《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡報》2024年第1期（總第053期）

本期關(guān)注一、2023年工作總結(jié)（一）聯(lián)盟秘書處2023213家理事單位、1家副理事長單位，新增核能工作組。新增單忠370家聯(lián)盟單位、31位專家。2023年度增材制造典型應(yīng)用場景》。支撐國家發(fā)改委編制《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024年本）》。協(xié)助工信部、人社部編制發(fā)布《增材制造工程技術(shù)人員國家職業(yè)標準（2023年版）》。論壇交流活動。組織召開“增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展(廣州)論壇暨203年增材制造產(chǎn)業(yè)年會”“全國增材制造工程產(chǎn)教融合研討會”“203產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新—數(shù)字產(chǎn)業(yè)人才交流會暨首屆東西部數(shù)字制造產(chǎn)教融合協(xié)作會議”“第二屆大飛機增材制造創(chuàng)新應(yīng)用大賽”“中國航天增材制造技術(shù)高峰論壇”等會議賽事活動。編制《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡報》。聯(lián)盟創(chuàng)新發(fā)展。家企業(yè)獲評國家專精特新“小巨人”企業(yè)，遴選并發(fā)布“首批增材制造優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商”。（二）航空航天工作組開展超大尺寸激光選區(qū)熔化成形裝備、大尺寸輕量化6項關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；12項《2023年度工信部增材制造典型應(yīng)用場景名單》；3.2023年3月組織召開“航天增材制造高峰論壇”。（三）核能工作組組織召開“中國首屆核能增材制造高端技術(shù)論壇”；組織召開“2023年學術(shù)年會”；成立核能增材數(shù)字工作小組。（四）標準檢測工作組21項國家標準發(fā)布；JB/T14627-2023《增材制造點光源立體光固化5項增材制造機械行業(yè)標準發(fā)布；8項團體標準發(fā)布。（五）生物工作組組織海外醫(yī)學專家在國內(nèi)開展學術(shù)交流與參觀學習活動；（六）材料工作組開展金屬粉末的持續(xù)評價及規(guī)范建立工作；開展增材制造金屬粉末檢測評價。（七）汽車工作組成立《汽車先進材料與工藝藍皮書》編委會。（八）激光工作組組織或參與標準研討會3場，牽頭或參與研制國家及行業(yè)標準等15項，其中國標4項，行標10項，團標1項。（九）激光再制造工作組47-8日舉辦“全國再制造學術(shù)會議暨高端裝備綠色制造與再制造論壇”。二、2024年工作計劃（一）聯(lián)盟秘書處強化支撐工作。落實工信部等部委指示精神，開展產(chǎn)業(yè)研究與政策研究，持續(xù)深化支撐工作。深化聯(lián)盟職能。編制發(fā)布《增材制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用三委員會”。擬成立中試驗證工作組、可靠性工作組、電子電路工作組?！霸霾闹圃飚a(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇暨增材制造產(chǎn)業(yè)年會”。分片區(qū)召開4場“增材制造典型應(yīng)用場景推廣會”。（204持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。啟動“增材制造區(qū)域服務(wù)中心”評價工作。（二）航空航天工作組舉辦“空天結(jié)構(gòu)增材制造技術(shù)創(chuàng)新中心成立大會”；2024（新加坡暨中國機電產(chǎn)品展覽會。（三）核能工作組1.202452.2024102024學術(shù)年會”；推動核能增材標準化工作；推動核能增材部件質(zhì)量鑒定示范工作。（四）標準檢測工作組編制《增材制造產(chǎn)業(yè)路線圖》；加快推進標準制定和關(guān)鍵技術(shù)標準預(yù)研工作。（五）生物工作組1.202412.2024年4月，組織參加中國國際醫(yī)療器械展覽會(CMEF)，并召開研討會。（六）材料工作組建立并完善增材制造材料技術(shù)標準體系。（七）汽車工作組出版第一版《汽車先進材料與工藝藍皮書》；舉辦“汽車新材料與新工藝高端論壇”，組織工作組1次。（八）激光工作組計劃發(fā)布國家標準1項，行業(yè)標準2項。（九）激光再制造工作組擬第二季度組織開展行業(yè)應(yīng)用論壇會議。政策追蹤圖1 國家發(fā)展和改革委員會令

2024圖2 《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目錄（2024年本）》增材制造方向被列入鼓勵類國家發(fā)展和改革委員會產(chǎn)業(yè)司修訂發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024年本）》，自2024年2月1日起施行。目錄2024年本共有條目1005條，其中鼓勵類352條、限制類231條、淘汰類422條。與上一版相比，鼓勵類新增了“智能制造”“農(nóng)業(yè)機械裝備”“數(shù)控機床”“網(wǎng)絡(luò)安全”等行業(yè)大類及相關(guān)領(lǐng)域有利于產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級的條目，限制類、淘汰類中新增了“消防”“建筑”行業(yè)大類及相關(guān)領(lǐng)域不符合綠色發(fā)展和安全生產(chǎn)要求的條目。中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟支撐編寫的涉及增材制造方向全部被列入鼓勵類，在《目錄（2024年本》智能制造大類中，明確提出鼓勵增材制造裝備和專用材料：金屬增材制造裝備及專用材料，非金屬增材制造裝備及專用材料，生物增材制造裝備及專用材料，激光器、電子槍、掃描振鏡等關(guān)鍵零部件，增材制造專用軟件，增材制造綜合解決方案和生產(chǎn)服務(wù)?！?024國家標準委在《2024年標準化工作部署》中指出，要推進新產(chǎn)業(yè)標準化領(lǐng)航，以新技術(shù)新材料新產(chǎn)品新業(yè)態(tài)標準搶占新賽道、塑造新動能。大力建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系，集中力量開展一批標準穩(wěn)鏈重大標志性項目，以標準強鏈，促進產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造和高級化。要加快制定增材制造專用材料、關(guān)鍵金屬件檢測等標準，推動增材制造普及利用。220231221202357/24項禁止出口項目，稀土的提煉、加工、利用2項增材制造技術(shù)，分別是“1.‘鑄鍛銑一體化’3D打印關(guān)鍵技術(shù)。2.3D打印用耐高溫纖維樹脂材料及其同步固化工藝等?！眻D3《中國禁止出口限制出口技術(shù)目錄》公告技術(shù)進展激光定向能量沉積技術(shù)兼顧效率、成本、質(zhì)量，適用于中大型構(gòu)件增材工程應(yīng)用場景。南京理工大學與英尼格瑪強強聯(lián)合，共同研發(fā)了高性價比的多光束集成絲光同軸激光定向能量沉積技術(shù)，填補該項技術(shù)國內(nèi)空白。目前已完成整套裝置的原型開發(fā)、制造、調(diào)試，正式進入實測和迭代優(yōu)化階段。這標志著我國在這一領(lǐng)域已取得重要突破，有望在未來實現(xiàn)自主可控的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。圖4 激光定向能量沉積技術(shù)一、激光定向能量沉積采用激光作為熱源，可以更精準的控制熱輸入從而提升增材精度，實現(xiàn)更復(fù)雜的幾何形狀，包括各種內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)和細節(jié)的增材制造。同時激光工藝過程更穩(wěn)定，飛濺和爆破更少，從而減少缺陷的產(chǎn)生。相對于電弧成本低、精度低和電子束效率高、成本高的特點，激光定向能量沉積具備兼顧效率、成本、質(zhì)量的前景。另一方面，由于激光無需考慮材料的導(dǎo)電特性，因此激光增材材料不僅可以選擇金屬，還可以選擇陶瓷、塑料等非金屬，也為復(fù)合材料的增材難題提供了解決思路。激光定向能量沉積技術(shù)，又可依據(jù)所采用的材料形式不同，細分為激光送粉和送絲兩類。相比于送粉增材制造，送絲具有更高沉積速率和低氣孔缺陷傾向的優(yōu)勢，同時由于材料利用率更高、原材料成本更低從而整體加工成本更低，因而更適用于中大型構(gòu)件增材工程應(yīng)用場景，具有更大的商業(yè)化價值。早期的激光熔絲增材研究多采用傳統(tǒng)激光焊接采用的旁軸送絲形式，雖然加工平臺易于搭建，但在增材制造場景下，一方面存在掃描方向性和受熱不均勻性等問題，難于滿足沉積層尺寸和性能在各方向的一致性，另一方面成形路徑復(fù)雜多變時，送絲方向與掃描方向相位關(guān)系的保持依賴于結(jié)構(gòu)設(shè)計，增大了成形控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，解決絲光同軸問題是激光定向能量沉積技術(shù)發(fā)展必須攻克的技術(shù)難點。二、絲光同軸技術(shù)路線選擇（一）光內(nèi)或光外實現(xiàn)光粉同軸，總體思路分為光內(nèi)、光外兩種。然而送絲與送粉不同，由于絲材直徑較大、激光光斑較小，無法實現(xiàn)將多束絲送至同一光斑內(nèi)熔化。因此實現(xiàn)絲光同軸，多采用光內(nèi)同軸技術(shù)。圖5 光外同軸送粉 光內(nèi)同軸送粉（二）分光束或多光束光內(nèi)同軸送絲，即是采用“光包絲”的光絲耦合方式，實現(xiàn)光束中空、絲路居中的光內(nèi)送絲。圖6 分三光束光內(nèi)同軸 分環(huán)形光束光內(nèi)同軸實現(xiàn)分環(huán)形光束光內(nèi)同軸需要依賴非常復(fù)雜的鏡組設(shè)圖7 多光束集成光內(nèi)同軸（三）多光束集成光內(nèi)同軸技術(shù)如西班牙MeltioMeltioM4503D打印機Meltio引擎，首次將激光定向能量沉積系統(tǒng)成本降至104300臺套的搶眼戰(zhàn)績，DED領(lǐng)域的頭牌，足見市場對這一技術(shù)的認可。為打破多光束集成光內(nèi)同軸技術(shù)被國外企業(yè)壟斷和封鎖的格局，年末由南京理工大學智能焊接與電弧增材技1裝置和電控柜，通過電控柜上的控制裝置和路徑切片軟件L型ZIGNIS熔池相機觀察并記錄，過程穩(wěn)定，無飛濺。圖8 直線往復(fù)增材測試-激光DED-熔池目前，該套設(shè)備能滿足長時間連續(xù)穩(wěn)定增材，包括穩(wěn)定的激光出光和操作界面各種參數(shù)實時調(diào)節(jié)的準確性。圖9 圓柱增材測試-激光DED通過TardisIGNIS熔池相機，能觀察到在優(yōu)化的工藝參數(shù)下，熔滴過渡為液橋過渡，材料熔覆沉積的情況良好，過程穩(wěn)定。在優(yōu)化的工藝參數(shù)下，其增材件的表面紋路較為細膩，外壁表面粗糙度可達Ra6.3~12.5。圖10 增材件表面紋路對比（翻譯來源：3D打印技術(shù)參考）華中科技大學史玉升教授團隊在《MaterialsToday》/晶胞排列的人模量和高比能量吸收(SEA)。SEA是抗沖擊超材料設(shè)計最重SEA值。SEA很大程度上取決于相同材料的結(jié)構(gòu)配置，八位體桁架超材料具有比體心立方超材料更高的SEASEA蝶翅膀中觀察到的三周期最小表面（TPMS）顯示出優(yōu)異的SEASEA，SEASEA。3-20的自由落體試驗表明，由于柚皮的保護，柚子可以承受70JSEA。SEA1.52SEA超材料通常用于改善沿相對密度增加的方向逐層斷19.1818.5％，同時觀察到仿生梯度竹結(jié)構(gòu)的能量吸收比傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)高四倍。基于支柱的仿生玉升教授團隊將分級設(shè)計引入基于仿生柚皮多面體超材料SEA定律的影響。圖1 M形演變a然中柚表和子(b)皮顯結(jié)構(gòu)[8,15]；(c)BPM單元；(d)支柱的相對密度-直徑關(guān)系；(e)UBPM模型；(f)GBPM模型研究人員受柚子皮保護果肉的抗沖擊性和功能梯度結(jié)SEA（光敏樹脂和硬材料（Ti-6Al-4V）3D打印，制備了梯度仿生多面體超材SEA超過了前期報道中大多數(shù)軟材料和硬質(zhì)材料制造的超材料SEA。圖12 SEAAshby圖與各種現(xiàn)有超材料的對比Ti-6Al-4V粉末及數(shù)字光處理光敏樹脂制動力學顯式仿真準靜態(tài)壓縮過程。在壓縮試驗和數(shù)值模擬的指導(dǎo)下，SEA能力的提高與材-生多面體超材料（BPMs）BPMs中不GBPMSEA值的增長率比硬材料GBPM5.9GBPM的SEA1.89J/g44.16J/g，超過了先前研究中報道SEA。13UBPMGBPMSEA：(a)UBPMGBPM的應(yīng)力-)UBPMGBPM的應(yīng)力-軟材料UBPM（c）GBPM（d）的壓縮結(jié)果；(e,f)UBPM(e)GBPM=0.1(f)時的壓縮結(jié)果；(g)UBPM和GBPMSEA應(yīng)變曲線；(h)從壓縮測試和功率擬合中獲得的硬質(zhì)材料制造的UBPM和GBPM的SEA應(yīng)變曲線圖14 FEM中的von-Mises應(yīng)力分布：(a)UBPM；(b)GBPM結(jié)論1.分級設(shè)計降低了力學性能將45°剪切斷裂轉(zhuǎn)化為逐層破壞與硬材料制造的BPMs相比軟材料制造的BPM現(xiàn)延的密應(yīng)2.提高EA梯設(shè)與用料關(guān)與UPM比GPM可以實現(xiàn)增強的SEA在軟材料制造的BPMs的斷裂階段沒有出現(xiàn)波動區(qū)與硬材料相比，軟材料制造GBPM的SEA值的增長率提高了5.9倍。仿生梯度設(shè)計可提高超材料的能量吸收效果，仿柚子皮梯度超材料的SEA超過了先前研究中報道的大多數(shù)軟材料和硬質(zhì)材料制造的超材料的SEA。以上發(fā)現(xiàn)可以指導(dǎo)具有高能量吸收以抵抗外部沖擊的超材料的設(shè)計。（來源：《MaterialsToday》翻譯：機械工程學報）行業(yè)動態(tài)20236184%年中國出口增材制造裝備和69.2527.96億元，67.73%75.4億元。35561.52684%。細分領(lǐng)域上看，“用金屬材料的增材制造設(shè)備”328723.9681.9萬臺；“用于塑料或橡膠材料的增材制造設(shè)備”出口35116655.94億元90.92%1591元人民幣，是出口數(shù)量最多的增材制造裝備類型。2023年中國進口增材制造裝備數(shù)量為6456臺，總額4.626億元。其中，“用金屬材料的增材制造設(shè)備”33臺，相比202年減少27“用于塑料或橡膠材料的增材制造設(shè)備”627920222636臺，進口額2.16億元。圖15 2023年中國3D打印進口3D打印裝備和材料、零件等總價值6.16億人民幣，同比增加20.98%3D202421OEMAddUp與空中客車公司合(ESA)3D打印機。NASANG-20SpaceXFalcon9火箭前往國際空間站(ISS)。打印機專為微重力環(huán)Huginn任務(wù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。2016AddUp和空中客車公司在克HighftechEngineering的協(xié)(DED)系統(tǒng)，包含一個用3D打印的重大進步。3D打印的探索主要集中在用于備件修3D打印的引入為更多定制和有效解決方案開辟了可能性。生能源以及管理數(shù)千顆衛(wèi)星，3D打印將成為必不可少的工挽救生命和延長任務(wù)持續(xù)時間至關(guān)重要。圖16 用于國際空間站的金屬3D打印機(AM)3DDED和線激光沉積工藝提供了獨DED和其他基于電線的技術(shù)以其安全性和使用不同質(zhì)量和特性的回收材料的多功能性而著稱。此外，激光DED系統(tǒng)作為切DED通過在磨損零件上添加新層來實現(xiàn)零件再生的能力也是有益的。太空背景下加強的審查和測試可以吸引來自各個國家光看待DED技術(shù)。典型應(yīng)用圖17 央視財經(jīng)頻道《專精特新·制造強國》·3D打印和數(shù)字化技術(shù)生產(chǎn)義齒，在生產(chǎn)上做減法，在指縫里搶時間，分秒必爭，讓牙齒加工可以‘事半功倍’?！盋AD/CAM246小時出貨。工欲善其事，必先利其器，鋮聯(lián)科技持續(xù)研發(fā)