應用領域再擴容 3D列印産業化加速跑

4D列印的“蝴蝶”隨著溫度的變化震動翅膀，航空發動機的試製時間和重量大幅降低，3D列印燃油噴嘴達到量産規模……6月28日，在增材製造産業發展（廣州）論壇暨2023年中國增材製造産業年會上，多位專家展示了最前沿的3D列印（即增材製造）成果，並就産業發展的機遇、挑戰、方案等展開討論。

優勢與機遇：3D列印應用再擴容

近年來，隨著3D列印産業鏈上下游不斷完善，以航空航太為代表的眾多行業，愈發重視3D列印技術的應用。

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採用的3D列印零部件高達304個。“智慧增材製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、中國增材製造産業聯盟專家委副主任李應紅表示，借力3D列印，有助於縮短航空發動機的試製時間，並減少發動機的連接點，減輕總體重量。此外，3D列印技術可以提升對特殊材料、難加工材料和一些複雜結構件的製造能力。

航太三院31所增材製造中心主任馬瑞認同這一看法。他表示，3D列印在複雜結構、結構整體化、快速研製以及基於3D列印的設計優化等方面具有明顯優勢。

據了解，目前航太三院31所的30多臺大尺寸3D列印製造設備已經在北京和瀘州運營。明年在蘇州的批産線達産後，預計整個産線使用3D列印設備達100台左右，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，增材製造與材料技術被列為西門子11項核心技術之一，和軟體系統與開發流程、積體電路與電子、數據分析與人工智慧等並列。目前西門子共有6個增材製造中心分別分佈于歐洲、亞太和北美，超過225台增材設備在全球工廠內運作。

“相信未來3D列印量産將應用在很多有需求的領域。”中國商飛增材製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列印技術生産的燃油噴嘴總數量已經超過10萬個，達到量産規模。

材料是影響3D列印發展的關鍵因素之一，受益於新材料産業的發展，3D列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、中國增材製造産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列印技術下製備的智慧結構。視頻中，4D列印的“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産的物品，其形狀、性能、功能都會發生變化。”冷勁松解釋道。

什麼是4D列印？4D列印是在3D列印的基礎上增加時間維度的列印技術。4D列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列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列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闔，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、中國增材製造産業聯盟專家委員、廣東省增材製造協會會長楊永強表示，行業還處在發展的初期。

3D列印應用前景廣闊，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。”李應紅説。

對此，李應紅提出“i-3D”智慧複合增材製造技術，即智慧化、複合化和一體化。其中，智慧化是智慧監控系統及智慧化工藝設計，建設智慧化的全鏈條産線；複合化指多能場複合設備與工藝等；一體化指材料製造的一體化。“希望借助‘i-3D’，列印效率提高10倍，並且部件能夠一次列印成功。”李應紅表示。

品質控制方面，李應紅表示，利用智慧化可實現3D列印過程中的“測”“判”“控”。“測”指對3D列印的成型過程進行智慧監控；“判”即基於深度學習演算法的品質評價；“控”即智慧監控，使3D列印過程從“盲打”到“可知”，增加品質管控手段，改變3D列印産品只是事後檢測的品質認證模式，及時發現缺陷後主動調控以消除。

工業和資訊化部裝備工業發展中心總工程師左世全表示，3D列印正在從工藝製造走向設計製造，從非承載件走向承載件，從單個鑒定走向過程鑒定。

“未來，3D列印裝備將逐步走向大尺寸（大成形面積）、高效率（多鐳射器）、新技術（飛行列印/金屬粘接劑等）、精細化（微奈米金屬列印）。”左世全説。

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

3D列印如何“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：一是要有更多的列印材料種類；二是更穩定、更好的列印性能；三是更快速的列印效率；四是更低的列印成本；五是更廣和更深的應用開拓。

“從事3D列印的企業，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。”湯耀科説。