3D打印技術(shù)在材料、工藝方面的突破

2024年3D打印技術(shù)領(lǐng)域在新材料、新工藝和新應(yīng)用方面繼續(xù)取得突破，并呈現(xiàn)出多樣的發(fā)展態(tài)勢(shì)。工藝方面，行業(yè)更加關(guān)注極限制造能力，從2023年的無支撐3D打印到2024年的點(diǎn)熔化、鍛打印、光束整形、多弧并行打印、大尺寸陶瓷打印等；材料方面，可重復(fù)使用光固化樹脂以及可直接打印透明牙套的材料都是不得忽視的重要突破；應(yīng)用方面，用戶經(jīng)過幾年的積累開始更大膽的使用這項(xiàng)技術(shù)，在制藥、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)等方面取得重大突破舉世震驚。

3D打印技術(shù)參考認(rèn)為，2024年3D打印技術(shù)在材料、工藝方面的突破，讓這項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用端展現(xiàn)出更強(qiáng)的制造能力與可持續(xù)性。

01人類首次實(shí)現(xiàn)太空金屬3D打印

2024年1月，歐洲航天局金屬3D打印機(jī)成功抵達(dá)國(guó)際空間站，這是第一臺(tái)安裝在太空的金屬打印機(jī)。8月21日，宇航員成功從金屬3D打印機(jī)中取出了第一個(gè)樣品，這是該項(xiàng)目的一個(gè)重要里程碑。

太空金屬3D打印面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，包括有限的安裝空間、打印安全性、微重力制造可行性等。該臺(tái)由空客公司打造的金屬3D打印機(jī)基于激光熔絲技術(shù)，重達(dá)180公斤，其在太空中打印出了高9厘米、寬5厘米的零件，整個(gè)制作過程耗時(shí)約40小時(shí)。這一項(xiàng)目不僅展示了金屬3D打印技術(shù)在太空環(huán)境中的可行性，還為未來的太空探索和資源自給自足奠定了重要基礎(chǔ)。

評(píng)選理由：將為未來太空任務(wù)提供新的可能性，包括在軌制造工具、備件甚至結(jié)構(gòu)件，從而減少對(duì)地球補(bǔ)給的依賴。

02航天發(fā)動(dòng)機(jī)極致簡(jiǎn)約集成化3D打印價(jià)值凸顯

2024年8月，SpaceX首次展示了其第三代猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)（Raptor 3）。馬斯克表示，該發(fā)動(dòng)機(jī)大量使用金屬增材制造技術(shù)，幫助實(shí)現(xiàn)大量零件整合、優(yōu)化和輕量化。與上兩代相比，Raptor 3極度簡(jiǎn)化，通過大量集成化制造，從根本上改變了發(fā)動(dòng)機(jī)的核心架構(gòu)；與此同時(shí)，成本大幅降低。

猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)自2016年推出以來，不到十年時(shí)間實(shí)現(xiàn)三代更迭，實(shí)現(xiàn)了成本的極致壓縮，和性能的極致提升，展現(xiàn)出3D打印在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造、快速制造方面的優(yōu)勢(shì)。2024年10月，SpaceX采用”筷子夾火箭“方式捕獲返回的助推火箭，這是人類首次用這種方式回收火箭，標(biāo)志著星艦技術(shù)的一大突破，3D打印技術(shù)也為此發(fā)揮了重要作用。 除此之外，2024年11月30日，中國(guó)長(zhǎng)征十二號(hào)運(yùn)載火箭首飛成功。在中國(guó)航天科技集團(tuán)六院官方發(fā)布的介紹中（點(diǎn)擊查看官方來源），此次發(fā)射所涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品 “更小巧”+“更強(qiáng)勁”，發(fā)動(dòng)機(jī)智造 “打破常規(guī)”+“迭代優(yōu)化”，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)在緊湊空間內(nèi)四機(jī)并聯(lián)。該文章特意在相應(yīng)位置附有金屬3D打印的動(dòng)畫。

評(píng)選理由：大規(guī)模合并零件，實(shí)現(xiàn)部件簡(jiǎn)約化制造，是3D打印技術(shù)的重要價(jià)值之一。航天領(lǐng)域正在使用這項(xiàng)技術(shù)制造出超越傳統(tǒng)的革命性產(chǎn)品。

03一體化3D打印貯箱國(guó)內(nèi)航天首次實(shí)現(xiàn)在軌應(yīng)用

2024年3月，長(zhǎng)征八號(hào)遙三運(yùn)載火箭成功將“鵲橋二號(hào)”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。航天六院在相關(guān)報(bào)道中指出（點(diǎn)擊查看官方來源），“在此次發(fā)射中，有衛(wèi)星貯箱結(jié)構(gòu)應(yīng)用3D打印工藝實(shí)現(xiàn)”。2024年4月3日，探月工程用鵲橋通導(dǎo)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星—天都二號(hào)衛(wèi)星在軌分離正常，冷推系統(tǒng)工作正常，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)航天首次實(shí)現(xiàn)3D打印貯箱在軌應(yīng)用（點(diǎn)擊查看官方來源），為3D打印技術(shù)在空間推進(jìn)領(lǐng)域的運(yùn)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)公開報(bào)道信息（點(diǎn)擊查看官方來源），該貯箱由航天科技六院801所和航天科技八院800所共同研制，采用鋁合金制造。研制團(tuán)隊(duì)以顛覆式的技術(shù)創(chuàng)新方案實(shí)現(xiàn)了貯箱的一體化和輕量化設(shè)計(jì)，先后攻克了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，不僅所有組件均在貯箱上實(shí)現(xiàn)高度集成化安裝，貯箱內(nèi)部也通過3D打印流道實(shí)現(xiàn)了各個(gè)組件之間的聯(lián)通，大幅縮短研制周期和降低成本。。

歸類：新應(yīng)用

評(píng)選理由：這是國(guó)內(nèi)首個(gè)一體化成型并實(shí)現(xiàn)在軌應(yīng)用的3D打印鋁合金貯箱，未來或成為常態(tài)。

04光束整形首次商業(yè)化引領(lǐng)金屬3D打印創(chuàng)新邏輯

目前，光束整形策略已被證實(shí)可以給金屬3D打印的質(zhì)量控制和低成本制造帶來好處，已成為推動(dòng)金屬3D打印技術(shù)邁向更高成型效率、更低成本、更可靠和可重復(fù)過程的新手段，展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場(chǎng)潛力。

2024年，金屬3D打印行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者EOS，推出AMCM M 290-2 FLX打印機(jī)，率先實(shí)現(xiàn)光束整形金屬3D打印商業(yè)化。該公司切換賽道，避開了多年來同行之間拼激光器的競(jìng)爭(zhēng)格局，開始了新的創(chuàng)新方向。于此同時(shí)，國(guó)內(nèi)某頭部企業(yè)，也在進(jìn)行該技術(shù)的研發(fā)。

歸類：新技術(shù)

評(píng)選理由：應(yīng)注意金屬3D打印技術(shù)的實(shí)質(zhì)性發(fā)展，從底層不斷突破，推動(dòng)技術(shù)向更具突破性的方向發(fā)展。

05點(diǎn)熔化&鍛打印金屬3D打印制造能力再提升

2024年，GE航空航天公司旗下的Colibrium Additive（原GE Additive）正式推出電子束點(diǎn)熔化3D打印技術(shù)。點(diǎn)熔是一種電子束熔化策略，粉末床通過小點(diǎn)熔化而不是通常的線熔化。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更精確的溫度控制，降低溫度梯度和燒結(jié)需求，進(jìn)而幫助減少懸垂支撐和提高表面質(zhì)量。此外，點(diǎn)熔化還可以定制微觀結(jié)構(gòu)。GE稱這項(xiàng)技術(shù)將改變游戲規(guī)則！

2024年，西空智造攜手西安交通大學(xué)共同研發(fā)的鍛打印技術(shù)正式推出，該技術(shù)主要解決傳統(tǒng)增材制造過程中，因激光熱輸入和溫度梯度導(dǎo)致的部件內(nèi)部殘余應(yīng)力問題，這些應(yīng)力往往引起零件變形、開裂甚至孔洞等缺陷。通過精確調(diào)控應(yīng)力場(chǎng)、組織和缺陷，鍛打印技術(shù)顯著提高了打印件的力學(xué)性能，還能夠?qū)崿F(xiàn)輪廓邊緣的高精度加工，有效減少甚至消除支撐結(jié)構(gòu)。需要指出的是，西空智造也推出了電子束點(diǎn)打印技術(shù)。

歸類：新技術(shù)

評(píng)選理由：無論點(diǎn)熔化還是鍛打印，均是在對(duì)常規(guī)金屬3D打印技術(shù)的重要?jiǎng)?chuàng)新，旨在通過非常規(guī)手段解決速度、質(zhì)量與成本等問題。

06大尺寸陶瓷3D打印首次得到航空航天用戶驗(yàn)證

2024年，乾度高科推出“1.2米”光固化陶瓷3D打印裝備，在獨(dú)創(chuàng)的動(dòng)態(tài)同步推掃技術(shù)加持下，打印體積可達(dá)1200×900×500mm， 橫向曝光分辨率50μm，縱向重復(fù)定位精度 ±5μm（Z向）。材料體系覆蓋氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。

12月，一款直徑達(dá)0.6米的碳化硅遙感衛(wèi)星反射鏡成功使用乾度高科3D打印技術(shù)制造，并完成了光學(xué)加工和鍍膜，性能通過用戶測(cè)試。采用3D打印技術(shù)制造碳化硅反射鏡的報(bào)道并不鮮見，但完成光學(xué)加工并通過用戶測(cè)試的卻極少見。

歸類：新應(yīng)用

評(píng)選理由：該事件標(biāo)志著采用光固化3D打印技術(shù)制造SiC陶瓷的技術(shù)路線成功得到驗(yàn)證，也標(biāo)志著國(guó)內(nèi)在大尺寸陶瓷3D打印應(yīng)用方面取得重大進(jìn)展。

07直接3D打印隱形牙套通過NMPA二類醫(yī)療器械認(rèn)證

9月24日，清鋒科技發(fā)布消息，該公司成功實(shí)現(xiàn)隱形牙套直接3D打印，并通過國(guó)家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）二類醫(yī)療器械認(rèn)證。3D打印技術(shù)參考認(rèn)為，該事件堪稱2024年度3D打印技術(shù)領(lǐng)域的重磅技術(shù)進(jìn)展！

清鋒科技隱形牙套直接3D打印

一直以來，隱形牙套通常采用3D打印牙模+熱吸塑的方法制造，跳過牙模制造，直接3D打印隱形牙套一直是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研發(fā)方向。隱形牙套要求具備良好的力學(xué)性能，材料在形變回彈、應(yīng)力松弛和應(yīng)力中斷等方面的表現(xiàn)需要達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)隱形效果，材料需要具備高透明度，且在使用過程中不易變色或產(chǎn)生霧狀效果。上述因素都為3D打印直接生產(chǎn)帶來了挑戰(zhàn)。清鋒科技的突破離不開材料技術(shù)的重大進(jìn)展，以使隱形牙套兼顧多方面的使用要求。

歸類：新應(yīng)用，新材料

評(píng)選理由：這是多年來口腔領(lǐng)域材料技術(shù)的重要進(jìn)步，中國(guó)公司率先實(shí)現(xiàn)突破。

08微尺度3D打印在多領(lǐng)域發(fā)揮顯著作用

2024年，微納3D打印技術(shù)獲得了較為廣泛的應(yīng)用突破。作為一種高精度、高品質(zhì)制造技術(shù)，它正在幫助多個(gè)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)升級(jí)。如新能源電池制造、精密復(fù)雜電子部件、微機(jī)電系統(tǒng)器件、生物醫(yī)療領(lǐng)域的微納光子器件和微流體/微流控器件、精密光學(xué)領(lǐng)域的微納光學(xué)器件等。

由摩方精密microArch S230(精度：2 μm)打印的微流控器件

2024年，摩方精密助力北京大學(xué)、北京某研究院，實(shí)現(xiàn)了載藥微球高質(zhì)量低成本制造，突破了該領(lǐng)域的關(guān)鍵瓶頸。本年度，摩方精密與多所高校及研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合申請(qǐng)的“微納器件功能一體化精密增材制造技術(shù)與裝備”項(xiàng)目，經(jīng)過專家評(píng)審成功獲得重慶市重大技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目的立項(xiàng)，該項(xiàng)目獲得資助總投資6000萬元。此外，央視也于今年報(bào)道了普利生微納3D打印技術(shù)取得的應(yīng)用突破，其裝備技術(shù)已在顯示器件、腦機(jī)接口等多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

歸類：新應(yīng)用

評(píng)選理由：作為一項(xiàng)“小眾”的3D打印工藝，跨尺度增材制造對(duì)多個(gè)行業(yè)的深刻影響作用正在爆發(fā)。

09光固化樹脂回收再利用材料更可持續(xù)、更為環(huán)保

液態(tài)樹脂配方由含有(甲基)丙烯酸酯和環(huán)氧化物的反應(yīng)性單體以及低聚物組成，在光引發(fā)劑存在下通過光刺激快速光聚合以產(chǎn)生交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)。然而，目前這些材料仍類似于傳統(tǒng)的交聯(lián)橡膠和熱固性塑料，限制了打印部件的可回收性。現(xiàn)有的光聚合物樹脂無法被解聚并直接在循環(huán)、閉環(huán)路徑中重新使用。

來自英國(guó)伯明翰大學(xué)化學(xué)學(xué)院、美國(guó)高分子創(chuàng)新研究所的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種完全可再生的光聚合物樹脂平臺(tái)，基于此平臺(tái)配制的樹脂材料可以3D打印成高分辨率部件，并能夠有效解聚，從而可循環(huán)使用重新打?。?/p>

歸類：新材料

評(píng)選理由：為光固化樹脂的循環(huán)使用和可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路。10其他重要突破

1）電化學(xué)3D打印在半導(dǎo)體等行業(yè)顯示出強(qiáng)大制造能力

電化學(xué)3D打印是一種不依賴熱驅(qū)動(dòng)即可生產(chǎn)復(fù)雜、致密金屬部件的增材制造技術(shù)。它能夠制造具有微米級(jí)、復(fù)雜內(nèi)部特征、高純度材料的零件。2024年，3D打印技術(shù)參考報(bào)道了使用該技術(shù)制造半導(dǎo)體和消費(fèi)電子冷卻部件的案例。借助人工智能優(yōu)化設(shè)計(jì)和新形勢(shì)的借助沉積的增材制造形式，將為散熱效率的提升帶來新的契機(jī)，并將影響多個(gè)行業(yè)。

2）基于絲材的連續(xù)攪拌摩擦增材制造 哈工大黃永憲教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種連續(xù)絲材攪拌摩擦增材制造技術(shù)引發(fā)了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。區(qū)別于以棒材、板材為成型材料，該團(tuán)隊(duì)通過連續(xù)進(jìn)給絲材實(shí)現(xiàn)大型金屬結(jié)構(gòu)的固相增材制造成形。與傳統(tǒng)的固態(tài)增材制造技術(shù)相比，這項(xiàng)技術(shù)無需大的軸向力即可連續(xù)進(jìn)給材料，可以很好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)的多樣化設(shè)計(jì)。

2024年，哈工大團(tuán)隊(duì)在連續(xù)送絲攪拌摩擦增材制造技術(shù)上繼續(xù)取得重大突破。以此技術(shù)3D打印的鎂合金性能超過了同等材質(zhì)鍛件水平；建立了適用于TiB2等增強(qiáng)相鋁基復(fù)合材料高耐磨攪拌摩擦增材制造工具設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與熱處理工藝規(guī)范；突破了異質(zhì)金屬?gòu)?fù)合型界面多尺度界面調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)，已成功實(shí)現(xiàn)大尺寸鋁/鋼復(fù)合板、復(fù)合管路等關(guān)鍵部件增材制造，可靠性與生產(chǎn)效率大幅提升；進(jìn)一步將連續(xù)送絲攪拌摩擦增材制造拓展至現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)再制造領(lǐng)域，搭載重載機(jī)器人攪拌摩擦增材制造裝備，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲線、曲面等結(jié)構(gòu)的固相增材制造與修復(fù)，可實(shí)現(xiàn)在雨水、風(fēng)沙等極端工況下的現(xiàn)場(chǎng)原位快速修復(fù)。

3）一款強(qiáng)大的打印頭，為新材料開發(fā)帶來新途徑

2024年，英尼格瑪推出一款多激光電弧同軸復(fù)合硬件系統(tǒng)，這種多激光/電弧、多模式同軸復(fù)合3D打印系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)材料制備的高靈活性、高效率和高精度，為金屬新材料的快速研發(fā)和應(yīng)用提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

4）九天行歌完成國(guó)內(nèi)首件鋁合金火箭貯箱箱底3D打印

火箭貯箱箱底是火箭結(jié)構(gòu)中的一個(gè)至關(guān)重要的組件，不僅是火箭結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)，也是推動(dòng)火箭技術(shù)創(chuàng)新和性能提升的關(guān)鍵因素之一。2024年，北京九天行歌航天科技有限公司完成國(guó)內(nèi)首件3D打印鋁合金火箭貯箱箱底制造，實(shí)現(xiàn)了航天制造技術(shù)上的一大創(chuàng)新和突破，推動(dòng)了火箭制造的快速迭代和優(yōu)化。

5）專業(yè)級(jí)/工業(yè)級(jí)FDM設(shè)備普遍實(shí)現(xiàn)超高速3D打印

速度問題一直是限制3D打印走向小批量生產(chǎn)制造的主要瓶頸。2023年革命性的速度進(jìn)步首先發(fā)生在消費(fèi)級(jí)FDM設(shè)備領(lǐng)域，不僅樹立了行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)，并催生出“農(nóng)場(chǎng)、社區(qū)”新業(yè)態(tài)，還顯著提升了國(guó)民對(duì)3D打印技術(shù)的興趣。這一顯著變化如今已在專業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)FDM領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展。復(fù)志科技、遠(yuǎn)鑄智能、一邁智能等均推出了高速或超高速3D打印裝備。 6）全球首臺(tái)類器官3D打印機(jī)，目前正處在臨床科研階段

在2024年11月舉辦的第26屆高交會(huì)上，全球首個(gè)類器官3D打印機(jī)亮相。根據(jù)央視新聞報(bào)道，該產(chǎn)品是清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)20年的科研成果，通過跨學(xué)科交叉研究一步步實(shí)現(xiàn)了工程落地，目前正處在臨床科研階段。

7）“超大規(guī)格金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)多弧并行3D打印技術(shù)與裝備”

2024年，央視報(bào)道了北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院“超大規(guī)格金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)多弧并行3D打印技術(shù)與裝備”科技成果。該校研究團(tuán)隊(duì)突破了懸空結(jié)構(gòu)無支撐3D打印的技術(shù)難關(guān)，提出了脈沖電弧輔助熱絲的懸空結(jié)構(gòu)自由成形新工藝，建立了大型金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)3D打印新方法；自主研制了多弧（10弧、16弧、40弧）并行3D打印系列裝備，實(shí)現(xiàn)10米級(jí)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)3D打印以及效率量級(jí)提升，形成了超大規(guī)格金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)多弧并行3D打印技術(shù)體系。

END

2024年3D打印技術(shù)的突破具有如下特點(diǎn)：金屬3D打印正在突破原始創(chuàng)新形式，更高效的制造不再依賴單一的增加激光器數(shù)量；陶瓷3D打印進(jìn)一步突破了尺寸限制，有望在航天領(lǐng)域率先得到應(yīng)用；光固化樹脂3D打印的突破在于可循環(huán)使用材料以及微尺度應(yīng)用方面；熔融擠出技術(shù)則是向著超高速方向邁進(jìn)。直接應(yīng)用方面，進(jìn)一步打破制造極限，在材料端和工藝端獲得了顯著進(jìn)展，進(jìn)一步為跨領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大升級(jí)釋放潛力。

總的來說，3D打印技術(shù)在2024年的突破尤為顯著。以上總結(jié)或有未盡之處，敬請(qǐng)諒解。