3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

3D打印技術(shù)及其在汽車行業(yè)的應(yīng)用分析一、3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)介紹（一）3D打印的概念3D打印又稱“增材制造”技術(shù)，屬于快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐局打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)先使用計算機軟件設(shè)計三維模型，運用分層加工、迭加成形的原理，通過將粉末、液體片狀等離散材料逐局堆積，堆成一個三維實體。談懺來源：艾媒咨詢一中萬宏辨.研究制造方式發(fā)展經(jīng)歷了等材制造、減材制造、增材制造三個階段。等材制造，是指通過鑄、鍛、焊等方式生產(chǎn)制造產(chǎn)品，材料重量基本不變，這已有3000多年的歷史。減材制造，是指在工業(yè)革命后，使用車、銑、刨、磨等設(shè)備對材料進行切削加工，以達到設(shè)計形狀，這已有300多年的歷史。增材制造于1984年開始在實驗室研究，1986年制出樣機，距今已有30余年時間。3D打印技術(shù)是在有了計算機以后出現(xiàn)的一種數(shù)字制造技術(shù)，在計算機的精確控制下，一層層地往上增加材料，最終制造一個零件，首先通過計算機把這個零件微分，先把它分解成厚度是^無限小的接近無窮多的片層，把三維的問題變成二維的，不管零件有多復(fù)雜，不管什么三維形狀，切片成二維圖形，一層層往上生長，每一層的厚度非常小，這就是增材。3D打印的技術(shù)種類按照最終產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域和對應(yīng)所需要的精度等要求不同，3D打印可分為消費級3D打印和工業(yè)級3D打印。首先二者面對的下游市場不盡相同，消費級3D打印主要面對消費型、娛樂型以及對產(chǎn)品精度要求不高的產(chǎn)品，例如玩具模型、教學(xué)模型等；而工業(yè)級3D打印主要面對質(zhì)量精度要求較高的航空航天、醫(yī)療器械、汽車、模具開發(fā)等下游市場。二者在眾多斯面存在較大差別，工業(yè)級3D打印精度更高、打印速度更快，可打印尺寸范圍更廣，產(chǎn)品可靠性也更好。但也正由于這些，工業(yè)級3D打印的價值更高，目前不能為普通消費者所接受。按照打印技術(shù)的特點，3D打印又可分為選擇性激光熔化成型、選擇性激光燒結(jié)成型、激光直接燒結(jié)技術(shù)、電子束熔化技術(shù)、熔融沉積式成型、選擇性熱燒結(jié)、立體平板印刷、數(shù)字光處理、三位打印技術(shù)、及細胞繪圖打印等。1986年，美國科學(xué)家CharlesHull利用液態(tài)光敏樹脂被一定波長的紫外光照射后即變成固體的特性，發(fā)明出世界上第一臺3D打印機。它的基本原理是將液態(tài)光敏樹脂倒迎一個容器，液面上方有一臺激光器，當(dāng)電腦發(fā)出指令，激光器發(fā)射紫外光，紫外光照射液面特定位置，這一片形狀的光敏樹脂即發(fā)生固化。液態(tài)光敏樹脂的液面在打印的過程中隨固化的速度上升，使得紫外光照射的地方始終是液態(tài)樹脂，最終經(jīng)過層層累積，形成一定形狀。這種技術(shù)也被稱為立體平板印刷技術(shù)(SLA)，這也是目前最成熟的3D打印技術(shù)之一。

經(jīng)過近30年的發(fā)展，3D打印的技術(shù)類型也越來越豐富，在最初的基礎(chǔ)上已經(jīng)衍生出幾十種打印技術(shù)。目前的3D打印技術(shù)不僅可以使用光敏樹脂、ABS塑料等原料進行打印，還允許使用鋁粉、鈦粉等金屬粉末，以及氧化鋁、碳纖維等陶瓷粉末為原料辿行打??；甚至還出現(xiàn)了以活細胞為原料的生物3D打印技術(shù)，這種技術(shù)目前已經(jīng)在組織工程領(lǐng)域小范圍使用。（三）3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過30多年發(fā)展，增材制造產(chǎn)業(yè)正從起步期邁入成長期，呈現(xiàn)出加速增長的態(tài)勢。根據(jù)從事增材制造行業(yè)研究的美國咨詢機構(gòu)WohlersAssociates,Inc統(tǒng)計顯示，全球增材制造產(chǎn)值（包括產(chǎn)品和服務(wù)從2012年的22.8億美元增長到2017年的73.36億美元，五年來增長超過300%，年復(fù)合增長率高達26.20%。2017年，全球增材制造行業(yè)市場規(guī)模達到了73.36億美元，同比增長21.00%，增速較2016年提高3.6個百分點。其中增材制造相關(guān)產(chǎn)品（包括增材制造設(shè)備銷售及升級、增材制造原材料、專用軟件、激光器等）產(chǎn)值為31.33億美元，同比增長17.4%；增材制造相關(guān)服務(wù)（包括增材制造零部件打印、增材制造設(shè)備維護、技術(shù)服務(wù)及人員培訓(xùn)、增材制造相關(guān)咨詢服務(wù)等）產(chǎn)值為42.02億美元，同比增長23.8%。全球增材制造產(chǎn)業(yè)增長咨勢—七坤產(chǎn)哭元全球增材制造產(chǎn)業(yè)增長咨勢—七坤產(chǎn)哭元T-增長中，％預(yù)計未來十年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)仍將處于高速增長期，發(fā)展?jié)摿薮?。?jù)IDC預(yù)測，2016-2020年，全球增材制造產(chǎn)業(yè)的年復(fù)合增長率將保持在22.30%，至2020年全球增材制造產(chǎn)值將達289億美元。麥肯錫預(yù)測，到2025年全球增材制造產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生高達2,000-5,000億美元經(jīng)濟效益。根據(jù)德勤發(fā)布的《2019科技、傳媒和電信行業(yè)預(yù)測》報告顯示，2019年大型上市公司的3D打印相關(guān)銷售額將超過27億美元，至2020年更將高達30億美元。中國增材制造行業(yè)相對歐美國家起步較晚，在經(jīng)歷了初期產(chǎn)業(yè)鏈分離、原材料不成熟、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一與不完善及成本昂貴等問題后，當(dāng)前中國增材制造已日趨成熟，市場呈現(xiàn)快速增長趨勢?；帕像缭?；明響產(chǎn)業(yè)研究院整珪據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計，在2015-2017年的3年間，我國增材制造產(chǎn)址I［年/"17年中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模201S<F'網(wǎng)慌料耒源；明響產(chǎn)業(yè)研究院整珪據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計，在2015-2017年的3年間，我國增材制造產(chǎn)址I［年/"17年中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模201S<F'網(wǎng)14年20]7-\'2012<|-產(chǎn)業(yè)劃印億美元據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對35家重點聯(lián)系企業(yè)的經(jīng)營數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，2017年，聯(lián)盟重點聯(lián)系企業(yè)總產(chǎn)值達32.40億元比2016年的23.09億元增加近10億元，同比增長40.3%，增速高于我國增材制造產(chǎn)業(yè)平均增速15個百分點，高于全球增速近20個百分點。初步預(yù)計，我國3D打印市場規(guī)模2022年將達到80億美元左右。二、3D打印技術(shù)的特點（-）3D打印技術(shù)的優(yōu)勢1、設(shè)計空間無限傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)品形狀有限，制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳統(tǒng)的木制車床只能制造圓形物品，軋機只能加工用銑刀組裝的部件，制模機僅能制造模鑄形狀。而3D打印機可以突破這些局限，開辟巨大的設(shè)計空間，制造出傳統(tǒng)工藝難以加工甚至無法加工的產(chǎn)品。2、改善產(chǎn)品設(shè)計原型是產(chǎn)品的初稿，它有助于設(shè)計師、工程師和制造商進行多重反復(fù)的檢查，真切地體驗產(chǎn)品的外觀、手感。傳統(tǒng)的原型是利用泡沫或黏土進行手工制作，通過3D打印快速創(chuàng)建概念模型，設(shè)計者和客戶之間能夠更好的交流。在傳統(tǒng)的工業(yè)制造，如果一個設(shè)計概念在制成產(chǎn)品之后存在缺陷，企業(yè)需要承擔(dān)大量材料的浪費成本。而利用3D打印技術(shù)制作概念模型，能夠快速調(diào)整最初的設(shè)計并不斷改進。3D打印的汽車組件產(chǎn)品原型。除了概念設(shè)計之外，3D打印還被用于創(chuàng)建功能性原型，因為3D打印技術(shù)制成的物品本身具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等性能，通過對原型進行各種性能測試，以改進最終的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)，大大縮短了產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)的時間。3D打印加快了設(shè)計進程，在產(chǎn)品的安全性和合理性設(shè)計、人體工程學(xué)設(shè)計、市場營銷和設(shè)計等方面不斷改善，從而實現(xiàn)在將產(chǎn)品全面投入生產(chǎn)前對其進行優(yōu)化，創(chuàng)造出更好的產(chǎn)品。3、多樣化生產(chǎn)不會增加成本就傳統(tǒng)制造而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。但對于3D打印機而言，制造形狀復(fù)雜的物品其成本并不會相應(yīng)增長。另外，傳統(tǒng)的制造設(shè)備功能較少，做出的物品形狀種類有限。一臺3D打印機可以打印不同的形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。這種制造多樣化而不增加成本的打印將從根本上打破傳統(tǒng)的定價模式，并改變我們整個制造業(yè)成本構(gòu)成的方式。4、制造技能門檻降低傳統(tǒng)的制造機器需要熟練的專業(yè)人員進行機器調(diào)整和校準(zhǔn)，培養(yǎng)一個嫻熟的工人往往需要幾年的時間。而3D打印機所需要的操作技能將比傳統(tǒng)設(shè)備少很多，因此3D打印的出現(xiàn)將顯著降低生產(chǎn)技能的門檻。這種擺脫原來高門檻的非技能制造業(yè)，將進一步引導(dǎo)出眾多新的商業(yè)模式，并能在遠程環(huán)境或極端情況下為人們提供打印服務(wù)。5、節(jié)省原材料傳統(tǒng)的金屬加工有著十分驚人的浪費量，一些精細化生產(chǎn)甚至?xí)斐?0%原材料的丟棄浪費。而3D打印機的浪費量將顯著減少，隨著打印材料的進步，3D打印“凈成形”制造將成為更加節(jié)約環(huán)保的加工方式。（二）3D打印技術(shù)的缺點1、材料的限制目前主流的3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)聚合物塑料、某些金屬或者陶瓷打印，但目前無法實現(xiàn)打印的材料還非常多。材料的限制主要表現(xiàn)為兩個方面的限制，一方面，目前的3D打印技術(shù)可打印的材料種類有限，無法完全適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中所需的各種各樣的材料的打印。這使得3D打印技術(shù)只能應(yīng)用于一些特定場合，普及推廣仍有很大的障礙。另一方面，針對特定的3D打印機，可打印的材料種類更是特定的幾種或幾類，這使得針對每種或每類材料，就需要設(shè)計專屬的3D打印機，通用性不如傳統(tǒng)的機械加工好。雖然目前在多材料打印上已經(jīng)取得了一定的進展但除非這些進展達到成熟并有效，否則材料依然會是3D打印的一大障礙。部分可用于3D打印技術(shù)的材料優(yōu)點缺點應(yīng)用領(lǐng)域工程塑料強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性產(chǎn)品易出現(xiàn)各向不同性汽車、家電、電子消費品，航空航天、醫(yī)療器械光敏樹脂高強度、耐高溫、防水加工速度慢，有一定污染可用于制作高強度、耐高溫、肪水材料斷裂伸蛇率高、抗要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用領(lǐng)域，如消械麟類材料撕裂強度高和拉伸易老化費類電子產(chǎn)品'醫(yī)療設(shè)備以及汽車內(nèi)強度較高飾、掄胎、墊片陶瓷材料高強度、高理度、耐高溫、1氐密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等制備成本高，品質(zhì)控制困雄，打印設(shè)備功率大航空航天、汽車、生物等行業(yè)金屬性、延展性、制備成本高*品質(zhì)金屬材料較高的力學(xué)強度和控制困雄，產(chǎn)品容航空航天、汽車、模具制造表面質(zhì)量易產(chǎn)生疏松細胞生物原料生物相容性好產(chǎn)呈低.配套的3D打印設(shè)備技術(shù)要求高與醫(yī)學(xué)、組織工程相結(jié)合.可制造出藥物、人工器官等用于治療疾病2、打印效率低效率低可以從兩個角度進行分析。首先，與傳統(tǒng)機械加工比較，機械加工是在毛坯的基礎(chǔ)上減材形成，通常毛坯和零件之間相差的材料較少，即需要去除的材料少，加工比較快；而3D打印技術(shù)必須將所有零件實體所需材料通過增材方式堆疊，材料體積大。所以從去除或堆疊得材料體積量來比較，增材的體積量通常比減材的體積量要大。其次，從成型運動方面考慮，傳統(tǒng)的機械加工主運動多為旋轉(zhuǎn)運動，而3D打印技術(shù)為直線運動，旋轉(zhuǎn)運動更容易達到更大的速度，而且保持一定的穩(wěn)定性，3D打印技術(shù)的掃描運動為直線運動，很難達到較大的速度。因此，3D打印技術(shù)不僅所需加工的體積量大，而且運動速度受限，所以綜合加工效率低。3、質(zhì)量和精度低首先是質(zhì)量問題，由于3D打印采用“分層制造層層疊加”的增材制造工藝，層與層之間的結(jié)合再緊密，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美，而零件材料的微觀組織和結(jié)構(gòu)決定了零件的物理性能如強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性、氣密性等大多不能滿足工程實際的使用要求。其次是精度問題，由于3D打印技術(shù)固有的成型原理及發(fā)展還不完善，其打印成型零件的精度包括尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度都較差，不能作為功能性零件，只能做原型件使用，從而其應(yīng)用將大打折扣。金屬3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)精密加工技術(shù)的比較如下：項目金屬3D打印技術(shù)傳統(tǒng)精密加工技術(shù)技術(shù)原理“增”材制造（分層制造、逐層疊加）“減”材制造（材料去除、切削、組裝：技術(shù)手段SLM、LSF等磨削、超精細切削、精細磨削與拋光等適用場合小批量、復(fù)雜化、輕量化、定制化、功能一體化零部件制造批量化、大規(guī)模制造，但在復(fù)雜化零部件制造方面存在局限使用材料金屬粉末、金屬絲材等（受限）幾乎所有材料（不受限）材料利用率高，可超過95%低，材料浪費產(chǎn)品實現(xiàn)周期短相對較長零件尺寸精度±0.1mm（相對于傳統(tǒng)精密加工而言偏差較大）0.1-10gm（超精密加工精度甚至可達納米級）零件表面粗糙度Ra2gm-Ra10gm之間（表面光潔程度較低）Ra0.1gm以下（表面光潔度較高，甚至可達鏡面效果）由上表可知，目前金屬3D打印技術(shù)在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面與傳統(tǒng)的精密加工技術(shù)相比，還存在較大的差距。所以，在目前的技術(shù)條件下，金屬3D打印技術(shù)并不是要取代傳統(tǒng)加工制造技術(shù)，而是傳統(tǒng)加工制造技術(shù)的重要補充。（三）3D打印技術(shù)的發(fā)展階段3D打印的七類技術(shù)原理發(fā)明伊始迄今一直處于穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在過去30余年的實踐中證明了其能夠分別解決不同的增材制造問題而在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中具有不可替代的技術(shù)價值和廣闊的發(fā)展空間，因此已經(jīng)成為固化下來的技術(shù)形式，同傳統(tǒng)法機械加工的車、銑、銅、磨、鉗和熱加工的鑄、鍛、焊、粉末冶金一樣，不太可能在未來消失。根據(jù)產(chǎn)業(yè)周期理論認為，產(chǎn)業(yè)從誕生到消亡一般會經(jīng)歷導(dǎo)入期、成長期、成熟期和衰退期四個階段。處于成長期的產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)為行業(yè)中的市場參與者逐漸增多，同時，行業(yè)利潤增加，市場增長率進一步提高，技術(shù)逐漸定型，市場壁壘增加，產(chǎn)品價格有所下降，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐漸形成。3D打印產(chǎn)業(yè)整體市場增長率達到30%左右，技術(shù)方面逐漸定型，形成以七大技術(shù)為主，多種衍生技術(shù)共存的局面，隨著行業(yè)整合的加劇，市場壁壘增加，增材制造設(shè)備價格有所下降，因此3D打印產(chǎn)業(yè)處于成長初期。增材制造技術(shù)已經(jīng)從研發(fā)轉(zhuǎn)向了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，已在下游多個行業(yè)推廣應(yīng)用，且在應(yīng)用廣度及各自領(lǐng)域中的應(yīng)用深度不斷被拓展，未來行業(yè)不存在重大技術(shù)風(fēng)險，盡管如此，增材制造的技術(shù)成熟度還不能同減材、等材等傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，仍需要從科學(xué)基礎(chǔ)、工程化應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等環(huán)節(jié)開展大量基礎(chǔ)性研究工作。同時，增材制造產(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展期，但應(yīng)用成本相對較高應(yīng)用范圍相對較窄，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模相對于傳統(tǒng)制造規(guī)模依舊較小。三、3D打印技術(shù)的應(yīng)用情況（一）3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分布根據(jù)WohlersAssociates（2018）報告顯示，2017年，增材制造主要應(yīng)用于航空航天、汽車、工業(yè)機械、消費品/電子、醫(yī)療/牙科領(lǐng)域，上述行業(yè)在增材制造整體應(yīng)用領(lǐng)域的份額占比合計接近80%，已經(jīng)成為航空航天等高端設(shè)備制造及修復(fù)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，逐步成為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、創(chuàng)新創(chuàng)意及個性化產(chǎn)品的實現(xiàn)手段以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具。其中，增材制造在航空航天、汽車領(lǐng)域的應(yīng)用占比逐年提升，2017年分別為18.9%、16.0%，相較于2015年分別提升了2.3個百分點、2.2個百分點。同時，增材制造的應(yīng)用范圍也在不斷向建筑、服裝、食品等領(lǐng)域擴展。近三年3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分析7.1%14,8%乳9雅工*機撥跑近三年3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分析7.1%14,8%乳9雅工*機撥跑點資內(nèi)環(huán)如15年中環(huán)2016^消費品F電子卅外環(huán)Ml7年蠢濱頓或〔.聊一—政府/軍隊,S.1K掌術(shù)機Hr,7.9%航空航無18港擔(dān)（二）航天航空及國防領(lǐng)域是金屬3D打印應(yīng)用的重要領(lǐng)域1、市場規(guī)模和增速根據(jù)WohlersAssociates,Inc統(tǒng)計顯示,2017年度，全球增材制造行業(yè)市場規(guī)模達到了73.36億美元，按照銷售規(guī)模排名，3D打印在航空航天和國防工業(yè)的應(yīng)用規(guī)模分別為18.9%和5.1%，市場規(guī)模分別為13.87億美元和3.74億美元。3D打印技術(shù)在航空航天的應(yīng)用規(guī)模近年來增長迅速，其市場份額從2015年的16.6%提升到2017年的18.9%。當(dāng)前，航空航天零部件產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值規(guī)模超過1,500億美元，但3D打印應(yīng)用在其中的份額尚不足1%，未來市場空間巨大。2016年6月，空客公司搭載有增材制造部件以及拓撲優(yōu)化設(shè)計的A350完成了為期兩年的測試，實驗表明增材制造在實際工業(yè)上已經(jīng)展現(xiàn)了技術(shù)可行性和未來潛力；2017年，波音公司宣布聘請挪威金屬3D打印公司NorskTitaniumAS，負責(zé)為波音787Dreamliner飛機打印鈦合金部件，以期將每架波音787Dreamliner飛機的每架制造成本節(jié)省200~300萬美元；美國GE公司應(yīng)用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的噴氣發(fā)動機LEAP-1C已獲得聯(lián)邦航空局(FAA)和歐洲航空安全協(xié)劊EASA)的批準(zhǔn)，該發(fā)動機被譽為“革命性推進系統(tǒng)”，是由通用電氣和賽峰集團合資的CFM公司所生產(chǎn)。2017年12月，由中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責(zé)任公司負責(zé)研制的大型客機發(fā)動機驗證機(CJ-1000AX)，累計試車46次，實現(xiàn)100%設(shè)計轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，該發(fā)動機部分部件采用鉗力特3D打印技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)突破，初步驗證了核心機各部件及相關(guān)系統(tǒng)的性能、功能和匹配性，為后續(xù)開展深入研發(fā)及試制提供了有力支撐。2、應(yīng)用優(yōu)勢“輕量化”、“高強度”、“高性能”及“復(fù)雜零件集成化”一直是航空航天零部件制造和研發(fā)的主要目標(biāo)。3D打印技術(shù)所制造出來的零件能夠很好的迎合這些要求。其應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）縮短新型航空航天裝備及零部件的研發(fā)周期航空航天技術(shù)是國防實力的象征，世界各國之間競爭異常激烈。因此，各國都試圖以更快的速度研發(fā)出更新的武器裝備，使自己在國防領(lǐng)域處于不敗之地。金屬3D打印技術(shù)讓高性能金屬零部件，尤其是高性能大結(jié)構(gòu)件的制造流程大為縮短，而無需研發(fā)零件制造過程中使用的模具，這將極大的縮短產(chǎn)品研發(fā)制造周期。由于航空航天設(shè)備所需要的零部件往往都是一些需要單件定制的復(fù)雜部件，如果運用傳統(tǒng)工藝制作勢必會存在制作周期過長，且成本過高的問題。而3D打印技術(shù)低成本快速成形的特點則能很好地彌補這一問題，3D打印工藝制造速度快，成形后的近形件僅需少量后續(xù)機加工，可以顯著縮短零部件的生產(chǎn)周期，滿足對航空航天產(chǎn)品的快速響應(yīng)要求。加之該技術(shù)的高柔性、高性能靈活制造特點，以及對復(fù)雜零件的自由快速成形，金屬3D打印將為航空航天及國防裝備的制造提供強有力的技術(shù)支撐。（2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計得以實現(xiàn)3D打印技術(shù)和航空航天、國防工業(yè)最契合的優(yōu)勢就在于其能夠輕松實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造，過去依靠傳統(tǒng)制造難以實現(xiàn)的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)在以靈活著稱的3D打印技術(shù)面前不再是難題，同時，3D打印工藝能夠?qū)崿F(xiàn)單一零件中材料成分的實時連續(xù)變化，使零件的不同部位具有不同成分和性能，是制造異質(zhì)材料（如功能梯度材料、復(fù)合材料等）的最佳工藝，這大幅提升了航空航天業(yè)的設(shè)計和創(chuàng)新能力。尤其對于工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱的國家來說，3D打印技術(shù)有助于縮小其與發(fā)達國家的差距。（3）滿足輕量化需求，減少應(yīng)力集中，增加使用壽命減重是航空航天業(yè)最關(guān)鍵的問題之一，輕量化的組件能夠顯著降低飛機重量，提升燃油經(jīng)濟性。實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)意味著減重的潛力可以得到最大限度的激發(fā)。粗略統(tǒng)計，飛機重量減少一磅，平均每年可以節(jié)省1.1萬加侖燃油。美國GE公司預(yù)計采用金屬直接增材制造的零件，未來可占航空發(fā)動機零部件的50%，使其研發(fā)的大型航空發(fā)動機每臺至少減重454kg。對于衛(wèi)星和運載火箭來說，輕量化的意義尤為重大。金屬3D打印技術(shù)的應(yīng)用可以優(yōu)化復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)，在保證性能的前提下，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)經(jīng)變換重新設(shè)計成簡單結(jié)構(gòu)，從而起到減輕重量的效果。而且通過優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，能使零件的應(yīng)力呈現(xiàn)出最合理化的分布，減少疲勞裂紋產(chǎn)生的危險，從而增加使用壽命。（4）提升航空航天裝備的零部件強度和耐用性航空航天裝備的零部件由于工作環(huán)境的特殊性通常對材料的性能和成分有著嚴格甚至苛刻的要求，大量試用各種高性能的難加工材料，而金屬3D打印技術(shù)可以方便地加工高熔點、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工材料。金屬零件直接成形時的快速凝固特征可提高零件的機械性能和耐腐蝕性，與傳統(tǒng)制造工藝相比，成形零件可在不損失塑性的情況下使強度得到較大提高。金屬3D打印技術(shù)可以提升航空發(fā)動機關(guān)鍵零部件的多項重要特性。美國F16戰(zhàn)機上使用3D技術(shù)制造的起落架，不僅滿足使用標(biāo)準(zhǔn)，而且平均壽命是原來的2.5倍。（4）提高材料的利用率，降低制造成本相比傳統(tǒng)制造方法,3D打印技術(shù)在材料利用率方面具有無以倫比的優(yōu)勢。航空航天制造領(lǐng)域大多使用價格昂貴的戰(zhàn)略材料，比如像鈦合金、鐐基高溫合金等金屬材料。3D打印加工過程的材料利用率較高，可以節(jié)省制造航空航天裝備零部件所需的昂貴原材料，顯著降低制造成本。采用傳統(tǒng)的制造方法，材料的使用率很低，而采用3D打印技術(shù)能提高材料的利用率到60%，甚至到90%以上，從而顯著降低生產(chǎn)成本。（三）汽車工業(yè)是3D打印技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一1、市場規(guī)模和增速根據(jù)WohlersAssociates,Inc統(tǒng)計顯示，2017年度，3D打印在汽車工業(yè)的應(yīng)用規(guī)模占比為16%，市場規(guī)模達到11.74億美元。汽車行業(yè)由于自身規(guī)模大、研發(fā)投入多、應(yīng)用3D打印技術(shù)時間長等因素，在3D打印技術(shù)應(yīng)用中占據(jù)重要位置。汽車行業(yè)巨大的市場規(guī)模為3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的市場空間。保守估計，3D打印未來即使只在每年過萬億美元的汽車研發(fā)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)中占有很小的份額，比如1%，那其每年在汽車領(lǐng)域的市場規(guī)模將超百億美元。隨著目前3D打印技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用迅速增加，知名市場咨詢機構(gòu)Frost&Sullivan發(fā)布了的市場調(diào)查報告預(yù)測，汽車3D打印的市場規(guī)模有望于2025年達到43億美元。福特、寶馬、蘭博基尼、大眾、通用、保時捷、本田、克萊斯勒、奔馳、奧迪等幾乎所有的整車廠都在持續(xù)探索3D打印帶來的無限可能。2、應(yīng)用優(yōu)勢3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用貫穿汽車整個生命周期，包括研發(fā)、生產(chǎn)以及使用環(huán)節(jié)。就應(yīng)用范圍來看，目前3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于研發(fā)環(huán)節(jié)的試驗?zāi)Ｐ秃凸δ苄栽椭圃煸谏a(chǎn)和使用環(huán)節(jié)相對較少未來，3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域仍將被廣泛應(yīng)用于原型制造。隨著3D打印技術(shù)不斷發(fā)展、車企對3D打印認知度提高以及汽車行業(yè)自身發(fā)展需求，3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用將向市場空間更大的生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)擴展，在最終零部件生產(chǎn)、汽車維修、汽車改裝等方面的應(yīng)用將逐漸提高。（1）在研發(fā)設(shè)計方面利用3D打印技術(shù)，可以在數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)制作出概念模型，由于3D打印的快速成形特性，汽車廠商可以應(yīng)用于汽車外形設(shè)計的研發(fā)。相較傳統(tǒng)的手工制作油泥模型，3D打印能更精確地將3D設(shè)計圖轉(zhuǎn)換成實物，而且時間更短，提高汽車設(shè)計層面的生產(chǎn)效率。目前許多廠商已經(jīng)在設(shè)計方面開始利用3D打印技術(shù)，比如寶馬、奔馳設(shè)計中心。（2）在材料方面3D打印允許多樣的材料選擇，不同的機械性能以及精準(zhǔn)的功能性原型制作，讓制造商在前期可以隨時修正錯誤并完善設(shè)計，使得錯誤成本最小化。（3）在最終使用部件制造方面汽車制造商借助3D打印技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)小批量定制部件和生產(chǎn)自動化，并且可以實現(xiàn)有機形狀、中空和負拉伸等復(fù)雜幾何形狀的創(chuàng)建和制造。在傳統(tǒng)汽車制造領(lǐng)域，汽車零部件的開發(fā)往往需要長時間的研發(fā)、測試。從研發(fā)到測試階段還需要制作零件模具，不僅時間長，而且成本高。當(dāng)存在問題時，修正零件也需要同樣漫長的周期。而3D打印技術(shù)則能快速制作造型復(fù)雜的零部件，當(dāng)測試出現(xiàn)問題時，修改3D文件重新打印即可再次測試。3D打印技術(shù)讓未來汽車零部件的開發(fā)成本更低，效率更高。（四）增材制造在其他領(lǐng)域的應(yīng)用情況1、醫(yī)療行業(yè)依照材料的發(fā)展與生物性能的差別，醫(yī)療領(lǐng)域3D打印分為兩類：非生物3D打印與生物3D打印。非生物3D打印是指利用非生物材料和3D打印技術(shù)來打印非生物假體，非生物材料包括塑料、樹脂、金屬、高分子復(fù)合材料等，主要應(yīng)用于齒科、骨科、醫(yī)療器械、輔助器械（術(shù)前模擬）、醫(yī)用教學(xué)等醫(yī)療領(lǐng)域。生物3D打印是基于活性生物材料、細胞組織工程、MRI與CT技術(shù)以及3D重構(gòu)技術(shù)等而進行的活體3D打印，其目標(biāo)是打印活體器官。相對于生物3D打印而言，非生物3D打印的原理相對較為簡單，所需材料也相對易得，因此在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛。非生物3D打印的產(chǎn)品大多不具備生物相容性，大多產(chǎn)品可歸于醫(yī)療器械的范疇，具體應(yīng)用在：①個性化假體的制造，可用在骨科、齒科、整形外科等；②復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及難以加工的醫(yī)療器械制品，包括植入物與非植入物，如多孔結(jié)構(gòu)的髖關(guān)節(jié)、模擬人體器官的醫(yī)用模型等。醫(yī)療行業(yè)一直是3D打印技術(shù)主流應(yīng)用領(lǐng)域。以口腔醫(yī)學(xué)為例，據(jù)市場研究機構(gòu)TransparencyMarketResearch的報告顯示，2016年全球牙科3D打印市場規(guī)模達9.03億美元，2025年將達到34.41億美元，年復(fù)合增長率達到16.5%。3D打印技術(shù)具有的靈活性高、不限數(shù)量、節(jié)約成本等特點，能夠非常好地滿足醫(yī)學(xué)領(lǐng)域個體化、精準(zhǔn)化醫(yī)療的需求。特別在口腔醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印對口腔材料、加工方式、醫(yī)師技能、手術(shù)形態(tài)等方方面面產(chǎn)生顛覆性影響。3D打印技術(shù)使數(shù)字化口腔醫(yī)療實現(xiàn)了從虛擬模擬到現(xiàn)實模擬的跨越，是實現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療的重要手段。2、模具行業(yè)模具工業(yè)是全球最大的橫向產(chǎn)業(yè)，面向每個主要的垂直工業(yè)制造業(yè)。無數(shù)的產(chǎn)品都需要通過生產(chǎn)線上的刀具夾具來生產(chǎn)或是由模具來制造，模具制造包括模制（注射、吹塑和硅膠）或鑄模（熔模、翻砂和旋壓）兩大類。CNC加工是在制造模具時最常用的技術(shù)。雖然它能夠提供高度可靠的結(jié)果，但同時也非常昂貴和費時。所以很多模具制造企業(yè)也開始尋找更加有效的替代方式，3D打印技術(shù)就是一個很好的替代方式。傳統(tǒng)的模具冷卻水路通過交叉鉆孔行程內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)金屬3D打印技術(shù)則突破了交叉鉆孔方式對冷卻水路設(shè)計的限制，可以依據(jù)散熱條件靠近模具表面設(shè)置隨形水路，具有平滑的角度、更大的流量以及更高的冷卻效率。3D打印模具涵蓋了多個優(yōu)點，包括：①模具生產(chǎn)周期縮短；②制造成本降低；③模具設(shè)計的改進為終端產(chǎn)品增加了更多的功能性如隨型水冷等；④優(yōu)化工具更符合人體工學(xué)和提升最低性能；⑤定制模具幫助實現(xiàn)最終產(chǎn)品的定制化，提升注塑模具的生產(chǎn)效率以及模具壽命。3、消費和電子產(chǎn)品行業(yè)消費品行業(yè)涵蓋范圍較廣，主要包括手機、電子產(chǎn)品、電腦、家電、工具和玩具等行業(yè)。目前3D打印在消費品行業(yè)的應(yīng)用主要集中在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)環(huán)節(jié)。消費品行業(yè)具有產(chǎn)品生命周期短，更新?lián)Q代快的特性，需要持續(xù)不斷的開發(fā)和投入。借助3D打印的優(yōu)勢，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大幅削減設(shè)計成本，現(xiàn)有的3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)各種復(fù)雜設(shè)計的模型制作，賦予設(shè)計師更多的自由，產(chǎn)品設(shè)計水平大幅提升，這對于消費品行業(yè)意義重大。另外，3D打印已經(jīng)在一定程度上解決了消費品行業(yè)產(chǎn)品定制化大規(guī)模應(yīng)用的問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，個性化需求將持續(xù)釋放。當(dāng)大規(guī)模定制時代來臨，消費者購