1、超材料

 

歐盟在其增材製作發展路線圖中曾提出重點支持生物材料、超導材料、新磁性材料、高性能金屬合金、非晶態金屬、複合（hé）高溫（wēn）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（cái）製造材（cái）料材料重點領（lǐng）域目標則是建立材料知識的體係，為增材製造材料建立（lì）基準特性數據，包括創建一個範式轉（zhuǎn）變，從控製過程參數來“建立”微觀結構，而（ér）不是控製底層物理學上的微觀尺度，以實現一致的可重複性的微觀結構（gòu），從而“設計”材料屬性（xìng）。我國根據《國家（jiā）增材製造產業發展推進計劃（2015－2016年）》的引導，在依（yī）托高校、科研機構開展增（zēng）材製造專（zhuān）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（zài）從事更（gèng）多的基礎與應用層（céng）麵建設，歐洲（zhōu）在進行前沿領域的（de）探（tàn）索，美國試圖（tú）通過其最擅長的數據分析與軟件能力打造（zào）共性的體係。當然，這其中還有很多共同的工作是各個國家都在積極布局。包括高溫合金這一必須的戰略領域，國內四川天塬增材製造，中國科學院寧波材料技（jì）術與工程研究所（suǒ），南京（jīng）航空航（háng）天大學，西（xī）安鉑力特，江西（xī）理工大學，廣東華科新材料研究院，中國科學院重慶綠色智能技（jì）術研究院，湖南頂（dǐng）立科技（jì），航星（xīng）利華（北京）科技，中國航空（kōng）工業集團公司北京（jīng）航空材料研究院等（děng）。

 

在基礎性的材料建設的基礎，編程材料（liào）成為下一個搶占的戰略製高點。超材料是指材料的設計（jì）表現出不（bú）同尋（xún）常的特性，是具有天然（rán）材料所不具備的（de）超常（cháng）物理性質的人（rén）工（gōng）複合結構或複合材料。迄今發展出的“超（chāo）材料”包括：”左手（shǒu）材料”、”光子晶體”、”超磁性材料”等。

 

哈（hā）佛的研究人員嚐試通過建立一個基礎設計框架軟件，從而（ér）實現幾何形狀和幾（jǐ）個功能之（zhī）間切換，並不限製打印尺寸，可（kě）以從米級到納米尺度的應用，從減震建築材（cái）料升級到光子晶體的超材料結構。

 

超材料領域，我國東南大學，中國人民（mín）解放軍空軍工程大學，西安交（jiāo）通大學，北京交（jiāo）通大學等多有研究。隨（suí）著哈佛大學（xué）通過軟件（jiàn）來解決基礎建模問題，超（chāo）材料或借助3D打印“滲入”特殊材料領域，使得超（chāo）材料成為尋（xún）常可（kě）見的材（cái）料。

 

2、電子（zǐ）結構件

 

電子產品製造中的（de）電氣互聯技術，已經由以表（biǎo）麵組裝技術、微組裝技術、立體組裝技術、高密（mì）度組裝技術等技術為標誌的發展時（shí）期，逐步進入了以光電互聯、綠（lǜ）色組裝、結（jié）構功能組件互聯（lián）、多（duō）介質複（fù）雜組件互聯等技術為標誌的新技（jì）術發展時期。為保證各類新型電路組件／模塊的電（diàn）氣互聯品質和效率，電子行業對（duì）與這些要求相適應的新工藝、新方法提出需求。而3D打印的（de）製造過程快（kuài）速、結構形體（tǐ）複雜性無限製等技術特性，尤其適用於電子產品的單件、多品種小（xiǎo）批量研製，以（yǐ）及采用傳統製造方式（shì）難以實現的結構電子產品的（de）開發。

 

在結（jié）構電子產品製（zhì）造領域，美國Optomec公司通過（guò）氣溶（róng）膠噴射3D打印技術已被（bèi）應用在小批量產（chǎn）品的生產中，使（shǐ）用該技術3D打印的曲麵共形天線或在眼鏡（jìng）上直（zhí）接印製AR電子設備就是其中頗具代表性的應用（yòng）。

 

在這一領域活躍著大（dà）量的高科技企業，包括哈佛大學（xué）創業企業Voxel8，被GE和歐特克投資的Optomec，麻省理工的MultiFab，CC3D，NanoDimension等等。在我國，西安交通大學通過一種導線與基體同步打印的3D打印技術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（liàng）檢測

 

3D打（dǎ）印製品在製備（bèi）和使用過程（chéng）中，某些缺陷的產生和擴展（zhǎn）幾乎是無法避免的。在金屬融化（huà）過（guò）程中，每個激光（guāng）點創建了一個微型熔池，從粉末融化到（dào）冷卻成為固體結構，光斑的大小以（yǐ）及功率（lǜ）帶來的熱量的大小（xiǎo）決定了這個（gè）微型熔池（chí）的大小，從而（ér）影響（xiǎng）著零件的微晶結構。

 

對於金屬增材製造的複雜（zá）性（xìng）可以區分為五（wǔ）個層麵：1簡單的零（líng）件、2優化（huà）的零件、3帶有嵌入（rù）式設計的零件、4為增材製造設計的零件（jiàn）、5複雜的胞元結（jié）構（gòu）零件。對於複雜的3D打印產品的檢測，國外各（gè）大科研機構和例如GE這樣的企業開始采用X射線顯微CT（X－rayMicroCT）作為檢測手段，這一趨勢將在2017得（dé）以強化（huà）。

 

4、3D打（dǎ）印（yìn）占主角的航天

 

2017年新年伊始，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（jiàn）上的應變傳感器的方法。緊接著，GE於1月24日又獲批專利，內容包括燃料噴射器主體和冷卻係（xì）統的製造技（jì）術。如果說3D打印在航空領域越來越（yuè）彰顯重要性，那（nà）麽在航天領域，3D打印技術已然成為“頂梁柱”。

 

NASA認（rèn）為3D打印在製（zhì）造液態氫（qīng）火箭發動機方麵頗（pō）具潛（qián）力，NASA的AMDE－AdditiveManufacturingDemonstratorEngine增材製造驗（yàn）證機項目在3年內，團隊通過增（zēng）材（cái）製（zhì）造（zào）出100多個零件，並設計了一個可以通過3D打印來（lái）完成的發動機（jī）原型，而通（tōng）過3D打印，零件的數量可以（yǐ）減少80％，並且僅僅需要30處（chù）焊接。

 

SpaceX、BlueOrigin、馬歇（xiē）爾太空飛行中心，AerojetRocketdyne以及RocketLab在2016年再一次證明，3D打印（yìn）不僅將（jiāng）提升（shēng）火箭發射設備的性能，更能降（jiàng）低火箭發射的成本。

 

5、企業內部（bù）生態圈

 

GE本身是3D打印的下遊應用企業，而收購了Arcam，ConceptLaser以後，GE成為其上遊3D打印設備廠商中的一員，並提出將在2到3年（nián）內提高3D打印的速度，在更（gèng）長遠的時間內，GE希望達到現在速度的100倍。通過GE下遊業務部門的應（yīng）用發展需求，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（miàn），其收購的（de）設備品牌都獲取了其他（tā）企（qǐ）業難（nán）以獲得的優勢。無（wú）獨有偶，米其林（lín）也宣布將（jiāng）其與法孚合作（zuò）的（de）金屬打印技術用（yòng）於更好的輪胎模具生產。

 

而（ér）美鋁也宣布將3D打印業務從粉（fěn）末到打印服務單獨（dú）成立一（yī）家（jiā）公司Arconic，Arconic公司可以為用戶提供從航空技術到金屬粉末生產乃至產品認證的專業（yè）服務。依靠美（měi）鋁公司的技術（shù）實力，Arconic在傳統（tǒng）金屬製造技（jì）術和3D打印領域都將（jiāng）成為獨具（jù）實力的強勢品牌。

 

另外一家公司，GKN圍繞著強大的（de）航空航天業務與動力車輛業務版圖，GKN打造了三個增材製造卓越中（zhōng）心：GKN美國（guó）辛辛那提增材製造卓越中心，GKN瑞典Trollh？tten增材製（zhì）造（zào）卓越中心，GKN英國Filton增材製造卓越中心。

 

企業內部生態圈將成為3D打印的一大趨勢，3D打印的（de）競爭將升級為研發、市場營銷、產業鏈（liàn）、商業（yè）模式全方（fāng）位的競爭。

 

6、金屬性能的塑料

 

塑料正（zhèng）在變得更加具工程性能，Evonik最近推出VESTOSINT3DZ2773材料，這種材料是使用（yòng）惠普多射流融合（hé）3D打印機開發的第一個（gè）新的（de）塑料粉末（mò）。新的PA－12粉（fěn）末具有優異的力學（xué）性能，並且通過美國FDA（食品和藥物管理局）標準，所以用這種材料製造出來的組（zǔ）件可以用於食（shí）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（wéi）目標。Solvay先是在法國裏昂成立技（jì）術中心，研究和生產SinterlineTechnyl，又在美國格魯吉亞州的Alpharetta開辟了一個新的實（shí）驗室（shì）用於增材（cái）製造先進（jìn）材料的研究。意大利的CRPTechnology，圍繞著聚酰胺（àn）材料，CRPTechnology的尼龍增強材（cái）料獨具特色，其中Windform玻璃（lí）纖維增強聚酰胺材料，具有良好的拉伸強度，也可以（yǐ）被CNC數控加工（gōng），並且還是非導電材料。牛津性能材料（OPM）已被選定為波音CST－100火箭飛船提供3D打印的結（jié）構件，OPM已經開始出貨OXFAB材料打印的零部（bù）件，拉開了高性能塑料材料代替輕質金屬的一個新篇章。威格斯正帶領由多家公司和機構組（zǔ）成的聯盟，投身於3D打（dǎ）印（增材製造或AM）創新。作為其關鍵角色的一部分，威格斯（sī）將（jiāng）以專用於增材製造工藝的新型化學配方（fāng）設（shè）計為基礎，開（kāi）發高性（xìng）能（néng）聚芳醚酮（PAEK）聚（jù）合物新牌（pái）號。

 

從金屬到高性能材料的轉換目前是航空航天市場的一（yī）個既定趨勢，塑料成為追求設（shè）計自由度、製造便利性和輕質以超越傳統鋁材的方案，這一趨勢將在2017得到加強（qiáng）。