4D打印的“蝴蝶”隨著溫度的變化震動翅膀，航空發動機的試制時間和重量大幅降低，3D打印燃油噴嘴達到量產規模……6月28日，在增材制造產業發展(廣州)論壇暨2023年中國增材制造產業年會上，多位專家展示了最前沿的3D打印(即增材制造)成果，并就產業發展的機遇、挑戰、方案等展開討論。

優勢與機遇：3D打印應用再擴容

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近年來，隨著3D打印產業鏈上下游不斷完善，以航空航天為代表的眾多行業，愈發重視3D打印技術的應用。

發動機是飛機中最重要的零部件之一，世界最大的發動機GE9X采用的3D打印零部件高達304個。“智能增材制造是我國航空發動機技術發展趕超的機遇和快車道。”空軍工程大學教授、中國科學院院士、中國增材制造產業聯盟專家委副主任李應紅表示，借力3D打印，有助于縮短航空發動機的試制時間，并減少發動機的連接點，減輕總體重量。此外，3D打印技術可以提升對特殊材料、難加工材料和一些復雜結構件的制造能力。

航天三院31所增材制造中心主任馬瑞認同這一看法。他表示，3D打印在復雜結構、結構整體化、快速研制以及基于3D打印的設計優化等方面具有明顯優勢。

據了解，目前航天三院31所的30多臺大尺寸3D打印制造設備已經在北京和瀘州運營。明年在蘇州的批產線達產后，預計整個產線使用3D打印設備達100臺左右，其中約70%為大尺寸設備。

西門子(中國)有限公司數字化工業集團副總裁兼運動控制事業部總經理李雷表示，增材制造與材料技術被列為西門子11項核心技術之一，和軟件系統與開發流程、集成電路與電子、數據分析與人工智能等并列。目前西門子共有6個增材制造中心分別分布于歐洲、亞太和北美，超過225臺增材設備在全球工廠內運行。

“相信未來3D打印量產將應用在很多有需求的領域。”中國商飛增材制造技術應用研究中心主任、中國商飛北研中心副總師張嘉振介紹，GE公司使用3D打印技術生產的燃油噴嘴總數量已經超過10萬個，達到量產規模。

材料是影響3D打印發展的關鍵因素之一，受益于新材料產業的發展，3D打印的應用領域正在不斷拓寬。

在年會上，哈爾濱工業大學未來技術學院院長、中國科學院院士、中國增材制造產業聯盟專家委副主任冷勁松展示了形狀記憶聚合物材料在4D打印技術下制備的智能結構。視頻中，4D打印的“蝴蝶”可根據外界溫度的變化，不斷地扇動翅膀。“通過不同的外界激勵條件，利用形狀記憶聚合物材料生產的物品，其形狀、性能、功能都會發生變化。”冷勁松解釋道。

什么是4D打印?4D打印是在3D打印的基礎上增加時間維度的打印技術。4D打印結構在特定的外界激勵下，其物理特性及功能可隨時間的變化而發生自我轉變。

冷勁松表示，在醫學領域，4D打印血管支架可以實現非接觸驅動的主動變形，在1至2年實現可控降解;在服裝領域，4D打印的裙子不僅能根據需要變化形狀，更能根據外界溫度的變化自動開合，幫助使用者散熱或保暖。

挑戰與方案：新的生態正在建立

“新的行業生態正在建立。”華南理工大學教授、中國增材制造產業聯盟專家委員、廣東省增材制造協會會長楊永強表示，行業還處在發展的初期。

3D打印應用前景廣闊，同時也面臨一些問題。“第一，效率低，在工業與大規模應用時成本偏高;第二，應力大、疲勞強度不夠。”李應紅說。

對此，李應紅提出“i-3D”智能復合增材制造技術，即智能化、復合化和一體化。其中，智能化是智能監控系統及智能化工藝設計，建設智能化的全鏈條產線;復合化指多能場復合設備與工藝等;一體化指材料制造的一體化。“希望借助‘i-3D’，打印效率提高10倍，并且部件能夠一次打印成功。”李應紅表示。

質量控制方面，李應紅表示，利用智能化可實現3D打印過程中的“測”“判”“控”。“測”指對3D打印的成型過程進行智能監控;“判”即基于深度學習算法的質量評價;“控”即智能監控，使3D打印過程從“盲打”到“可知”，增加質量管控手段，改變3D打印產品只是事后檢測的質量認證模式，及時發現缺陷后主動調控以消除。

工業和信息化部裝備工業發展中心總工程師左世全表示，3D打印正在從工藝制造走向設計制造，從非承載件走向承載件，從單個鑒定走向過程鑒定。

“未來，3D打印裝備將逐步走向大尺寸(大成形面積)、高效率(多激光器)、新技術(飛行打印/金屬粘接劑等)、精細化(微納米金屬打印)。”左世全說。

談及未來3D打印的應用趨勢，左世全認為，在部分領域，3D打印可能成為代替減材制造和等材制造的加工方式，走向批量化生產，進入千家萬戶，并在太空打印、細胞打印和4D打印領域取得更長足的突破。

3D打印如何“打動”資本?深圳市高新投創業投資有限公司高級投資總監湯耀科認為：一是要有更多的打印材料種類;二是更穩定、更好的打印性能;三是更快速的打印效率;四是更低的打印成本;五是更廣和更深的應用開拓。

“從事3D打印的企業，如果能解決其中2至3個問題，就會成為資本比較看好的企業;如果能解決3至4個問題，就能成為領軍企業。”湯耀科說。

編輯：張芬

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