国务院发展研究中心：增材制造技术影响深远
时间：2023-03-30 10:10 来源：国务院发展研究中心国际技术经济 作者：admin 阅读：次
增材制造（Additive Manufacturing，AM）也称3D打印技术，是指利用计算机三维设计模型，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、塑料、细胞组织等材料逐层堆积，制造出实体产品的技术。近年来，增材制造技术迅速发展，并逐渐在全球制造业中得到广泛应用。本文旨在通过列举事实和数据，展现增材制造当前的发展现状，分析新技术给制造业带来的挑战，说明未来的发展趋势。
一、增材制造技术发展现状
增材制造技术应用领域广泛，已在航空航天、生物医疗和国防军工等领域获得应用，并逐步向更多领域拓展。通过增材制造技术，越来越多的领域对产品进行了改进和创新，实现了降低成本和提高效率。
（一）航空航天领域
航空航天领域对产品的性能要求高、减重需求大、成本不敏感，部分零部件非常适合采用增材制造技术，是近年来该技术应用最多的领域。美国国家航空航天局（NASA）已对增材制造技术在航天领域的应用进行了整体布局，并探索了几乎所有的金属3D打印工艺。2021年5月，NASA工程人员利用增材制造技术制造出首个全尺寸铜合金火箭发动机零件。2022年10月，通用（GE）航空集团使用金属3D打印工艺，将150多个零件合并为1个直径为1米的高温合金部件。2023年3月，全球首枚全3D打印火箭Relativity Space Terran1成功飞过Max-Q阶段，达到预定关键目标，是增材制造技术大规模应用的重要里程碑。
（二）生物医疗领域
增材制造产品可以按需定制，且制造周期短，非常适合应用于骨科、牙科植入物等生物医疗领域。同时，增材制造技术也促进了生物领域的科研创新。2022年2月，荷兰乌得勒支大学研究人员使用超快体积3D生物打印方法制造出功能性肝脏。哈佛医学院和四川大学合作利用低温生物3D打印技术制造出活体人类肌腱。2022年6月，美国3DBio Therapeutics公司使用3D细胞打印的活体组织植入物为一名右耳小耳畸形的患者重建了外耳。2022年8月，印度首个3D打印眼角膜成功通过动物测试。2022年12月，法国医疗机构利用3D生物打印技术完成鼻癌患者鼻子重建手术。2023年3月，美国麻省理工学院研究人员开发出一种3D打印心脏复制品的方法，提高心脏瓣膜置换手术的成功率。
（三）国防军工领域
增材制造技术可以满足军工产品对制造速度、制造成本和产品重量的更高要求，各国防务部门广泛采用。2023年2月，美国海军战略潜艇项目执行办公室（PEOSSBN）执行主任Matt Sermon称军用造船的未来取决于金属增材制造，美国海军将继续加大增材制造技术的部署力度。2022年7月，美国海军在“黄蜂级”两栖攻击舰第2号舰上安装了施乐液态金属3D打印机，这是美国海军舰艇上部署的第一台金属增材制造装备。2022年7月，英国皇家空军利用增材制造技术创建出一支无人机机队。该机队可快速部署，携带了弹药，能摧毁战略目标。2023年2月，美国海军授权采用IperionX的回收再制造钛合金粉末为舰船3D打印出泵组件。2023年3月，澳大利亚制造商Nupress公司与SPEE3D公司签署合作协议，将为澳大利亚AAI公司水陆两栖飞机项目提供3D打印定制模型和部件。
二、增材制造技术发展影响深远
增材制造技术将改变传统制造模式和供应链结构。传统的制造模式是靠大批量生产来实现经济效益，而增材制造技术则支持小批量生产，使得定制化生产成为可能。利用增材制造技术，制造商不仅能够更灵活地响应客户需求，还能更快地推出新产品，提高生产效率，将对产品的设计、生产和分销方式产生深远影响。
（一）增材制造将改变产品的设计方式
传统制造方法的产品设计受模具和工具限制，而增材制造技术的数字设计过程可以根据个性化需求进行全方位定制。例如，在医疗领域，利用增材制造技术，医疗器械商可以生产出根据患者特点定制的骨科植入物、脊柱侧弯矫形器、助听器等，大大提高患者适配度和术后愈合速度。
（二）增材制造将改变产品的生产方式
增材制造可以以较小的规模生产产品，使其成为原型制作和小批量生产的理想选择。这不仅能解决小批量定制化成本高的问题，还缩短了制造时间，为小微企业和初创公司提供了新机遇。例如，美国珍珠（American Pearl）等多家珠宝公司已经将增材制造技术应用于传统的黄金珠宝首饰生产中。借助增材制造技术，一款按消费者个性化需求定制的珠宝首饰可在一周内完成设计、制造和配送服务，大大改变了珠宝产品的生产和销售方式。
（三）增材制造将改变供应链结构
由于增材制造技术可以在偏远地区或不便采用传统制造方法的地区生产产品，对于解决偏远地区生产能力不足和设备零件供应不及时的问题具有重要意义。例如，通用电气已经采用增材制造技术生产出燃气涡轮发动机的替换部件，并用于石油和天然气钻井平台。此外，英国谢菲尔德大学的研究人员开发出一种3D打印无线电天线的方法，可以为偏远地区的人们提供更强的手机信号和更快的互联网连接。增材制造技术的普及将带来更加分散的供应链，可在更靠近用户的地方生产产品，减少对运输和物流的需求。
三、增材制造技术的发展趋势
按照技术发展的Gartner曲线，一项新技术的生命周期将历经诞生、过热、低谷，到最终被人们接受。增材制造技术已出现多年，随着时代发展不断取得新的突破。凭借其研发制造周期短、材料利用率高、节省人工和产线建设等优势，近年来愈发受到关注，目前处于快速发展阶段。预计未来增材制造技术的发展方向将呈现多样化、规模化和智能化的趋势。
多样化。目前，增材制造技术已经能够使用金属、塑料、生物材料等多种材料进行打印，并能够实现不同材料之间的混合。未来，增材制造技术或将进一步提高材料的选择性和组合性，同时实现多功能的打印效果。规模化。目前，增材制造技术已实现了部分大尺寸物体的打印，包括房屋建筑、飞行器大型零部件等。未来，增材制造技术或将在提高打印速度和精度的同时进一步扩大生产规模，实现大尺寸、一体化制造。智能化。目前，人工智能（AI）技术已经在增材制造领域被用于筛选部件、生成复杂设计和监测质量控制等方面。随着以ChatGPT 为代表的新一代AI技术取得突破性进展，AI与增材制造的深度融合将进一步提高增材制造的效率和质量。
研究所简介
国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界科技、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。
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