增材制造技术作为一种革命性的生产方式,正在全球范围内引领制造业的转型升级。增材制造技术体系包含材料挤出、光聚合、粉末床熔合、材料喷射、黏结剂喷射、片材层压和定向能量沉积七类工艺,其中金属增材是未来产业化的重要方向,主流技术路线包括粉末床熔融、定向能量沉积和黏结剂喷射三大类。增材制造技术具有轻量化、一体化、复杂化、定制化、材料利用率高等优势,更适用于小批量、小尺寸、高价值、复杂结构零部件的设计及制造。
增材制造技术广泛应用于通用机械、航空航天、医疗、汽车和消费电子等领域。例如,在通用机械领域,增材制造技术已广泛应用于复杂机械部件的生产制造,预计到2024年中国燃气轮机市场的规模将超过1000亿元人民币,其中增材制造打印的零部件价值将占到总额的5%至10%。在航空航天领域,增材制造技术的应用场景十分丰富,已初步进入批量化使用阶段,预计到2024年可达到26亿元人民币。在医疗领域,增材制造技术的应用正快速增长,覆盖了手术和诊断辅助、植入体和假肢制造、药物研发到生物组织模型制作等多个领域。在汽车制造领域,增材制造技术已逐步应用于研发设计、夹具制造、直接零件生产等环节。在消费电子领域,增材制造在轻量化和一体化设计中展现了独特优势,例如在折叠屏手机制造中的应用前景广阔。
全球增材制造产业规模正在快速增长,2022年全球增材制造产业规模达180亿美元,增长率为18.3%,已连续二十五年保持两位数增速。中国增材制造的产业规模从2012年的10亿元左右增长到2023年的400亿元,年均复合增长率超过30%,预计2024-2027年我国增材制造产业规模有望从400亿元增长至1000亿元。全球增材制造产业主要集中在北美、亚太和欧洲三个地区,基本形成美欧主导,亚太追赶的态势。
中国在增材制造产业发展迅速,已初步建立了从3D打印金属材料、工艺、装备技术到产业化应用的全链条技术创新体系,整体技术达到国际先进水平。中国增材制造产业在空间布局上初步形成以京津冀地区、长三角地区、珠三角地区为核心,中西部地区为纽带的增材制造产业发展的空间格局。然而,中国在基础理论、关键工艺技术及高端装备的可靠性与稳定性上仍有差距,尤其是在高质量激光器、电子枪、扫描振镜等关键部件的研发上,中国与国际先进水平相比尚显不足。
增材制造技术未来发展趋势包括:进一步提高打印效率,降低打印成本;增材制造在3C等民用领域加速渗透;面向不同应用场景的专用设备开发;增材制造与传统加工制造的融合;数字孪生一体化设计仿真应用;人工智能在线监测和闭环控制技术;端到端增材制造自动化控制技术;增材制造数字化云工厂建设和智能化管理平台;对打印工艺和质量的要求进一步提升;结合增材制造技术的可持续发展技术。
为实现发展水平的全面提升,中国增材制造产业应聚焦以下关键领域:面向增材制造的产品多尺度一体化正向设计;多物理场多尺度协同仿真优化设计;基于数字孪生的增材制造端到端的过程控制;结合在线监控的增材制造闭环控制系统;面向工业化应用的增材制造智能管理;面向全生命周期的绿色制造;基于数字化的快速认证。
深圳在增材制造研发及产业化等方面,已初步形成建模系统、材料、设备、应用服务的增材制造全产业链,形成了一定的产业集聚效应。增材制造企业主要集中在医疗健康、文化创意、电子信息、航空航天等领域。深圳市政府积极响应国家战略,以先行示范标准大力推进增材制造技术的研究、应用和产业化,通过政策引导、资金支持和环境营造,吸引培育了一批增材制造领域的领军企业和创新团队,形成了以维示泰克、光华伟业为代表的增材制造材料研发企业,以光韵达、创想三维、纵维立方、摩方新材料、极光尔沃为代表的增材制造设备制造企业,以光韵达、易尚展示为代表的增材制造应用与服务商。
基于深圳市制造业产业分布特点,增材制造技术可以在高端装备制造、生物医药、汽车和电子信息等领域进行应用和发展。例如,在高端装备制造领域,增材制造技术可以为模具类产品提供高精度、高效率的制造服务,实现更加复杂、精细的模具结构;在生物医药领域,增材制造技术可以为生物医药领域提供定制化、高精度的医疗器械和人体组织模型等服务;在汽车和电子信息领域,增材制造技术可以为电子信息领域提供定制化、高精度的零部件制造服务,提高生产效率和产品质量。