《增材制造产业发展简报》2024年第04期（总第056期）

2024年5月10日第04期总第056期 【内容提要】 本期关注：TCTAsia2024“入门级+国际化”双轮驱动增材制造公司积极打造新增点 政策追踪：工信部等七部门联合印发《推动工业领域设备更新实施方案》 技术进展：增材制造大尺寸跨尺度结构陶瓷催化剂 行业动态：《装备强国》系列活动——增材制造赋能医疗应用交流对接活动在京举行 典型应用：增材制造一体化制造我国可重复使用火箭发动机第15次试验成功 成员展示：长三角先进材料研究院 中国增材制造产业联盟成立于2016年10月19日，是 在工业和信息化部指导下，由增材制造领域的企事业单位、高等院校、科研机构、产业园区等128家相关单位，按照自愿、平等、互利、合作的原则，共同发起组成的跨行业、开放性、非营利性的社会组织，秘书处设在工业和信息化部装备工业发展中心。联盟现有成员400余家，已设立工作组 8个，是中国增材制造领域层次最高、规模最大的行业组织。 中国增材制造产业联盟立足于为我国增材制造产业搭建合作与促进平台，着眼于将政府与产业界、顶层设计与企业实践紧密结合起来，致力于支撑行业管理、聚拢行业资源、营造创新环境、促进交流合作，助力中国增材制造产业发展壮大。 本期关注 TCTAsia2024“+” 5月7日-5月9日，为期三天的全球3D打印盛会，第十届亚洲3D打印、增材制造展览会（以下简称TCTAsia2024）在上海国家会展中心正式落下帷幕。此次盛会汇集了全球400多家展商，覆盖增材制造产业链从设计至成品的完整流程，深入挖掘并展示了增材制造技术的全面潜力，集聚行业力量以增材制造全产业链的优势，为企业提供决策依据和对接渠道，吸引了来自全球各地的专业观众纷至沓来。 展会现场，铂力特、华曙高科、西门子、惠普等业内知名企业集体亮相，来自海内外的参展者齐聚一堂，“入门”“出海”成为2024年的展会亮点。 随着国产增材制造设备不断迭代升级并向各个细分市场“开疆扩土”，增材制造技术将进入海内外更多用户的工作和生活中。入门级增材制造设备受追捧，造型奇特的花瓶、栩栩如生的龙形摆件、细节精致的动漫手办……各式各样的增材制造产品整齐有序地摆放在展台中。仅需花费一千多元，普通消费者就可以购买到一台品牌增材制造设备，并通过自建3D数字化模型或模型库下载数据，打印任意样式的3D产品。 增材制造可以帮助人们以更快的速度和更低的价格，将头脑中的想法变为现实。在C端消费群体中，工业设计师、手工爱好者、数码极客玩家等人群很热衷购买入门级的增材制造设备。越来越多消费者开始追求个性化的产品体验，带动了对增材制造的多元化需求。目前，自行车座椅、鞋垫、眼镜框、运动护具、耳机等产品均可以通过增材制造实现个性化定制。入门级增材制造设备已经不是业余爱好者和普通消费者的专利，在齿科、汽车、医疗保健、航空航天、珠宝和消费品等领域，许多专业人士意识到，可以以更加实惠的价格，获得类似的功能服务，另一方面，数字化浪潮推动了设备出货量增加。在数字化时代，数据在增材制造中的作用越来越重要，更多企业通过对相关数据的收集与使用，满足人们多种多样的打印需求。 出海成为增材制造企业关键词，增材制造的蜂窝式栅格翼、汽车管道、多孔型椎间融合器、精密成形技术生产的零件……展会现场，华曙高科、铂力特等公司展示了其增材制造设备在航天航空、汽车、医疗等领域的前沿应用。目前，中国已经成为全球最大的工业级增材制造设备市场，在工业级增材制造方面具有优势地位。许多入门级增材制造设备也在中国制造，并销往全球。海关总署数据显示，2023年，全国3D打印机出口数量达到355万台，同比增长89.2%；出口总额约61.53亿元，同比增长68.7%。 从业内工业级增材制造厂商的海外布局可窥见一斑。工业级增材制造装备研发和生产商华曙高科，目前正在面向国内外销售工业级自有品牌SLM、SLS打印设备及SLS尼龙粉末材料，自主产品已经出口至全球30多个国家，销售规模位居全球前列。与此同时，铂力特旗下铂力特（欧洲）有限公司于2023年正式启用，陆续开展海外业务。该公司分别与韩国Lincsolution、日本ORIXRentec及波兰CadXpert、尼日利亚RusselSmith签署代理商协议，并将分别在市场应用开发、设备销售、材料销售及技术咨询等方面开展合作，标志着公司向国际化发展迈出重要步伐。目前，铂力特的产品已经销往欧洲、北美、东南亚等地区。此外，Creality（创想三维）、Bambulab（拓竹科技）、ELEGOO（智能派）等多家拥有入门级增材制造设备的公司也在积极出海。据业内人士介绍，目前，我国的入门级增材制造设备近九成出口海外，亚马逊增材制造设备前十大产品大部分都是中国品牌。 据业内人士表示，今年增材制造技术或将在消费领域进一步扩容，iPhone、AppleWatch、折叠手机轴盖等产品都会有越来越多的增材制造应用需求。 （来源：中国证券报） 政策追踪 工业和信息化部、国家发展改革委、财政部、中国人民银行、税务总局、市场监管总局、金融监管总局等七部门近日联合印发《推动工业领域设备更新实施方案》（以下简称 《方案》），提出到2027年，工业领域设备投资规模较2023年增长25%以上，规模以上工业企业数字化研发设计工具普及率、关键工序数控化率分别超过90%、75%，工业大省大市和重点园区规上工业企业数字化改造全覆盖，重点行业能效基准水平以下产能基本退出、主要用能设备能效基本达到节能水平，本质安全水平明显提升，创新产品加快推广应用，先进产能比重持续提高。 图1通知文件 《方案》指出，推广应用智能制造装备。以生产作业、仓储物流、质量管控等环节改造为重点，推动数控机床与基础制造装备、增材制造装备、工业机器人、工业控制装备、智能物流装备、传感与检测装备等通用智能制造装备更新。重点推动装备制造业更新面向特定场景的智能成套生产线和柔性生产单元；电子信息制造业推进电子产品专用智能制造装备与自动化装配线集成应用；原材料制造业加快无人运输车辆等新型智能装备部署应用，推进催化裂化、冶炼等重大工艺装备智能化改造升级；消费品制造业推广面向柔性生产、个性化定制等新模式智能装备。 40.6% 国家统计局于4月16日公布我国一季度经济增长数据。 2024年一季度，全国规模以上工业增加值同比增长6.1%，其中增材制造装备产量同比分别增长40.6%。 桌面型增材制造装备预计是一季度产量增长的主要驱动因素。这一增长速度表明，全球消费级增材制造装备市场的需求巨大，中国增材制造装备厂商在新一轮的竞争中已经获得稳固优势。且近期以来，国内桌面型增材制造装备龙头企业动作频频，表现出将打破传统FDM及DLP技术固有表现（如打印速度慢、色彩单一等）的积极态度。总的来说， 这一增长或是由政策支持、技术创新以及市场需求等多方面因素共同推动的结果。 为抢抓新一轮科技革命和产业变革战略机遇，扎实推进陕西省千亿级增材制造产业创新集群培育，加快推动增材制造产业聚链成群，加快形成新质生产力，不断塑造高质量发展新动能，陕西省发展和改革委员会特制定印发了《陕西省培育千亿级增材制造产业创新集群行动计划》的通知，构建“一体五翼多点”产业发展格局，围绕集群化、生态化，推进上下游创新链和产业链协同融合发展。 图2通知文件 技术进展 西安交通大学李涤尘、田小永教授团队与中石油兰州化工研究中心、西安交大工业催化研究所、北京化工大学合作研究成果以题为“3Dprintedcross-scalestructuredTS-1catalystsforcontinuousscale-upreactions”发表在增材制造顶级期刊《AdditiveManufacturing》上。 图3发表截图 结构化陶瓷催化剂和反应器由于具有优异的过程强化性能，在气液转化工程中具有广阔的应用前景。然而，传统的制备工艺限制了整体式陶瓷催化剂多层级结构的可设计性与多尺度可控制造，减慢了催化剂的研发速度。该研究团队创新建立了3D打印功能梯度模块化整体式钛硅分子筛TS-1催化剂（FGMMC）的跨尺度构效机制，提出化学反应模拟驱动的多层级结构设计方法，调控nm级材料孔隙、μm级工艺孔隙和mm级流道特征孔隙，以实现高效的选择性 氧化催化。探究了不同TS-1含量和晶胞尺寸的均一、梯度结构对模块化整体式TS-1催化剂（MMC）催化性能的影响。在乙烯一步氧化为乙二醇（EG）的放大反应中，FGMMC表现出优于传统粉末、小球和均一结构催化剂的催化效率。经过长周期连续放大催化试验，FGMMC表现出优异的磨耗性 （仅1.39%的质量损失）和EG收率（82.5%），在快速活化处理后反应速率增加37%。这项工作提供了一种整体式陶瓷催化剂低成本、大尺寸、快速高效的制造方法，通过3D打印实现催化剂和反应器的结构-功能集成，同时能够快速预测和验证放大反应效率。 图43D打印功能梯度结构陶瓷催化剂与典型应用 受骨骼、贝壳和竹子等天然多孔材料的启发，制造具有功能梯度结构化催化剂可定制比表面积和多层级结构，精确控制活性位点的分布，匹配传质和反应时间，实现反应过程强化。现有研究难以实现催化剂和反应器的功能集成制造，功能梯度结构与催化性能之间的构效机制仍缺乏研究。增材制造技术可快速制造复杂功能梯度结构，打破传统工艺对设 计、制造自由度的限制。3D打印结构化陶瓷催化剂在碳吸附与转化、极端环境高通量转化、高附加值化学品生产、难回收分离与安装等反应场景中具有应用优势，因此发展整体式催化剂/微反应器3D打印技术是近年来的研究热点。结合现有反应器的结构，3D打印的FGMMC可以调节纳米级材料孔隙、微米级工艺孔隙和毫米级流道特征孔隙，控制反应传质和时间，实现效率提升和快速放大验证。 该研究团队采用自研的远端气动-近端螺杆的多自由度材料挤出3D打印工艺与装备，可支持高达200mm/s的3D打印速度，是最接近化工行业现有陶瓷载体和催化剂制备工艺的增材制造工艺，有望大规模工业生产。在结构设计方面，竹子从表面到内部孔径呈现出由小到大的连续梯度变化，受竹子梯度孔道结构的启发，研究人员仿生设计了MMC的三维结构模型。为了提高MMC的比表面积和3D打印速度，选择超材料木堆结构作为MMC的基本结构单胞，调控壁厚 （D）、间距（L）和高度（H）等孔道结构参数设计不同结构的MMC，保持相同的设计域以确保一致的外部尺寸（高 39.6mm、内径32mm、外径80mm）。根据模型3D@A3.15 –0°制备了不同TS-1含量的MMC，随着TS-1含量从30wt%增加到60wt%，微观结构逐渐趋于多级分布，球形孔隙直径逐渐变小，表明二氧化硅含量对球形孔隙结构的孔隙率和孔径有影响；MMC的比表面积从170增加到290m2/g。 TS-1含量的变化调控了纳米孔径的分布，主要分布在1.29nm和17.63nm处，50wt%TS-1的MMC的微孔孔径分布占比为0.57%，60wt%TS-1时降至0.44%。MMC在9.06nm、 77.10nm和2.06μm处具有多层级孔隙分布，其中孔隙占比分别为1.12%、10.26%和88.62%。 图5具有不同TS-1含量的3D打印MMC的物理性能表征 采用计算流体力学CFD和气液传质理论对乙烯一步氧化至EG催化反应进行模拟仿真，得到模块化整体式TS-1催化剂的孔道结构与催化反应效率的关系。考虑nm和μm孔隙的影响，将MMC多孔介质孔隙率带入模型计算。根据反应器中三维模型的速度矢量分布，建立了MMC二维截面、三维整体结构的催化反应模拟模型，对应于MMC-S、MMC-M、MMC-L、FGMMC-SL和FGMMC-LS结构，反应 6秒时，FGMMC-SL生成的EG量最大，EG的质量分数为 2.4×10−12，而MMC-L产生的EG质量分数仅为5×10−13，不同结构模拟催化反应效率排序如下：FGMMC-SL>MMC-S>MMC-M>FGMMC-LS>MMC-L。随着 TS-1含量从40wt%增加到50wt%，催化效率显著提高，TS-