe）聚酰胺（àn）材料（liào），CRPTechnology的尼龍增強材料獨具特色，其中Windform玻璃纖維增強聚酰胺（àn）材料（liào），具有良好的拉伸強度，也可以被CNC數控加工，並且還是（shì）非導（dǎo）電材料。牛津性（xìng）能材料（OPM）已（yǐ）被選定為波音CST－100火箭飛船提供3D打印的結構件，OPM已經開始出貨OXFAB材料打（dǎ）印的零（líng）部（bù）件，拉開了高性能塑（sù）料材料代替輕質金屬的一個新篇章。威格斯正帶領由多（duō）家公司和機構組（zǔ）成的聯（lián）盟，投身於3D打印（增材製造或AM）創（chuàng）新。作為（wéi）其關鍵角色的一部分，威格斯將以專用於增材製造（zào）工藝的（de）新型化學配方設計為基礎，開發高性能聚芳醚酮（PAEK）聚合（hé）物新牌（pái）號。

 

從金屬到高性能材料（liào）的轉（zhuǎn）換目前（qián）是航空航天市場的一個既定趨勢，塑（sù）料成為追求設計自由度、製（zhì）造便利性和輕質以（yǐ）超越傳統鋁材的方案，這（zhè）一趨勢將（jiāng）在2017得到加強。