【增材制造產業(yè)簡報】 2021年第2期

來源: 增材制造產業(yè)聯(lián)盟  

【內容提要】

 本期關注：中國增材制造產業(yè)聯(lián)盟2021 年工作計劃
 政策追蹤：科技部發(fā)布“十四五”重點專項，9 項涉及3D 打印
 技術進展：基于面投影微立體光刻技術的3D 打印
 行業(yè)動態(tài)：美國防部發(fā)布首個增材制造戰(zhàn)略報告
 典型應用：3D 打印在汽車行業(yè)的應用
 成員展示：北京匯天威科技有限公司
 活動預告：2021 增材制造材料創(chuàng)新發(fā)展論壇

中國增材制造產業(yè)聯(lián)盟成立于2016 年10 月19 日，是在工業(yè)和信息化部指導下，由增材制造領域的企事業(yè)單位、高等院校、科研機構、產業(yè)園區(qū)等128 家相關單位，按照自愿、平等、互利、合作的原則，共同發(fā)起組成的跨行業(yè)、開放性、非營利性的社會組織，秘書處設在工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心�，F(xiàn)有聯(lián)盟成員300 余家，是中國增材制造領域層次最高、規(guī)模最大的行業(yè)組織。

中國增材制造產業(yè)聯(lián)盟堅持開放、創(chuàng)新、合作、共贏的工作原則，立足于為我國增材制造產業(yè)搭建合作與促進平臺，致力于支撐行業(yè)管理、聚攏行業(yè)資源、營造創(chuàng)新環(huán)境、促進交流合作，助力中國增材制造產業(yè)發(fā)展壯大。

 本期關注：

中國增材制造產業(yè)聯(lián)盟2021 年工作計劃

  政策追蹤：

科技部：“十四五”國家重點專項，9 項涉及3D 打印2021 年2 月4 日，科技部發(fā)布信息，已將“十四五”國家重點研發(fā)計劃“氫能技術”重點專項2021 年度項目申報指南（見附件）向社會征求意見和建議。在“先進結構與復合材料”和“高端功能與智能材料”這兩個重點專項中出現(xiàn)了關于增材制造（3D 打�。┘夹g的項目，合計有9 個項目。

 技術進展：

基于面投影微立體光刻技術的3D 打印面投影微立體光刻是一種面投影光固化3D 打印技術，適用于制作微尺度的復雜三維結構，具有高分辨率、高精度、跨尺度加工、適用材料廣、加工效率高、加工成本低等諸多特點。

△基于PμSL 3D 打印技術制作的復雜三維結構示例

一、成型原理

PμSL 3D 打印技術成形過程首先使用建模軟件構建出三維結構模型；接著使用切片軟件對三維模型以一定大小的層厚進行切片處理，得到一系列具有特定圖案的二維圖片；然后采用PμSL 3D 打印系統(tǒng)對切片后的每一層圖案進行整面投影曝光；重復上一步驟并層層堆疊最終成形出所需的三維結構。

△PμSL 3D 打印技術成形過程

PμSL 3D 打印技術成形三維結構的關鍵在于光敏樹脂材料在紫外光的作用下發(fā)生光聚合反應從而固化，而特定圖形的產生則依賴于打印系統(tǒng)中的DMD （ Digital
Micromirror device）芯片所生成的數(shù)字動態(tài)掩膜。

二、加工特征尺寸

通過控制投影物鏡的微縮倍率，PμSL 3D 打印技術可以實現(xiàn)幾微米甚至幾百納米的特征尺寸。深圳摩方材料科技有限公司（以下簡稱“摩方”）基于在這一技術領域的多年沉淀，自主研發(fā)出了一系列PμSL 3D 打印系統(tǒng)，已經量產的產品最高光學分辨率可達2μm（這里提到的光學分辨率是指投影光單個像素點的大�。�。借助這一高分辨系統(tǒng)，2μm 線寬二維網(wǎng)格線條和8.5μm 桿徑三維點陣得以實現(xiàn)。

△摩方3D 打印系統(tǒng)打印的2 μm 線寬二維線條和8.5 μm 桿徑三維點陣

三、成形幅面

PμSL 技術采用整面曝光，其中曝光圖形由DMD 控制產生。因此，一般情況下，PμSL 3D 打印系統(tǒng)的最大成形幅面取決于光學分辨率大小以及DMD 像素點數(shù)量，DMD成像芯片尺寸固定，通過投影鏡頭只能實現(xiàn)固定的投影幅面。最大成形幅面與系統(tǒng)光學分辨率呈矛盾關系，即當提高系統(tǒng)光學分辨率時，其最大成形幅面相應減小。拼接技術很好地解決了這一矛盾，使得高分辨、大幅面、跨尺度打印得以實現(xiàn)。

 行業(yè)動態(tài)：

動態(tài)（一）：美國防部發(fā)布首個增材制造戰(zhàn)略報告

隸屬于美國防部研究與工程副部長辦公室的美國國防制造技術規(guī)劃辦公室發(fā)布首個綜合性增材制造戰(zhàn)略報告，簡要分析了制定增材制造戰(zhàn)略的目的，明確了增材制造的未來發(fā)展愿景、戰(zhàn)略目標及發(fā)展重點。

一、制定增材制造戰(zhàn)略的主要目的

增材制造是一種快速、按需且可定制的制造手段，可有效推動美國2018 年《國防戰(zhàn)略報告》（NDS）摘要中所述的后勤保障和運營改革，支持美國的經濟和國防領域繼續(xù)保持全球主導地位。

主要途徑包括：（一）利用基于增材制造設計的裝備，推進國防系統(tǒng)現(xiàn)代化，增強國防實力；（二）增加增材制造材料儲備能力，可進行快速原型制作和直接生產零件，從而降低老舊過時零部件引起的風險；（三）使作戰(zhàn)人員能利用增材制造能力在戰(zhàn)場上采用創(chuàng)新解決方案。

美國防部制定此戰(zhàn)略的目標是，為增材制造技術研發(fā)與技術轉移提供一套共享的指導原則和框架，以支持美國防部、軍事部門和相關機構的現(xiàn)代化發(fā)展和戰(zhàn)備能力。

二、五大戰(zhàn)略目標及其關鍵發(fā)展領域

美國防部認為，雖然增材制造在整個國防工業(yè)基礎中的應用不斷增長，但仍具有很大發(fā)展?jié)摿Γ瑢儆谝豁椥屡d技術�；�于此，美國防部提出增材制造技術的發(fā)展愿景：增材制造將促進建立更敏捷、適應性更強和更統(tǒng)一的國防供應基礎，將成為國防部和國防工業(yè)基礎廣泛使用的制造技術，應用于武器系統(tǒng)創(chuàng)新設計，提高武器系統(tǒng)可靠性和作戰(zhàn)能力。

針對該發(fā)展愿景，美國防部提出五大戰(zhàn)略目標及其關鍵發(fā)展領域，具體如下：

戰(zhàn)略目標（一）：將增材制造集成到國防部和國防工業(yè)基礎中

美國防部將通過政策、指導方針和實施計劃，整合和促進增材制造在整個國防部運營和工業(yè)供應鏈（從工程、采購到維護）中的應用，推動武器系統(tǒng)現(xiàn)代化，提高裝備戰(zhàn)備水平，增強作戰(zhàn)能力。

關鍵發(fā)展領域包括：
1. 制定政策和指導方針，以在最大范圍內切實可行地使用增材制造；
2. 修訂國防部增材制造實施計劃；
3. 制定成功的指標和度量標準；

4. 在國防部合同管理和武器系統(tǒng)采辦管理中開發(fā)并共享增材制造業(yè)務模型；
5. 采用合理的風險管理措施。

戰(zhàn)略目標（二）：協(xié)調國防部和外部合作伙伴的增材制造活動

美國防部將通過與其他政府合作伙伴、工業(yè)界、學術界合作，調整增材制造相關領導機構、資源、指南和工作流程，以減少采用增材制造的障礙，改善整個武器系統(tǒng)的可維護能力。

關鍵發(fā)展領域包括：

1. 合作活動的支持以及跨軍種資源的共享協(xié)作；
2. 修訂聯(lián)合路線圖并調整資源；
3. 與聯(lián)邦政府及外部利益相關者合作。

戰(zhàn)略目標（三）：推動和促進增材制造的敏捷應用

美國防部將在整個技術和業(yè)務流程中，修改增材制造相關政策，增強對增材制造的科學理解、創(chuàng)新設計，推動增材制造設備、材料和技術的融合發(fā)展，擴大增材制造在國防部各軍種以及工業(yè)基礎中的采用率，提高增材制造應對戰(zhàn)爭需求的敏捷性。

關鍵發(fā)展領域包括：
1. 開發(fā)并共享新的增材制造資格認證和鑒定方法；
2. 利用先進技術指導設計；

3. 利用數(shù)字線索/數(shù)字孿生支持增材制造的現(xiàn)場部署和應用。

戰(zhàn)略目標（四）：通過學習、實踐和分享知識以提高增材制造應用熟練程度

國防部各軍種將教育和培訓從事增材制造的技術和業(yè)務人員，以保障國防工業(yè)基礎中足夠的增材制造勞動力。

關鍵發(fā)展領域包括：
1. 學習流程和最佳實踐；
2. 進行零件制造實踐；
3. 分享知識。

戰(zhàn)略目標（五）：確保增材制造工作流程的安全

美國防部將通過構建數(shù)字線索、整合增材制造工作流程、控制權威增材制造數(shù)字數(shù)據(jù)的訪問權限等途徑，保障整個增材制造工作流程的網(wǎng)絡安全。

關鍵發(fā)展領域包括：
1. 保護、控制和管理數(shù)據(jù)傳輸和訪問；
2. 將增材制造機器直接與安全網(wǎng)絡連接；
3. 利用質量保證流程驗證零件質量。

動態(tài)（二）：愛康醫(yī)療金屬3D 打印全膝關節(jié)系統(tǒng)獲NMPA 批準上市

北京愛康宜誠醫(yī)療器材有限公司(以下簡稱“愛康醫(yī)療”)收到國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）的書面通知，我國首個金屬3D 打印全膝關節(jié)系統(tǒng)已經通過審批獲得上市許可，實現(xiàn)了3D 打印技術在國內膝關節(jié)領域的突破，也預示著國產膝關節(jié)金屬3D 打印骨科時代已經到來。

作為中國骨科領域的領軍企業(yè)，愛康醫(yī)療始終把產品創(chuàng)新作為企業(yè)發(fā)展的根本，特別是在3D 打印技術領域。愛康醫(yī)療分別于2015 年8 月獲得國內首個3D 打印髖關節(jié)系統(tǒng)的NMPA 注冊證，次年5 月獲得3D 打印人工脊柱系統(tǒng)上市許可，開辟了國內脊柱3D 打印應用的歷史先河，近日獲批的國內首個‘金屬3D 打印全膝關節(jié)系統(tǒng)’再次填補了國內在膝關節(jié)領域的空白。愛康醫(yī)療在金屬3D 打印方面的一次次突破，不僅確定了在該領域的領先地位，同時也展現(xiàn)了在骨科領域的金屬3D 打印植入物的產業(yè)布局，再次將金屬3D 打印技術在中國的應用引領到世界同等水平。

動態(tài)（三）：劉靜、彭凡等3D 打印專家被提名2021年院士候選人

中國科學院和中國工程院2021 年院士增選工作于1 月1 日啟動。被提名為2021 中國科學院院士候選人的有36人次，被提名為2021 中國工程院院士候選人的有115 人次，總人次為151 人次。其中有兩位院士候選人涉及增材制造領域，其中一位是來自清華大學、中國科學院理化技術研究所的劉靜教授；另一位是共享裝備股份有限公司的董事長彭凡。

動態(tài)（四）：Stratasys 收購英國RPS，加碼布局SLA工業(yè)3D 打印

近日，Stratasys 收購了工業(yè)級SLA 3D 打印機供應商—英國RPS 公司。通過本次收購，Stratasys 獲得了RPS的全線Neo SLA 系統(tǒng)，加強了公司的技術產品線。Stratasys 預計，到2022 年第一季度，本次收購將對公司的收入和非GAAP 每股收益產生增值。Stratasys 首席執(zhí)行官Yoav Zeif 表示：“我們的目標是為全球客戶提供世界上最好、最完整的聚合物3D 打印產品。我們相信，相對于目前市場上的其他解決方案，Neo 產品更勝一籌�！�

 典型應用：

3D 打印在汽車行業(yè)的應用

汽車主要由四個主要部分組成：車身、電子附件、內飾和動力部件。在這1 萬億美元的零部件市場中，電動汽車的份額為250 億美元~500 億美元之間（占比2.5%-5%），目前正在朝著1600 億美元的規(guī)模增長。3D 打印用于汽車零部件生產的收入預測數(shù)據(jù)如下，2020 年為26.78 億美元，2026 年為129.74 億美元，2030 年達到203.5 億美元（其中25%是與電動汽車零部件相關的生產）。

一、車身部件3D 打印

除了原型制造之外，3D 打印在車身零部件制造方面也已經展現(xiàn)出了潛力。報告中列舉了幾個案例，比如寶馬集團在寶馬MINI 車型當中，為客戶定制3D 打印的內飾件。以及寶馬為i8 Roadster 車型3D 打印的窗戶導軌（使用HPMJF 技術）和頂棚支架（使用金屬PBF 技術）。此外，電動汽車公司Local Motors 已經成功3D 打印了整個汽車車身。車身部件3D 打印市場規(guī)模預測如下，2020 年為2300萬美元，2026 年為3.24 億美元，2030 年6.5 億美元。

二、電子輔助部件3D 打印

3D 打印部件生產公司Slant3D 已經證明了3D 打印電子部件的成本效益，在生產定制部件的時候無需開模具。


3D 打印汽車電子部件的市場預測如下，2020 年為4.1 億美元，2026 年為18.5 億美元，2030 年為30 億美元。

三、3D 打印汽車內飾

2018 年，通用汽車和Autodesk 利用創(chuàng)成式設計開發(fā)了3D 打印的座椅支架，由不銹鋼材料打印而成，從8 個零件簡化為1 個零件，重量減輕了40%。HP 使用MJF 技術生產具有復雜晶格結構的3D 打印汽車座椅。2020 年，豪華汽車品牌保時捷為旗下跑車設計了3D 打印的座椅。

四、3D 打印汽車動力部件

布加迪使用3D 打印技術生產了一系列的汽車部件，包括革命性的鈦合金3D 打印制動卡鉗。保時捷和SLMSolutions 公司合作，利用3D 打印技術為電驅動裝置制造外殼。在電動車中，減速機是一種傳動裝置，其作用是以有效地將電機的動力傳遞給車輪。該部件是一個相當復雜的金屬部件可以用AM 進行優(yōu)化，快速生產。未來，這可能成為一種可行的生產方式。3D 打印汽車動力部件的市場預測如下，2020 年為9.45 億美元，2026 年為45 億美元，2030年為70 億美元。

五、汽車后市場3D 打印部件

汽車后市場3D 打印部件的市場預測，2020 年為6 億美元，2026 年為30 億美元，2030 年為42 億美元。

成員展示：

北京匯天威科技有限公司

北京匯天威科技有限公司創(chuàng)立于2005 年，是一家專業(yè)提供3D 打印創(chuàng)新教育解決方案、企業(yè)3D 打印應用方案、3D 打印輔助醫(yī)療方案、平臺化3D 打印集群控制方案的國家高新技術企業(yè)，旗下有知名3D 打印機品牌——弘瑞。

弘瑞3D 打印機擁有數(shù)十款型號，近百項專利及核心軟件著作權，并榮獲產學研合作促進會“創(chuàng)新示范企業(yè)”、首批“中國增材制造產業(yè)聯(lián)盟”理事成員、“國家高新技術企業(yè)”及“中關村高新技術企業(yè)”雙重認證、“一帶一路暨金磚國家技能發(fā)展國際聯(lián)盟”成員。2020 年，江蘇匯天威集團成立，往下輻射北京、廊坊、上海、昆山、徐州、繁昌6 家公司，打造以長三角為核心，京滬經濟線一體化，向全國輻射的弘瑞品牌影響力。未來將以“打造中國3D 打印機第一品牌”為目標，構筑全方位的3D 打印產業(yè)生態(tài)圈。

活動預告：

2021 增材制造材料創(chuàng)新發(fā)展論壇

2021 年是國家“十四五”規(guī)劃開局之年，為了更好地編制實施《國家增材制造產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展指南（2021-2025 年）》，把握全球增材制造產業(yè)發(fā)展新機遇，引導和促進我國增材制造技術創(chuàng)新突破，促進增材制造材料、設備、應用及服務等行業(yè)上下游交流合作，探索增材制造技術賦能行業(yè)發(fā)展的新模式、新業(yè)態(tài)，推動長三角地區(qū)乃至全國新材料及增材制造產業(yè)高質量發(fā)展。由中國增材制造產業(yè)聯(lián)盟與國家增材制造創(chuàng)新中心指導，徐州空港開發(fā)區(qū)管委會主辦的2021 增材制造材料創(chuàng)新發(fā)展論壇將于3 月在徐州召開。

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