1、超材料

 

歐盟在其（qí）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、複合高溫（wēn）陶瓷材（cái）料、金屬有機骨架、納米顆粒和納米纖維材（cái）料。美國國家創新中心AmericaMakes製定的增（zēng）材製造材料材料重點領域（yù）目標則是建立材料知識的體係，為增材製造材料建立基準特性數據，包括創建一個（gè）範式轉變，從控製過程參（cān）數來（lái）“建立”微觀結構（gòu），而不是控（kòng）製底層物理學上的微觀尺度（dù），以（yǐ）實現一致的可重複性的微觀結構，從而“設計”材料屬性。我國（guó）根據《國家增材製造產（chǎn）業（yè）發展推進計劃（2015－2016年）》的引導，在依托高（gāo）校、科研機構開展增材製造專（zhuān）用材料特性（xìng）研究與設計（jì）。

 

筆者認為當前增材製（zhì）造領域，我國在從（cóng）事更多的（de）基礎與應用層（céng）麵建設，歐洲在進行前沿領域的探索（suǒ），美（měi）國試圖通過其最擅長的數據分析與（yǔ）軟件能力打造共性的體係。當然，這其中還有很多共同的（de）工作是各個國家都在（zài）積極布局。包括高溫合（hé）金這一必須的（de）戰略（luè）領域，國內四（sì）川天塬增材製造，中國科學院寧波材料技術與工程研究所（suǒ），南京航空航天大學，西安鉑力特（tè），江西理工大學，廣東華科新（xīn）材料研究院，中國科學院重慶（qìng）綠色智能技術（shù）研究院，湖南頂立科技，航（háng）星利華（北京）科技，中國航空工業集（jí）團公司北（běi）京航空材料研究院（yuàn）等。

 

在基礎性（xìng）的材料建設的基礎，編程材料成（chéng）為下一個搶占的戰略製高點。超材料是指材料的設計表現出不同尋常的特性（xìng），是具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構或複合材料。迄今發展出的“超材料”包括：”左手材料”、”光子晶體（tǐ）”、”超磁性材料”等。

 

哈佛的研究人員嚐試通過建立一個基（jī）礎（chǔ）設（shè）計框架軟（ruǎn）件，從（cóng）而實現幾何形狀和幾個功能之間切換，並不限製打（dǎ）印尺寸，可以從米（mǐ）級到納米尺度的應用，從減震建築（zhù）材料升級到光子晶體的超材料結構（gòu）。

 

超材料領域，我國（guó）東南大（dà）學，中國人（rén）民解放軍空（kōng）軍工程大學，西安交通大學，北京交通大學等多有研究。隨著哈佛大學通過軟件來解決基礎建模問題，超材（cái）料或借助3D打印“滲入”特殊材料領域，使得超材料（liào）成為尋常可見的（de）材料。

 

2、電子結構件

 

電子產品製造（zào）中的電氣互聯技術，已經（jīng）由（yóu）以表麵組裝技術、微組裝技（jì）術（shù）、立體組裝技術、高密度組裝技術（shù）等技（jì）術為標誌的發展時期，逐步進入了以光電互（hù）聯、綠（lǜ）色（sè）組裝（zhuāng）、結（jié）構功能組件互聯、多（duō）介質複雜組（zǔ）件互聯等技術為標誌的（de）新技術發展（zhǎn）時期。為保證各類新型電路組件／模塊的電氣互聯品質和效率，電子行業對與這些要求相適應的（de）新工（gōng）藝（yì）、新方法提（tí）出需求。而3D打印的製造過（guò）程快速（sù）、結構形體複雜性無限製等技術特性，尤其適用於電子產品的單件、多品種小批量研製，以及（jí）采用傳統製造方式難以實現（xiàn）的結構電子產品的（de）開發。

 

在結構（gòu）電子產品（pǐn）製造領域，美國Optomec公司（sī）通過氣溶膠噴射3D打（dǎ）印技術已被應用在小（xiǎo）批量產品的生（shēng）產中，使用該技術3D打印的曲麵共形天線或在眼鏡上直接印製AR電子設備就是其中（zhōng）頗具代表性的（de）應用。

 

在這一領域（yù）活躍（yuè）著大量的高（gāo）科技（jì）企業（yè），包括哈佛大學創業企（qǐ）業Voxel8，被GE和歐（ōu）特克投資的（de）Optomec，麻省理工的MultiFab，CC3D，NanoDimension等等。在我國，西安交通大（dà）學通過一種導線與基體（tǐ）同步打印的3D打（dǎ）印技（jì）術實現了結構電子產品三維空間的任意排布（bù）。

 

3、更精細的質量檢測

 

3D打印製品在製（zhì）備和使用過程中，某些缺陷的產生和擴展（zhǎn）幾乎是無法避免的。在金屬融化過程中（zhōng），每個激光點創建了一個微型熔池，從粉末融化到冷卻（què）成為固體（tǐ）結構（gòu），光斑的大小以及功率帶來的熱量的大小決定了這個微型（xíng）熔池的大小，從而影響著（zhe）零件的（de）微晶結（jié）構。

 

對於金屬增材製造的（de）複雜性可以區分為（wéi）五個（gè）層麵：1簡單的零件、2優（yōu）化的零件、3帶有嵌入式（shì）設計的零（líng）件、4為增材製造設計的零件、5複雜（zá）的胞元（yuán）結構零件。對於（yú）複雜（zá）的（de）3D打印產品的檢測，國外各大科研機構和例如GE這樣的企業開始采用X射線顯微CT（X－rayMicroCT）作為（wéi）檢測手段，這一趨（qū）勢將在2017得以強化。

 

4、3D打印占主角的航天

 

2017年新年伊始，1月17日GE獲得批準（zhǔn）的專利中，公開（kāi）了用於製造渦（wō）輪（lún）機部件上的（de）應變傳感器的方法。緊接著，GE於1月24日又獲批（pī）專利，內容包括燃（rán）料噴射器主體和冷卻（què）係統的製造技術。如果說3D打印在航空領域越來越彰顯重要性，那麽在航天領域，3D打印（yìn）技術（shù）已然成為“頂梁柱（zhù）”。

 

NASA認為3D打印在製造液態氫（qīng）火箭（jiàn）發動機方麵頗具潛力，NASA的AMDE－AdditiveManufacturingDemonstratorEngine增材製造驗證機項目在3年內，團隊通過增材製造出100多個零件，並設計了一個可以通（tōng）過3D打印來完成的發動機原型，而通過3D打印（yìn），零件的數量可（kě）以減少（shǎo）80％，並（bìng）且僅僅（jǐn）需要30處焊接。

 

SpaceX、BlueOrigin、馬歇爾太空飛行中心，AerojetRocketdyne以及RocketLab在2016年再一次證明，3D打印不僅（jǐn）將提升火箭發射（shè）設備的性能，更能降低火（huǒ）箭發射的成本。

 

5、企業內部（bù）生態圈

 

GE本身是3D打印（yìn）的（de）下遊應用企業（yè），而（ér）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（bìng）提出將在2到3年內提高3D打印的速度，在更長（zhǎng）遠的（de）時間內，GE希望達到現在速度的（de）100倍。通過GE下遊業（yè）務部門的應用發展需求，不斷反（fǎn）哺GE上遊設（shè）備（bèi）的研發，無論是資金方（fāng）麵還是know－how方麵，其收購的設備品牌都獲取了其他企業難以獲得的優勢（shì）。無獨有偶，米其林也宣布將其與法孚合作的金屬打印技術用於更好的輪（lún）胎模具生產。

 

而美（měi）鋁也宣布（bù）將3D打印業務從粉末到打印（yìn）服務單獨成立一家公司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（rèn）證（zhèng）的專業服務。依（yī）靠美鋁公司的技術實力，Arconic在傳統金屬製造技術和（hé）3D打印領域都將成為獨具實力的強勢品牌。

 

另外一家公司，GKN圍繞著強大的航空航天業務與動力車輛業務版（bǎn）圖，GKN打造了三個增材製造卓越中心（xīn）：GKN美國辛辛那提（tí）增材製造卓越中心，GKN瑞典（diǎn）Trollh？tten增材製造卓越中心，GKN英國Filton增材製造卓（zhuó）越中心。

 

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

 

6、金屬性能的塑料

 

塑料（liào）正在變得更（gèng）加具工程性能，Evonik最近推出VESTOSINT3DZ2773材（cái）料，這（zhè）種材料是使用惠（huì）普多射流融合3D打印（yìn）機開發（fā）的第一個新的塑料粉末。新的PA－12粉末具有優異的力學性能，並且通過美國FDA（食品和藥物管理局）標準（zhǔn），所（suǒ）以用這（zhè）種材料製造出來的組件（jiàn）可以用於食品接觸。

 

Solvay－蘇威以其先（xiān）進的（de）輕量化解決（jué）方案以塑料（liào）取（qǔ）代部分金屬為目標。Solvay先是（shì）在法國裏昂成立技（jì）術（shù）中心，研（yán）究和生（shēng）產SinterlineTechnyl，又在美國格魯吉亞州的Alpharetta開辟了一個新的實驗室用於增材製造先進材料的研究。意大利的（de）CRPTechnology，圍（wéi）繞著聚酰胺材料，CRPTechnology的尼龍增強材料（liào）獨具（jù）特色，其中（zhōng）Windform玻璃纖維增強聚（jù）酰胺（àn）材料，具有良好的拉伸強度，也可以被CNC數控加工，並且還是非（fēi）導電（diàn）材料。牛（niú）津性能材料（OPM）已被選定為波音CST－100火（huǒ）箭飛船提（tí）供3D打印的結構件，OPM已經開始出（chū）貨OXFAB材料打印的零部件，拉開了高性能塑料材料（liào）代替輕質金屬的一個新篇章。威格斯正帶（dài）領由多家公司和機（jī）構組成的（de）聯盟，投身於3D打印（增材（cái）製造或AM）創新。作為其關鍵角（jiǎo）色的一部分，威格斯將以專用於增材製造工（gōng）藝的新型化學配方設計為基礎，開發高性能聚芳醚酮（PAEK）聚合物新牌號。

 

從金屬到高性能材料的轉換目前是航空航天市場的（de）一個既定趨勢，塑料成（chéng）為追求設計自由度、製造（zào）便利（lì）性（xìng）和輕質以超越傳統鋁材的方案，這一趨勢將在2017得（dé）到加強。