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1、超材料

 

欧盟在其增材制作发展路线图中曾提出重点支持生物材料、超导材料、新磁性材料、高性能金属合金、非晶态金属
、复合高温陶瓷材料、金属有机骨架
、纳米颗粒和纳米纤维材料。美国国家创新中心AmericaMakes制定的增材制造材料材料重点领域目标则是建立材料知识的体系，为增材制造材料建立基准特性数据，包括创建一个范式转变，从控制过程参数来“建立”微观结构，而不是控制底层物理学上的微观尺度，以实现一致的可重复性的微观结构
，从而“设计”材料属性。我国根据《国家增材制造产业发展推进计划（2015－2016年）》的引导
，在依托高校、科研机构开展增材制造专用材料特性研究与设计
。

 

笔者认为当前增材制造领域
，我国在从事更多的基础与应用层面建设

，欧洲在进行前沿领域的探索，美国试图通过其最擅长的数据分析与软件能力打造共性的体系。当然，这其中还有很多共同的工作是各个国家都在积极布局。包括高温合金这一必须的战略领域

，国内四川天塬增材制造
，中国科学院宁波材料技术与工程研究所
，南京航空航天大学，西安铂力特，江西理工大学
，广东华科新材料研究院，中国科学院重庆绿色智能技术研究院，湖南顶立科技，航星利华（北京）科技
，中国航空工业集团公司北京航空材料研究院等。

 

在基础性的材料建设的基础
，编程材料成为下一个抢占的战略制高点

。超材料是指材料的设计表现出不同寻常的特性，是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料

。迄今发展出的“超材料”包括

：”左手材料”

、”光子晶体”
、”超磁性材料”等。

 

哈佛的研究人员尝试通过建立一个基础设计框架软件
，从而实现几何形状和几个功能之间切换，并不限制打印尺寸，可以从米级到纳米尺度的应用，从减震建筑材料升级到光子晶体的超材料结构。

 

超材料领域
，我国东南大学


，中国人民解放军空军工程大学，西安交通大学，北京交通大学等多有研究。随着哈佛大学通过软件来解决基础建模问题，超材料或借助3D打印“渗入”特殊材料领域，使得超材料成为寻常可见的材料。

 

2
、电子结构件

 

电子产品制造中的电气互联技术
，已经由以表面组装技术、微组装技术
、立体组装技术

、高密度组装技术等技术为标志的发展时期，逐步进入了以光电互联、绿色组装
、结构功能组件互联、多介质复杂组件互联等技术为标志的新技术发展时期
。为保证各类新型电路组件／模块的电气互联品质和效率，电子行业对与这些要求相适应的新工艺、新方法提出需求。而3D打印的制造过程快速
、结构形体复杂性无限制等技术特性
，尤其适用于电子产品的单件
、多品种小批量研制
，以及采用传统制造方式难以实现的结构电子产品的开发
。

 

在结构电子产品制造领域

，美国Optomec公司通过气溶胶喷射3D打印技术已被应用在小批量产品的生产中，使用该技术3D打印的曲面共形天线或在眼镜上直接印制AR电子设备就是其中颇具代表性的应用。

 

在这一领域活跃着大量的高科技企业，包括哈佛大学创业企业Voxel8
，被GE和欧特克投资的Optomec，麻省理工的MultiFab，CC3D，NanoDimension等等。在我国
，西安交通大学通过一种导线与基体同步打印的3D打印技术实现了结构电子产品三维空间的任意排布。

 

3
、更精细的质量检测

 

3D打印制品在制备和使用过程中，某些缺陷的产生和扩展几乎是无法避免的。在金属融化过程中
，每个激光点创建了一个微型熔池，从粉末融化到冷却成为固体结构，光斑的大小以及功率带来的热量的大小决定了这个微型熔池的大小
，从而影响着零件的微晶结构

。

 

对于金属增材制造的复杂性可以区分为五个层面：1简单的零件、2优化的零件


、3带有嵌入式设计的零件
、4为增材制造设计的零件、5复杂的胞元结构零件。对于复杂的3D打印产品的检测，国外各大科研机构和例如GE这样的企业开始采用X射线显微CT（X－rayMicroCT）作为检测手段，这一趋势将在2017得以强化
。

 

4
、3D打印占主角的航天

 

2017年新年伊始，1月17日GE获得批准的专利中，公开了用于制造涡轮机部件上的应变传感器的方法
。紧接着

，GE于1月24日又获批专利，内容包括燃料喷射器主体和冷却系统的制造技术
。如果说3D打印在航空领域越来越彰显重要性
，那么在航天领域

，3D打印技术已然成为“顶梁柱”
。

 

NASA认为3D打印在制造液态氢火箭发动机方面颇具潜力，NASA的AMDE－AdditiveManufacturingDemonstratorEngine增材制造验证机项目在3年内，团队通过增材制造出100多个零件
，并设计了一个可以通过3D打印来完成的发动机原型
，而通过3D打印，零件的数量可以减少80％，并且仅仅需要30处焊接。

 

SpaceX
、BlueOrigin、马歇尔太空飞行中心，AerojetRocketdyne以及RocketLab在2016年再一次证明
，3D打印不仅将提升火箭发射设备的性能
，更能降低火箭发射的成本。

 

5
、企业内部生态圈

 

GE本身是3D打印的下游应用企业
，而收购了Arcam，ConceptLaser以后
，GE成为其上游3D打印设备厂商中的一员
，并提出将在2到3年内提高3D打印的速度，在更长远的时间内
，GE希望达到现在速度的100倍。通过GE下游业务部门的应用发展需求，不断反哺GE上游设备的研发，无论是资金方面还是know－how方面
，其收购的设备品牌都获取了其他企业难以获得的优势。无独有偶
，米其林也宣布将其与法孚合作的金属打印技术用于更好的轮胎模具生产
。

 

而美铝也宣布将3D打印业务从粉末到打印服务单独成立一家公司Arconic，Arconic公司可以为用户提供从航空技术到金属粉末生产乃至产品认证的专业服务
。依靠美铝公司的技术实力

，Arconic在传统金属制造技术和3D打印领域都将成为独具实力的强势品牌
。

 

另外一家公司
，GKN围绕着强大的航空航天业务与动力车辆业务版图，GKN打造了三个增材制造卓越中心：GKN美国辛辛那提增材制造卓越中心

，GKN瑞典Trollh

？tten增材制造卓越中心
，GKN英国Filton增材制造卓越中心。

 

企业内部生态圈将成为3D打印的一大趋势，3D打印的竞争将升级为研发
、市场营销、产业链、商业模式全方位的竞争。

 

6、金属性能的塑料

 

塑料正在变得更加具工程性能，Evonik最近推出VESTOSINT3DZ2773材料，这种材料是使用惠普多射流融合3D打印机开发的第一个新的塑料粉末。新的PA－12粉末具有优异的力学性能，并且通过美国FDA（食品和药物管理局）标准
，所以用这种材料制造出来的组件可以用于食品接触。

 

Solvay－苏威以其先进的轻量化解决方案以塑料取代部分金属为目标。Solvay先是在法国里昂成立技术中心，研究和生产SinterlineTechnyl

，又在美国格鲁吉亚州的Alpharetta开辟了一个新的实验室用于增材制造先进材料的研究。意大利的CRPTechnology
，围绕着聚酰胺材料，CRPTechnology的尼龙增强材料独具特色，其中Windform玻璃纤维增强聚酰胺材料，具有良好的拉伸强度，也可以被CNC数控加工，并且还是非导电材料。牛津性能材料（OPM）已被选定为波音CST－100火箭飞船提供3D打印的结构件，OPM已经开始出货OXFAB材料打印的零部件，拉开了高性能塑料材料代替轻质金属的一个新篇章。威格斯正带领由多家公司和机构组成的联盟
，投身于3D打印（增材制造或AM）创新

。作为其关键角色的一部分
，威格斯将以专用于增材制造工艺的新型化学配方设计为基础
，开发高性能聚芳醚酮（PAEK）聚合物新牌号
。

 

从金属到高性能材料的转换目前是航空航天市场的一个既定趋势，塑料成为追求设计自由度、制造便利性和轻质以超越传统铝材的方案
，这一趋势将在2017得到加强。