增材制造——3D打印的正称
摘要：三维打印具有狭义和广义两种概念，广义上的三维打印在国内外学术界和政府文件里被称为增材制造。文章还介绍了增材制造技术相关的多种制造工艺。
关键词：增材制造，三维打印
收稿日期：2013-07-15
作者简介：余前帆(1969—)，男，江西樟树人，硕士，全国科学技术名词审定委员会副编审，主要研究方向为计算机科学技术等。通信方式：yuqf@cnctstgovcn。
近来，3D打印这一名词频频出现在有关科技创新的新闻报道中，越来越多的读者开始注意到3D打印技术和3D打印机。这种数字化信息技术与新材料的结合，被西方媒体誉为将带来“第三次工业革命”的新技术，已经开始撼动传统的制造行业，必将催生以定制式数字制造为特征的新时代。为了使读者对3D打印技术有所了解，我们在这里对3D打印技术及相关名词和概念进行简要的介绍。
一三维打印概念的起源
从构词结构上看，3D打印是包含英文字母的汉语字母词，并不是一个规范的术语。它的英文全称为three dimensional printing(简称为3D printing或3DP)，中文名称应为三维打印，也有资料译作三维印刷。三维打印技术诞生于20世纪80年代的美国，中国从1991年开始研究三维打印技术，当时的名称叫快速原型技术(rapid prototyping，RP)，即开发样品之前的实物模型。
三维打印作为科技名词具有狭义和广义两种概念。狭义上的三维打印在业内专指快速成型制造的一种工艺，它是于20世纪80年代由美国麻省理工学院教授伊曼纽尔·萨克斯(Emanuel M Sachs)和他的学生保罗·威廉姆斯(Paul Williams)发明的。这种工艺的流程是，先铺好粉末，然后用喷墨打印机的方式喷出黏结剂，反复操作，最后打印出产品。
二广义的规范名称：增材制造
为便于快速原型制度技术的推广和公众的接受，业界把这一类基于离散——堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系，统称为三维打印，也就是广义上的三维打印，但是在国内外学术界和政府文件里则称为增材制造(additive manufacturing， AM;英文也曾写作material increase manufacturing，MIM)[1]。
通俗地讲，增材制造是相对传统制造业采用的减材制造而言的。减材制造就是通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削、去除，从而最终生产出成品。与减材制造方法正相反，增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，它将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，就好比用砖头砌墙，逐层增加材料，最终形成物件。它是一种“自下而上”的制造方法，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、庞大的机床、众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。从技术上说，增材制造技术具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造、快速制造等五大技术特征①。增材制造技术的核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合，它是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。
近二十年来，增材制造技术取得了快速的发展，早期出现过快速制造(rapid manufacturing， RM)、快速原型(rapid prototyping，RP)、快速原型制造(rapid prototype manufacturing， RPM)、分层制造技术(layered manufacturing technology，LMT)、实体自由制造(solid freeform fabrication， SFF)等不同的名称，从不同侧面表达了这一技术的特点。增材制造技术将会广泛应用在科学研究、航空航天、国防、医疗、建筑设计、产品原型、文物保护、制造业、食品、汽车制造、配件、饰品等领域。
三增材制造技术的工艺类型
增材制造技术结合了众多当代高新技术，包括计算机辅助设计、数控技术、激光技术、材料技术等，并将随着技术的更新而不断发展。自1986年出现至今，短短二十几年，世界上已有大约二十多种不同的成型方法和工艺，而且新方法和工艺不断地出现。三维打印机采用的增材制造技术的主要工艺有：立体光刻、分层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、激光工程化净成型、无模铸型制造和三维打印等。
立体光刻(stereo lithography， SLA)，也有资料译成光固化、光造型。这种工艺是由美国的查尔斯·赫尔(Charles Hull)于20世纪80年代发明，1986年美国3D Systems公司推出商品化样机SLA1，这是世界上第一台快速原形系统。其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽，由计算机控制激光束跟踪层状截面轨迹，并照射到液槽中的液体树脂，而使这一层树脂固化，之后升降台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，然后再进行新一层的扫描，新固化的一层牢固地黏在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。该工艺的特点是原型件精度高，零件强度和硬度好，可制出形状复杂的空心零件，生产的模型柔性化好，可随意拆装，是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑，树脂收缩会导致精度下降，另外树脂有一定的毒性而不符合绿色制造发展趋势等[2]。
分层实体制造(laminated object manufacturing， LOM)，也有资料译成叠层实体制造。这种工艺由美国Helisys公司的迈克尔·费金(Michael Feygin)于1986年研制成功。其工艺原理是根据零件分层几何信息切割箔材和纸等，将所获得的层片黏结成三维实体。其工艺过程是首先铺上一层箔材，如纸、塑料薄膜等，然后用激光在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后，再铺上一层箔材，用滚子碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地黏结在已成型体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。该工艺的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。由于该工艺材料仅限于纸或塑料薄膜，性能一直没有提高，因而逐渐走入没落，大部分机构已经或准备放弃该工艺。
选择性激光烧结(selective laser sintering，SLS)，也有资料译成激光选区烧结。这种工艺最早由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究员德卡德(CR Dechard)于1989年研制成功。该工艺常采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末作为成型材料。其工艺过程是先在工作台上铺上一层粉末，在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结，被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。一层完成后再进行下一层，新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零件。该工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。
熔融沉积成型(fused deposition modeling，FDM)，也有资料译成混合沉积建模、熔融挤出成型。这种工艺由美国学者在1988年首次提出，美国Stratasys公司在1992年开发推出第一台商业机型。其工艺过程是以热塑性成型材料丝为材料，材料丝通过加热器的挤压头熔化成液体，由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，使熔化的热塑材料丝通过喷嘴挤出，覆盖于已建造的零件之上，并在极短的时间内迅速凝固，形成一层材料。之后，挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的建造。这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。该工艺的特点是使用、维护简单，制造成本低，速度快，一般复杂程度原型仅需要几个小时即可成型，且无污染[3]。
激光工程化净成型(laser engineered net shaping，LENS)，也有资料译成激光近形制造技术或者激光近净成型技术。这种工艺是由美国Sandia国立实验室首先提出的。它将选择性激光烧结工艺和激光熔覆工艺(laser cladding)相结合，快速获得致密度和强度均较高的金属零件。选择性激光烧结工艺如前所述。激光熔覆工艺是利用高能密度激光束将具有不同成分、性能的合金与基材表面快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层的快速凝固过程。激光工程化净成型工艺既保持了选择性激光烧结技术成型零件的优点，又克服了其成型零件密度低、性能差的缺点[4]。
无模铸型制造(patternless casting manufacturing，PCM)是由清华大学激光快速成型中心于1997年开发研制。其工艺过程是首先从零件计算机辅助设计(CAD)模型得到铸型CAD模型。通过计算机分层得到截面轮廓信息，再以层面信息产生控制信息。造型时，第一个喷头在每层铺好的型砂上喷射黏结剂，第二个喷头再沿同样的路径喷射催化剂，两者发生胶联反应，一层层固化型砂而堆积成型。在得到的砂型的内表面涂敷或浸渍涂料之后就可用于浇注金属。该工艺的特点是制造时间短，无需木模，一体化造型，型和芯同时成型，可制造含自由曲面、曲线的铸型[5]。
三维打印工艺，即上文所说的由伊曼纽尔·萨克斯教授等人发明的一种快速原型制造工艺。三维打印工艺与选择性激光烧结工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末、金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用黏结剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。具体工艺过程如下：上一层黏结完毕后，成型缸下降一个距离，供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按照下一个建造截面的成型数据有选择地喷射黏结剂建造层面。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射黏结剂，最终完成一个三维粉体的黏结。未被喷射黏结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，成形结束后易于去除[6]。
四三维打印技术的延伸：四维打印
当人们正在为三维打印技术感到惊叹的时候，科研人员紧接着又推出了四维打印技术。2013年2月在美国洛杉矶举办的“2013科技、娱乐、设计大会”上，来自美国麻省理工学院自我组装实验室的斯凯勒·蒂比茨(Skylar Tibbits)向人们展示了四维打印技术。
四维打印(four dimensional printing，4DP)，俗称4D打印。四维打印是由麻省理工学院与三维打印技术的领先企业Stratasys公司的教育研发部门合作研发的，是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。所谓第四维度指的是时间，就是在三维打印的基础上增加时间元素。人们可以通过计算机软件设定模型和时间，让物体随着时间的推移自我进行变化，按照产品的设计自动变形成相应的形状。四维打印的关键材料是记忆合金，准确地说，四维打印是一种能够自动变形的材料，直接将设计内置到物料当中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。与之前三维打印概念相比，四维打印具备更大的发展前景。
注 释：
① 参见张人佶2013在山西新产业革命国际论坛——数字制造、能源互联网和高性能计算的发言《增材制造的技术特征及发展潜力》。
参 考 文 献
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[6]胡迪·利普森，梅尔芭·库曼3D打印：从想象到现实[M]赛迪研究院专家组，译北京：中信出版社，2013：79-85
作者：余前帆
摘要：介绍目前增材制造技术的研究现状和基本原理，分析我国农机研发的特点，阐述光固化成型技术、选区激光烧结技术、直接金属激光烧结技术、熔融沉积技术在农业机械制造中的应用。采用熔融沉积技术制备全新外槽轮排肥器，搭建基于电子施肥控制器控制的施肥试验平台。试验数据表明，基于熔融沉积的外槽轮排肥器的变异系数低于传统排肥器。增材制造技术将改变传统农业机械设计的流程和思路，提高农业机械的可靠性和服役时间，促进农业机械制造水平的提高。
关键词：增材制造;3D打印;农业机械;应用
收稿日期：2016-01-28
基金项目：国家自然科学基金(编号：51505157);广东省自然科学基金(编号：2014A030313460、2015A030310330);广东省科技计划(编号：2013B020501002)。
作者简介：孙健峰(1983—)，男，吉林长春人，博士，讲师，主要从事农业机械化研究。E-mail：sunjianfeng@scau.edu.cn。
通信作者：杨洲，博士，教授，主要从事农业机械化研究。E-mail：yangzhou@scau.edu.cn。增材制造(additive manufacturing)是以三维数据为基础，由CAD模型驱动的一种制造方法，其特点是采用“加法”成型，通过先离散后叠加的思想成型零件[1]。随着科学技术的发展及《中国制造2025》的提出，采用增材制造方法成型零件越来越受到人们的关注[2]。增材制造技术生产柔性大，加工响应时间短，单件小批量生产中无需开模，设计制造一体化集成度高，可直接成型零件，成型中不受传统加工方法中夹持、切削方式的约束，可加工高脆性、高熔点、高硬度的材料，《经济学人》杂志认为，该技术将引起第3次工业革命。目前，增材制造技术已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗、模具、建筑等行业[3-4]。
1增材制造技术的研究现状
美国于2012年启动并投资10亿美元资助包括增材制造在内的振兴美国制造计划，建立了ASTM F2792-12a[5]、ASTM F2915-12[6]、ASTM F2912-11[7]、ASTM F2924-12a[8]等一系列增材制造技术标准。英国于2011年开始增加增材制造研发经费的投入，并在拉夫堡大学、诺丁汉大学、谢菲尔德大学、埃克塞特大学、曼彻斯特大学等相继建立了增材制造研究中心。澳大利亚于2012年2月启动了“微型发动机增材制造技术”项目，该项目使用增材制造技术制造航空微型发动机零部件，对增材制造技术在航空航天的应用起到推动作用。日本通过优惠政策和大量资金鼓励产学研用紧密结合，促进增材制造技术在日本的发展[4]。
我国于2012年成立了3D打印技术联盟(增材制造)，于2015年成立了中国工程学会增材制造(3D打印)分会，参与的主要科研机构有清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学、华南理工大学、西北工业大学、西安交通大学等。 3D打印产业联盟和增材制造分会的成立有利于尽快建立行业标准，加强行业与行业、行业与政府以及国际间的广泛交流[4]。
2增材制造的基本原理
增材制造是将三维零件先离散后堆积的一种加工方法，其成型过程主要是通过被加工材料受到外界不同环境的影响(如受热、受光)而发生物理或化学变化来实现的[9-11]，制造过程如下：(1)设计(三维制图软件)或通过逆向工程(三维扫描)等获得所要加工产品的计算机三维模型。(2)根据工艺要求，将所建立的模型按一定规律在计算机中离散化，该过程也叫切片或分层，将原来的三维数据转换为平面数据。(3)将离散后的平面数据按一定规律进行累加成型，获得实体零件。其原理见图1。
3农业机械研发的特点
3.1农业机械特点
由于农用机械受作物生长条件的约束，所有农业机械均须进行田间试验验证。种植机械、植保机械、收获机械均受到田间试验季节的影响，每年的试验时间是固定的，错过试验时间只能等待下一年，因此农业机械的研究周期较长。农业机械还受到作业过程中因素差异的影响，我国幅员辽阔，每个省的农作物和农艺均有明显差别，同一作物在不同区域的农艺也不完全相同，使得农业机械研发具有种类繁多、通用性差、研发面广、研发成本高等特点[12]。
3.2农作物特点
与工业相比，农业作物有其自身的特点。农业作物的研究对象多为生物，种类繁多、个体差异明显、性能差异大、物料规律性不强，多数生物受外界条件影响较大，不同降水量、施肥量可使同一作物在不同收获年表现出差异。以柑橘为例，古语有“南橘北枳”的说法。
3.3农业机械市场特点
中国农业机械市场已经成为中国机械行业的热点市场，农业已成为高回报率产业。从欧美、日韩等农业发达国家引进的农机不能完全适应我国农业的需要，这些差异导致农机研制具有复杂性和周期性[13]。目前，农业、农机的投资一直是资本市场中投资的热点，但国内的农机企业高端技术研发能力较弱，国际农机巨头相继在中国设厂，争相占领中国市场，导致我国农机市场的高端领域被国外农机行业占领;中低端领域，尤其是低端领域的小农机企业较多，恶性竞争严重，一味追求价格低廉导致产品质量不过关、农机使用服役时间短、市场认可度低。尽快提高农机的使用稳定性和服役时间、尽快争夺高端农机市场已成为亟待解决的问题[14-15]。
4典型增材制造技术在农机制造中的应用
4.1光固化成型技术(stereo lithography apparatus，SLA)
光固化成型是由Charles W. Hull于1984年获得的美国专利，1998年美国3D System公司推出SLA-250商品产品，是目前最成熟的增材制造技术之一。光固化成型技术可获得形状复杂、表面质量较好的零件[16-18]。光固化成型工艺的原理见图2，在紫外激光束控制单元的驱动下，将零件的各分层信息在光敏树脂表面加工，被扫描区域的光敏树脂材料因紫外光照射发生聚合反应而固化，形成零件的1个切片层;一层固化后，工作台向下移动1个层厚的距离，新一层的液态树脂填充加工表面，采用刮板将液面刮平，进行下一层的扫描加工，如此反复直到整个零件制造完成[18]。由于SLA设备昂贵，光敏树脂价格较高，国产价格约为1 000元/kg，导致SLA技术在农业机械中的应用不广泛，仅少数科研单位采用SLA技术设计、制造全新农业机械部件并进行相关田间试验，如华南农业大学罗锡文院士团队采用SLA技术成型播种机中的排种器和水田激光平地机中的控制盒等。
4.2选区激光烧结技术(selective laser sintering，SLS)
选区激光烧结技术由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard于1989年申请专利，并于1992年由DTM公司开发了首款商业设备[19-20]。SLS最大的特点是可以成型金属零件，成型材料采用的是外表包裹聚合物的金属粉末。SLS原理见图3，粉末首先被均匀置于成型平台上，激光通过扫描振镜按照切片层数据将加工区域内的粉末加热，粉末因聚合物受热而粘结在一起;单层加工完成后，成型台下降1个层厚，铺粉机构将新的粉末重新预置于加工区域之上，激光再次开始加工，重复以上过程直至零件加工完成。成型后的零件须置于高温保温炉中进行保温，将聚合物黏合剂熔化。目前该技术在模具行业应用广泛，选用型砂进行激光烧结，完成砂型铸造，制备模具。选区激光烧结在农机方面有较多应用，如滤水器中的过滤器。过滤器由5层丝网组成，分别是保护层、过滤控制层、分散层、支撑骨架层、骨架层，每层均由多个尺寸较小的孔洞组成。由于受到加工路径和刀具尺寸的约束，采用传统成型方法很难成型，而采用SLS技术可十分方便地成型多孔滤网。
4.3直接金属激光烧结(direct metal laser sintering，DMLS)技术
直接金属激光烧结技术由RPI(Rapid Product Innovations)和德国EOS公司的 GmbH于1994年共同研发，是首个商业化的直接生产金属零件的成型方法[21]。直接金属激光烧结技术的原理见图4，与SLS十分相似，DMLS多采用两缸结构。与SLS相比，DMLS选用的金属粉末尺寸更小(一般直径为20 μm)，粉末无需黏结剂或助熔剂，无需后续加热和渗透处理，铺粉厚度更薄，成型零件形状更加复杂，获得成型零件的致密度更高(一般致密度高于95%)。目前可成型材料主要有合金钢、不锈钢、工具钢、铝、青铜、钴铬、钛等，主要应用领域有快速模具、医疗植入物、高温应用、航空航天零部件[19]。目前，DMLS在农业上主要应用于形状复杂、曲面较多的零件，如旋耕刀、水泵叶轮机、送料螺旋等。随着农业航空植保技术在农业中的应用不断增加，农业航空中无人机的关键部件对于轻量化的极限需求与日俱增，这将为DMLS在农业航空提供新的研究领域。
4.4熔融沉积成型技术(fused deposition modeling，FDM)
熔融沉积成型是由美国Stratasys公司开发的继光固化成型工艺后另一种被广泛应用的成型方法[22-23]。其原理见图5，将丝状的热熔性材料加热熔化，通过微细喷嘴将熔融丝挤出，喷嘴按照控制单元指令相对工作台沿水平方向移动，熔融丝挤出温度略高于固化温度，以保证热熔材料的黏结性，与前一层熔结在一起。一层成型后，工作台按设定值下降1个层厚，继续熔喷沉积，直至整个实体完成。目前，新的熔融沉积采用双喷头或多喷头，双喷头是将支撑与实体分开成型，可分别控制支撑和实体的成型参数。熔融沉积是目前成本最低廉、应用最广泛的增材制造方法，主要用于办公用品、模具开发、医学植入体、医疗器械、建筑等三维实体制造[24]。
华南农业大学杨洲团队采用熔融沉积设计并制造了全新外槽轮排肥器的排肥轮(图6)。图6中红色部分为采用熔融沉积成型的外槽轮排肥器的外槽轮及其联轴器，米白色部分为目前市场上通用的外槽轮。杨洲团队通过步进电机控制每个外槽轮，并对2种外槽轮的排肥量进行了对比研究。试验选用华南农业大学自行搭建的排肥检测平台(图7)，采用电子施肥控制器控制直流电机转速，采用HX-T型电子天平测量排肥质量，以外槽轮旋转10圈为1个指标，连续测量5次，试验数据见表1。数据表明，采用增材制造的外槽轮排肥器变异系数更小，设备更加稳定可靠。
5增材制造技术应用于农机机械制造的前景
发展增材制造技术可为农机发展开拓设计思路，减少无用功的消耗。增材制造技术目前已被应用于多个行业，在农业机械制造中的应用也势在必行。传统的农机设计流程复杂，包括确定设计目标和方案、设计样机、田间试验、优化设计、完成开发。传统农机设计中首先要考虑加工，在能够实现加工的基础上进行设计，导致在理论中最省功的仿生(仿形)设计无法在实际生产中实现。增材制造最大的优势在于突破传统设计思路，采用层层叠加的方式，加工过程中几乎不考虑走刀路线等加工约束，特别适于加工形状复杂的空间渐变曲线、仿生(仿形)结构。采用增材制造可为农机设计提供新的思路，将有更多的仿生(仿形)结构得以应用，大幅减少农机的功耗损失。
发展增材制造技术可缩短农业机械试制周期，减少成本投入。农业机械与其他机械最大的区别在于农机需要田间试验，而田间试验又受到作物生长周期的限制，因此样机试验效果的反馈成为缩短农机研发周期的瓶颈，许多农机需用几年时间完成田间试验。增材制造技术最大的优势在于田间试验效果的快速反馈，小尺寸关键部件的成型时间一般为1～2 d，自动化程度高，几乎不需要人为操作，成型单件成品时间远远少于传统加工。相同时间内可反复多次进行田间试验及设计修改，提高了优化效率，缩短了农机的试制周期，使田间试验与设计修改结合得更为紧密，效率更高，减少了产品的市场响应时间和研发成本。发展增材制造技术可提高农机制造水平，增加农机设备的可靠性。农机多采用传统的车钳铣刨磨进行加工，制造成本低，精度和稳定性差，虽然国家每年都有农机补贴，但农机使用寿命过短造成了资源的极大浪费。增材制造属于先进制造技术，将数控机床与计算机相结合，加工精度和自动化程度高，成型过程中受外界干扰条件少，成型零件性能稳定可靠，是《中国制造2025》重点发展方向之一。采用增材制造技术将大幅提高我国农机制造行业的制造水平，增加农机装备的可靠性，提升我国农业机械制造行业的竞争力。
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作者：孙健峰 朱卿创 杨洲 黄忠奎
[摘 要] 增材制造技术已经成为材料成形的一种重要方式，在材料工程应用中起到了重要作用。增材制造技术在高等院校材料工程类专业中的应用，既可以丰富课程体系，又可以促进大学生创新设计与实践应用。从材料工程类课程教学改革方向、专业学科方向与学科交流、材料工程类专业大学生创新创业及增材制造技术在材料工程专业应用等四个方面，探讨了增材制造技术在高等院校材料工程类专业教学与实践中的应用方向，为材料工程类专业在增材制造方向的教学改革奠定了基础。
[关键词] 增材制造技术;材料工程专业;教学改革;实践应用
[基金项目] 2019年度安徽省教学研究重点项目“成果导向的教学过程质量监控机制建立与改进——以安徽工程大学材料科学与工程专业为例”(2019jyxm1155);2016年度安徽省教学研究重点项目“以提高材料类专业大学生创新能力为目标的实践教学体系构建与保障能力建设”(2016jyxm0090);2018年度校级新工科示范专业(方向)项目“材料科学与工程专业增材制造专业方向”(2018xgksfzy01)
[作者简介] 刘 桐(1988—)，男，安徽宿州人，博士，安徽工程大学材料科学与工程学院讲师，主要从事金属材料增材制造研究。
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增材制造技术是基于离散—堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术的内涵仍在不断深化，外延也在不断扩展。增材制造技术不需要传统的刀具和夹具及复杂的加工工序就能在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现零件的“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期，而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。
增材制造技术是近年来发展迅速、进步较快的先进制造工艺技术，目前已经广泛应用于航空航天、船舶重工、模具制造、汽车轻量化、医疗等领域[1，2]。《中国制造2025》中明确指出，要加快增材制造技术和增材制造高端装备的研发。增材制造技术已入选工信部《战略性新兴产业分类(2018)》。同时，随着增材制造技术的不断发展，其应用范围也逐渐扩大，推动了国内高校相关科学研究、专业教学的发展与改革。
在高等院校中，材料工程类专业一般涉及材料成型及控制工程、材料科学与工程、金属材料工程等相关专业，根据每个学校的建设背景及办学方向，各学校的这一专业也会有不同的专业方向，开设不同的专业课程。这些专业大都以材料学、化学、物理学为基础，学习金属、高分子等材料学与工程方面的知识，培养既有扎实理论基础，又有较强的工程实践和创新能力的人才。增材制造技术是一种涉及多材料、多技术的广义技术称呼，相对传统的减材制造而提出的名词。作为新时代高等院校的专业教师，特别是材料工程专业的教师，应时刻接触最前沿的信息技术，根据自身的教学特点，并结合增材制造技术的发展趋势，将其逐渐融入教学和科研工作，提高教学质量，促进教学改革[3，4]。
在材料工程类专业课教学中，通过对增材制造技术中所涉及的材料制备、材料增材过程中的制造和成形现象与传统材料成形过程进行对比教学讲解，可以使课堂教学更加生动，提高学生对增材制造技术的认知与理解。在材料工程类专业实训过程中，增加增材制造技术的实训，可以使学生对先进增材制造技术有直观的认知，培养出紧跟先进制造技术的工程技术人才，还可以提高学生的创新能力和学习的趣味性与积极性。本文旨在探讨增材制造技术在材料工程类专业中的教学改革与实践应用。
一、增材制造技术在材料工程类专业教学改革中的应用
(一)丰富课程体系，为课程教学提供支持
增材制造技术涉及机电、材料、电气等多学科内容，属于多学科交叉性系统，在选区激光熔化技术、电子束选区熔化技术，以及电弧等离子送丝等金属增材制造领域，金属材料的增材制造过程所使用的原材料需要达到冶金结合，才能形成致密可使用的金属零部件。在金属原材料的冶金结合过程中涉及材料工程专业课的材料科学基础、材料成型原理、传热学等相关课程的基本理论与实践内容。在此类相关课程的教学过程中，利用增材制造技术可提高课堂教学的直观性，调动学生学习的积极性[5]。因此，利用增材制造理论与成型技术，可以为材料工程类专业的教学提供支持，丰富教学课程体系。
在“材料成型原理”教学中，在讲授金属液态成形原理涉及焊缝金属温度场与凝固时，其中焊接熔池具有加热速度快、峰值温度高、冷却速度快等特点，与选区激光熔化过程中的粉末床中的金属粉末的加热熔化与凝固特点较为接近，因此在讲授焊接熔池熔凝特点时，可以在介绍焊接熔池特点时与金属增材制造过程中形成的熔池特点的相似性与不同点进行类比介绍与讲解。同样在讲授“焊接质量控制与检验”课程时，焊接质量的检验与增材制造零部件的检验检测具有多方面的相似点和不同点。
在传统铸、锻、焊工艺成形原理的讲授过程中，通过增添新型增材制造技术成形原理的介绍，对传统加工制造工艺与新型增材制造技术进行类比介绍与讲解，一方面使学生了解增材制造技术与传统加工、热成型技术的相关性;另一方面加深学生对新型智能制造技术的了解，培养学生对制造业的认识与兴趣。
(二)完善材料工程类专业的学科方向，促进学科交流
目前，一般院校的材料工程类专业方向多为铸造、焊接、锻压或模具等传统制造业的加工成形技术。近年来，我国互联网、计算机及金融证券等行业快速发展，这些行业在对高校毕业生具有较大的吸引力，从而使传统制造业相关专业毕业的学生对本专业失去了認同感。例如，材料工程专业的部分学生在进入大学以后，对本专业所学习的传统铸锻焊技术原理逐渐失去兴趣，进入社会之后从事与材料工程不相关的工作。因此，有必要在材料工程类专业中开设新的适应我国制造业发展的专业方向，为新兴制造业、智能制造的发展提供人才支持，完善材料工程类专业的学科方向。
在材料科学与工程或材料成型与控制工程专业中，高职或高等院校可以以增材制造为专业方向，与传统铸锻焊专业方向相互补充，完善材料工程专业的学科方向，促进学科交叉与交流。可以开设增材制造技术与应用等相关课程，以增材制造为主要方向对学生进行培养，為我国增材制造产业的快速发展提供人才支持。
二、增材制造技术在材料工程类专业的实践与应用
(一)促进材料工程类专业大学生创新创业
增材制造技术的最大特点是解放了设计思想。增材制造技术可以形成传统制造难以形成的复杂结构等。最典型的设计及制造应用是美国GE公司突破传统制造的局限，采用增材制造技术生产航空燃油喷嘴，该结构的燃油喷嘴只能通过增材制造的方法来生产。增材制造技术对学生创新设计的促进作用非常明显。近年来，增材制造在各类学科竞赛中也逐渐开展起来。例如，各种创新设计大赛、工程训练等逐渐将增材制造技术列入竞赛科目。每年在全国举办的三维数字化创新设计大赛，以及大学生3D打印设计大赛等，都是针对增材制造的大赛，这些赛事主要培养学生对先进增材制造技术与工业的实践与应用。在增材制造的竞赛过程中，学生利用三维建模软件进行各类模型的创新设计，而后通过增材制造工艺技术特点，快速实现设计想法，从而大大地调动了学生的创新设计积极性，培养了学生的创新设计思维。
(二)增材制造技术在材料工程专业的应用
金属铸造领域是材料工程类专业学生的主要方向之一，其中砂型铸造是铸造业中应用最为广泛的铸造方法，其工艺步骤主要包括：制模、造型、浇注、落砂与清理等，其中占用时间较长的是制模、制芯与造型，并且较为复杂的零件在制模、制芯的过程中也难以成形。
传统方法制备铸型时，常常将砂型分成几块，然后将砂芯拔出后进行组装，因而需要考虑装配定位和精度问题，而通过增材制造技术、计算机辅助设计等，可以直接打印制造出的砂型、砂芯，无需借助传统木模制造，不仅简化了分离模块的过程，铸件的精度也得到了提高。通过增材制造技术直接从三维模型进行打印，制造砂型、砂芯，从而实现了砂型、砂芯的快速制造，减少了开模时间，同时还可以制造较为复杂的零部件。增材制造与传统铸造工艺结合，实现了传统铸造工艺的转型升级，简化了制造流程，提高了生产效率，从而产生经济效益。因此，采用增材制造技术制造铸造砂型，在铸造中有着广阔的前景，在高等院校的材料工程专业中也应该增加增材制造成型铸造砂型的相关教学内容。图1为利用增材制造技术制造的铸造砂型(芯)的典型铸件[6]。
金属模具设计与制造是材料工程类专业的主要方向。模具工业是全球最大的横向产业，增材制造技术为模具设计带来了更高的自由度，在模具设计过程中，可以将复杂功能整合在一个模具组件上，通过设计优化提高模具性能。例如，在采用传统技术制造注塑模具中的冷却水路时，往往采用深孔钻技术来加工制造，制造出来的水路往往是直的，直流道与型腔几何形状匹配性差，导致温度场不均匀，易引起制件变形，并降低模具的寿命，影响了注塑产品的成形质量和开模时间。而采用金属增材制造技术则可以制造出复杂的随形冷却水路。在注塑过程中，为模具和注塑产品带来均匀的冷却效果，最终可以注塑出更高质量的塑料产品，提高产品的优良品率，同时缩短了注塑时间，从而为注塑企业带来了经济效益。图2为安徽哈特三维科技有限公司采用选区激光熔化技术制造的具有复杂内部流道的模具。
三、结语
当前，增材制造技术正在快速发展，并逐渐成为一种强大的生产技术，对于高职或高等教育院校来说，应紧跟当前先进制造技术的发展，积极探索增材制造技术在教学改革和实践中的应用。增材制造材料的发展是增材制造应用发展的前提，在材料工程类专业的教学工作中应逐渐增加增材制造技术的相关专业课程，增加增材制造课程设计与实践环节，为学生提供增材制造创新创业公共平台，从而为增材制造技术发展提供更多的人才支撑。
参考文献
[1]何庆，刘凯磊，臧爱琴，等.增材制造技术应用及其高层次人才培养的探讨[J].林业机械与木工设备，2017，45(11)：47-49，52.
[2]张晶，王阳萍，王文润.高校3D打印创新实验设计与研究[J].科学技术创新，2018(1)：173-174.
[3]林涛，刘蓉翾，李亮亮.增材制造-3D打印原理与实践课程在材料科学与工程实验教学中的研究[J].高校实验室科学技术，2019(3)：39-41.
[4]马志林，高梦迪，王庆阳，等.增材制造技术在应用型本科院校机械专业教学中的应用[J].湖北开放职业学院学报，2020，33(18)：144-146.
[5]杨振国，文学红，石亚平，等.基于增材制造(3D打印)的高职院校机械制造及自动化人才专业培养方案探究及实践[J].海峡科技与产业，2020(6)：25-27.
[6]段国庆，冯涛，孙建民，等.激光增材制造技术在铸造中的应用[J].铸造技术，2019，40(7)：662-666+670.
Discussion on Application of Additive Manufacturing in Teaching and Practice of Material Engineering Major
LIU Tong， LU Xian-ke， LIU Qi， MAO Guo-bing
(School of Materials Science and Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu， Anhui 241000， China)
Key words： additive manufacturing technology; material engineering major; teaching reform; practical application
作者：刘桐 鹿宪珂 刘琪 冒国兵
附件6 “增材制造与激光制造”重点专项 2018项目申报指南建议
为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》和《中国制造2025》等提出的任务，国家重点研发计划启动实施“增材制造与激光制造”重点专项。根据本专项实施方案的部署，现提出2018项目申报指南建议。
本重点专项总体目标是：突破增材制造与激光制造的基础理论，取得原创性技术成果，超前部署研发下一代技术;攻克增材制造的核心元器件和关键工艺技术，研制相关重点工艺装备;突破激光制造中的关键技术，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件、国产先进激光器，研制高端激光制造工艺装备;并实现产业化应用示范;到2020年，基本形成我国增材制造与激光制造的技术创新体系与产业体系互动发展的良好局面，促进传统制造业转型升级，支撑我国高端制造业发展。
本重点专项按照“围绕产业链，部署创新链”的要求，从增材制造与激光制造的基础理论与前沿技术、关键工艺与装备、创新应用与示范三个层次，围绕增材制造与激光制造两个方向，共部署10个重点研究任务。专项实施周期为5年(2016-2020年)。
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考核指标：单电子枪功率不小于3kW，最小束斑直径200μm;扫描范围不小于400mm400mm，精度优于100μm;电子枪系统无故障工作时间大于200小时;在电子束增材制造装备中得到应用验证。
1.3面向增材制造的模型处理以及工艺规划软件系统(重大共性关键技术类)
研究内容：适用于各种增材制造技术的普适性数字模型处理方法;针对数字模型的高效切片算法;增材制造典型结构件的高效路径规划算法;工艺仿真优化工具软件。
考核指标：建立普适性的模型处理软件，可自动生成不少于5种工艺支撑和不少于5种点阵结构;GB级数字模型切片时间不大于30分钟;适用于3种以上主流增材制造工艺的高效路径规划算法，能够自动识别增材制造模型工艺特征不少于5种，GB级数字模型自动工艺路径规划时间不大于1小时;开发不少于三种以上主流增材制造工艺(包括金属和非金属)的仿真优化工具软件。
1.4高负载旋转件增材制造技术与装备(重大共性关键技术类)
研究内容：针对动力、能源等领域的叶片、叶盘、叶轮等高负载(高转速与高温)旋转件的增材制造需求，研究：基于增材制造的旋转件结构优化设计方法;旋转件增材制造工艺特性及组织和性能调控技术;高预热温度激光选区熔化增材制造装备;增材制造旋转件后续热处理、精整加工、检
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用研究。
考核指标：设备加工尺寸不小于300300300mm，制作精度不低于0.05mm;满足制造工艺的可降解材料5种以上，制作过程满足植入物安全规范，产品通过安全性评价，符合外科植入物国家/行业标准;植入物降解后达到组织的功能再生，临床试验 40例以上。
1.7 多细胞精准3D打印技术与装备(重大共性关键技术类)
研究内容：多细胞体系的3D打印设备和细胞存活维持系统;细胞与基质材料一体化的生物打印墨水体系;以复杂人体组织和器官为对象的药物模型和动物试验研究。
考核指标：设备加工尺寸不小于300300200mm，保证85%以上细胞存活不小于10天;满足打印工艺的细胞材料(生物墨水)10种以上，材料与设备达到生物安全标准，药物和动物实验各20例以上;建立多组织与器官的打印工艺规范，满足国家生物医学安全相关规范或标准。
1.8高性能聚合物材料医疗植入物增材制造技术(重大共性关键技术类)
研究内容：聚醚醚酮等高性能聚合物材料医疗植入物增材制造技术;适用医疗植入要求的聚合物材料增材制造材料体系;增材制造聚合物医疗植入物临床试验应用。
考核指标：制作精度优于0.05mm，达到医疗植入标准的聚合物材料(粉料或线材)4种以上;制件拉伸力学性能
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术，建立增材制造金属零件结构特征、材料组织、应力状态与电化学精整加工的工艺匹配关系。
考核指标：最终制造件单方向尺寸不小于500mm，尺寸精度优于±0.05mm，表面粗糙度优于Ra 1.6μm;同等加工精度条件下整体制造效率较采用铣削方法精整加工提高3倍以上(以镍基高温合金为参考);具备成形加工空间曲面、凸台、孔等复杂结构的能力;建立相关的标准与规范，实现钛合金、高温合金等典型产品在国家重大工程中应用。
1.11在传统制造结构件上增材制造精细结构(重大共性关键技术类)
研究内容：针对现有金属增材制造技术难以兼顾高效率和低成本制造的瓶颈问题，研究：在锻件上增材制造局部精细结构;在机械加工件上增材制造局部精细结构;在铸件上增材制造局部精细结构。
考核指标：可在包括镍基高温合金、钛合金、铝合金和钢类合金的传统制造结构件上增材制造精细结构;复合制造的整体结构件不低于原件的综合力学性能;较传统制造方法效率提升一倍，成本降低30%以上;建立相关的工艺数据库和标准与规范。
1.12金属增材制造的高频超声检测技术与装备(重大共性关键技术类)
研究内容：不同时、空调制下，超声激励方法在金属增材制件中激发超声的作用机理和规律;增材制造的材料组
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研究内容：针对国产大型客机高强铝合金结构件，研究：基于增材制造工艺的大型客机结构件优化设计方法;批量化增材制造的工艺稳定性和性能评价;基于增材制造工艺的专用高强铝合金设计许用值;民机适航条款符合性验证方法以及可靠性评价方法;基于增材制造的大型客机“材料-设计-工艺-检测-评价”全流程技术体系。
考核指标：建立满足适航审定要求的整套制造工艺、材料及评价体系文件;在保持同等刚度并满足相关服役要求的基础上相对传统制造方案实现减重10%，制造周期缩短20%;使用增材制造技术批量生产典型铝合金零件并装机应用，零件的主要性能离散度小于5%;应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
1.15增材制造支撑动力装备设计、制造和维修全流程优化的应用示范(应用示范类)
研究内容：针对航空发动机和燃气轮机等动力装备，研究基于增材制造的创新设计、快速研发、高性能制造和快速维修全流程优化技术，并进行应用示范，包括：面向系统级、性能优先的功能集成化设计;新产品研发的快速迭代技术;高性能、高效率和经济可行的增材制造技术;高性能快速外场维修技术。
考核指标：建立动力装备系统级架构到典型功能部件的基于增材制造的创新设计方法、标准规范、制造工艺数据库及评价体系，形成轻重量、高性能、长寿命、高可靠、集约
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期长的问题，开展增材制造整体结构陶瓷铸型(模壳与型芯一体化增材制造)的应用示范研究，包括：陶瓷铸型结构设计;陶瓷材料优化设计;陶瓷铸型的增材制造;增材制造陶瓷铸型熔模精密铸造全流程工艺技术;陶瓷型高温性能、精度、制造效率与成本的综合评价;在国家重大工程任务中开展应用示范。
考核指标：1500℃铸型抗弯强度≥15MPa，成形相对精度优于0.2%;实现复杂结构高性能零件精密铸造，铸件不合格率相对于传统技术降低50%;实现国家重大工程任务中5种以上关键铸件的示范应用;应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
1.18高性能聚合物零部件增材制造技术的应用示范(应用示范类)
研究内容：针对航空航天、汽车、船舶等领域高性能复杂结构聚合物零部件的制造需求，在优化设计、高性能聚合物材料、增材制造装备、工艺、环境适用性和环保性、性能检测与质量评价方法等方面开展系统的增材制造示范应用，实现显著缩短制造周期，降低制造成本的产业化应用目标。
考核指标：零部件制作精度和性能满足工程应用要求，单件制造周期相对于传统制造工艺缩短80%，材料节省50%，综合成本降低20%;建立4-5种应用材料体系、制造工艺规范和质量评价标准;100种以上零部件进入工程应用;应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
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1.21个性化医学假肢与肢具的增材制造应用示范(应用示范类)
研究内容：以假肢、肢具、矫正器等个性化康复与治疗为目标，进行增材制造技术应用示范，建立三维测量和个性化设计、增材制造、适用评估和临床应用系统。
考核指标：相对现有技术制造时间缩短50%以上，成本降低50%以上;建立制作和医疗应用规范，产品符合相关标准并获得市场准入，在5个医院建立应用示范单位，个性化应用案例200例以上; 应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
1.22 个性化医疗功能模型3D打印技术应用(应用示范类) 研究内容：开展复杂人体组织器官手术规划和技能培训的3D打印功能模型应用示范，显著提高人体复杂模型3D打印的色彩精准性、影像对比度、质感及功能拟人化程度，推动多组织器官功能模型的大规模应用。
考核指标：应用功能模型15种以上，功能材料20种以上，缩短手术时间2/3以上;应用案例1000例以上，培训500人以上;建立人体组织功能模型材料与工艺规范、质量控制规范;应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
2.激光制造
2.1飞秒激光精密制造应用基础研究(基础前沿类) 研究内容：面向信息、新能源、交通、医疗等领域中的国家重大需求和国民经济主战场中核心结构关键制造挑战，
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2.3微纳结构激光跨尺度制造工艺与装备(共性关键技术) 研究内容：研究激光与材料相互作用的物质瞬态弛豫过程，探索激光诱导自组干涉微纳结构的调控机制，研究微细结构、功能阵列微孔高效制造、减阻功能微结构制造新方法，突破宏-微-纳跨尺度激光纳米级加工中运动基准与驱动系统存在的耦合干扰问题，攻克光束零位漂移补偿与激光器参数优化控制等关键技术，开发成套装备。
考核指标：瞄准航空航天高速飞行器、电子制造等领域，研制1类激光微结构跨尺度制造装备;最小线宽≤20nm，实现三维光子集成器件制造;实现减反功能阵列微群孔制造，透过率增加量≥10%;实现减阻面积≥1000cm2微纳结构功能表面制造，阻力系数减小≥10%。实现不少于3类具有重大应用前景的跨尺度微纳功能器件制造。
2.4基于衍射光学元件的激光并行制造工艺及装备(重大共性关键技术类)
研究内容：探索激光与纤维类复合材料的相互作用机理，研究基于衍射光学元件的激光并行制造新方法，研究并行激光加工智能监测及反馈系统，研究激光并行制造成套装备技术。
考核指标：瞄准交通运输、能源以及电子制造等领域，优先采用国产激光器，开发不少于2类高端激光并行制造装备，分光光束大于20束，加工精度优于10μm，各并行光束能量稳定性优于1%，进行工程应用。
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量要求的激光焊接工艺、激光焊接机理与焊缝的主要失效行为、激光焊缝跟踪定位技术及焊接变形控制技术，研究高可靠性成套装备技术。考核指标：研制不少于3类激光焊接成套设备和焊接工艺。大型薄壁构件连续焊缝长度≥3500mm，厚度≤0.8mm，焊接变形量≤±0.1mm，焊缝性能满足相关行业具体要求，建立焊接工艺数据库，形成工艺规范和标准，在核电、航空、高铁、船舶等领域，进行不少于20台套激光焊接的示范应用。
2.8厚板、中厚板激光焊接技术应用示范(应用示范类) 研究内容：针对厚板(厚度≥70mm)、圆周中厚板(厚度≥8mm)金属管材，探索激光焊接和激光电弧复合焊接新方法，设计集激光焊与电弧焊于一体的复合焊炬;研究焊缝缺陷形成机理及其检测与控制技术、热应力调控技术、焊接精度控制技术，以及激光/电弧复合焊接系统的运动控制技术。完成系统激光器起停及输出功率的变化、弧焊参数的变化等控制任务，研究高可靠性成套装备技术。
考核指标：研制不少于2类激光焊接、激光复合焊接成套设备与焊接工艺。厚板连续焊缝长度≥5000mm，圆周中厚板焊缝长度≥2000mm;对完成圆周中厚板的激光电弧复合焊焊缝进行力学性能试验，满足API 1104要求。建立工艺规范和标准。并在核电、航空航天、交通运输、能源、海洋、石油化工等领域内，进行不少于20台套的示范应用。
2.9 激光金属制孔技术应用示范(应用示范类)
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卢秉恒院士提出增材制造对于中国制造来说是非常需要的，因为中国在制造方面还是很强的，但是在产品的开发能力严重不足，而增材制造给我们补足了这个短板，它可以先把我们的设计利用很短的流程进行迭代，作出样机，评价、分析，确定了设计之后再进行生产。
这是被世界各国都采用的技术，美国奥巴马政府就提出，怎么样用一半的时间和一半的费用来去完成新产品的开发。
增材制造最近几年发展非常快，几乎年增长率20%几到40%几，FDM尤其是迎合了创客的需要和教育的需要，发展非常快。SLA在产品开发中发挥了重要作用，近几年金属3D打印机发展非常快，2017年比2016年设备的销售量增加了80%，占据了3D设备的51%。
对大型结构件来说，用丝材来进行熔化可以是更好的方法，它的能源可以是激光的，也可以是电子束的，也可以是电弧的，就像传统的电焊一样。这个技术已经可以做到尺寸大于2米、5米，甚至已经做到8米，用电子束进行熔融堆积的，也有用电弧堆积的，我们实验室已经做到2米，在做5米6米的装备。还有把更多传统技术用于3D，因为这是用了层层堆积的概念，例如铸造，可以进行一层层铸造来形成3D新的技术。当然在每一层铸造中可以采取锻打的办法，来提高它的强度，增加结构材料的致密度，来提高它的性能。我们也做了很多实验，认为是大型结构件高效的制造方法，可以达到每小时5公斤甚至10公斤。
在金属3D打印中一个最重要的问题是我们怎么样能够使结构件强度能够提高，这里面有很重要的问题需要进行研究。我们知道，无论是铸造还是锻压，人们都一直在研究凝固学理论，尤其是铸造，但是铸造和焊接中熔融规模比较大，所以在宏观的体积内来进行冷却和凝固。在3D打印中无论是激光束还是电子束，它的熔池比较小，所以从理论分析，小的熔池产生的缺陷肯定要小的多，所以材料结构的强度能够得到提高。但是怎么样控制它的一些晶粒的生长，晶粒增长的幅度影响了大小，影响了结构强度。所以实际上它是一个在强非平衡态凝固学理论，但可惜现在还没有能够完全认识到这样的科学问题。所以无论是对热应力的分析等等还处于实验阶段，还不能形成很好的理论来指导这个事情。
最近几年增材制造一些创新不断涌现，像面曝光的技术，用光固化的原理，材料像拉拔一样快速上升，这样使效率提高了50倍到100倍。像金属打印，用一体技术打印的概念也出来了，虽然是用光固化的材料加上粉末，也可以把陶瓷粉末用于这个办法进行打印。打印过以后需要进行脱脂、烧结。所以3D是一个崭新的概念，但是在这个崭新的概念中可以把传统的制造技术进行融合，来产生一些新的创新技术。
功能梯度的材料也越来越引起人们的高度重视，就像刚才弗朗恩霍夫研究院教授讲的一样，用两种技术、三种技术甚至更高的技术。还有一种是把材料分层，不同材料在不同层出现，我们就可以知道在表面是耐磨的、耐腐蚀的，里面的是强硬的，韧性好的，再里面就像人体的骨头一样，是一个疏松的结构，是一个蜂窝状结构，这是增强刚性来减轻重量的。这些东西在航空航天都有了很重要的用途，当然还有复合材料的应用，也是一个非常重要的方面。在这些方面我们需要关注的是，在材料腐蚀中界面会发生什么样的变化，界面的作用力以及3D结构形成的过程不一样，温度环境和其他物理环境不一样，这样会不会引起界面内应力的增加而影响性能，这都是需要研究的问题。
我们在这方面应用前景还是非常广的，像汽车、飞机和航天结构，都需要减轻重量，但需要高的强度或高的刚度，就需要复合材料。当然纤维复合材料中有长纤维的复合材料，像碳纤维的汽车车身，当然也可以用短纤维的复合材料去制造，这里面是有优势的。长纤维复合材料车身的制造可能技术上还有很多的难关，在表面比较展开的一些曲面上是比较容易制造的，但是在曲力变化比较大的一些凹凸结构的比较难以实现。但我们也可以用短纤维或树脂复合解决这个问题，也可以达到很好的强度。所以综合我们所获得性能的改善以及经济性和工艺可实验性，之间要平衡。这在汽车制造中，我认为可能是前景比较大的，短纤维复合材料可能更容易实现，因为它仍然可以用模具制造，所以能够适应汽车大批量生产。当然，长纤维的也可以用来制造样车，在样车制造中我们可以花费比较大的代价来完成一些更好的性能。所以3D打印在应用中要发挥它更好的效应，必须和传统的制造相结合，来综合平衡它的性能和成本。
3D打印最近在各种高端制造，在航空航天得到了很大的发展。由于3D打印对复杂形状零件的适应性，它可以把很多零件集成在一个零件上，这样是传统制造没法儿实现的，所以在航空中，火箭发动机零件个数就减少了80%，可以把很多焊缝用3D打印来实现，甚至有说法提出3D的出现会不会使焊接变得没有用了，当然这不是绝对的，但是很多方面可以用3D打印来代替，这样来减少焊缝带来的强度的破坏以及一些可能发生的故障。
3D打印用于建筑，现在也开始了很多探索，目前打印低层建筑日渐成熟，用的越来越广泛了。高层的建筑还有一定的难度，这方面有待于材料的改进和材料打印工艺的发展。
西工大从上个世纪九十年代就开始3D打印，但主要是完成以3D打印为核心产品快速开发的技术，这方面和传统的制造技术相结合。例如我们做家电设计的时候可以用硅橡胶去复制模具。我们在做汽车覆盖件的时候可以用技术喷涂法覆盖模具，我们曾经用100天时间做了两款车全部外覆盖的模具，成本就是100万人民币，如果我们正规制造模拟的办法投入要几个亿甚至是10亿以上，要一年多的时间，所以这样以来就大大节约了产品开发中所需要的费用和时间。
所以3D打印可以应用的领域越来越宽广，各种民用的消费品、文化创意产品、建筑的设计。可以直接用于航空航天的结构，这方面国内很多研究单位做了大量的工作，已经用在飞机结构件的承载件，用在C919很多零件上。现在中国民用飞机也有自己的目标，像上海商发准备80%的零件都用3D打印来支持研发。像GE公司也已经有三分之一的飞机发动机零件用3D打印进行生产。所以这方面越来越显示3D打印一些技术颠覆性。
充分发挥3D打印个性化的特征，用于下额骨个性化的替代，2000年我们就做了这个实验，也是国内做的最早的，去年得到了国家药监局的批号。同时3D打印用于医疗，在牙科的修复方面，在矫形方面，还可以用于癌症的靶向治疗，通过3D打印导航模板，能够使药物沿着准确的路径送到癌细胞那里去，来实行精准的化疗。也可以用于矫形，20几个脊椎骨在矫形定位的时候怎么打孔。
3D打印和传统铸造技术相结合，可以形成一些精密铸造，一次性的铸造好燃起机的涡轮盘，我们铸造出来的涡轮盘已经在压缩机上运行一年多了，安全可靠，速度达到400。用于柴油机精密铸件的3D打印。
关于“增材制造”相关信息
1、2012年8月，美国增材制造创新研究所成立，联合了宾夕法尼亚州西部、俄亥俄州东部和弗吉尼亚州西部的14所大学、40余家企业、11家非营利机构和专业协会。
2、英国工程与物理科学研究委员会中设有增材制造研究中心，参与机构包括拉夫堡大学、伯明翰大学、英国国家物理实验室、波音公司以及德国EOS公司等15家知名大学、研究机构及企业。
3、德国建立了直接制造研究中心， 主要研究和推动增材制造技术在航空航天领域中结构轻量化方面的应用;法国增材制造协会致力于增材制造技术标准的研究
4、神户大学教授Shirase Keiichi领导的一群研究人员开发出一种机床原型，该机型能够像3D打印机那样制造精密部件。与大多数3D打印机或者机加工切削工具所不同的是，它可以根据一个加工信息和切削条件的数据库，自动制订优化加工流程。
5、欧洲航天局和伯明翰大学研发的金属增材制造新技术：不用激光，也不用电子束，而是一个由一组反射镜聚焦的光束;
6、2014年，台湾清华大学动力机械工程学系与纳米工程研究所教授傅建中及其团队参与了台湾科技部工程司当年全力推动的一项增材制造跨领域研究项目计划，并成功开发一套纳米级3D打印系统，这套平台可以为科研人员提供快速低成本的3D微结构，精度可达150纳米。这项技术将可对先进科技在生物医学、材料工程及物理光学领域的研发产生重大影响。
7、西北工大凝固技术国家重点实验室黄卫东,已经建立了系列激光熔覆成形与修复装备，可满足大型机械装备的大型零件及难拆卸零件的原位修复和再制造。
8、北航突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术，解决了大型整体金属构件激光成形过程零件变形与开裂"瓶颈难题"和内部缺陷和内部质量控制及其无损检验关键技术，飞机构件综合力学性能达到或超过钛合金模锻件. 中国工程院院士、北京航空航天大学教授,中航工业北京航空制造工程研究所研究员、工程院院士关桥; 北京航空航天大学教授王华明。
9、西安交大以研究光固化快速成型(SL)技术为主快速成形制造工程研究中心和快速制造国家工程研究中心，建立了一套支撑产品快速开发的快速制造系统，研制、生产和销售多种型号的激光快速成型设备、快速模具设备及三维反求设备，产品远销印度、俄罗斯、肯尼亚等国，成为具有国际竞争力的快速成型设备制造单位。西安交通大学的卢秉恒院士为代表。
西安交大在新技术研发方面主要开展了LED紫外快速成型机技术、陶瓷零件光固化制造技术，铸型制造技术、生物组织制造技术、金属熔覆制造技术和复合材料制造技术的研究。在陶瓷零件制造的研究中，研制了一种基于硅溶胶的水基陶瓷浆料光固化快速成型工艺，实现了光子晶体、一体化铸型等复杂陶瓷零件的快速制造。 西安交大与中国空气动力研究与发展中心及成都飞机设计研究所合作开展了风洞模型制造技术的研究，围绕测压模型、测力模型、颤振模型和气弹模型等方面进行了研究工作。设计了树脂-金属复合模型的结构方案，采用有限元方法计算校核树脂-金属复合模型的强度、刚度以及固有频率。通过低速风洞试验，研究了复合模型的气动特性，并与金属模型试验数据相对比。强度校核试验显示，模型的整体性能良好，满足低速风洞的试验要求，研制的复合模型在低速风洞试验下具有良好的前景。
复合材料构件是航空制造技术未来的发展方向，西安交大研究了大型复合材料构件低能电子束原位固化纤维铺放制造设备与技术，将低能电子束固化技术与纤维自动铺放技术相结合，研究开发了一种无需热压罐的大型复合材料构件高效率绿色制造方法，可使制造过程能耗降低70%，节省原材料15%，并提高了复合材料成型制造过程的可控性、可重复性，为我国复合材料构件绿色制造提供了新的自动化制造方法与工艺。
10、“南京增材制造(3D打印)研究院”是在江苏省政府领导下，由南京市江宁区政府与卢秉恒院士共同发起创建的一个专门从事“3D打印技术、装备及应用”的科研和成果转化机构，成立于2013年12月8日，位于“南京紫金(江宁)科技创业特别社区”园区内，实行企业化运作。“南京增材制造研究院发展有限公司”是“南京增材制造(3D打印)研究院”的依托公司，注册资本金1亿元人民币。目前已经建成或者正在建设的机构和平台主要包括：西安交通大学-南京江宁区2011协同创新中心“高端制造装备协同创新中心”合作基地、快速制造国家工程研究中心-南京示范中心、中国航天3D打印研究中心、南京市3D打印科技公共技术平台、全国增材制造(3D打印)产业技术创新战略联盟。
11、重庆大学机械学院张正文教授在机械传动国家重点实验室217会议室作了题为“增材制造(3D打印)的现状与发展”的讲座，
12、山东大学增材制造研究中心、山东矿机集团股份有限公司3D打印联合实验室
13、由南京理工大学、德国ConCEPT Laser有限公司和上海福斐科技发展有限公司共同主办的中德金属增材制造技术联合实验室正式挂牌运行。这也是迄今该行业内国内高校中最高水平的国际化联合实验室。3D打印门类众多。从材料上分，有树脂、塑料、金属、陶瓷等;从能源上分，有激光、电子束、紫外光等;从方法上分，有同轴送粉、立体平版印刷、激光分层实体制造、选择性激光烧结/熔融等。德国ConCEPT Laser有限公司一直被视为最具前景的金属激光熔铸领域的先锋，同时也是该领域的顶级供应商之一。上海福斐科技发展有限公司则始终活跃于国内三维扫描，并迅速成为该行业的国内领导者。
14、被誉为“中国立体打印机第一人”的华中科技大学材料科学与工程学院副院长、3D打印研究专家、滨湖机电董事长史玉升，湖北3D打印产业技术创新战略联盟理事长。华中科技大学教授史玉升团队研发世界最大激光快速制造装备入选。目前，全球3D打印，原理都是薄型层面堆叠，国内以华中科技大学、西安交通大学、清华大学为代表，运用技术各有侧重。华科侧重于金属材料打印的研究，用金属粉末为材料，靠激光烧结成型，这种技术难度大，但好处多。
15、西安交通大学卢秉恒院士、北京航空航天大学王华明教授、清华大学林峰教授分别针对非金属类、金属类、生物类增材制造技术作了主题报告，海尔集团、北京隆源自动化成型系统有限公司代表企业界作了主题报告。
16、2013年2月25日，澳大利亚莫纳什大学增材制造中心挂牌成立，中心主任是莫纳什大学材料工程系吴鑫华教授，吴鑫华教授同时还担任澳大利亚联邦轻金属研究中心主任。莫纳什大学增材制造中心的吴新华与同事们以其合作单位法国公司“赛峰微透博”的一款引擎为基础，用3D打印技术制造了被称为辅助动力组件的装置，它能发电，但不产生推力，有众多用途，包括可辅助启动飞机的主发动机。空客公司、BAE系统公司、赛峰集团微型涡轮公司、欧洲宇航局、NASA兰利实验室等企业和研究机构与吴鑫华教授以及澳大利亚联邦轻金属研究中心长期进行轻金属材料领域的合作，它们对轻金属材料的增材制造技术表现出浓厚的兴趣，而且也是莫纳什大学增材制造中心未来的重要合作伙伴。莫纳什大学增材制造中心主要从事轻金属粉末激光增材制造技术的研究，包括选区激光熔融(SLM)以及直接激光制造(DLF)工艺。吴教授任教于莫纳什大学材料工程系，她是在航空航天和轻金属领域具有国际声誉的顶尖科学家，很显然，她也是一位华人，最早是中科院金属研究所毕业的。据天工社了解，之前她从英国来到澳洲专门负责ARC卓越中心。
17、李建军华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室主任、教授; 邵新宇华中科技大学副校长、教授。华中科技大学武汉光电国家实验室教授曾晓雁领导的激光先进制造研究团队，完成的“大型金属零件高效激光选区熔化增材制造关键技术与装备(俗称激光3D打印技术)”顺利通过了湖北省科技厅成果鉴定，解决了航空航天复杂精密金属零件在材料结构功能一体化及减重等“卡脖子”关键技术难题。
18、云集中国工程院卢秉恒、关桥、李培根等八位院士，吸引英国增材制造协会主席Graham Tromans，美国机械工程师学会理事长Marc Goldsmith，清华大学、北京航空航天大学、西安交通大学等高校、科研机构以及来自英国、美国、德国、新加坡等国家的200多位增材制造专家学者，第154场中国工程科技论坛——2012年增材制造技术国际论坛暨第六届全国增材制造技术学术会议在武汉隆重召开。
19、上海大学增材制造与组织修复专业
20、西安交通大学的卢秉恒院士、清华大学的颜永年教授、华中科技大学的王树槐教授等是我国快速原型技术研究的先行者，并且都取得了卓著的成就。而黄卫东在国内首先创造性地发展的激光立体成形技术，把快速成形技术从制造“原型”发展到直接制造具有极高力学性能的致密金属零件。
21、国内快速成型系统的科研团队主要包括清华大学颜永年团队、北京航空航天大学王华明团队、华中科技大学史玉升研究团队、西安交通大学卢秉恒团队和西北工业大学黄卫东团队等。
一、颜永年团队(清华大学)
涉及上市公司：海源机械(002529)、科达机电(600499)、南通锻压(300280)。号称“中国3D打印第一人”的颜永年教授曾作为总设计师完成了5台套世界级的我国重装行业和国防上急需的重型液压机设计，包括：中国最大的换热器板片成形压机--4万吨板料成型压机(广州)、世界最大的重型厚壁钢管垂直挤压机--3.6万吨垂直钢管挤压机(包头)、我国最大的精密航空模锻液压机4万吨航空精密模锻压机(西安)、远东地区最大的具有挤压功能的模锻液压机--3万吨核电精密模锻压机(昆山)。2012年4月至今，颜永年为昆山永年先进制造技术有限公司董事长。
早在2003年，科达机电(600499)便与颜永年共同投资设立佛山市科达机电科技开发有限公司，该公司注册资本为50万元人民币，其中公司与颜永年出资比例分别为60%、40%。采用颜永年团队转让的技术，科达机电仅于2010年就生产了1200台4800～7800吨压机，其中许多为出口产品，创造产值约20亿元，为世界压机业界之最。
隶属南通锻压(300280)的"永年重型锻压设备设计研究院"正式揭牌后，成功吸引我国著名工程专家、清华大学教授颜永年团队整体加盟，是南通锻压(300280)近年转型升级一大举措，将进一步加快公司大型液压机和机械压力机研究与开发，加速相关品种升级换代。
1月31日，海源机械(002529)公告正式承认联手昆山永年先进制造技术有限公司，参与建立"3D打印制造实验室"。海源机械称，截至公告发布之日，"3D打印制造实验室"正在筹建中。
二、王华明团队(北京航空航天大学)
涉及上市公司：中航重机(600765)、ST航投(600705)、南风股份(300004)
资料显示，王华明是航空材料与结构研究部"首席科学家"，国内激光制造的学术带头人，"北航团队"领头人，在钛合金结构激光快速成型工艺、成套工艺装备及工程化的研究方面有十多年的研究经验。北航材料科学与工程学院王华明教授带领他的创新团队，围绕大飞机等国家重大专项及重大装备制造业发展的战略需求，研制出代表着先进制造技术发展方向、在重大装备制造中具有重大应用价值的“高性能难加工大型复杂整体关键构件激光直接制造技术”，使我国成为目前世界上唯一突破飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术，并实现装机应用的国家。在2012国家科技奖励大会上，该项成果荣获国家技术发明一等奖，这也是北航9年来获得的第八项国家科技奖励一等奖。多年来，团队一直与沈阳飞机设计研究所、第一飞机设计研究院、航天一院等单位有着紧密的合作，取得了一系列的成绩。如今，学校在北京市的大力支持下，和中航工业集团公司合作，在北京组建了中航天地激光科技有限公司成果产业化基地。
南风股份子公司所投资的3D打印项目中，也出现了王华明的身影。根据南风股份2012年8月发布的公告，其子公司南方风机研究所将投资"重型金属构件电熔精密成型技术项目"，总投资1.68亿元，资金由南方风机研究所自筹。值得注意的是，风机研究所的二股东、持股31%的王华明就是国内3D打印领域最权威的专家之一。据公司内部人士介绍，目前该项目处于研发阶段，南方风机研究所已经在工程化关键技术上已经取得了一定的突破性，并制成了相关样件。一旦研发成功，公司将在技术加工、以及加工过程中所运用的设备生产方面都具备领先优势。
三、史玉升团队(华中科技大学)
涉及上市公司：华工科技(000988)、华中数控(300161)
史玉升现任华中科技大学材料科学与工程学院副院长、材料成形与模具技术国家重点实验室副主任、华中科技大学快速制造中心主任、中国特种加工学会常务理事、中国快速成形委员会副主任委员等，长期从事快速制造(3D打印)、新型农业节水产品开发等方面的研究。2011年，史玉升教授牵头研发的世界最大激光快速制造装备(3D打印机)曾入选"2011年中国十大科技进展新闻"。该团队正力图通过武汉滨湖机电技术产业有限公司使研究成果商业化，滨湖机电的股东中就有资本市场声名显赫的深圳创新投资集团。
2012年在武汉举行的增材制造技术国际论坛上透露，我国首个3D打印工业园将落户武汉东湖高新区。该项目由华中科技大学主导，规划首期用地500亩。相关渠道消息，华中科大旗下公司华中数控(300161)参与了技术研发。
值得注意的是，华中科大未来推动这一产业规模化的平台目前仍未明了，相关各方均拒绝予以置评。该校目前作为实际控制人的上市公司有华工科技(000988)、华中数控(300161)和天喻信息(300205)三家。
四、卢秉恒团队(西安交通大学)
涉及上市公司：昆明机床(600806)、秦川发展(000837)、沈阳机床(000410)、轴研科技(002046)
西安交通大学教授卢秉恒，被视为国内3D打印业的另一先驱人物。他1992年赴美做高级访问学者，发现了快速成形技术在汽车制造业中的应用，回 国后随即转向研究这一领域，1994年成立先进制造技术研究所。卢秉恒现为中国工程院院士，西安交通大学教授，博士生导师。现任西安交通大学机械工程学院院长快速制造国家工程研究中心(筹建)负责人，国务院机械学科评议组召集人，国家基金委工材部第二届咨询委员会委员，国家基金委机械学科评议组负责人，中国机械工程学会生物制造分会副理事长，中国机械制造工艺协会副理事长，全国高校金属切削机床学会理事长，"高档数控机床与基础制造装备重大专项"总体组组长。
快速制造国家工程研究中心(NERC-RM)是一个依托西安交通大学的人才与技术优势建立的国家级先进制造技术创新平台。西安瑞特快速制造工程研究有限公司是工程中心的依托公司，由西安交通大学、昆明机床(600806)、秦川发展(000837)、陕西工业技术研究院、中新苏州工业园区创业投资有限公司共同出资创建，注册资本为6000万元。而西安瑞特的董事长正是卢秉恒。
公开资料显示，卢秉恒院士是轴研科技(002046)和沈阳机床(000410)这两家上市公司的独立董事。事实上，西安交大、昆明机床和沈阳机床存在渊源。
西安交通大学产业(集团)总公司曾是昆明机床(600806)第一大股东，后于2005年将所持昆明机床股权转让给沈阳机床集团，后者成为昆机的控制人。
五、黄卫东团队(西北工业大学) 涉及上市公司：中航飞机(000768)
1995年，西北工业大学教授黄卫东，产生了一个关于快速成型技术的新构思：把3D打印技术和同步送粉激光熔覆相结合，形成一种新技术，用于直接制造可以承载高强度力学载荷的致密金属零件。2001年，黄卫东团队申请了中国第一批关于激光立体成型的源头创新专利。至今已获授权激光立体成形的材料、工艺和装备相关的国家发明和实用新型专利12项。
西北工业大学凝固技术国家重点实验室，是我国3D打印技术研发最出色的单位之一，主要发展名为“激光立体成形”的3D打印技术。该技术通过激光融化金属粉末，几乎可以“打印”任何形状的产品。其最大的特点是，使用的材料为金属，“打印”的产品具有极高的力学性能，能满足多种用途。
为国产大飞机C919制造中央翼缘条，是3D打印技术在航空领域应用的典型。黄卫东教授介绍，作为机翼的关键部件，以我国现有制造能力无法满足需求，如果向国外采购，势必影响大飞机的国产化率。西工大与中航飞机(000768)公司合作，应用激光立体成形技术解决了C919飞机钛合金结构件的制造问题。"目前，激光立体成形制造成本与国外锻压制造成本差不多，最重要的是形成了具有自主知识产权的特色新技术。"黄卫东说，这项技术在航空航天发动机等关键部件的制造上也得到了运用，并为多家航空航天企业提供了达到国际先进水平的制造装备。
“增材制造与激光制造”重点专项
2016年度项目申报指南
项目申报全流程指导单位：北京智博睿投资咨询有限公司
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依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》和《中国制造2025》，科技部会同有关部门组织开展了《国家重点研发计划增材制造与激光制造重点专项实施方案》编制工作，在此基础上启动增材制造与激光制造重点专项2016年度项目，并发布本指南。
本专项总体目标是：突破增材制造与激光制造的基础理论，取得原创性技术成果，超前部署研发下一代技术;攻克增材制造的核心元器件和关键工艺技术，研制相关重点工艺装备;突破激光制造中的关键技术，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件、国产先进激光器，研制高端激光制造工艺装备;到2020年，基本形成我国增材制造与激光制造的技术创新体系与产业体系互动发展的良好局面，促进传统制造业转型升级，支撑我国高端制造业发展。
本专项按照“围绕产业链，部署创新链”的要求，围绕增材制造与激光制造的基础理论与前沿技术、关键工艺与装备、创新应用与示范设置任务。
按照突出重点、分步实施的原则，2016年首批在增材制造与激光制造2个方向上启动29个项目。
1.增材制造
1.1高性能金属结构件激光增材制造控形控性研究(基础前沿类) 研究内容：针对激光熔覆沉积大型金属结构件和激光选区熔 — 2 —
化成形复杂金属结构件，研究激光/金属热交互作用及熔池冶金动力学行为和超高温移动熔池非平衡凝固行为，揭示增材制造构件成形的几何特征和沉积态组织形成规律;研究成形过程的应力应变和变形开裂规律，提出预防变形开裂的工艺准则;研究增材制造过程及后续热处理过程材料组织形成规律，形成优化的热处理制度;研究增材制造工艺条件下合金成分与材料组织和性能的关系，形成增材制造专用合金的设计原则;研究金属结构件增材制造的质量控制与评价方法，形成质量评价规范与标准。
考核指标：熔覆沉积成形结构件最大方向成形尺寸≥3m，变形量≤0.5mm/100mm;选区熔化成形构件最大方向成形尺寸≥400mm，变形量≤0.2mm/100mm;成形结构件的综合力学性能接近或相当于同种金属合金的锻件水平;成形构件实现工程试用。
实施年限：5年 拟支持项目数：2项
有关说明：优先支持紧密围绕国家重大工程应用需求的产学研合作研究。
1.2高效高精度激光增材制造熔覆喷头的研发(重大共性关键技术类)
研究内容：研究送粉式激光增材制造喷头的粉末输送特性、影响因素以及粉末输送质量的评价方法，提出高效、高精度制造的粉末输送与增材制造工艺的匹配原则;研究送粉激光增材制造
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熔覆喷头结构的优化设计方法，包括模块化设计、送粉通道结构优化设计、水冷结构优化设计;研究喷头工作距离自动调控装置及喷头工作距离变化条件下的工艺技术。
考核指标：匹配激光器功率范围100~20000W，连续开光熔覆时间≥8h，温升≤200℃，可自动调节工作距离处的光斑直径。
实施年限：5年 拟支持项目数：1-2项
1.3高性能大型金属结构件激光同步送粉增材制造工艺与装备(重大共性关键技术类)
研究内容：分层处理、路径规划及工艺过程等全流程控制软件;高效高精度增材制造工艺特性及精度和效率匹配控制策略;防污染、防反射光路设计，长程高精度多路粉体同步送进技术及增材制造过程气氛控制技术;成形过程实时可视监控技术与成形质量参数的特征辨识与智能处理技术;大跨度高精度激光束/数控工作台或机器手的联合运动控制技术。研制高性能大型金属构件激光同步送粉高效高精度增材制造工艺装备，在开展工艺试验基础上，形成工艺数据库以及工艺、装备、制件的相关标准规范。
考核指标：装备最大成形尺寸≥3500mm，成形效率≥450cm3/h(以Ti-6Al-4V合金沉积为参考)，连续工作时间≥240h。
实施年限：5年 拟支持项目数：2项
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有关说明：企业牵头，优先支持紧密围绕国家重大工程应用需求的产学研合作研究。
1.4粉末床激光选区熔化增材制造工艺与装备(重大共性关键技术类)
研究内容：高精度成形的装备设计原理与实现方法(包括成形平台定位精度、光斑定位精度、粉末预热温度的设计与控制方法等);高效率成形的装备设计原理与实现方法(包括多激光束、多振镜的应用，更高效的铺粉方式等);先进成形软件设计(包括分层厚度、填充策略等);装备运行的高稳定性和可靠性设计与制造;高可靠性气氛控制;制造过程的温度、几何、气氛等参数的实时监测、诊断与智能处理;研制相应的成形装备，在工程中开展试用，建立相关装备的工艺数据库和标准规范。
考核指标：(1)高稳定性粉末床激光选区熔化增材制造工艺与装备的指标：支持钛合金、高强合金钢、高强铝合金、高温合金等4类金属材料复杂构件的高精度成形;单激光器成形效率≥45cm3/h(以钛合金为参考);成形尺寸范围≥250mm×250mm ×350mm;成形几何精度≤±50μm，表面粗糙度≤Ra6(以成形标准试块为参考);装备的无故障运行时间≥2000h。(2)大尺寸粉末床激光选区熔化增材制造工艺与装备：支持钛合金、高强合金钢、高强铝合金、高温合金等4类金属复杂构件的高效率成形;制造效率达到≥120cm3/h(以钛合金为参考);成形尺寸范围
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≥500mm×500mm ×500mm;成形几何精度≤±100μm，表面粗糙度≤Ra12(以成形标准试块为参考);装备的无故障运行时间≥500h。
实施年限：5年 拟支持项目数：2项
有关说明：企业牵头，优先支持紧密围绕国家重大工程应用需求的产学研合作研究;高稳定性粉末床激光选区熔化增材制造工艺与装备、大尺寸粉末床激光选区熔化增材制造工艺与装备可以单独申报。
1.5高效高精非金属增材制造工艺与装备(重大共性关键技术类)
研究内容：面成形光固化增材制造技术;高性能树脂及其复合材料的高精度和大型构件增材制造技术;大尺寸铸造砂型高效3D打印技术;研制相应的工艺装备，建立相应工艺装备的适应材料、设备可靠性、环保安全等标准规范。
考核指标：(1)面成形光固化增材制造装备的成形效率≥2×106 mm3/h, 成形精度≤±0.02mm;(2)高性能树脂及其复合材料大型构件增材制造装备，最大成形方向尺寸≥2m，成形精度≤±0.1mm，制件强度性能≥100MPa;(3)大尺寸铸造砂型高效增材制造装备最大方向打印尺寸≥2m，层厚0.2mm~0.8mm可调，成形效率≥250L/h，砂芯抗压强度≥6MPa，抗拉强度≥1.4MPa。
实施年限：5年
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拟支持项目数：3项
有关说明：企业牵头。面成形光固化增材制造工艺与装备、高性能树脂及其复合材料大型构件增材制造工艺与装备、大尺寸铸造砂型高效增材制造工艺与装备可以单独申报。
1.6个性化植入假体增材制造关键技术(重大共性关键技术类) 研究内容：针对植入假体和精准诊疗辅助装置个性化制造的需求，研发符合临床诊疗需要的个性化假体的快速建模、分析软件和增材制造工艺软件;研制支持良好生物相容性材料的增材制造装备;开展医学临床应用研究，建立增材制造个性化假体的质量标准规范。
考核指标：工艺装备支持3种以上个性化假体的成形;个性化假体的设计制造时间不超过72h;不少于50例的临床试用或应用。
实施年限：5年 拟支持项目数：5项
有关说明：临床应用单位牵头、产学研联合申报，强化各主体的优势作用。
1.7基于互联网的3D打印制造创新应用(应用示范) 研究内容：针对创新创意设计和产品快速原型设计的需求，研究基于Web的三维轻量化建模技术，开发大众参与的3D打印创新创意设计软件，开发支持产品个性定制化设计、设计师协同创意设计以及3D打印的云服务应用平台;针对教育、文化创意、
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消费品等领域的需求，开发低成本、网络化、智能化多材质彩色3D打印设备，并实现产业化应用。
考核指标：(1)面向3D打印的云服务平台指标：支持在线个性化定制、创新创意设计、订单交易等功能，提供20种以上相关云服务，支持1万人以上同时在线，实现初期注册用户10万人以上用户规模，形成不少于500个应用案例。(2)普及型智能彩色3D打印机研制及其产业化指标：自主研制低成本、多用途、网络化、智能彩色3D打印设备，实现市场销售2000台以上。
实施年限：5年
拟支持项目数：面向3D打印的云服务平台3项、普及型智能彩色3D打印机研制及其产业化5项。
经费配套：其他经费与中央财政经费比例不低于2：1 有关说明：面向3D打印的云服务平台和普及型智能彩色3D打印机研制及其产业化可以单独申报;企业牵头申报。
2.激光制造
2.1 大功率激光焊接机理研究(基础前沿类)
研究内容：面向国家重大需求，研究激光焊接能量耦合机理，探索羽辉形成机制及其对光束传输与吸收的影响规律，揭示厚壁构件超窄间隙大功率激光焊接的焊缝熔池熔体非平衡凝固过程及接头组织特征与形成规律;研究激光焊接冶金特性，发展超厚超窄间隙激光焊接优质焊缝凝固组织控制新方法及焊缝组织性能同 — 8 —
步调控新技术。
考核指标：突破厚度≥100mm厚板超窄间隙焊接;高强钢、铝合金等典型材料焊态接头强度系数≥90%;完成2项以上工业应用。
实施年限：5年 拟支持项目数：1-2项
有关说明：优先支持结合国家重大工程需求，开展产学研合作研究。
2.2 高性能激光晶体制造工艺与装备(重大共性关键技术类) 研究内容：面向制造用先进激光器的重大需求，研究激光晶体/光学晶体与激光器性能参数的关联性，掌握以过氧化物为代表的高熔点激光晶体生长工艺、制备技术及制造装备集成技术;研究晶体加工表面损伤机理、表面完整性加工新工艺、控制技术以及加工技术;发展激光晶体/光学晶体高效低损伤超精密磨削、抛光等装备集成技术。
考核指标：研发高熔点过氧化物激光晶体制备工艺与装备，支持最高可生长晶体熔点不低于2400°，可生长激光晶体尺寸大于30mm×30mm;研发激光晶体/光学晶体加工工艺与装备，加工粗糙度Ra≤1nm、面型精度pv≤λ/6。
实施年限：5年 拟支持项目数：1-2项
2.3制造用工业化皮秒/飞秒激光器技术(重大共性关键技术类)
— 9 —
研究内容：针对精细增材制造与激光制造需求，研究高重复频率皮秒/飞秒激光的产生、放大、传输、操控等技术，探索激光时间、空间分布变换等关键物理机制和过程;研发关键功能器件，开展激光振荡输出、功率提升、光束质量控制、频率变换等关键技术研究，提出功率和稳定性提升的方案;发展工业化皮秒/飞秒激光器系统集成和模块化组装技术。
考核指标：开发出高可靠性120W皮秒激光器与40W飞秒激光器，单脉冲能量大于50μJ;解决80W皮秒激光器与30W飞秒激光器产品化问题;项目验收时实现制造用的皮秒激光器200套/飞秒激光器100套以上的销售量。
实施年限：5年 拟支持项目数：1-2项 有关说明：企业牵头申报。
2.4复杂构件表面的激光精细制造工艺与装备(重大共性关键技术类)
研究内容：面向国家重大需求，突破激光光束路径规划及高速扫描、激光制造装备在线监测与补偿、光学检测辅助柔性夹持定位等关键技术;研制激光光束空间高速传输定位、光束空间指向/功率实时校正等机构;研究面向航天典型零件表面图案激光精密加工、航空复杂构件的激光修理及环型薄壁化铣件激光刻型等技术与工艺;研究成套多轴光、机制造装备系统集成。
— 10 —
考核指标：研制复杂图案精密加工、构件修理、环型薄壁化铣件刻型等不少于3类高端激光制造工艺与装备。图案制造尺寸误差小于0.02mm(以1m2全复杂图案考核);零件特征结构修理尺寸误差小于0.005mm;第2次重复刻型精度误差小于0.06mm(以直径1m以上环型薄壁件考核);在工程中得到实际应用。
实施年限：5年 拟支持项目数：1-2项
有关说明：优先支持紧密围绕航空航天等国家重大工程需求的产学研用合作研发。
2.5激光强化技术重大工业示范应用(应用示范类) 研究内容：面向航空航天、交通等关键部件长寿命及其它高性能需求，研究激光光路控制、加工过程的多自由度运动规划、关键零件激光扫描基准面的三维坐标定位、激光扫描跟踪、质量在线检测等关键技术;研究零件强化过程工艺参数优化的控制方法，进行高可靠性激光强化装备集成研发，建立激光强化工艺数据库，形成工艺规范和标准。
考核指标：针对至少2个应用领域，研发不少于2类激光强化处理的成套工艺与装备，典型构件硬度提升20%以上、疲劳强度提高15-30%及以上、强化结构件压应力层深度最大1.5mm、叶片表面最大残余压应力800MPa,提高寿命80%以上;轨道激光强化处理最大速度不低于50m/h，激光强化后提高铁轨道耐磨寿命
— 11 —
10 倍以上。在典型企业示范应用。
实施年限：5年 拟支持项目数：2项
经费配套：其他经费与中央财政经费比例不低于2：1 有关说明：企业牵头申报;优先支持与航空航天、交通等领域国家重大需求紧密结合的产学研团队;企业牵头申报。
— 12 —
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美国增材制造实验室汇总
美国大学研究室主要是以基础研究为主，这些高校研究的资金主要来自NASA、能源部等大财主。金属材料3D打印大热，“2020年之前通用航空公司将制造出10万个增材零件”
在金属材料研究方面，美国的优势并不像高分子材料、纳米材料等其他新材料的那样明显，其最发达的是金属材料在军事和航空航天领域的应用。
众所周知，美国的军事、航空航天实力全球第一，这也得益于美国在这两个领域全球领先的金属材料研发能力。近年来，增材制造(即3D打印)迅速升温，美国也于2012年10月在俄亥俄州扬斯顿成立了首个世界前沿的国家增材制造创新研究所(NAMII)，以巩固其在增材制造领域的优势。
在国家研究室方面，除了橡树岭国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、阿贡国家实验室、埃姆斯国家实验室、国家航空航天局(NASA)等享誉全球的国家实验室，还有美国金属加工技术国家中心等专门从事金属材料研究室以及新近成立的国家增材制造创新研究所。
美国的大学研究室主要是以基础研究为主。除了知名的MIT、西北大学等老牌材料工程名校，还有侧重金属材料研究的康涅狄格大学等，这些高校研究的资金主要来自NASA、能源部等大财主。金属材料研究大名鼎鼎的公司，则主要是波音、通用等。
大学研究室：
MIT发现金属材料自我修复
大学方面，麻省理工学院、西北大学、加州大学圣芭芭拉分校、伊利诺伊大学香槟分校、斯坦福大学、康奈尔大学、哈佛大学、宾夕法尼亚大学等都是传统的材料科学工程研究顶尖院校，这些大学在细分的金属材料方面也有着较深的研究底蕴。
在全美高校之中，麻省理工学院材料工程专业全美排名第一。除了前期介绍过的纳米技术实验室、先进材料实验室，麻省理工学院材料科学与工程系还拥有一个快速成型实验室(RFL)，主要进行金属材料等的快速成型试验。该实验室始建于2007年，初始启动资金来自于Lord Foundation。目前，该实验室RFL拥有数控铣床和车床，两个3D打印机，激光切割机，和一个CAD/CAM工作站。
自然界中的生物体在遭受损伤时具有自我康复的功能，但你一定没听过金属材料也能自我修复。
日前，来自麻省理工学院的材料工程系的迈克尔·戴姆克维兹教授和研究生徐国强在一项金属特性实验中意外发现受损的金属也具有自我修复的功能，并通OFweek3D打印网
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过计算机模型重现了这一修复机制。发现这个机制后，MIT的研究人员计划进一步研究如何设计出相应的金属合金，以便在特殊应用条件下产生自我修复的功能。“我们为之打开了通途，如何设计出可以自我复原的金属材料不会太久。”上述研究人员称。
西北大学，材料科学与工程排名全美第二，其材料系与阿贡国家实验室广泛合作，尤其是光电子材料和纳米材料方面。西北大学的金属材料包括：形状记忆合金(生物医学植入物)、轻型车辆和高温引擎的多元合金、金属间化合物合金的储氢、电子显微技术的高级特征、合金中纳米析出相的原子探针研究等。
加州大学圣芭芭拉分校材料科学方面的研究位列美国前三。该学校除了拥有数个全球顶尖的纳米材料实验室，还拥有众多与金属材料研究相关的实验室，包括材料研究实验室(MRL)、多功能材料和结构中心(Cemmas)、节能材料中心(CEEM)、复合材料研究所(Los Alamos)、先进材料中心(MC-CAM)、国际材料研究中心(ICMR)等。
其中，材料研究实验室是世界公认的五大材料研究中心之一，研究范围宽广，在全球范围内影响力巨大。复合材料研究所(Los Alamos)则是加州大学圣芭芭拉分校与洛斯阿拉莫斯国家实验室合作成立研究项目，主要从事金属复合材料和工程材料方面的研究。此外，先进材料中心(MC-CAM)则是与日本三菱化学公司(Mitsubishi Chemical)合作成立的研究机构。
宾夕法尼亚大学，主要研究如何研发新型高强度、高韧性合金材料，致力于金属间化合物的基础系统研究，比如钛铝合金和银钼合金等。
此外，康涅狄格大学、密歇根理工大学、田纳西大学、奥本大学、新墨西哥矿业技术学院、密苏里大学-罗拉分校、普渡大学、凯斯西储大学、密歇根州立大学伍斯特理工学院等院校的材料科学与工程专业名气虽不如MIT等名校，但这些学校的材料工程偏重金属材料的研究，各有千秋。
康涅狄格大学材料科学研究所(IMS)成立于1965年，是一个先进材料研究中心，研究所占地面积达80000平方英尺。该研究所材料科学方面的研究横跨金属聚合物、金属纳米材料、生物医学金属材料等领域。此外，该研究室拥有一系列生物金属材料、金属材料加工、金属机械材料测试、核磁共振及磁检测、金属粉末特征等相关的先进研究仪器设备。
“美国学校做的也都是基础方面的研究为主，很多学校研究资金的来源都是NASA。”一位新加坡南洋理工大学机械与宇航工程系研究员表示，“就增材制造(3D打印)涉及的金属材料方面，美国做得比较好的学校有德雷克赛尔大学、密苏里大学和卡耐基梅隆大学等。”
“在以上大学中，德雷克赛尔大学的钛合金、镁合金研究比较出色，钛合金可用于人造植入物，镁合金可以溶解，用于飞机制造。密苏里大学准备要做这方面的研究，最近刚争取到资金支持;卡耐基梅隆大学研发了10年的钛合金，但没什么特别的成果。”上述研究员进一步表示。
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国家实验室：美国国家
增材制造创新研究所阵容庞大
在美国，除了世界鼎鼎有名的橡树岭国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、阿贡国家实验室、埃姆斯国家实验室、国家航空航天局(NASA)设有专门的研究金属材料团队之外，还有一些并不耳熟能详但是在高端金属研究领域极具地位的研究所，其中包括美国金属加工技术国家中心(NCEMT)、美国国家增材制造创新研究所。
橡树岭国家实验室下设一个专门的材料科学和技术部，该部门是由之前的凝聚态物质科学部和金属与陶瓷部整合而成的，金属方面的研究涉及合金、材料在极端环境，如高温、强腐蚀性介质、强辐射下的交互以及材料的物理应用，其中包括材料的超导、热电、储氢、光电催化、能源存储性能等。
埃姆斯国家实验室材料制备中心(MPC)对金属的研究开发业界知名的，在2013年1月份，美国能源部宣布在该实验室设立重要材料研究所(CMI)，主要目的是解决维护美国能源安全所需的稀土金属和其他材料短缺的问题。
美国金属加工技术国家中心专业研究范围包括金属的浇铸、半固态、成型、焊接和粉末冶金，其中粉末冶金等静压技术的研究处于前沿。
“钛合金在航空航天领域用得比较多，现在可以用激光以及电子束加工成型，这些金属加工技术是这几年才兴起来的。”前述南洋理工大学研究员向记者表示。
而这位研究员提到的用激光和电子束加工成型的技术正是近年来炒得火热的3D打印，也叫做增材制造。作为科技强国，美国在这方面自然不甘人后，2012年10月，美国在俄亥俄州扬斯顿成立了首个世界前沿的国家增材制造创新研究所(NAMII)。
美国国家增材制造创新研究所由来自行业、学术界、政府和劳动力发展资源领域的成员组成，是奥巴马政府提议在全国建立的15个制造业创新学院的一个。
目前该研究所至少拥有85家公司，主要包括全球知名的特种金属生产商阿勒格尼技术公司、马丁航空公司，以及3D打印公司ExOne公司、波音公司、通用动力、通用电气、IBM等企业，此外，还包括至少13所研究型大学，主要有卡内基-梅隆大学，凯斯西储大学，肯特州立大学，宾夕法尼亚州立大学，罗伯特莫里斯大学，美国里海大学、阿克伦大学，匹兹堡大学、扬斯顿州立大学以及9个社区学院和18个非营利机构。
研究所所有成员的目标是将3D打印技术转变成美国制造技术的主流，而研究所的主管爱德华·莫里斯也表示，美国国家增材制造研究所正探索方法，把美国制造业再次转变成主导全球经济的力量。
公司研究室：3D打印
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改变公司金属加工方法
学术、研究和商业形成一体，相辅相成，不仅是美国众多高校研究所和国家实验室运营模式，美国很多大型公司的研究和生产相结合的模式也日臻成熟，波音公司和通用电气公司是当之无愧的典型。
美国波音公司是世界上航空航天领域规模最大的公司，世界上最大的民用和军用飞机制造商，也是美国国家航空航天局的主要服务提供商。除了设计和生产我们所熟知的民用飞机外，同时也是军用飞机、卫星、导弹防御、人类太空飞行和运载火箭发射领域的全球市场领先者，而且还处于无人驾驶系统军事技术领域的前沿。
波音公司研发机构命名为鬼怪工程部(Phantom Works)，与该研究部产生的各种天马行空的想法相互映衬。
在美国，有4000多名波音员工投身其中成为波音特种工程师，从事着近500个高科技项目的研究。鬼怪工程部的制造加工团队曾率先使用高速加工、搅拌摩擦连接、自动化纤维放置和树脂膜注入缝合的方法生产出结构更强、质量更轻、体积巨大的整块复合金属结构并运用于F/A-18E/F“超黄蜂”舰载战斗机上。
另外一个非常重视前沿金属材料研发和生产的公司是通用电气。打开通用电气公司的增材制造主页，“增材制造正在重塑我们的工作方式”的标语赫然出现。目前，通用电气公司使用了超过300件的3D打印器材。
通用电气研究增材制造有20多年之久，其公司著名的全球研发中心下面专门设有一个增材制造实验室，团队里面包含600名工程师，分布在世界21个点，主要专注于新合金的开发、扩充、加工和运用。
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内蒙古增材制造项目
申报材料
规划设计/ / 投资分析/ / 产业运营
报告说明—
增材制造(AdditiveManufacturing，AM)俗称 3D 打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除-切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。
该增材项目计划总投资 2371.11 万元，其中：固定资产投资 1734.03万元，占项目总投资的 73.13%;流动资金 637.08 万元，占项目总投资的26.87%。
达产年营业收入 5365.00 万元，总成本费用 4101.60 万元，税金及附加 48.18 万元，利润总额 1263.40 万元，利税总额 1485.84 万元，税后净利润 947.55 万元，达产年纳税总额 538.29 万元;达产年投资利润率53.28%，投资利税率 62.66%，投资回报率 39.96%，全部投资回收期 4.00年，提供就业职位 116 个。
增材制造(又称 3D 打印)是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业有代表性的颠覆性技术。
目录
第一章
项目概论
第二章
项目单位概况
第三章
建设必要性分析
第四章
产业分析
第五章
产品规划分析
第六章
项目选址研究
第七章
土建工程设计
第八章
工艺可行性分析
第九章
环境保护概况
第十章
项目安全管理
第十一章
项目风险评价分析
第十二章
节能可行性分析
第十三章
实施安排方案
第十四章
投资方案
第十五章
经济效益可行性
第十六章
总结及建议
第十七章
项目招投标方案
第一章
项目概论
一、项目提出的理由
3D 打印技术，又称增材制造技术，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要组成部分。
2018 年我国增材制造产业规模有望达到 18.3 亿美元左右。另据中国增材制造产业联盟统计，2018 年中国增材制造产业增速维持在 25%以上，同时提供增材制造服务的企业数量已经超过 500 家。
二、项目概况
(一)项目名称
内蒙古增材制造项目
(二)项目选址
xxx 保税区
内蒙古自治区，简称内蒙古，中华人民共和国省级行政区，首府呼和浩特。地处中国北部，地理上位于北纬 37°24′-53°23′，东经97°12′-126°04′之间，东北部与黑龙江、吉林、辽宁、河北交界，南部与山西、陕西、宁夏相邻，西南部与甘肃毗连，北部与俄罗斯、蒙古接壤，属于四大地理区划的西北地区。内蒙古自治区地势由东北向西南斜伸，呈狭长形，全区基本属一个高原型的地貌区，全区涵盖高原、山地、丘陵、
平原、沙漠、河流、湖泊等地貌，气候以温带大陆性气候为主，地跨黄河、额尔古纳河、嫩江、西辽河四大水系。截至 2019 年末，内蒙古总面积118.3 万平方公里，辖 9 个地级市、3 个盟，共有 23 个市辖区、11 个县级市、17 个县、49 个旗，3 个自治旗;常住人口 2539.6 万人;实现地区生产总值 17212.5 亿元，第一产业增加值 1863.2 亿元，增长 2.4%;第二产业增加值 6818.9 亿元，增长 5.7%;第三产业增加值 8530.5 亿元，增长 5.4%。
项目建设区域以城市总体规划为依据，布局相对独立，便于集中开展科研、生产经营和管理活动，并且统筹考虑用地与城市发展的关系，与项目建设地的建成区有较方便的联系。场址应靠近交通运输主干道，具备便利的交通条件，有利于原料和产成品的运输，同时，通讯便捷有利于及时反馈产品市场信息。
(三)项目用地规模
项目总用地面积 6816.74 平方米(折合约 10.22 亩)。
(四)项目用地控制指标
该工程规划建筑系数 68.64%，建筑容积率 1.38，建设区域绿化覆盖率5.67%，固定资产投资强度 169.67 万元/亩。
(五)土建工程指标
项目净用地面积 6816.74 平方米，建筑物基底占地面积 4679.01 平方米，总建筑面积 9407.10 平方米，其中：规划建设主体工程 6738.74 平方米，项目规划绿化面积 533.45 平方米。
(六)设备选型方案
项目计划购置设备共计 87 台(套)，设备购置费 677.52 万元。
(七)节能分析
1、项目年用电量 629772.84 千瓦时，折合 77.40 吨标准煤。
2、项目年总用水量 3214.94 立方米，折合 0.27 吨标准煤。
3、“内蒙古增材制造项目投资建设项目”，年用电量 629772.84 千瓦时，年总用水量 3214.94 立方米，项目年综合总耗能量(当量值)77.67 吨标准煤/年。达产年综合节能量 19.42 吨标准煤/年，项目总节能率 20.77%，能源利用效果良好。
(八)环境保护
项目符合 xxx 保税区发展规划，符合 xxx 保税区产业结构调整规划和国家的产业发展政策;对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。
(九)项目总投资及资金构成
项目预计总投资 2371.11 万元，其中：固定资产投资 1734.03 万元，占项目总投资的 73.13%;流动资金 637.08 万元，占项目总投资的 26.87%。
(十)资金筹措
该项目现阶段投资均由企业自筹。
(十一)项目预期经济效益规划目标
预期达产年营业收入 5365.00 万元，总成本费用 4101.60 万元，税金及附加 48.18 万元，利润总额 1263.40 万元，利税总额 1485.84 万元，税后净利润 947.55 万元，达产年纳税总额 538.29 万元;达产年投资利润率53.28%，投资利税率 62.66%，投资回报率 39.96%，全部投资回收期 4.00年，提供就业职位 116 个。
(十二)进度规划
本期工程项目建设期限规划 12 个月。
三、项目评价
1、本期工程项目符合国家产业发展政策和规划要求，符合 xxx 保税区及 xxx 保税区增材行业布局和结构调整政策;项目的建设对促进 xxx 保税区增材产业结构、技术结构、组织结构、产品结构的调整优化有着积极的推动意义。
2、xxx(集团)有限公司为适应国内外市场需求，拟建“内蒙古增材制造项目”，本期工程项目的建设能够有力促进 xxx 保税区经济发展，为社会提供就业职位 116 个，达产年纳税总额 538.29 万元，可以促进 xxx 保税区区域经济的繁荣发展和社会稳定，为地方财政收入做出积极的贡献。
3、项目达产年投资利润率 53.28%，投资利税率 62.66%，全部投资回报率 39.96%，全部投资回收期 4.00 年，固定资产投资回收期 4.00 年(含建设期)，项目具有较强的盈利能力和抗风险能力。
国家支持民营经济发展，是明确的、一贯的，而且是不断深化的，不是一时的权宜之计，更不是过河拆桥式的策略性利用。对于非公有制经济的地位和作用，“三个没有变”的判断：“非公有制经济在我国经济社会发展中的地位和作用没有变，我们毫不动摇鼓励、支持、引导非公有制经济发展的方针政策没有变，我们致力于为非公有制经济发展营造良好环境和提供更多机会的方针政策没有变。”同时，公有制为主体、多种所有制经济共同发展，是写入党章和宪法的基本经济制度，这是不会变的，也是不能变的。进入新时代，中国的民营经济只会壮大、不会离场，只会越来越好、不会越来越差。中共中央、国务院发布《关于深化投融资体制改革的意见》，提出建立完善企业自主决策、融资渠道畅通，职能转变到位、政府行为规范，宏观调控有效、法治保障健全的新型投融资体制。改善企业投资管理，充分激发社会投资动力和活力，完善政府投资体制，发挥好政府投资的引导和带动作用，创新融资机制，畅通投资项目融资渠道。在我国国民经济和社会发展中，制造业领域民营企业数量占比已达 90%以上，民间投资的比重超过 85%，成为推动制造业发展的重要力量。近年来，受多重因素影响，制造业民间投资增速明显放缓，2015 年首次低于 10%，2016年继续下滑至 3.6%。党中央、国务院高度重视民间投资工作，近年来部署出台了一系列有针对性的政策措施并开展了专项督查，民间投资增速企稳回升，今年 1-10 月，制造业民间投资增长 4.1%，高于去年同期 1.5 个百分点。
加快创新发展，实施人才驱动。坚持把发展的基点放在创新上，大力推进以科技创新为核心的全面创新，着力增强自主创新能力，破除体制机制障碍，最大程度地解放和激发创新活力，加快形成以创新为主要引领和支撑的经济体系和发展方式。大力强化“人才是第一资源”的思想，围绕发展需要和创新方向，着力夯实科教基础，优化人才环境，打造高水平创新人才队伍，为经济社会持续健康发展提供有力支撑。
四、主要经济指标
主要经济指标一览表
序号 项目 单位 指标 备注 1
占地面积
平方米
6816.74
10.22 亩
1.1
容积率
1.38
1.2
建筑系数
68.64%
1.3
投资强度
万元/亩
169.67
1.4
基底面积
平方米
4679.01
1.5
总建筑面积
平方米
9407.10
1.6
绿化面积
平方米
533.45
绿化率 5.67%
2
总投资
万元
2371.11
2.1
固定资产投资
万元
1734.03
2.1.1
土建工程投资
万元
831.93
2.1.1.1
土建工程投资占比
万元
35.09%
2.1.2
设备投资
万元
677.52
2.1.2.1
设备投资占比
28.57%
2.1.3
其它投资
万元
224.58
2.1.3.1
其它投资占比
9.47%
2.1.4
固定资产投资占比
73.13%
2.2
流动资金
万元
637.08
2.2.1
流动资金占比
26.87%
3
收入
万元
5365.00
4
总成本
万元
4101.60
5
利润总额
万元
1263.40
6
净利润
万元
947.55
7
所得税
万元
1.38
8
增值税
万元
174.26
9
税金及附加
万元
48.18
10
纳税总额
万元
538.29
11
利税总额
万元
1485.84
12
投资利润率
53.28%
13
投资利税率
62.66%
14
投资回报率
39.96%
15
回收期
年
4.00
16
设备数量
台(套)
87
17
年用电量
千瓦时
629772.84
18
年用水量
立方米
3214.94
19
总能耗
吨标准煤
77.67
20
节能率
20.77%
21
节能量
吨标准煤
19.42
22
员工数量
人
116
第二章
项目单位概况
一、项目承办单位基本情况
(一)公司名称
xxx 投资公司
(二)公司简介
本公司秉承“以人为本、品质为本”的发展理念，倡导“诚信尊重”的企业情怀;坚持“品质营造未来，细节决定成败”为质量方针;以“真诚服务赢得市场，以优质品质谋求发展”的营销思路;以科学发展观纵观全局，争取实现行业领军、技术领先、产品领跑的发展目标。
本公司秉承“顾客至上，锐意进取”的经营理念，坚持“客户第一”的原则为广大客户提供优质的服务。公司坚持“责任+爱心”的服务理念，将诚信经营、诚信服务作为企业立世之本，在服务社会、方便大众中赢得信誉、赢得市场。“满足社会和业主的需要，是我们不懈的追求”的企业观念，面对经济发展步入快车道的良好机遇，正以高昂的热情投身于建设宏伟大业。通过持续快速发展，公司经济规模和综合实力不断增长，企业贡献力和影响力大幅提升。
本公司集研发、生产、销售为一体。公司拥有雄厚的技术力量，先进的生产设备以及完善、科学的管理体系。面对科技高速发展的二十一世纪，本公司不断创新，勇于开拓，以优质的产品、广泛的营销网络、优
良的售后服务赢得了市场。产品不仅畅销国内，还出口全球几十个国家和地区，深受国内外用户的一致好评。
公司在管理模式、组织结构、激励制度、科技创新等方面严格按照科技型现代企业要求执行，并根据公司所具优势定位于高技术附加值产品的研制、生产和营销，以新产品开拓市场，以优质服务参与竞争。强调产品开发和市场营销的科技型企业的组织框架已经建立，主要岗位已配备专业学科人员，包括科技奖励政策在内的企业各方面管理制度运作效果良好。管理制度的先进性和创新性，极大地激发和调动了广大员工的工作热情，吸引了较多适用人才，并通过科研开发、生产经营得以释放，因此，项目承办单位较好的经济效益和社会效益。公司是按照现代企业制度建立的有限责任公司，公司最高机构为股东大会，日常经营管理为总经理负责制，企业设有技术、质量、采购、销售、客户服务、生产、综合管理、后勤及财务等部门，公司致力于为市场提供品质优良的项目产品，凭借强大的技术支持和全新服务理念，不断为顾客提供系统的解决方案、优质的产品和贴心的服务。公司拥有优秀的管理团队和较高的员工素质，在职员工约 600人，80%以上为技术及管理人员，85%以上人员有大专以上学历。
二、公司经济效益分析
上一，xxx(集团)有限公司实现营业收入 5792.53 万元，同比增长 15.13%(761.03 万元)。其中，主营业业务增材生产及销售收入为
5074.57 万元，占营业总收入的 87.61%。
上营收情况一览表
序号 项目 第一季度 第二季度 第三季度 第四季度 合计 1
营业收入
1216.43
1621.91
1506.06
1448.13
5792.53
2
主营业务收入
1065.66
1420.88
1319.39
1268.64
5074.57
2.1
增材(A)
351.67
468.89
435.40
418.65
1674.61
2.2
增材(B)
245.10
326.80
303.46
291.79
1167.15
2.3
增材(C)
181.16
241.55
224.30
215.67
862.68
2.4
增材(D)
127.88
170.51
158.33
152.24
608.95
2.5
增材(E)
85.25
113.67
105.55
101.49
405.97
2.6
增材(F)
53.28
71.04
65.97
63.43
253.73
2.7
增材(...)
21.31
28.42
26.39
25.37
101.49
3
其他业务收入
150.77
201.03
186.67
179.49
717.96
根据初步统计测算，公司实现利润总额 1280.44 万元，较去年同期相比增长 274.71 万元，增长率 27.31%;实现净利润 960.33 万元，较去年同期相比增长 156.30 万元，增长率 19.44%。
上主要经济指标
项目 单位 指标 完成营业收入
万元
5792.53
完成主营业务收入
万元
5074.57
主营业务收入占比
87.61%
营业收入增长率(同比)
15.13%
营业收入增长量(同比)
万元
761.03
利润总额
万元
1280.44
利润总额增长率
27.31%
利润总额增长量
万元
274.71
净利润
万元
960.33
净利润增长率
19.44%
净利润增长量
万元
156.30
投资利润率
58.61%
投资回报率
43.96%
财务内部收益率
27.63%
企业总资产
万元
5539.07
流动资产总额占比
万元
31.73%
流动资产总额
万元
1757.45
资产负债率
42.34%
第三章
建设必要性分析
一、增材项目背景分析
增材制造(又称 3D 打印)是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业有代表性的颠覆性技术。
3D 打印的工作原理是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件将其离散分解成若干层平面切片，由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将材料进行逐层堆积黏结，叠加成型，制造出实体产品。
3D 打印行业产业链从上中下游来看，上游为塑料、金属、蜡、石膏、砂等其他各种材料。中游为 3D 打印设备及技术，下游则为制造、医疗、建筑、军事等应用领域。
上游：塑料、金属、蜡、石膏、砂等其他各种材料。不同的 3D 打印技术，对材料的要求也有所不同，例如光聚合成型主要以液态光敏树脂为主要材料;颗粒物成型的主要材料为金属、塑料、陶瓷等;而熔融层积型的适用材料为塑料等混合物。
中游：3D 打印的中游为设备研发及制造。目前，3D 打印设备主要分为桌面级和工业级两种。桌面级是 3D 打印技术的初级阶段，可以直观地阐述 3D 打印技术的工艺原理;工业级的 3D 打印设备主要分为快速原型制造和直接产品制造，两者在打印速度、精确度、尺寸等方面各有不同。
下游：主要是 3D 打印服务，延伸到各个细分的实际应用方向，其中包括制造、医疗、军事、建筑等领域均有所应用。随着 3D 打印行业的快速发展，3D 打印技术应用场景将不断拓展。
2018 年中国 3D 打印市场规模达到 23.6 亿元，同比增长近 42%。伴随着中国 3D 打印技术的相应成熟，在航天航空，汽车等行业需求将持续增加，预计 2019 年中国 3D 打印市场规模将近 30 亿元。
3D 打印机主要分为消费级和工业级。工业级 3D 打印机速度更快、精度更高，在航空航天、汽车制造、医疗等领域广泛应用。目前，工业级 3D 打印机在国内 3D 打印市场结构中，从销售收入来看占比远超消费级 3D 打印机。
我国高度重视增材制造产业，计划到 2020 年，增材制造产业年销售收入超过 200 亿元，年均增速在 30%以上。关键核心技术达到国际同步发展水平，工艺装备基本满足行业应用需求，生态体系建设显著完善，在部分领域实现规模化应用，国际发展能力明显提升。
二、增材项目建设必要性分析
增材制造(AdditiveManufacturing，AM)俗称 3D 打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除-切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。
这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。
自 1986 年，美国科学家 CharlesHull 获得 SLA 技术发明专利，并成立全球首家增材制造公司 3DSystems 开始，3D 打印产业拉开了帷幕。
3D 打印是集材料、3D 打印设备研发以及下游应用的产业。上游为3D 打印材料研发制造层，包括辅助运行(三维扫描仪、控制软件等)、基础配套(步进电机、芯片等)和打印材料(钛合金、金属粉、尼龙材料等)。中游为 3D 打印设备研发制造，下游为应用领域，3D 打印主要应用场景于航空航天、模具铸造、生物医疗、汽车领域等。
3D 打印设备主要分为桌面级和工业级两种。桌面级是 3D 打印技术的初级阶段和入门阶段，能够很直观地阐述 3D 打印技术的工艺原理。工业级的 3D 打印机主要分为快速原型制造和直接产品制造两种。两者在打印精度、速度、尺寸等各方面都有不同，其中，打印支撑和打印实体可分参数打印的设计是区分工业机和桌面机的最重要标志。
3D 打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D 打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。
由于我国近年才引入 3D 打印技术，与国外相比差距非常大，目前全球已经发展至金属 3D 打印、高分子 3D 打印、陶瓷 3D 打印以及生物3D 打印技术，我国则主要在层压、激光灯。不过近年来我国生物 3D 打印技术不断获得突破，推进了 3D 打印医疗器械、人工组织器官的临床转化进程。
我国 3D 打印从 1988 年发展至今，呈现出不断深化、不断扩大应用的态势。2015-2017 年的 3 年间，中国 3D 打印产业规模实现了翻倍增长，年均增速超过 25%。2017 年，中国 3D 打印领域相关企业超过500 家，产业规模已达 100 亿元，增速略微放缓至 25%左右，但仍高于全球 4 个百分点。2018 年上半年，中国 3D 打印产业维持 25%以上增速，2018 年整体规模有望达到 18.3 亿美元。
3D 打印应用领域广泛，其在下游应用行业和具体用途领域的分布反映了这一技术具有的优势和特点，同时也反映了这一技术的局限和在发展过程中尚需完善的地方。3D 打印机需求量较大的行业包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。目前，应用领域排名前三的是工业机械、航空航天和汽车，分别占市场份额的 20.0%、16.6%和 13.8%。
从 3D 打印机类型来看，2017 年，国内桌面 3D 打印机出货量增长27%，其中约 95%是个人或桌面打印机，工业级 3D 打印机出货量虽只增加了 5%。但从销售收入来看，工业级 3D 打印机占总收入的 80%。所以，虽然消费级设备支撑了出货量，但工业级设备支撑了整个行业的销售收入，未来工业级 3D 打印设备是行业收入增长的主力军。
近几年来，我国 3D 打印市场呈现出稳中向好的态势。因此，越来越多的企业想要分这块大蛋糕，纷纷进入该领域，目前中国所有 3D 打印相关企业中，约有 46.9%是 2016 年以后进入 3D 打印市场的。当前中国市场的主流设备品牌包括联泰、EOS、华曙、铂力特、3DSystems、GE、Stratasys、惠普等，多为国外品牌。
我国 3D 打印产业虽然取得了长足的发展，但发达国家还有较大差距，关键技术滞后、关键装备与核心器件严重依赖进口的问题依然较为突出。此外，中国的专用材料发展滞后，目前国内只开发出钛合金、高强钢等几十种金属，材料成形品性能普遍不高。而行业领军企业及巴斯夫等材料企业纷纷布局专用材料领域，突破一批新型高分子复合材料、高性能合金材料、生物活性材料、陶瓷材料等专用材料。
第四章
产业分析
一、增材行业分析
3D 打印技术，又称增材制造技术，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要组成部分。
与传统铸造技术相比，3D 打印技术最大的优势在于不需要模具即可实现各种形状产品的制造。因此，3D 打印技术特别适合应用于利用模具铸造困难、形状复杂、个性化强的产品。传统制造技术中，单个模具价格很高、加工周期长，但使用模具有助于提高产品的一致性，便于流水线生产，降低批量生产的成本。另一方面，由于研发阶段产品外形常需多次调试，研发阶段所用模具无法应用于随后的生产中，故模具的使用也大大提高研发成本。3D 打印技术特别适合此类产品的研发，大大缩短研发周期，降低研发成本。
对于一切外形定制化、个性化的产品，3D 打印技术均显示出巨大优势。目前，3D 打印技术已被应用于医疗、模型制造、复杂零件制造、航空航天等领域，表现出巨大潜力。从以上意义上讲，3D 打印技术的
出现，首先是一种生产方式的创新，解决了传统铸造弊端及其无法解决的问题。
从更广阔的层面思考，3D 打印技术更是一种革命。3D 打印技术的应用可满足消费者的定制化需求，将其与互联网、物联网、智能物流结合，则有可能催化产生全新的生产模式和商业模式。
在传统生产方式的前提下，每个产业存在从原材料供应商→生产商→品牌商→分销商→零售商→消费者的价值链条，在这样的链条中，每一个节点满足其下一个节点的需求，最终由零售商满足消费者的需求，由消费者产生的消费需求无法直接传导至生产商。随着互联网技术和理念的成熟，目前已允许消费者将消费需求直接传导给生产商、品牌商，甚至原材料供应商。3D 打印的广泛应用，恰能帮助上述信息的直接传导产生直接的价值，即每个节点可能直接为消费需求负责，从而形成有别于传统“价值链”的“价值网”。
由价值链向价值网转变，是在当今市场、科技等大背景下的必然趋势，而缺少了 3D 打印技术，此转变无法实现。
目前，3D 打印技术仍处于技术发展阶段;也由于受到技术的限制，3D 打印对新的商业模式参与仍较少。整个 3D 打印市场可分为上游 3D
打印原材料、中游 3D 打印机制造、下游 3D 打印服务、以及外围技术培训等。
对于一个较成熟的产业，往往是由下游需求带动上游的供应，继而带动周边产品;而对于技术仍处于发展当中、市场仍待发育的 3D 打印产业来讲，境况有所不同，即：目前 3D 打印的发展仍然受到 3D 打印原材料发展及 3D 打印机技术发展的制约。可用的原材料，在很大程度上决定了对应可用的 3D 打印技术，进而决定了相关产品可应用于何种领域;某些领域虽然也符合定制化、个性化等特征，但由于其对应的原材料无法在现有的 3D 打印技术下进行加工，市场就无法放开。例如，铝合金是目前使用最广泛的结构材料，但目前可用于 3D 打印的铝合金仅 1-2 种。
原材料的发展仍是制约 3D 打印技术广泛应用的主要因素。按照所使用的原材料不同，可将 3D 技术分为金属 3D 打印、高分子 3D 打印、陶瓷 3D 打印、生物 3D 打印等。其中金属 3D 打印技术多属于工业级，其壁垒远高于高分子 3D 打印;而陶瓷、生物 3D 打印技术仍多处于研发状态。
目前无论是 3D 打印技术，还是相关市场都处于急速发展期。2011年全球 3D 打印行业整体收入约 17.14 亿美元，到 2015 年行业整体收
入已达到 51.65 亿美元，近五年年均增速超过 30%。未来几年高增速有望持续，到 2018 年，全球 3D 打印行业整体收入将超过 100 亿美元，我国 3D 打印市场有望超过 100 亿人民币;目前正是布局 3D 打印产业的最佳时期。
从整个产业链来看，上游 3D 打印材料和中游 3D 打印设备制造的产值分别占整个 3D 打印市场的 37%和 39%，远高于 3D 打印服务 24%。这一分布特征也表现了材料和技术发展先于市场培育的特征。
在我国产业升级的大变革背景下，3D 打印技术自然而然得到国家层面的重视。特别是 2015 年工信部发布《国家增材制造(3D 打印)产业发展推进计划(2015-2016)》，首次明确将 3D 打印列入了国家战略层面，指出对 3D 产业的发展做出了整体计划。到 2016 年，初步建立较为完善的增材制造产业体系，整体技术水平保持与国际同步，在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平，在国际市场上占有较大的市场份额。
目前来看，3D 打印发展迅速，但也受到一定的制约，产业发展规模仍较小。根据我们的分析，原材料开发壁垒远高于提供 3D 打印服务的壁垒，原材料的发展仍是主要的 3D 打印技术发展的主要制约因素。发力原材料，特别是金属原材料，将有可能获得产业链中的最厚利润。
《国家增材制造(3D 打印)产业发展推进计划(2015-2016)》也指出，3D 打印产业的发展，应“以材料研发作为突破口，鼓励优势材料企业从事 3D 打印专用材料研发和生产，针对航空航天、汽车、文化创意、生物医疗等领域的重大需求，突破一批 3D 打印专用材料。”为此，我们认为应首先看好上游材料的发展;对于下游，我们看好 3D 打印技术在附加价值更高的航空航天、医疗等领域的应用。
二、增材市场分析预测
2018 年我国增材制造产业规模有望达到 18.3 亿美元左右。另据中国增材制造产业联盟统计，2018 年中国增材制造产业增速维持在 25%以上，同时提供增材制造服务的企业数量已经超过 500 家。
事实上，中国增材制造技术经过近三十年的发展，从基础理论研究到关键设备的自主研发再到应用领域的不断拓展，都取得了较为丰硕的成果。
在我国，增材制造技术经过多年的发展，已经形成了一条完整的生态链。经过相关查阅资料，当下业界对增材制造技术的生态链有两种表述，一种是增材制造技术的生态链主要涉及逆向工程、软件提供商、服务提供商、系统提供商和材料五个部分;另一种是将增材制造技术的生态链概括为上游、中游、下游三层。其中，上游为增材制造
材料与软件的研发制造层，中游为增材制造设备研发制造层，下游为面向消费者和企业的应用层。
材料是增材制造技术发展的重要物质基础，材料的性能决定了增材制造能否有更广泛的应用。发展至今，增材制造的材料种类已从过去的塑料成型扩展到了树脂、石墨、陶瓷、金属以及有机生物材料。根据 3D 科学谷的市场调研，当前中国增材制造市场在树脂、尼龙、PLA、钛合金、不锈钢等材料的需求上占主导地位。
总体上，我国增材制造材料发展较为迅速，生产商大都围绕增材制造设备以及应用展开对材料体系的研制，另外还有一些从事化工龙头的企业加入。
目前，国内从事增材制造材料生产的代表企业有银禧科技(塑料)、瑞熙钛业(钛及钛合金)、铂力特(金属)、飞而康(金属)、华曙高科(尼龙和金属)、联泰科技(树脂)、极光尔沃(PLA)、闪铸科技(ABS 和 PLA)、金石三维(光敏树脂和 ABS)、盈普(高分子粉体)、中瑞科技(树脂、金属、尼龙、陶瓷、覆膜砂等)、迅实科技(光敏树脂和光固化蜡)、长朗科技(热塑性塑料)、敬业增材(金属粉末)、赛隆金属(金属粉末及粉末冶金制品)、光华伟业(PLA)、万华化学(光敏树脂和 TPU)、捷诺飞(生物材料)等。
与国外发达国家相比，增材制造软件依然是我国整个增材制造技术生态链发展的短板。尽管我国已经意识到软件在增材制造过程中的重要性，但我国的增材制造软件开发，在学术方面，更多是集中在科研课题和国家重点项目上;商业方面，通用型的增材制造软件我国依然匮乏，期待未来能有国有软件厂商能打破这一僵局。
当前光固化的设备占据中国市场主流，占比为 39.8%，其次是选择性激光熔化及材料挤出设备。事实上，自 20 世纪 80 年代中期 SLA 成型技术发展以来，国内外已经出现了十几种不同的增材制造成型技术，目前在我国主流的增材制造技术包括 SLA 技术、SLM 技术、SLS 技术、DLP 技术、FDM 技术、LMD 技术等。
具体而言，国内 SLM 设备制造的厂商主要包括铂力特、永年激光、汉邦科技、金石三维、易加三维、数造科技、西帝摩等;SLS 设备制造厂商以银禧科技、华曙高科、华科三维、盈普、中瑞科技、隆源成型、易博三维等为代表;SLA 设备制造厂商主要有联泰科技、极光尔沃、中瑞科技、金石三维、数造科技、长朗三维等;DLP 设备制造厂商则以黑格科技、创必得、大族激光、闪铸科技、迅实科技、先临三维、恒通等为代表;FDM 设备制造的典型厂商有弘瑞、创必得、西通电子、德迪、
先临三维、长朗三维等;LMD 设备制造的厂商代表有煜宸激光、鑫精合、辉锐集团、天弘激光等。
中国增材制造技术正处于快速发展初期，整个行业“小而散、同质化”的现象较为严重，即企业数量越来越多，但真正上规模的少，大部分企业都是在靠卖设备生存。与发达国家相比，我国的增材制造生态链建设在材料、软件、成型技术、服务等指标上还有很大差距。
因此，我国增材制造技术的规模化应用，还有很长的路要走。围绕增材制造技术的生态链，接下来几年会有更多的企业通过不断攻克新技术、建立新的合作伙伴关系，引导增材制造技术进一步向生产制造方向演化。同时，随着物联网、机器学习和人工智能等技术的发展，未来增材制造有望真正以附加值创造的方式与传统制造业深度结合，重塑企业的竞争力。
第五章
产品规划分析
一、产品规 划
项目主要产品为增材，根据市场情况，预计年产值 5365.00 万元。
采取灵活的定价办法，项目承办单位应当依据原辅材料的价格、加工内容、需求对象和市场动态原则，以盈利为目标，经过科学测算，确定项
目产品销售价格，为了迅速进入市场并保持竞争能力，项目产品一上市，可以采取灵活的价格策略，迅速提升项目承办单位的知名度和项目产品的美誉度。
二、建设规模
(一)用地规模
该项目总征地面积 6816.74 平方米(折合约 10.22 亩)，其中：净用地面积 6816.74 平方米(红线范围折合约 10.22 亩)。项目规划总建筑面积 9407.10 平方米，其中：规划建设主体工程 6738.74 平方米，计容建筑面积 9407.10 平方米;预计建筑工程投资 831.93 万元。
(二)设备购置
项目计划购置设备共计 87 台(套)，设备购置费 677.52 万元。
(三)产能规模
项目计划总投资 2371.11 万元;预计年实现营业收入 5365.00 万元。
第六章
项目选址研究
一、项目选址
该项目选址位于 xxx 保税区。
内蒙古自治区，简称内蒙古，中华人民共和国省级行政区，首府呼和浩特。地处中国北部，地理上位于北纬 37°24′-53°23′，东经97°12′-126°04′之间，东北部与黑龙江、吉林、辽宁、河北交界，南部与山西、陕西、宁夏相邻，西南部与甘肃毗连，北部与俄罗斯、蒙古接壤，属于四大地理区划的西北地区。内蒙古自治区地势由东北向西南斜伸，呈狭长形，全区基本属一个高原型的地貌区，全区涵盖高原、山地、丘陵、平原、沙漠、河流、湖泊等地貌，气候以温带大陆性气候为主，地跨黄河、额尔古纳河、嫩江、西辽河四大水系。截至 2019 年末，内蒙古总面积118.3 万平方公里，辖 9 个地级市、3 个盟，共有 23 个市辖区、11 个县级市、17 个县、49 个旗，3 个自治旗;常住人口 2539.6 万人;实现地区生产总值 17212.5 亿元，第一产业增加值 1863.2 亿元，增长 2.4%;第二产业增加值 6818.9 亿元，增长 5.7%;第三产业增加值 8530.5 亿元，增长 5.4%。
园区是 1999 月被省政府批准的省级园区。园区规划面积 15 平方公里。全区工业企业 300 家，其中“三资”企业 65 家，骨干企业 20 家，工业总产值 80 亿元，比上年增长 11.3%。园区始终把招商引资工作放在首位，2016 年利用外资 6000 万元，今年到位境外资金 8500 万元，建成和正在建设的合资项目 25 个。通过几年发展，我市装备制造业规模不断扩大、产品种类逐步增多、产品档次不断提升，初步形成了以乘用车、重型汽车、专用车及零部件为主的汽车制造，以煤炭综采设备为主的煤矿及矿用设备制造，以风机整机组装及叶片、塔筒等零部件制造为主的风力发电设备制造
和以压力容器为主的化工设备制造的装备制造产业体系。园区规划面积 50平方公里，启动区面积为 10 平方公里，处于多条高速公路交织地带，是贵州省东西、南北交通节点城市，也是陆路出海通道必经之地。铁路与公路交通极其便利。目前园区内已成为全省重要的经济增长极，是发挥自身资源优势与产业集群效应的重要平台。
项目建设区域以城市总体规划为依据，布局相对独立，便于集中开展科研、生产经营和管理活动，并且统筹考虑用地与城市发展的关系，与项目建设地的建成区有较方便的联系。场址应靠近交通运输主干道，具备便利的交通条件，有利于原料和产成品的运输，同时，通讯便捷有利于及时反馈产品市场信息。
项目周边市场存在着巨大的项目产品需求空间，与此同时，项目建设地也成为资本市场追逐的热点，而且项目已经列入当地经济总体发展规划和项目建设地发展规划，符合地区规划要求。
二、用地控制指标
投资项目占地税收产出率符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24 号)中规定的产品制造行业占地税收产出率≥150.00 万元/公顷的规定;同时，满足项目建设地确定的“占地税收产出率≥150.00 万元/公顷”的具体要求。建设项目平面布置符合行业厂房建设和单位面积产能设计规定标准，达到《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24 号)文件规定的具体要求。投资项目土地综合利用
率 100.00%，完全符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24 号)中规定的产品制造行业土地综合利用率≥90.00%的规定;同时，满足项目建设地确定的“土地综合利用率≥95.00%”的具体要求。
三、地总体要求
本期工程项目建设规划建筑系数 68.64%，建筑容积率 1.38，建设区域绿化覆盖率 5.67%，固定资产投资强度 169.67 万元/亩。
土建工程投资一览表
序号 项目 单位 指标 备注 1
占地面积
平方米
6816.74
10.22 亩
2
基底面积
平方米
4679.01
3
建筑面积
平方米
9407.10
831.93 万元
4
容积率
1.38
5
建筑系数
68.64%
6
主体工程
平方米
6738.74
7
绿化面积
平方米
533.45
8
绿化率
5.67%
9
投资强度
万元/亩
169.67
四、节约用地措施
土地既是人类赖以生存的物质基础，也是社会经济可持续发展必不可少的条件，因此，项目承办单位在利用土地资源时，严格执行国家有关行
业规定的用地指标，根据建设内容、规模和建设方案，按照国家有关节约土地资源要求，合理利用土地。投资项目建设认真贯彻执行专业化生产的原则，除了主要生产过程和关键工序由项目承办单位实施外，其他附属商品采取外协(外购)的方式，从而减少重复建设，节约了资金、能源和土地资源。
五、总图布置方案
1、按照建(构)筑物的生产性质和使用功能，项目总体设计根据物流关系将场区划分为生产区、办公生活区、公用设施区等三个功能区，要求功能分区明确，人流、物流便捷流畅，生产工艺流程顺畅简捷;这样布置既能充分利用现有场地，有利于生产设施的联系，又有利于外部水、电、气等能源的接入，管线敷设短捷，相互联系方便。按照建(构)筑物的生产性质和使用功能，项目总体设计根据物流关系将场区划分为生产区、办公生活区、公用设施区等三个功能区，要求功能分区明确，人流、物流便捷流畅，生产工艺流程顺畅简捷;这样布置既能充分利用现有场地，有利于生产设施的联系，又有利于外部水、电、气等能源的接入，管线敷设短捷，相互联系方便。
场区道路布置满足安装、检修、运输和消防的要求，使货物运输顺畅，合理分散物流和人流，尽量避免或减少交叉，使主要人流、物流路线短捷、运输安全。
2、场区绿化设计要达到“营造严谨开放的交流环境，催人奋进的工作环境，舒适宜人的休闲环境，和谐统一的生态环境”之目的。
消防水源采用低压制，同一时间内按火灾一次考虑，室内外均设环状消防管网，室外消火栓间距不大于 100.00 米，消火栓距道路边不大于 2.00米。场内供水采用生活供水系统、消防供水系统、生产补给水系统，消防供水系统在场区内形成供水管网。
3、投资项目消防对象主要是厂房、库房、办公场地等;因此，室外消防用水量按 25.00L/S，火灾延续时间按 2.00 小时计，同一时间发生火灾次数按一次考虑;室内消防栓用水量 15.00L/S，火灾延续时间按 2.00 小时计，室内外的消防栓均按规范间距要求布置。
投资项目供电负荷等级为Ⅲ级，场区降压站电源取自国家电网，电源符合国家标准《供配电系统设计规范》(GB50052)的规定。
4、短距离的运输任务将利用社会运力解决，基本可以满足各类运输需求，因此，投资项目不考虑增加汽车运输设备。场内运输系统的设计要注意物料支撑状态的选择，尽量做到物料不落地，使之有利于搬运;运输线路的布置，应尽量减少货流与人流相交叉，以保证运输的安全。外部运输应尽量依托社会运输力量，从而减少固定资产投资;主要产成品、大宗原材料的运输，应避免多次倒运，从而降低运输成本且提高运输效率。
车间采用传统的热水循环取暖形式，其他厂房及办公室采用燃气辐射采暖形式。有空调要求的办公室和生活间夏季设置空调，空调温度范围要求为 26.00℃-28.00℃，空调设备采用分体式空调控制器。
六、选址综合评价
该项目拟选址在项目建设地，所选区域土地资源充裕，而且地理位置优越、地形平坦、土地平整、交通运输条件便利、配套设施齐全，符合项目选址要求。项目承办单位通过对可供选择的建设地区进行缜密比选后，充分考虑了项目拟建区域的交通条件、土地取得成本及职工交通便利条件，项目经营期所需的内外部条件：距原料产地的远近、企业劳动力成本、生产成本以及拟建区域产业配套情况、基础设施条件等，通过建设条件比选最终选定的项目最佳建设地点―项目建设地，投资项目建设区域供电、供水、道路、照明、供汽、供气、通讯网络、施工环境等条件均较好，可保证项目的建设和正常经营，所选区域完善的基础设施和配套的生活设施为项目建设提供了良好的投资环境。
第七章
土建工程设计
一、建筑工程设计原则
建筑物平面设计以满足生产工艺要求为前提，力求生产流程布置合理，尽量做到人货分流，功能分区明确，符合《建筑设计防火规范》(GB50016)要求。项目承办单位本着“适用、安全、经济、美观”的原则并遵照国家建筑设计规范进行项目建筑工程设计;在满足投资项目生产工艺设备要求的前提下，力求布局合理、造型美观、色彩协调、施工方便，努力建设既有时代感又有地方特色的工业建筑群的新形象。
应留有发展或改、扩建余地。应有完整的绿化规划。功能分区合理，人流、车流、物流路线清楚，避免或减少交叉。建筑布局紧凑、交通便捷、管理方便。本次设计融入了全新的设计理念，以建设和谐企业为前提条件，以建筑“功能、美观、经济”三要素前提为出发点，全盘考虑场区可持续发展、建筑节能等各方面要素，极力打造一个功能先进、生产高效的现代化企业。
二、土建工程设计年限及安全等级
建筑结构的安全等级是根据建筑物结构破坏可能产生的后果(危及人的生命、造成经济损失)的严重性来划分的，本工程结构安全等级设计为Ⅰ级。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011)的规定，投资项目建筑物结构设计符合根据《建筑抗震设计规范》(GB50011)的规定，投资项目建筑物结构设计符合Ⅷ度抗震设防的要求，基本地震加速度值为 0.20g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为乙类，各建筑物均采取相应抗震构造设计。
三、建筑工程设计总体要求
建筑设计是根据生产工艺提出的设计条件结合总图位置，进行平面布局，空间组合，结构选型，全面考虑施工、安装及检修要求，既要充分满足生产经营要求，又要注重建筑的形象。该项目建筑设计及结构设计在满足生产工艺要求的前提下，尽量贯彻工业厂房联合化、露天化、结构轻型化原则，并注意因地制宜。对采光通风、保温隔热、防火、防腐、抗震等均按国家现行规范、规程和规定执行，努力做到场房设计保障安全、技术先进、经济合理、美观适用，同时方便施工、安装和维修。
四、土建工程建设指标
本期工程项目预计总建筑面积 9407.10 平方米，其中：计容建筑面积9407.10 平方米，计划建筑工程投资 831.93 万元，占项目总投资的 35.09%。
第八章
工艺可行性分析
一、技术管理特点
按目前市场的需求情况，原料存储时间约为 20-30 天，存放在原料仓库内;投资项目将建设原料仓库和辅助材料仓库，以满足投资项目生产的需要。验收材料应根据领料单或原始凭证进行清点实测验收，发现规格、质量、数量不符等问题应及时与有关人员联系处理;做好原辅材料原始记
录和资料积累，及时准确地做好月报、季报和各种统计报表工作。所需原料应经济易得，就不同原料的投资、成本、生产效率进行比较，选择最为适合、最经济的原料。
项目产品流程化设计：在设计阶段引入 CAE 分析，避免过多的“设计―分析循环”，明显减少设计总费用和设计周期。产品的流程化设计包括从三维的几何造型设计、ANSYS 分析到产品实验，通过 CAD 和 CAE 的平滑过度双向互动，进而避免 CAD 与 CAE 的重复工作，提高设计效率，通过流程化控制提高设计制造质量的稳定性。投资项目原材料采购和使用均由产品数据管理技术(PDM)软件支持，并且完整地与企业资源计划(ERP)软件结合起来，在相关行业实现较高程度的技术信息化管理。项目产品制造执行系统(MES)：制造执行系统的作用是在项目承办单位信息系统中承上启下，在生产过程与管理之间架起了一座信息沟通的桥梁，对生产过程进行及时响应，使用准确的数据对生产过程进行控制和调整。
二、项目工艺技术设计方案
工艺技术先进性与适用性相结合的原则：项目产品生产技术含量较高而产品质量的稳定性、可靠性却取决于其生产技术及采用工艺是否先进;为适应市场竞争要求，根据项目项目产品生产纲领、生产特性并结合项目承办单位的自身条件，本着高起点、高效率的设计原则，采用先进、可靠、适用技术，制订合理、简捷、科学先进的生产工艺，确保产品质量稳定可靠。对于项...
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