國務(wù)院發(fā)展研究中心：增材制造技術(shù)影響深遠(yuǎn)

來源：國務(wù)院發(fā)展研究中心國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所

增材制造（Additive Manufacturing,，AM）也稱3D打印技術(shù),，是指利用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型,，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng),，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末,、塑料,、細(xì)胞組織等材料逐層堆積，制造出實(shí)體產(chǎn)品的技術(shù),。近年來,，增材制造技術(shù)迅速發(fā)展，并逐漸在全球制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,。本文旨在通過列舉事實(shí)和數(shù)據(jù),，展現(xiàn)增材制造當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀，分析新技術(shù)給制造業(yè)帶來的挑戰(zhàn),，說明未來的發(fā)展趨勢,。

一、增材制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

增材制造技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,，已在航空航天,、生物醫(yī)療和國防軍工等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，并逐步向更多領(lǐng)域拓展,。通過增材制造技術(shù),，越來越多的領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了降低成本和提高效率,。

（一）航空航天領(lǐng)域

航空航天領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的性能要求高,、減重需求大、成本不敏感,，部分零部件非常適合采用增材制造技術(shù),，是近年來該技術(shù)應(yīng)用最多的領(lǐng)域。美國國家航空航天局（NASA）已對增材制造技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了整體布局,，并探索了幾乎所有的金屬3D打印工藝,。2021年5月，NASA工程人員利用增材制造技術(shù)制造出首個(gè)全尺寸銅合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件,。2022年10月,，通用（GE）航空集團(tuán)使用金屬3D打印工藝，將150多個(gè)零件合并為1個(gè)直徑為1米的高溫合金部件,。2023年3月,，全球首枚全3D打印火箭Relativity Space Terran1成功飛過Max-Q階段，達(dá)到預(yù)定關(guān)鍵目標(biāo),，是增材制造技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的重要里程碑,。

（二）生物醫(yī)療領(lǐng)域

增材制造產(chǎn)品可以按需定制，且制造周期短,，非常適合應(yīng)用于骨科,、牙科植入物等生物醫(yī)療領(lǐng)域,。同時(shí)，增材制造技術(shù)也促進(jìn)了生物領(lǐng)域的科研創(chuàng)新,。2022年2月,，荷蘭烏得勒支大學(xué)研究人員使用超快體積3D生物打印方法制造出功能性肝臟。哈佛醫(yī)學(xué)院和四川大學(xué)合作利用低溫生物3D打印技術(shù)制造出活體人類肌腱,。2022年6月,，美國3DBio Therapeutics公司使用3D細(xì)胞打印的活體組織植入物為一名右耳小耳畸形的患者重建了外耳。2022年8月,，印度首個(gè)3D打印眼角膜成功通過動(dòng)物測試,。2022年12月，法國醫(yī)療機(jī)構(gòu)利用3D生物打印技術(shù)完成鼻癌患者鼻子重建手術(shù),。2023年3月,，美國麻省理工學(xué)院研究人員開發(fā)出一種3D打印心臟復(fù)制品的方法，提高心臟瓣膜置換手術(shù)的成功率,。

（三）國防軍工領(lǐng)域

增材制造技術(shù)可以滿足軍工產(chǎn)品對制造速度,、制造成本和產(chǎn)品重量的更高要求，各國防務(wù)部門廣泛采用,。2023年2月,，美國海軍戰(zhàn)略潛艇項(xiàng)目執(zhí)行辦公室（PEOSSBN）執(zhí)行主任Matt Sermon稱軍用造船的未來取決于金屬增材制造，美國海軍將繼續(xù)加大增材制造技術(shù)的部署力度,。2022年7月,，美國海軍在“黃蜂級”兩棲攻擊艦第2號艦上安裝了施樂液態(tài)金屬3D打印機(jī)，這是美國海軍艦艇上部署的第一臺金屬增材制造裝備,。2022年7月,，英國皇家空軍利用增材制造技術(shù)創(chuàng)建出一支無人機(jī)機(jī)隊(duì)。該機(jī)隊(duì)可快速部署,，攜帶了彈藥,，能摧毀戰(zhàn)略目標(biāo)。2023年2月,，美國海軍授權(quán)采用IperionX的回收再制造鈦合金粉末為艦船3D打印出泵組件。2023年3月,，澳大利亞制造商N(yùn)upress公司與SPEE3D公司簽署合作協(xié)議,，將為澳大利亞AAI公司水陸兩棲飛機(jī)項(xiàng)目提供3D打印定制模型和部件。

二,、增材制造技術(shù)發(fā)展影響深遠(yuǎn)

增材制造技術(shù)將改變傳統(tǒng)制造模式和供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu),。傳統(tǒng)的制造模式是靠大批量生產(chǎn)來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，而增材制造技術(shù)則支持小批量生產(chǎn),，使得定制化生產(chǎn)成為可能,。利用增材制造技術(shù),，制造商不僅能夠更靈活地響應(yīng)客戶需求，還能更快地推出新產(chǎn)品,，提高生產(chǎn)效率,，將對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和分銷方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,。

（一）增材制造將改變產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方式

傳統(tǒng)制造方法的產(chǎn)品設(shè)計(jì)受模具和工具限制,，而增材制造技術(shù)的數(shù)字設(shè)計(jì)過程可以根據(jù)個(gè)性化需求進(jìn)行全方位定制。例如,，在醫(yī)療領(lǐng)域,，利用增材制造技術(shù)，醫(yī)療器械商可以生產(chǎn)出根據(jù)患者特點(diǎn)定制的骨科植入物,、脊柱側(cè)彎矯形器,、助聽器等，大大提高患者適配度和術(shù)后愈合速度,。

（二）增材制造將改變產(chǎn)品的生產(chǎn)方式

增材制造可以以較小的規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品,，使其成為原型制作和小批量生產(chǎn)的理想選擇。這不僅能解決小批量定制化成本高的問題,，還縮短了制造時(shí)間,，為小微企業(yè)和初創(chuàng)公司提供了新機(jī)遇。例如,，美國珍珠（American Pearl）等多家珠寶公司已經(jīng)將增材制造技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的黃金珠寶首飾生產(chǎn)中,。借助增材制造技術(shù)，一款按消費(fèi)者個(gè)性化需求定制的珠寶首飾可在一周內(nèi)完成設(shè)計(jì),、制造和配送服務(wù),，大大改變了珠寶產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售方式。

（三）增材制造將改變供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)

由于增材制造技術(shù)可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)或不便采用傳統(tǒng)制造方法的地區(qū)生產(chǎn)產(chǎn)品,，對于解決偏遠(yuǎn)地區(qū)生產(chǎn)能力不足和設(shè)備零件供應(yīng)不及時(shí)的問題具有重要意義,。例如，通用電氣已經(jīng)采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)出燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的替換部件,，并用于石油和天然氣鉆井平臺,。此外，英國謝菲爾德大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種3D打印無線電天線的方法,，可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們提供更強(qiáng)的手機(jī)信號和更快的互聯(lián)網(wǎng)連接,。增材制造技術(shù)的普及將帶來更加分散的供應(yīng)鏈，可在更靠近用戶的地方生產(chǎn)產(chǎn)品,，減少對運(yùn)輸和物流的需求,。

三、增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

按照技術(shù)發(fā)展的Gartner曲線,，一項(xiàng)新技術(shù)的生命周期將歷經(jīng)誕生,、過熱,、低谷，到最終被人們接受,。增材制造技術(shù)已出現(xiàn)多年,，隨著時(shí)代發(fā)展不斷取得新的突破。憑借其研發(fā)制造周期短,、材料利用率高,、節(jié)省人工和產(chǎn)線建設(shè)等優(yōu)勢，近年來愈發(fā)受到關(guān)注,，目前處于快速發(fā)展階段,。預(yù)計(jì)未來增材制造技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⒊尸F(xiàn)多樣化、規(guī)�,；�和智能化的趨��,。

多樣化。目前,，增材制造技術(shù)已經(jīng)能夠使用金屬,、塑料、生物材料等多種材料進(jìn)行打印,，并能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料之間的混合,。未來，增材制造技術(shù)或?qū)⑦M(jìn)一步提高材料的選擇性和組合性,，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多功能的打印效果,。

規(guī)模化,。目前,，增材制造技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了部分大尺寸物體的打印，包括房屋建筑,、飛行器大型零部件等,。未來，增材制造技術(shù)或?qū)⒃谔岣叽蛴∷俣群途�度的同時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,，實(shí)現(xiàn)大尺寸,、一體化制造。

智能化,。目前,，人工智能（AI）技術(shù)已經(jīng)在增材制造領(lǐng)域被用于篩選部件、生成復(fù)雜設(shè)計(jì)和監(jiān)測質(zhì)量控制等方面,。隨著以ChatGPT 為代表的新一代AI技術(shù)取得突破性進(jìn)展,，AI與增材制造的深度融合將進(jìn)一步提高增材制造的效率和質(zhì)量,。



研究所簡介

國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所（IITE）成立于1985年11月,，是隸屬于國務(wù)院發(fā)展研究中心的非營利性研究機(jī)構(gòu),，主要職能是研究我國經(jīng)濟(jì)、科技社會(huì)發(fā)展中的重大政策性,、戰(zhàn)略性,、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技,、經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢,，為中央和有關(guān)部委提供決策咨詢服務(wù)�,！叭�球技術(shù)地圖”為國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所官方微信賬號,，致力于向公眾傳遞前沿技術(shù)資訊和科技創(chuàng)新洞見。