中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)報(bào)》第2期

為促進(jìn)行業(yè)交流，服務(wù)會(huì)員單位，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟定期收集、匯總、分析國(guó)內(nèi)外增材制造產(chǎn)業(yè)資訊，形成《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)報(bào)》，每月通過(guò)官方網(wǎng)站和微信公眾號(hào)對(duì)外發(fā)布，2022年2月28日，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布了第2期增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)報(bào)。
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內(nèi)容提要

• 本期關(guān)注：2021 年中國(guó)增材制造行業(yè)十大事件
• 政策追蹤：國(guó)家藥監(jiān)局器審中心發(fā)布系列增材制造相關(guān)指導(dǎo)原則
• 技術(shù)進(jìn)展：4D 打印技術(shù)研究進(jìn)展
• 行業(yè)動(dòng)態(tài)：第一本中國(guó)增材制造專業(yè)期刊首期出版
• 典型應(yīng)用：增材制造技術(shù)制造冬季奧運(yùn)會(huì)火炬
• 成員展示：中機(jī)新材料研究院（鄭州）有限公司
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《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)報(bào)》

中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立于 2016 年 10 月 19 日，是在工業(yè)和信息化部指導(dǎo)下，由增材制造領(lǐng)域的企事業(yè)單位、高等院校、科研機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)等 128 家相關(guān)單位，按照自愿、平等、互利、合作的原則，共同發(fā)起組成的跨行業(yè)、開(kāi)放性、非營(yíng)利性的社會(huì)組織，秘書(shū)處設(shè)在工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心。聯(lián)盟現(xiàn)有成員 330 余家，已設(shè)立工作組 7個(gè)，是中國(guó)增材制造領(lǐng)域?qū)哟巫罡�、�?guī)模最大的行業(yè)組織。中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟立足于為我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)搭建合作與促進(jìn)平臺(tái)，著眼于將政府與產(chǎn)業(yè)界、頂層設(shè)計(jì)與企業(yè)實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，致力于支撐行業(yè)管理、聚攏行業(yè)資源、營(yíng)造創(chuàng)新環(huán)境、在促進(jìn)交流合作，助力中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。

本期關(guān)注
2021 年中國(guó)增材制造行業(yè)十大事件
2022 年 1 月 29 日，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟通過(guò)專家討論，評(píng)定并發(fā)布了“2021 年度中國(guó)增材制造行業(yè)十大事件”。

一、《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和 2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出“發(fā)展增材制造”
2021 年 3 月 12 日，十三屆全國(guó)人大四次會(huì)議通過(guò)的《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》正式發(fā)布�！毒V要》指出“深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略”，堅(jiān)持自主可控、安全高效，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級(jí)化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化，保持制造業(yè)比重基本穩(wěn)定，增強(qiáng)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。在“專欄 4 制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力提升”中明確提出“發(fā)展增材制造”。

圖 1 《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和 2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》

二、“增材制造工程”專業(yè)被列入高校本科專業(yè)目錄
2021 年 2 月 10 日，教育部公布《教育部 2020 年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》。37 個(gè)新專業(yè)列入普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄，其中，“增材制造工程”專業(yè)屬于機(jī)械類，學(xué)時(shí) 4 年。在此之前，國(guó)內(nèi)的大學(xué)沒(méi)有專門(mén)的增材制造專業(yè)，行業(yè)的人才供應(yīng)通道遲遲未能打通，增材制造專業(yè)本科的開(kāi)設(shè)，標(biāo)志著增材制造人才培養(yǎng)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，實(shí)現(xiàn)中高等職業(yè)教育、普通高等教育以及科研院所全覆蓋。

圖 2 2021 年列入高等院校本科專業(yè)目錄（部分）

三、兩位增材制造專家當(dāng)選兩院院士
2021 年 11 月 18 日，2021 年兩院院士增選結(jié)果正式揭曉，共有 149 人當(dāng)選（中國(guó)科學(xué)院增選院士 65 人，中國(guó)工程院增選院士 84 人）。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授、中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會(huì)副主任冷勁松當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士（左圖），中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師、增材制造專家王向明當(dāng)選中國(guó)工程院院士（右圖）。

冷勁松院士 王向明院士

圖 3 兩位增材制造專家當(dāng)選兩院院士

四、時(shí)代天使、邁普醫(yī)學(xué)成功上市
2021 年 6 月 16 日，時(shí)代天使科技有限公司（簡(jiǎn)稱“時(shí)代天使”）正式于香港聯(lián)交所主板上市，成為中國(guó)“隱形正畸第一股”。時(shí)代天使是隱形矯治解決方案提供商，通過(guò)基于增材制造及自動(dòng)化生產(chǎn)線等頂尖智能制造技術(shù)的“規(guī)模定制”模式，制造所有隱形矯治器，應(yīng)用于特定矯治方案。2021 年 7 月 26 日，廣州邁普再生醫(yī)學(xué)科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱“邁普醫(yī)學(xué)”）在深交所創(chuàng)業(yè)板上市。邁普醫(yī)學(xué)是一家研發(fā)與技術(shù)驅(qū)動(dòng)的企業(yè)，多年來(lái)聚焦生物增材制造等系列先進(jìn)制造技術(shù)，開(kāi)發(fā)高性能植入醫(yī)療器械。

圖 4 時(shí)代天使、邁普醫(yī)學(xué)成功上市

五、清研智束實(shí)現(xiàn) 2×2 電子槍陣列掃描技術(shù)突破
2021 年 11 月，天津清研智束科技有限公司經(jīng)過(guò)刻苦攻關(guān)，解決了槍間干擾、掃描拼接、多槍集成等技術(shù)難題，突破了國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定性電子槍設(shè)計(jì)制造技術(shù)，研發(fā)成功配備 2×2 電子槍陣列的大幅面 EBSM 研究驗(yàn)證樣機(jī)，并完成了直徑 400mm 鈦合金零件的增材制造，在全球首次實(shí)現(xiàn)了基于電子槍陣列的大尺寸鈦合金零件 EBSM 成形，標(biāo)志著我國(guó)在電子束選區(qū)熔化金屬增材制造技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用上取得重要進(jìn)展。

圖 5 EBSM 成形大尺寸鈦合金零件

六、盧秉恒院士團(tuán)隊(duì)制造世界上首件 10m 級(jí)高強(qiáng)鋁合金重型運(yùn)載火箭連接環(huán)樣件
國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心、西安交通大學(xué)盧秉恒院士團(tuán)隊(duì)利用電弧熔絲增減材一體化制造技術(shù)，制造完成了世界上首件 10m 級(jí)高強(qiáng)鋁合金重型運(yùn)載火箭連接環(huán)樣件，在整體制造的工藝穩(wěn)定性、精度控制及變形與應(yīng)力調(diào)控等方面均實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)突破。10m 級(jí)超大型鋁合金環(huán)件是連接重型運(yùn)載火箭貯箱的筒段、前后底與火箭的箱間段之間的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。該樣件重約 1 噸，創(chuàng)新采用多絲協(xié)同工藝裝備，制造工藝大為簡(jiǎn)化、成本大幅降低，制造周期縮短至 1 個(gè)月。目前，采用增減材一體化制造技術(shù)成功完成超大型環(huán)件屬國(guó)際首例。

圖 6 10m 級(jí)超大型鋁合金環(huán)件

七、《中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年鑒（2020）》發(fā)布
2021 年 3 月 27 日，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在 “2021 增材制造材料創(chuàng)新發(fā)展論壇”上發(fā)布了《中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年鑒（2020）》（以下簡(jiǎn)稱《年鑒》）�！赌觇b》是中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織編寫(xiě)的國(guó)內(nèi)第一本專注于增材制造領(lǐng)域的資料性工具書(shū)，內(nèi)容編寫(xiě)集權(quán)威性、專業(yè)性、指導(dǎo)性、學(xué)術(shù)性和綜合性于一體，真實(shí)地記錄了我國(guó)增材制造行業(yè)的發(fā)展過(guò)程。通過(guò)翔實(shí)的數(shù)據(jù)信息和權(quán)威的專家視點(diǎn)，科學(xué)、系統(tǒng)、真實(shí)、全面地對(duì)行業(yè)進(jìn)行了梳理和匯總，客觀反映了行業(yè)發(fā)展所面臨的問(wèn)題�！赌觇b》深入地挖掘產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈的優(yōu)質(zhì)單位，為我國(guó)政府部門(mén)出臺(tái)增材制造產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策法規(guī)和企業(yè)制定相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃提供重要參考和有效借鑒。

圖 7 中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年鑒（2020）

八、我國(guó)成功完成首次太空增材制造
2021 年 5 月，我國(guó)在新一代載人飛船試驗(yàn)船上搭載了一臺(tái)增材制造裝備，這是我國(guó)首次太空增材制造實(shí)驗(yàn)，也是國(guó)際上第一次在太空開(kāi)展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的增材制造實(shí)驗(yàn)。飛行期間，該系統(tǒng)自主完成連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的樣件打印，并驗(yàn)證了微重力環(huán)境下復(fù)合材料增材制造的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外航天器結(jié)構(gòu)的主要材料，密度低、強(qiáng)度高，開(kāi)展復(fù)合材料空間增材制造技術(shù)研究，對(duì)于未來(lái)空間站長(zhǎng)期在軌運(yùn)行、發(fā)展空間超大型結(jié)構(gòu)在軌制造，具有重要意義。此次制造的成功，將為未來(lái)空間站在軌的長(zhǎng)期運(yùn)行、維護(hù)以及擴(kuò)建打下良好基礎(chǔ)。

圖 8 在太空開(kāi)展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的增材制造實(shí)驗(yàn)

九、我國(guó)牽頭制定的首項(xiàng)增材制造國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布
2021 年 10 月，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC23510:2021 Informationtechnology-3D printing and scanning-Framework for anAdditive Manufacturing Service Platform (AMSP)《信息技術(shù)3D 打印和掃描增材制造服務(wù)平臺(tái)(AMSP) 架構(gòu)》正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)處承擔(dān)單位——中國(guó)機(jī)械總院中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心專家牽頭負(fù)責(zé)，是中國(guó)在增材制造領(lǐng)域牽頭制定的第一項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我國(guó)在該領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作實(shí)現(xiàn)零的突破。

圖 9 中國(guó)專家牽頭制定第一項(xiàng)國(guó)際增材制造標(biāo)準(zhǔn)

十、增材制造技術(shù)首次用于文物提取
2021 年 3 月，在三星堆三號(hào)坑出土過(guò)程中，考古人員利用三維掃描儀搜集大口尊的形態(tài)數(shù)據(jù)，用增材制造出一模一樣的石膏模型。用石膏模型制作貼合嚴(yán)密、保護(hù)性強(qiáng)的保護(hù)套，將保護(hù)套貼合在大口尊上后，再使用套箱的方式提取文物。這是增材制造首次用于文物提取，可有效避免文物在運(yùn)輸過(guò)程中的損傷，是增材制造作為中間件的典型應(yīng)用。

圖 10 增材制造技術(shù)首次用于文物提取

政策追蹤
（一）國(guó)家藥監(jiān)局器審中心發(fā)布系列增材制造相關(guān)指導(dǎo)原則
2022 年 2 月 28 日至 3 月 3 日，國(guó)家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械技術(shù)評(píng)審中心陸續(xù)發(fā)布 3 條增材制造相關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)指導(dǎo)原則：《增材制造聚醚醚酮植入物注冊(cè)審查指導(dǎo)原則》《增材制造金屬植入物理化性能均一性研究指導(dǎo)原則》《增材制造口腔修復(fù)用激光選區(qū)熔化金屬材料注冊(cè)審查指導(dǎo)原則》，相關(guān)指導(dǎo)原則的內(nèi)容概述如表 1 所示。

表 1 增材制造相關(guān)指導(dǎo)原則

增材制造口腔修復(fù)用激光選區(qū)熔化金屬材料注冊(cè)審查指導(dǎo)原則指導(dǎo)注冊(cè)申請(qǐng)人對(duì)增材制造口腔修復(fù)用激光選區(qū)熔化金屬材料注冊(cè)申報(bào)資料的準(zhǔn)備及撰寫(xiě)，同時(shí)也為技術(shù)審評(píng)部門(mén)對(duì)注冊(cè)申報(bào)資料的審評(píng)提供參考。 增材制造相關(guān)指導(dǎo)原則是國(guó)家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械技術(shù)評(píng)審中心首次發(fā)布增材制造領(lǐng)域的相關(guān)指導(dǎo)原則，對(duì)協(xié)助相關(guān)骨科植入物、口腔修復(fù)注冊(cè)審查和保證增材制造金屬植入物質(zhì)量均一性具有指導(dǎo)性意義，也預(yù)示未來(lái)增材制造齒科和骨科植入物在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用規(guī)模。

（二）教育部再批準(zhǔn) 7 所大學(xué)開(kāi)設(shè)增材制造專業(yè)
2022 年 2 月 24 日，教育部公布的《2021 年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果》名單中，新增 1961 個(gè)專業(yè)點(diǎn)、撤銷 804 個(gè)專業(yè)點(diǎn)，31 種新專業(yè)列入《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等七所高校開(kāi)設(shè)“增材制造工程”專業(yè)。
教育部在本科專業(yè)設(shè)置調(diào)整工作中，支持高校主動(dòng)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，設(shè)置符合辦學(xué)定位和辦學(xué)特色的專業(yè)；引導(dǎo)高校用好學(xué)科交叉融合的“催化劑”，推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，增設(shè)文理、理工、醫(yī)工等交叉融合的新專業(yè)。

表 2 新增專業(yè)門(mén)類名單（增材制造）

（三）“增材制造設(shè)備操作員”職業(yè)入圍“最缺工”
的 100 個(gè)職業(yè)排行2022 年 2 月 22 日，人社部在例行新聞發(fā)布會(huì)上發(fā)布了2021 年第四季度全國(guó)招聘大于求職“最缺工”的 100 個(gè)職業(yè)排行，其中“增材制造設(shè)備操作員”崗位排在第 90 位，體現(xiàn)出行業(yè)基層生產(chǎn)人員的匱乏。

表 3 2021 年第四季度全國(guó)招聘大于求職“最缺工”的 100 個(gè)職業(yè)排行（部分）

當(dāng)前人才短缺正成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要短板之一，未來(lái)數(shù)年，增材制造領(lǐng)域研發(fā)、工程、設(shè)計(jì)、應(yīng)用的方面人才將達(dá)到 800 萬(wàn)人，目前我國(guó)增材制造人才培養(yǎng)體系尚未完善，企業(yè)研發(fā)能力薄弱、受業(yè)環(huán)境惡劣、及個(gè)人職業(yè)發(fā)展規(guī)劃等因素的影響，造成人才流失現(xiàn)象普遍存在。目前亟需加強(qiáng)高素質(zhì)人才培養(yǎng)和集聚，夯實(shí)增材制造創(chuàng)新發(fā)展基礎(chǔ)，優(yōu)化增材制造人才發(fā)展環(huán)境。

技術(shù)進(jìn)展
4D 打印技術(shù)研究進(jìn)展
4D 打印是指利用增材制造技術(shù)（3D 打印技術(shù)），制造出在預(yù)定的刺激下（如放入水中，或者加熱、加壓、通電、光照等）可自我變換物理屬性（包括形態(tài)、密度、顏色、彈性、導(dǎo)電性、光學(xué)特性、電磁特性等）的三維物體。它直接將材料與結(jié)構(gòu)的變化設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中，簡(jiǎn)化了從設(shè)計(jì)到實(shí)物造物過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和裝配的一體化融合。

4D 打印的附加維度主要是指時(shí)間維度，目前研究方向主要集中在開(kāi)發(fā)能夠響應(yīng)外界刺激的智能材料。目前，在 4D打印中應(yīng)用較廣泛的材料有形狀記憶聚合物、天然纖維、形狀記憶合金。通過(guò)將材料的智能特性與增材制造技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品對(duì)外界刺激的整體響應(yīng)。根據(jù)打印部件對(duì)外界刺激的響應(yīng)源不同，可分為水、熱、磁、電、光等多種驅(qū)動(dòng)方式。

一、水驅(qū)動(dòng) 4D 打印
水驅(qū)動(dòng) 4D 打印部件通常由親水性材料作為基質(zhì)組件，當(dāng)驅(qū)動(dòng)部件與水分子結(jié)合時(shí)，體積發(fā)生變化或發(fā)生變形。水驅(qū)動(dòng) 4D 打印技術(shù)的打印材料相對(duì)容易制造，僅需要簡(jiǎn)單的打印工藝和材料，就可實(shí)現(xiàn)較大靈活度的變形。它有望應(yīng)用于人體、水下機(jī)器人等領(lǐng)域。然而，由于使用水響應(yīng)型智能材料的部件高度依賴于水環(huán)境，因此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精確控制是具有挑戰(zhàn)性的。

圖 11 仿生花形狀變化

二、熱驅(qū)動(dòng) 4D 打印
熱驅(qū)動(dòng) 4D 打印技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)溫度激活形狀記憶材料，以控制部件的變形，能響應(yīng)熱刺激的熱塑性形狀記憶聚合物或形狀記憶合金被用作熱驅(qū)動(dòng) 4D 打印材料。熱驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物比形狀記憶合金更容易制備，因此被廣泛應(yīng)用于熱驅(qū)動(dòng) 4D 打印技術(shù)的研究。熱驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物的形狀記憶功能源于其分子鏈組分在溫度刺激下的玻璃化轉(zhuǎn)變或熔融轉(zhuǎn)變。

基于驅(qū)動(dòng) 4D 打印原理，首爾國(guó)立大學(xué)（韓國(guó)）利用兩種加熱產(chǎn)生不同熱應(yīng)變的纖維材料制造了一個(gè)能實(shí)現(xiàn)彎曲的抓取結(jié)構(gòu)。抓取結(jié)構(gòu)由“手掌”和“手指”組成，“手掌”是一個(gè)預(yù)制的結(jié)構(gòu)件，手掌上安裝了三個(gè)“手指”。加熱時(shí)，三個(gè)手指彎曲變形以抓住目標(biāo)物體。溫度控制直接影響熱驅(qū)動(dòng) 4D 打印元件的響應(yīng)效果和響應(yīng)時(shí)間。環(huán)境溫度的變化很難在短時(shí)間內(nèi)完成，這對(duì)快速實(shí)現(xiàn)元器件的響應(yīng)過(guò)程是一個(gè)挑戰(zhàn)。

圖 12“手指”實(shí)現(xiàn)抓取動(dòng)作

三、磁驅(qū)動(dòng) 4D 打印
磁驅(qū)動(dòng) 4D 打印技術(shù)是通過(guò)磁場(chǎng)激活并控制 4D 打印部件。主要有直接響應(yīng)和間接響應(yīng)兩種實(shí)現(xiàn)方式：直接響應(yīng)法是將混合有磁性顆粒的基質(zhì)固定成臨時(shí)形狀，并將其置于磁場(chǎng)中，改變磁性顆粒中的磁疇。當(dāng)再次施加相同的磁場(chǎng)時(shí)，基體中的磁性顆粒的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)施加的磁場(chǎng)做出響應(yīng)，從現(xiàn)形狀記憶。間接響應(yīng)法是基于磁性顆粒在磁場(chǎng)中的磁熱效應(yīng)，利用熱量驅(qū)動(dòng)元件，該方法是熱驅(qū)動(dòng)方法的變體。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究了含有軟磁鐵顆粒的復(fù)合打印油墨材料。這種材料是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為柔性基體成分制成的，以實(shí)現(xiàn)形狀恢復(fù)功能，用 PDMS/Fe 墨水制成的蝴蝶樣品的翅膀可以在外加磁場(chǎng)中快速拍動(dòng)，變形過(guò)程在 0.7s 內(nèi)完成。其響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于熱驅(qū)動(dòng)材料和水驅(qū)動(dòng)材料。

圖 13 仿生翅膀變形過(guò)程

四、電驅(qū)動(dòng) 4D 打印
電驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)主要是利用電流的電阻加熱效應(yīng)。通過(guò)嵌入具有電熱效應(yīng)的材料(如電熱絲、導(dǎo)電填料等)。在該部件中，當(dāng)加熱材料被通電時(shí)，形狀記憶效應(yīng)被激活。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要改變外部環(huán)境溫度，因此具有更高的加熱效率和更快的響應(yīng)速度。通過(guò)放置加熱材料可以控制部件的局部變形。

基于 FDM 原理，哈爾濱工業(yè)大學(xué)利用碳纖維增強(qiáng)聚乳酸形狀記憶復(fù)合材料(CFRSMPC)制造了 4D 打印元件。碳纖維既是增強(qiáng)材料，又是熱源。測(cè)試結(jié)果表明，4D 印刷CFRSMPC 在 75s 內(nèi)完成了電致形狀記憶效應(yīng)，試件的形狀恢復(fù)率在 95%以上。

圖 14 CFRSMPC 板形恢復(fù)工藝

五、光驅(qū)動(dòng) 4D 打印
光驅(qū)動(dòng)4D打印是指以光作為激發(fā)源來(lái)改變4D打印組件的結(jié)構(gòu)或外觀。亞琛工業(yè)大學(xué)（德國(guó)）醫(yī)研究了含有CINNAMON 官能團(tuán)的聚合物可以通過(guò)紫外線照射變形并固定成預(yù)定形狀，例如拉長(zhǎng)的薄膜和管、拱形或螺旋形,加熱到50℃，變形也能保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定。當(dāng)它們暴露在不同的紫外光波長(zhǎng)下時(shí)，它們可以在環(huán)境溫度下恢復(fù)原來(lái)的形狀。

圖 15 條帶變形過(guò)程

朱拉隆功大學(xué)工程學(xué)院（泰國(guó)）研究了近紅外(NIR)光激活的形狀記憶聚合物，并以生物材料為原料合成了具有形狀記憶性能的 V-fa/ECO 聚合物。合成材料的共聚物可以直接用作打印材料，而不需要使用其他聚合物作為基質(zhì)材料。當(dāng)打印材料中 ECO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò) 50%時(shí)，在波長(zhǎng)為 808nm的近紅外光下，打印樣品可以在 30 秒內(nèi)被遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)，并且具有很高的回收率。

圖 16 不同比例 V-fa/ECO 共聚物在近紅外光下的形狀恢復(fù)速度

光驅(qū) 4D 打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精確控制。然而，當(dāng)部件受阻或打印材料的透明度不好時(shí)，該驅(qū)動(dòng)方法很可能失敗，從而限制其應(yīng)用。
4D 打印的研究工作需要廣泛整合材料科學(xué)、信息科學(xué)、機(jī)械工程、力學(xué)等學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)增材制造技術(shù)與智能材料的深度融合。4D 打印技術(shù)的最終目的是直接制造具一定智能功能的結(jié)構(gòu)，從而簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，減輕結(jié)構(gòu)的重量，這對(duì)提高結(jié)構(gòu)的智能化具有重要意義。目前，4D打印技術(shù)已在機(jī)器人、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、食品開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和研究的深入，4D 打印技術(shù)將在上述領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。
行業(yè)動(dòng)態(tài)
（一） 第一本中國(guó)增材制造專業(yè)期刊首期出版
2022 年 2 月 15 日,Additive Manufacturing Frontiers(《增材制造前沿》)正式創(chuàng)刊發(fā)文。該期刊是由中國(guó)科協(xié)主管、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)主辦的英文學(xué)術(shù)期刊，是 Chinese Journal ofMechanical Engineering（《中國(guó)機(jī)械工程學(xué)報(bào)》）的子刊。期刊編委會(huì)由全球 43 位頂尖科學(xué)家組成，其中包括 11 位中國(guó)工程院、法國(guó)工程院、歐洲科學(xué)院院士。國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心主任、中國(guó)工程院院士盧秉恒擔(dān)任主編，法國(guó)國(guó)家技術(shù)科學(xué)院院士 Alain Bernard 擔(dān)任共同主編，西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李滌塵擔(dān)任執(zhí)行主編。中國(guó)工程院院士王華明、香港城市大學(xué)德國(guó)技術(shù)科學(xué)院院士呂堅(jiān)、清華大學(xué)教授林峰、南京航空航天大學(xué)教授顧冬冬、西安交通大學(xué)教授田小永和國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心教授文婷擔(dān)任副主編。

圖 17 雜志封面

（二）Relativity 將發(fā)射全 3D 打印火箭
美國(guó) Relativity Space 公司將發(fā)射一款完全增材制造技術(shù)生產(chǎn)的兩級(jí)運(yùn)載火箭。它不僅是第一個(gè)完全由增材制造的火箭，也是有史以來(lái)最大增材制造金屬物體。

Relativity Space 創(chuàng)始人是一群年輕的增材制造愛(ài)好者，公司最早致力于利用增材制造技術(shù)制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和助推器，將運(yùn)載會(huì)火箭的零件數(shù)量從 10 萬(wàn)個(gè)降到 1000 個(gè)以下。此次將要發(fā)射的火箭 Terran 1，高 35 米，直徑為 2.3 米。火箭所配備的發(fā)動(dòng)機(jī) Aeon1 發(fā)動(dòng)機(jī)只有 100 個(gè)零件，而且由于其簡(jiǎn)約性，利用增材制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)小于 20 天整體生產(chǎn)。目前航空航天工業(yè)正處于繁榮發(fā)展時(shí)期，這一舉措也向世人展示增材制造技術(shù)在航天工業(yè)帶來(lái)變革的最好契機(jī)。

圖 18 火箭 Terran 1

（三）600MPa 超高強(qiáng)鋁粉材研制成功近日，江西寶航新材料有限公司成功研制是一種適用于激光選區(qū)熔化（SLM）工藝的超高強(qiáng)度鋁合金粉材，具有極高的抗拉強(qiáng)度（620MPa）和良好的塑性（8%）。材料表 4是該公司超高強(qiáng)度鋁合金與其他鋁合金性能對(duì)比。

表 4 鋁合金材料性能

該材料為 Al-Mg 合金體系，公司命名為 HS6001，相較于 Al-Mg-Sc-Zr 合金而言，具有更高的強(qiáng)度，有望應(yīng)用于航空航天及國(guó)防軍工領(lǐng)域?qū)��?duì)輕質(zhì)高強(qiáng)材料的特別需要。目前江西寶航已開(kāi)展研制 800MPa 強(qiáng)度鋁合金金屬粉材的相關(guān)研制工作。

圖 19 HS6001 超高強(qiáng)度鋁合金粉材形貌

典型應(yīng)用
（一）增材制造技術(shù)制造冬季奧運(yùn)會(huì)火炬
2022 年 2 月 4 日晚，增材制造技術(shù)制造的奧運(yùn)火炬在冬季奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式亮相，成為冬奧會(huì)開(kāi)幕式的點(diǎn)睛之筆。

圖 20 冬季奧運(yùn)會(huì)火炬

哈爾濱工業(yè)大學(xué)及哈特三維科技有限公司共同對(duì)奧運(yùn)火炬開(kāi)展研發(fā)和制造。哈爾濱工業(yè)大學(xué)蘇彥慶教授團(tuán)隊(duì)對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)燃燒器工藝進(jìn)行了改進(jìn)和系統(tǒng)驗(yàn)證，最后成功制備出完全滿足要求的氫火炬及其燃燒系統(tǒng)；哈特三維技術(shù)團(tuán)隊(duì)配套研發(fā)了新型打印工藝，進(jìn)一步提升了打印效率和打印火炬內(nèi)部質(zhì)量，保證火炬內(nèi)部的致密度接密性要求和火炬表面拋光質(zhì)量，滿足了火炬生產(chǎn)的各方面要求。

（二）增材制造技術(shù)制造短道速滑冰刀
湖南華曙高科技股份有限公司與中國(guó)奧林匹克委員會(huì)奧運(yùn)會(huì)備戰(zhàn)辦公室簽署協(xié)議，采用金屬增材制造技術(shù)為參加北京奧運(yùn)會(huì)的中國(guó)短道速滑隊(duì)提供裝備優(yōu)化解決方案，為運(yùn)動(dòng)員量身定制輕量化、個(gè)性化新型短道速滑冰刀，為國(guó)家隊(duì)征戰(zhàn) 2022 北京冬奧會(huì)貢獻(xiàn)出一份力量。

圖 21 短道速滑冰刀

華曙研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析運(yùn)動(dòng)員在短道速滑轉(zhuǎn)彎中的動(dòng)作，采集運(yùn)動(dòng)員作用在冰刀上的數(shù)據(jù)，得出冰刀受力工況，并對(duì)冰刀刀管進(jìn)行輕量化拓?fù)鋬?yōu)化，保證了刀管的流線型外觀及質(zhì)量、橫向和切向強(qiáng)度的幾何優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足了安裝、定位、加工等工藝需求。
傳統(tǒng)冰刀刀管采用鋁合金材料生產(chǎn)，華曙研制冰刀刀管則采用了高強(qiáng)鋁合金材料-鋁鎂鈧合金，該合金具有比強(qiáng)度高，塑性好、耐高溫等特性。華曙研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)裝備上，成功開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)鋁合的工藝參數(shù)，高強(qiáng)合金打印的結(jié)構(gòu)件，具有比傳統(tǒng)鋁合金更高的強(qiáng)度，且能替代鈦合金部件，達(dá)到減重降費(fèi)的效果。 （三）寶馬公司增材制造鞋釘用于冬奧會(huì)

2022 年冬奧會(huì)上，寶馬公司利用增材制造技術(shù)為德國(guó)的雪橇運(yùn)動(dòng)員打印了一批鞋釘。使用增材制造技術(shù)，一方面鞋子整體質(zhì)量變得更輕，另一方面改善了整個(gè)前掌區(qū)域的抓地力分布，最終重要的是釘鞋損壞的釘子可以快速地更換，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化。

寶馬公司近些年采用增材制造與先進(jìn)工藝結(jié)合創(chuàng)造了很多新的應(yīng)用場(chǎng)景，目前生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)員裝備已被用于歷屆冬奧會(huì)：2010 年，BMW 使用增材制造技術(shù)制造出輕便、安全系數(shù)高的靴子。該靴子的制造材料減少到原重量一半的程度，并且利用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使靴子增加了與地面的摩擦力。

圖 22 為設(shè)計(jì)中添加個(gè)性化元素

成員展示
中機(jī)新材料研究院（鄭州）有限公司
中機(jī)新材料研究院（鄭州）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中機(jī)新材”）是由鄭州市人民政府、中國(guó)機(jī)械總院、鄭州高新區(qū)、北京機(jī)科國(guó)創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院于 2021 年 5 月簽約共建。中機(jī)新材于 2021 年 7 月 8 日在鄭州高新區(qū)注冊(cè)成立，總投資 2 億元。中機(jī)新材依托國(guó)家輕量化材料成形技術(shù)及裝備創(chuàng)新中心、先進(jìn)成形技術(shù)及裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最新技術(shù)成果，開(kāi)展成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。目前，中機(jī)新材核心研發(fā)團(tuán)隊(duì) 50余人，占公司總?cè)藬?shù) 51%，其中碩博士占比達(dá) 83%。中機(jī)新材建設(shè)有超高速激光熔覆技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、增材制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、工模具加工及延壽技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、增材制造材料實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字化設(shè)計(jì)與智能制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室五個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。主營(yíng)業(yè)務(wù)包括金屬粉末產(chǎn)品、粉末鋼產(chǎn)品，可提供超高速激光熔覆加工服務(wù)、3D 金屬打印服務(wù)以及數(shù)字化模擬仿真服務(wù)及各類檢驗(yàn)檢測(cè)服務(wù)。

圖 23 中機(jī)新材料研究院（鄭州）有限公司

中機(jī)新材科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)曾承擔(dān)國(guó)家“十三五”新材料技術(shù)領(lǐng)域重大專項(xiàng)，承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、973、863、支撐計(jì)劃、工信部重大專項(xiàng)等項(xiàng)目，以及近百項(xiàng)提高企業(yè)創(chuàng)新能力、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目。擁有 24 項(xiàng)高水平專利，其中 6 項(xiàng)國(guó)際專利，曾獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)、機(jī)械工業(yè)優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（科技進(jìn)步獎(jiǎng)）一等獎(jiǎng)、中國(guó)發(fā)明專利銀獎(jiǎng)等榮譽(yù)和獎(jiǎng)項(xiàng)。中機(jī)新材圍繞高性能金屬粉末材料制備及應(yīng)用，服務(wù)國(guó)家新材料與先進(jìn)制造行業(yè)發(fā)展。

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