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超音速激光沉积(SLD)技术是近几年发展起来的一种新型的激光复合制造技术，在表面改性领域引起了国内外学者的广泛关注，该技术已被列为中国大百科全书(第三版)机械工程分卷高能束方向的词条之一。它在冷喷涂(CS)过程中利用高功率激光同步加热喷涂颗粒和基体，使两者得到有效软化，以增强颗粒的变形能力，大大降低颗粒所需的临界沉积速度。由于临界沉积速度得以降低，因此可用价格廉价的氮气或压缩空气替代昂贵的氦气来加速喷涂颗粒，实现硬质材料的沉积，在降低成本的同时扩大了冷喷涂技术可沉积材料的范围。[图片] 1.SLD技术原理和特征SLD技术是基于冷喷涂发展起来的一种新型的激光复合制造技术。英国剑桥大学的William O'Neill课题组提出将激光加热与冷喷涂同步耦合的SLD技术，其原理示意图如图1所示。在该技术中，高压气流(压缩空气或者氮气)分为两路：一路通过送粉器携带喷涂颗粒进入混合腔，另一路通过气体加热器进行预热，然后在混合腔内与携带喷涂颗粒的气流充分混合，形成气固两相流。混合后的气固两相流进入拉瓦尔喷嘴加速，喷涂颗粒以超音速撞击激光同步加热的基体表面形成沉积层。激光头与基体表面的法线呈一定的角度，拉瓦尔喷嘴与基体表面垂直，激光束与喷涂粉末会有部分重叠，因此激光不仅能对基体表面区域加热，还能对喷涂粉末进行预热，可以对二者起到软化的作用。喷涂区域的沉积温度可以通过红外高温仪实时监控，并可以通过闭环反馈系统实时调节激光的输出功率，保证沉积层制备过程中的沉积温度恒定。[图片]图1 SLD原理示意图SLD技术与单一冷喷涂或单一激光熔覆(LC)、热喷涂等技术相比，具有如下的技术特征：1) SLD技术是基于冷喷涂技术发展起来的材料沉积技术，不存在熔化凝固引起的冶金相变，可保持原始粉末成分不变; 同时，沉积效率大幅提升，有望达到现有单一激光沉积制造的4~10倍。2) 由于沉积过程中仍然保持了冷喷涂低热量输入的沉积特性，材料的沉积温度远低于LC、热喷涂等技术，因此可有效避免高热输入中存在的相变、变形、开裂等热致不良影响，尤其是在沉积一些热敏感材料时，优势更为明显。同时，在SLD过程中，由于激光的加热作用，沉积粉末和基体材料得到有效软化，增加了粉末和基体材料的塑性变形能力，因此所制备的沉积层较单一冷喷涂沉积层更致密，结合强度更高，有望获得高性能的沉积层。3) SLD技术由于激光的引入，沉积粉末的临界沉积速率较单一冷喷涂大大降低，可以在较低的撞击速率下形成沉积层。因此，可用压缩空气或氮气替代价格昂贵的氦气作为载气，从而大大降低制造成本。此外，临界沉积速率的降低可以提高沉积粉末的沉积效率和利用率，从而降低材料成本。2.SLD沉积层材料的范围SLD技术由于结合了冷喷涂与激光技术的优势，可在不同的基材上制备单一材料沉积层或复合材料沉积层。表1是目前文献报道的利用SLD技术所制备的沉积层的概况。[图片] 作者课题组利用SLD技术成功制备了无石墨化、无开裂、高金刚石含量的Diamond/Ni60复合沉积层，这是单一LC或单一冷喷涂技术无法实现的。金刚石在高温、氧化气氛中易发生石墨化相变和氧化烧蚀，Ni60在LC过程中具有较高的裂纹敏感性，因此，采用基于材料高温熔融过程的LC技术难以获得高质量的Diamond/Ni60复合沉积层。而冷喷涂技术是依赖材料塑性变形实现沉积的，难以制备高硬度、低塑性的材料沉积层。虽然已有人采用冷喷涂技术成功制备了金属基金刚石复合沉积层，但这些复合沉积层都以软质金属作为黏结相，尚未有人成功制备以高硬度金属(如Ni60)作为黏结相的金刚石复合沉积层。此外，SLD技术可以有效沉积铜、铝及其复合材料，这是单一LC技术难以实现的。由此可见，SLD技术可以突破一些传统沉积技术在沉积材料范围方面的局限性，在沉积材料和基体材料的选择上具有较大的灵活度，工艺适应性好，可满足宽领域范围内表面改性与再制造的需求。3.SLD沉积层的物相及微观结构LC技术利用高能密度的激光束产生的快速熔凝，在基材表面形成与基体相互熔合且成分与性能完全不同的合金熔覆层，其微观组织为典型的枝晶结构。冷喷涂技术是一种基于材料塑性变形在工件表面实现固态沉积的过程，可以保持原始粉末材料的物相和微观组织结构。而SLD技术则结合了LC和冷喷涂这两种技术的优势，其沉积层的物相以及微观组织结构的演变规律引起了国内外许多学者的关注。4.SLD沉积层的性能表征SLD沉积层的性能往往与其成分、微观组织等相关，因此SLD沉积层的性能也引起了国内外研究者的广泛关注。01沉积层的致密性对于沉积层的致密性来说，有相关研究结果表明激光辅助能够显著提高冷喷涂沉积层的致密性，激光辐照温度的提高有利于改善复合沉积层的致密性。单一冷喷涂沉积层致密性较差的主要原因是喷涂粉末的塑性变形不充分。SLD由于引入了激光对沉积粉末和基体进行加热，粉末得到有效软化，在沉积过程中的塑性变形更充分，粉末之间的结合更好，因此沉积层的致密性更高。此外，SLD技术在制备致密的金属-陶瓷复合沉积层方面具有极大的优势，激光辐照能有效软化金属黏结相，脆硬的陶瓷颗粒高速撞击并嵌入黏结相中形成致密结合的复合沉积层。02结合性能SLD沉积层的结合性能(包括沉积层与基体之间的结合以及沉积层内部颗粒之间的结合)也是国内外学者目前关注的一个焦点。除了可以提高沉积层/基体界面的结合强度以外，沉积层内部的结合强度也是非常重要的。在单一的冷喷涂技术中，喷涂材料发生绝热剪切失稳并在压力作用下产生塑性流，导致颗粒间、颗粒与基体材料间的混合和机械咬合，沉积层/基体间呈现机械结合，结合强度不高，当厚度达到一定程度时将导致剥落。SLD在冷喷涂的基础上引入激光同步辐照，在激光加热和绝热升温的作用下，沉积层内部和界面处的元素发生扩散，形成冶金结合。SLD沉积层内部、沉积层/基体的结合机制为机械咬合和冶金结合共存，沉积层结合性能远优于冷喷涂沉积层的结合性能，因此可以实现任意厚度的有效沉积。03耐磨损性能材料的耐磨损性能往往与其硬度有一定的联系，因此国内外许多学者对SLD沉积层的显微硬度进行了表征。 相关研究结果表明SLD沉积层的显微硬度高于LC沉积层，从而表现出较优异的耐磨损性能。除了从显微硬度的角度来间接反映SLD沉积层的耐磨损性能以外，国内外学者也通过摩擦磨损实验来直接表征SLD沉积层的耐磨损性能。沉积层的耐磨损性能与沉积层的硬度、附着力、柔韧性等物理性能密切相关。在SLD过程中，喷涂颗粒与沉积区域连续高速撞击，使得两者产生剧烈的塑性变形。在材料塑性变形过程中，晶粒发生滑移，位错密度不断增加，产生固定割阶和位错缠结等，阻碍位错的进一步运动，沉积层产生加工硬化现象，使得沉积层的硬度增大。同时，SLD技术保持了原始材料的成分和精细结构，确保了沉积层的韧性。此外，由于激光加热，沉积层内的部分沉积颗粒之间发生元素互渗，增大了沉积层内部的结合强度。因此，SLD特征对沉积层的硬度、附着力、柔韧性等方面的贡献导致制备的沉积层的耐磨性能优于LC和冷喷涂沉积层。04耐腐蚀性能耐腐蚀性能是材料的一种非常重要的性能，因此SLD沉积层的耐腐蚀性能也是国内外研究者关注的焦点。SLD过程中，在激光辐照软化以及粒子高速冲击的夯实作用下，沉积层的孔隙率较低，沉积层表面较为致密，能有效抵挡腐蚀介质的渗入，为基体提供有效的保护作用。另外，SLD是一个固态沉积过程，能避免基体对沉积层的稀释，保留原始喷涂材料的成分和相结构，继承喷涂材料优异的耐腐蚀性能。5.SLD的发展趋势SLD技术结合了冷喷涂和激光技术的优势，在沉积效率、物相/成分控制、性能调控等方面较传统的LC、热喷涂、冷喷涂等材料沉积技术具有一定的优势，是一种非常有潜力的制造技术，它不仅是一种新的表面改性与再制造技术，还有望能成为一种新的增材制造(3D打印)技术，这将大大突破增材制造的效率、材料范围和质量控制等难题，是极具发展前景的增材制造技术之一。但若要大范围推广该技术，还需要在以下几个方面继续突破：1) SLD是一种复合技术，涉及的工艺参数众多，若单纯依靠实验手段去优化工艺参数，将会费时费力。因此，非常有必要采用数值模拟与实验相结合的方法去探索各参数之间的相互影响规律，建立激光与超音速粒子能量场之间的耦合机制，阐明激光与沉积粒子的相互作用关系以及沉积机理，从而为工艺参数的优化和选择提供理论指导。2) SLD系统涉及多个关键单元，绝非是它们之间简单的叠加，如何实现多能场之间的协同耦合与智能化控制将是难点，尤其是如何采用该技术实现增材制造，如何有效实施路径规划与分层。因此，研制专用工艺软件及成套装备迫在眉睫。SLD技术是2008年由英国剑桥大学William O'Neill课题组率先提出的，他们采用该技术制备了Stellite-6、钛、钨等材料涂层，并对其微观结构、界面结合情况以及力学性能进行了表征，评估了SLD钨材料在靶材方面的应用潜力。作者课题组与剑桥大学在材料沉积及装备开发等领域展开合作，将沉积材料的范围从Stellite-6、Ni60、Ti6Al4V等单一材料扩展到了Diamond/Ni60、WC/Stellite-6、WC/SS316L等高硬度/高耐磨复合材料，并重点针对涂层的微观结构、成分、界面结合情况、耐磨/耐蚀性能进行了表征，探索了该技术在泵阀表面耐磨/耐蚀涂层、汽轮机叶片抗汽蚀涂层以及工模具增材再制造方面的应用潜力。在表面改性研究的基础上，课题组进一步开展了该技术在金属增材制造领域的研究，该技术可以用于铜合金、钛合金以及高温合金等材料的高效率固态沉积。

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近日，西安市红会医院（以下简称“红会医院”）利用3D打印技术为一位骶骨粉碎性骨折的31岁患者实施了骶神经调节手术，据主刀医生、红会医院普通外科·泌尿外科副主任孙小科介绍，在西北能够实施骶神经调节手术的医院主要又西安交通大学第二附属医院和红会医院，而借助3D打印技术进行这项手术的，红会医院是西北首家。据了解，骶神经调节手术主要治疗骶三神经损伤造成的排尿排便功能障碍，一般通过骶三神经孔将电极放置进去。但是，这位患者因为骶骨粉碎性骨折，破坏了骶三神经孔，无法定位骶三神经，为治疗带来了极大困难。3D打印技术则为这位患者带来了希望。红会医院普通外科·泌尿外科先为患者做了两次三维成像CT，以此CT数据为依据、以丰富的经验为保障，确定骶三神经孔的位置，然后交由3D打印工程师制作出导板，手术时根据导板确定的位置放置电极，一个小时就顺利完成了治疗。[图片]看起来一气呵成的一次临床创新实践在实施中却克服了很多外人不知的困难。“考虑到患者比较年轻，生活质量显得尤为重要，所以我们希望能找到办法为他进行治疗。”孙小科说道。于是，他开始翻阅文献，发现上海济慈医院和北京朝阳医院曾利用3D打印进行了骶神经调节手术，就抱着试试看的心态联系到了3D打印工程师。虽然有了先例可循，但是具体情况又大不相同。孙小科告诉国际在线陕西频道：“上海仁济医院和北京朝阳医院都是以磁共振结果为依据确定第三神经孔的位置，磁共振对于神经等软组织有比较清晰的呈现。但是我们的病人因为骨折内置了很多钢钉，无法进行磁共振，只能借助三维成像CT，无形中为定位第三神经孔增加了很大的难度。”[图片]一开始，甚至连3D打印工程师都觉得这项“上下误差不能超过0.8毫米”的任务难以完成，但是在孙小科的积极心态和极力坚持之后，3D打印工程师愿意试一试。在手术台上，孙小科用导板定位了患者仅存的一个完好骶神经孔，发现导板定位非常准确，才放心地通过导板为骶三神经孔放置了电极，手术圆满结束。孙小科表示，目前骶神经调节手术已经很普遍了，美国每年进行大约一万例，红会医院2018年进行了24例，数量上全国排位第五位，而这次成功的探索为骶骨畸形、缺失、骨折等情况下的骶神经调节手术提供了可能，他说：“以前我们遇到这种病人都没有办法，现在我们可以帮助这类型病人获得更高质量的生活了。”

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曾记否，几年前当我们在实体店看到3D打印机打印出的一个个小玩意时，那种油然而生的新鲜与神奇感？然而，短短几年，面对这种新事物，我们已经见怪不怪。此外，我们发现现实并不像当初许多人鼓吹的那样，当你想要一双新鞋，就去打印一双；当你想要一件新衣服，就去打印一件；当你想要一块煎饼，一块巧克力、一个新玩具，一个新扳手，通通可以去3D打印出来……[图片] 其实，这只是3D打印在日常消费领域的一种理想状态。经过几年的发展，3D打印更多地在工业领域悄悄前进，并在电气、汽车、航空航天、医疗等领域发挥价值。总体来看，在若干先进制造领域中，3D打印仍然处于早期发展阶段，并且还有很长的路要走。与此同时，这一市场也在快速增长，并结合在线3D打印、按需制造等新模式，不仅在改变产品生产的过程和方式，同时正在创造出一个新的数字制造生态系统。1.体量小，增长快的新兴市场在市场规模方面，对于3D打印的未来发展，众多研究机构都给出了自己的分析和预测，但预测数据差异较大。从Wohler's Associates、SmarTech、MarketsAndMarkets、ReportLinker、ResearchAndMarkets、IDC这六家研究机构发布的数据来看，2018年全球3D打印市场的年收入（包括3D打印系统、材料、软件和服务的销售）在93亿美元到115亿美元之间。[图片] 3D Hubs对这些预测数据进行平均计算，估算出当前相对准确的一个市场规模：大约102亿美元。多年来，3D打印一直被誉为改变制造业游戏规则的新技术。但从目前情况来看，3D打印还远未达到人们的预期。目前全球制造业市场规模约为12.7万亿美元，这意味着3D打印占全球制造业的比例不到0.1％。在未来，如果3D打印能占到制造业1％的市场份额（许多行业专家认为可能会达到），即年收入达到1270亿美元，将是未来5年最乐观预测的五倍多。那么，该行业的具体增长趋势如何？2013-2017年，全球3D打印市场平均每年以24.7％的速度增长。未来五年，各机构预测的复合年均增长率在18.2-27.2％之间，平均为23.5％。这意味着全球3D打印市场的规模将大约每三年翻一番。总体来看，虽然3D打印市场当前体量较小，但也将也是一个快速增长的市场。2.风险投资以企业资本为主角尽管在20世纪90年代，3D打印技术就已出现，但直到近几年，该领域，特别是工业3D打印领域的投资交易才开始逐渐活跃起来。据CB Insights数据显示，2009-2018年间，工业3D打印领域投资总额为15.3亿美元，与工业物联网、工业机器人等其他先进制造领域相比，这一数据仍然显得有些小气。[图片] 另一方面，在该领域的投资活动中，企业风险投资基金一直扮演着主要角色，而对其他风险投资机构的吸引力相对较小。2014-2018年，以GE、Autodesk为代表的传统硬件与软件企业累计向工业3D打印公司（包括打印机制造商，软件提供商和原材料供应商）提供了约10亿美元的风险投资。其中，工业解决方案和应用是重点投资领域。投资数据还显示，美国是目前工业3D打印公司的主要集中地，80%获得投资的3D打印公司的总部都设在美国。其中，Carbon、Desktop Metal和Formlabs三家美国3D打印公司均为估值超过10亿美元的独角兽企业。3.原型设计仍然是主要应用领域受制于各种因素，目前3D打印的应用更多聚集在产品需求量较小的原型设计环节，但原型设计市场规模相对较小（估计为10亿美元）。例如，2018年，3D Hubs在线制造平台在美国打印了超过35万个零件，其中有20%的需求来自美国加州，主要是一些科技创业公司用于原型设计的需求。[图片] 3D Hubs的调研结果还显示，90％的工程师不会考虑将3D打印用于超过100个零件的生产。但值得期待的是，一些大型制造企业正在通过3D打印向小规模生产和大规模制造迈出第一步，这些市场的规模是原型设计市场的10-100倍，将为3D打印的未来增长创造新的机会。4.在线3D打印：新的前沿在3D打印市场的各领域中，在线3D打印正在成为整个行业的前沿领域。在线3D打印市场规模据Wohler's Associates的数据显示，在线3D打印约占3D打印服务提供商总收入的37％。[图片] 3D Hub的用户调研数据则显示，在线3D打印当前市场规模占服务提供商的35-45％，约13亿到16亿美元。欧美主导全球在线3D打印需求3D Hubs平台的交易数据显示，2018年全球共订购了超过75万个3D打印的零部件。从这些在线3D打印需求在全球的地理分布来看，美国（49.4%）和欧洲（41%）占到全球总需求的90%，可以说主导着全球在线3D打印需求。此外，亚太地区在线3D打印需求目前占比仅为9%。[图片] 另据Google趋势显示，2018年，对于与商业和工业环境中3D打印主题相关的查询，在亚太地区与欧洲、美国一样受到欢迎。这也表明亚太市场在不久的将来会迎来3D打印行业的增长。工业与电气：在线3D打印的主流行业据3D Hubs提供的数据，在2018年全球在线3D打印的行业需求中，工业（31.1%）和电气（20.8%）行业占据了五成的市场需求，其次是消费品行业（14.1%）。[图片] 另一方面，航空航天和汽车行业的工程师并不太倾向于使用在线服务，两者只占总需求的10%。这些早期的增材制造采用者更倾向于通过自己的3D打印设备或其他内部渠道来进行原型制作和生产。5.按需制造：新商业模式的兴起我们生活在一个日益随需而变的世界里，各种新技术正在推动传统制造向“制造+服务”的新模式转变。“按需制造”的概念被越来越多的人以多种不同的方式提及，诸如在线3D打印服务、数字制造、制造即服务、合同制造等概念都属于“按需制造”的范畴。在传统制造业，通常企业需要根据客户需求确定工厂规模和生产线，还要考虑零部件交货周期、库存数量、仓储、运输成本等一系列生产因素，以及随之增长的土地、劳动力、税收的变化。所有这些都意味着大量的成本和风险，而基于3D打印的按需制造有望改变传统制造的产品交付方式。[图片] 这种按需制造模式强调交付速度和在使用传统方法（如CNC加工或注塑成型）更经济的情况下大规模生产零件的能力。与此同时，通过使用软件（如预测分析）来提供即时的成本估算，对缩短客户从询价开始，到零件产品送达客户手中的交付周期至关重要。在此背景下，3D打印正在创建一个全新的“数字制造生态系统”，利用“互联网+软件+硬件”的模式，使“在线报价+线下生产”成为未来的一种行业趋势，而这在很大程度上得益于3D打印成本的下降以及新材料技术的发展。目前，可实现快速周转的按需制造服务正在悄然展开，包括ProtoLabs、3D Hubs 、Pleuthora、Star Rapid、Xometry和3ERP等3D打印技术公司是这种模式的典型代表。机械加工车间即服务Proto labs美国公司Proto labs的实践很好地诠释了传统制造业向服务业转型的内涵。公司成立于1999年，为用户提供基于在线订单的原型定制和小批量的零部件生产服务。[图片] 公司于2012年上市，当前市值超过28亿美元，比Stratasys、3D Systems和ExOne三家3D打印公司的市值总和还要大。公司自称是“世界上最大、最快的数字制造商”，当用户上传了产品3D模型后，在几小时内即可收到带有设计反馈和定价信息的自动报价。从预生产到制造，再到检测和物流，通常在15天或更短的时间内即可完成。目前公司在全球拥有12个生产基地，每月制造390万个零部件，为60个国家的45000名产品开发人员提供3D打印服务。分布式3D打印服务平台3D Hubs荷兰分布式3D打印服务平台3D Hubs成立于2013年，在全球150个国家和地区拥有涵盖6370个3D打印服务的网络，据称可以让超过10亿人在距家10英里的范围内使用合作伙伴的3D打印系统。[图片] 公司为各种规模的工程公司和个人提供服务。通过该平台，用户可以获得即时报价，订单确认后，在5分钟以内即可开始生产。公司称，用户通过该平台已经生产了200多万个零部件，平均周转时间仅为两天，其效率远超传统制造流程。2018年9月，该公司宣布将业务重心转移到企业级服务，这在一定程度上印证了工业3D打印才是未来3D打印最重要的市场。

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Wohlers Associates, Inc.发布了关于年度3D打印市场状况的报告Wohlers Report 2019，堪称业内人士的“圣经”指南。该报告预测，全球所有AM（增材制造）产品和服务将达到158亿美元。该公司预计，2022年收入预测将攀升至239亿美元，到2024年将达到356亿美元。增材制造（Additive Manufacturing，AM）通俗来讲是3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、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。而2019年的报告使用2018年的数据，而2018年的报告会使用2017年的数据，去年报告显示收入将会达到73.4亿美元，预计到2020年将增加一倍以上。2019年Wohlers报告汇编了来自32个国家和各个行业的80个人和组织的贡献。主要贡献公司包括北约、桑迪亚国家实验室、EWI、加拿大制造、美国制造、EOS、RMIT大学、西门子公司、利马公司、沃尔特迪斯尼公司和橡树岭国家实验室。主要作者是Terry Wohlers和他的团队，而Wohlers Associates以外的报告的副作者是德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程和材料科学与工程（MS＆E）教授David Bourell、田纳西理工大学制造技术教授Ismail Fidan，和德国空中客车公司新兴技术与概念副总裁Peter Sander。Wohlers Report今年已经进行到第24个年头，该报告反映该行业的一般状况：行业收入大幅上涨，同时还包含了该公司对行业的分析和数据，例如：AM设计的好处和挑战。107项早期投资上市，价值近13亿美元。整个材料部门在2018年创纪录增长。金属收入估计增长41.9％，连续五年增长超过40％。报告的一个主要观察结果是材料开发和消费的增长。如下图所示，聚合物粉末床融合材料的销售“在2018年处于历史最高水平”，达到4亿美元左右的价值。[图片]五年来，金属材料如粉末合金在整个2018年也增长了约41％。一个更重要的发展是，去年报道有135家系统制造商，比如制造实际打印机和系统的公司。今年，在2019年的报告中，Wohlers Associates跟踪了177家工业AM系统生产商（产品价格为5000美元或以上）的增长和销售情况，数量比一年前增加了近三分之一。与去年报告的数据相比，现有42家3D打印机系统制造商。同样，这适用于工业系统。然而，桌面3D打印系统（售价低于5000美元的打印系统）的年增长率显着下降，甚至出现完全关闭的情况。整体AM市场继续呈上升趋势，许多新的参与者，几亿美元的投资，以及为AM设计的创新产品，很少有人在几年前设想过。报告重点介绍了许多行业中与AM相关的重要活动，包括航空航天。该公司收集了空中客车公司、波音公司、霍尼韦尔航空公司和联合技术公司等公司的材料，获得使用AM生产最终用途零件的观点。这些公司，以及宝马、德国铁路、FIT、捷普、欧瑞康、UPS、美国海军陆战队和其他公司从他们的优势点分享了新兴趋势。其中的趋势包括知识和技能开发、网络安全、后处理自动化、材料开发、合作伙伴关系和行业标准。Wohlers Report 2019借鉴了32个国家的80位作者和资源贡献者的专业知识。Wohlers Associates还收到来自全球127家服务提供商、71家工业系统制造商和30家桌面3D打印机和第三方材料生产商的意见。[图片]根据去年的报告，2019年的报告数据显示业内正在健康、显着上升。Wohlers Report 2018：“Wohlers Associates公认是世界上杰出的3D打印机专家之一。他们对3D打印行业状况的年度报告Wohlers Report 2018显示，今年金属增材制造（AM）行业的显着增长。行业收入超过73亿美元，将实现21％的稳健增长，这都是投资者会欣赏的点。”3D打印专家和粉丝都热切期待Wohlers Report，作为了解行业脉搏的契机。报告包含全球该技术的益处和挑战的见解，注意到新兴开发、投资以及跟踪系统、软件和消耗品的生产、销售和定价。对于业内许多人来说，该报告是了解AM行业各方面的基本资料。

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自概念提出至今，3D打印已经不仅仅只是停留在科研阶段，而是加快融入建筑、交通、教育等行业的发展进程之中。如今，大到房屋建筑，小到玩具义齿，3D打印正在潜移默化中改变着人们生产生活的方方面面。[图片] 实际上，从2011年开始，全球就开始掀起3D打印热潮。当前，3D打印在航空航天、汽车、医疗健康等领域的市场应用已经取得了一定的进展。基于其良好的发展态势，各国投资者也纷纷进军3D打印领域，希望通过投资3D打印相关技术及设备，来获取较为丰厚的市场收益。3D打印引发投资热潮在国际政治经济局势风云变幻之际，通过加强对3D打印、物联网、云计算等高新技术研发及应用来提升本国的综合竞争力已经成为各国共识。我国作为世界经济体的重要组成部分，支持3D打印前沿技的实际落地，不仅对于国内的经济实现可持续发展具有重大意义，对于世界经济的平稳健康运行来讲也意义重大。[图片] 近几年，在政策引导和业内人士的共同推动下，我国3D打印行业融资事件不断增多，投资者对3D打印怀有的热情也日益高涨。据前瞻产业研究院统计，自2014年以来，我国3D打印行业融资事件共有76次，涉及项目66个。其中，2017年融资事件24件，为近5年来最多。3D打印市场投资日趋火热，一方面反映出资本家对3D打印十分重视，另一方面也表明3D打印本身具有诸多优势引人关注，市场对于3D打印的多元化应用前景仍充满期待。到底在实际操作过程中该如何运用3D打印技术，如何确保提供3D打印企业在激烈的市场中实现盈利，就成为了业内人士必须思考和亟待解决的问题。高期待下如何确保企业盈利？在投资者对3D打印产业的发展前景拥有美好憧憬之时，分析人员对于3D打印的实际应用成果转化状况也进行了深入、冷静的分析。虽然3D打印技术在精密零部件研制方面几乎拥有不可替代的优势，但是专业技术研发人才缺乏、3D打印产品成本较高等，都对3D打印企业赚取高额利润造成了一定的阻碍。[图片] 那么，到底该怎么做才能确保3D打印企业实现盈利，并拥有较为稳定的用户群体呢？从企业自身来看，企业需确保自身售出的3D打印产品具有实用性和创新性。在3D打印相关的商业模式中，值得重视的一点是，企业要确保自己的产品是因为“创新”而售出，而不是因为它是“3D打印的”。与此同时，人员过多、设备闲置、材料浪费，也是3D打印企业在日常运营中较为突出的几大问题。解决好这些问题，将有助于企业降低3D打印技术研发及产品制造成本。此外，政策加大扶持力度、相关部门加快行业标注制定等，都将为3D打印企业打造良好的品牌形象，迈入国际化市场创造更多可能。新型盈利模式尚在探索之中从整体来看，我国3D打印产业虽然已经取得了长足的发展，但是与发达国家相比，还存在较大差距，打印速度较慢、成本相对较高、关键技术滞后、关键装备与核心器件依赖进口的问题依然较为突出。此外，3D打印材料种类较为单一，材料性能不稳定等也限制了3D打印在多领域的综合应用。[图片] 受制于这些因素，我国3D打印企业已经开始积极探索通过技术创新、人才培养等方式来强化自身的实力，并通过向同行学习等方式来研制用户所需要的、具备多种功能的高质量产品。相信假以时日，3D打印企业在经过反复思考和积极探索之后，终将寻找到属于自己的可持续发展之路。今后，随着技术的不断进步，在汽车零部件制造、家具制造等领域，将涌现出一批具有自主创新能力和研发实力的企业，这些企业将克服重重挑战，将高质量的3D打印产品推向国际市场，为中国3D打印产品打开国外市场贡献更多力量。届时，3D打印产业将迎来至为关键的迸发期。

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第七届中国（上海）国际技术进出口交易会（下简称“上交会”）将于4月18日（周四）至20日（周六）在上海世博展览馆举行。记者获悉，本届上交会以“汇聚全球科创新智慧，共谱技术贸易新华章”为主题，总展出面积3.5万平方米，按“展览展示”、“交易促进”、“论坛会议”和“交易服务”四大功能，设置主宾城市、科技创新、专业技术、创新生态以及交易服务五个展区，并组织开展相关论坛活动。“柔性屏”手机、纯3D打印技术超精彩据悉，本届上交会重点聚焦人工智能、节能环保、生物医药等领域的领先技术，紧跟国家《新一代人工智能发展规划》，首次设立了人工智能服务机器人专区，打造集展示、互动与体验于一体，构建一站式交流平台。周到君来给大家划个重点，看看有哪些亮点项目、热门项目吧~比如，安世亚太与波士顿团队合作的纯3D打印技术就将在上交会举行全球巡展的首站。勇夺全球人脸识别测试四项世界第一的中国人工智能企业依图科技也将参与上交会。柔宇科技将展示全球首款消费级可折叠柔性屏手机哦~小伙伴们天天离不开的手机也开启了“柔性屏”新时代！西井信息将带来全球首套港口人工智能理货系统等~待上交会正式开幕，周到君将给大家带来第一手直播哈~[图片]■萨尔州政府代表、德国欧盟桥有限公司首席执行官Knut Meierfels主宾城市有哪些“大动作”？大家都知道，每年上交会都会有主宾城市~今年，上交会成功邀请到德国萨尔州及英国利物浦市作为第七届上交会主宾城市。德国萨尔州将带来世界上最大的人工智能机构、德国人工智能研究中心DFKI，德国最大的科研机构弗劳恩霍夫研究所，萨尔州著名科研机构ZEMA以及萨尔兰工程与经济应用技术大学。萨尔州罗夫哈特汽车改装厂将用一辆迈巴赫展示空气过滤器最新研发成果。而英国利物浦市带来了全球重要专业技术中心——虚拟工程中心。由利物浦大学和联合利华合作成立的材料创新工厂、世界领先医疗和护理水平的阿尔德黑儿童医院也将参展上交会。北美展团首次参展境外企业也是上交会的参展“主力军”哈~据悉，今年境外参展面积达2600平方米，其中美国与加拿大均为首次参展，组成北美展团，重点展示人工智能、智慧医疗等领域的先进技术；匈牙利摩根斯达集团已连续四届参展，今年将带来可穿戴设备、高蛋白小麦培养技术进行展示。此外，国内27个省市也踊跃参展。据悉，江浙沪皖四省市将紧密互动，组合上海及长三角科创资源，多渠道辐射联动；湖北、贵州、云南、山西、河北等省市将展示新一代信息技术、智能智造等领域的科技成果；深圳将展示双足机器人、无人机、折叠屏手机等先进技术。

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如今，3D打印在各领域的应用正如火如荼，许多业内人士已经将3D打印视为了推动产业向前发展的加速器。在工业领域，3D打印已经逐步融入了工业产品原型设计、产品制造等多个细分场景。那么，3D打印到底为工业发展带来了哪些改变，其在具体应用过程中又发挥着怎样的作用呢？[图片]工业3D打印：产品原型设计仍是主要应用领域3D打印在工业领域应用空间巨大从概念提出至今，3D打印技术已经走过了几十年的发展历程，物联网时代的到来也为3D打印产业的爆发提供了难得的契机。在多种利好因素的综合作用下，全球3D打印市场持续高歌猛进，在各大行业都受到了“热捧”。在工业领域，加快推动大数据、3D打印、物联网、机器人等技术及设备的应用已经成为各国共识。各种高新技术及自动化设备的应用，无疑会对工业制造的原有模式造成一定的冲击。与此同时，高新技术及自动化设备的应用，也将倒逼原有产业模式加快转变，并催生出一系列具有创新性的应用模式。放眼全球，目前国内外企业正大力推进3D打印在汽车零部件制造、医疗器械定制等细分场景的应用，3D打印在整个工业领域的应用范围还较为有限。今后，随着航空航天、航海、核工业对金属3D打印的需求日益旺盛，3D打印应用端将进一步扩展。工业3D打印主要用于产品原型设计近几年，工业3D打印正在显示其神奇之处，SLS选择性激光烧结3D打印技术、SLA光固化快速成型3D打印技术、DMLS直接金属激光烧结3D打印技术也逐渐被应用于机床制造、汽车复杂部件构造等方面。就工业产品原型设计而言，3D打印所起的作用也越来越重要。具体来讲，与传统的工业产品制造工艺相比，借助3D打印技术及设备，制作人员可以利用计算机软件等，绘制出某个产品的图形，并将其立体造型打印出来。进行仔细观察和认真分析后，制作人员就可以对相应的参数进行修改，以此将零部件的功能调整到最佳状态。采用3D打印进行工业产品设计的新方式，时间较短、速度较快，因而受到很多业内人士的认可。除了在工业产品的原型设计方面具有显著优势外，3D打印在工业产品开发和产品创新方面所起到的作用，也同样值得重视。未来3D打印的应用程度将更加深入正是基于3D打印在工业设计及制造领域广阔的应用空间和多元化应用价值，国内外许多企业已经将3D打印视为了布局的重点。当前，3D打印服务供应商联泰、EOS、华曙、铂力特、3D Systems、GE、Stratasys、惠普等，都立足自身的发展定位，先后推出了多款工业级3D打印机。使用3D打印机来制造工业产品后，产品的制作精度、承压力等性能也得到了进一步提升。众多企业纷纷进军3D打印领域，一方面体现出企业对于3D打印技术的发展前景满怀憧憬；另一方面，也从一个层面表明3D打印在各领域的应用潜力并没有充分释放出来。除了在工业领域具有广阔的应用空间外，3D打印在文化娱乐、家居创意等领域的深入应用也值得期待。在工业4.0的大背景以及各国政府的大力支持下，预计未来十年，全球3D打印产业将仍处于高速增长期。据IDC预测，2020年，全球增材制造产业产值将达289亿美元，而据麦肯锡预测，2025年，全球增材制造产业可能产生高达2000-5000亿美元的经济效益。这一切是否能够实现，还需要时间的检验。正如研究人员所预测的那样，随着技术的不断成熟，3D打印有可能将我们目前的“采用、制造、废弃和处理”的线性经济制造模式转变为循环经济，并有可能通过重新使用零件来变革产品生产、提升材料的利用率，以此减少浪费，促进资源节约和环境保护。在大力提倡环保理念的的当下，借助3D打印等技术来进行清洁化、高效化生产也将成为一大趋势。

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能源生产系统非常复杂多样的，拥有可以处理极端条件的关键部件。换句话说，这是一个完美的3D打印用例。世界各国政府和私营机构一直在缓慢但稳定地测试能源生产系统中的3D打印组件，这是对其进展的简要观察。提高传统能源系统的效率 在传统能源（化石燃料）方面，美国能源部（DOE）多年来一直为先进制造业研究提供资金。2018年，15个项目共获得880万美元，用于测试其化石燃料系统技术。由DNV GL运营的一个项目将研究使用渐变属性作为超临界二氧化碳动力循环技术的微通道换热器。联合技术研究中心正在开发一种计算方法，用于预测涡轮发动机中增材制造的镍基超合金部件的机械性能。近一年来，Siemens一直为工业蒸汽轮机提供3D打印金属替换部件，他们已经在全负荷下展示了3D打印涡轮叶片。GE还出货了9,000多个3D打印燃气轮机部件。[图片]在核领域，俄罗斯国有核电公司Rosatom成立了一家开发3D打印技术的公司，该公司开发了用于生产电源部件的Gen II打印机。Siemens在斯洛文尼亚的Krško核电站安装了一个用于消防泵的金属叶轮，证明旧系统可以使用现代化的生产方法进行更新。利用先进制造技术增强可持续能源倡议太阳能（光伏）似乎是最不可能应用3D打印的能源形式，但研究人员对3D打印太阳能电池的潜力持乐观态度。麻省理工学院的科学家认为，3D打印电池的效率将提高20％，成本只是传统电池的一半。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）以A3纸的形式3D打印太阳能电池卷，可应用于建筑物表面以产生可再生能源。风能系统，其巨大的推进器，可以运送数百英里，可能是最明显的能源来源，可以受益于集成的3D打印。使用3D打印机在现场制造风力涡轮机不仅可以节省运费，而且可以消除昂贵且耗时的模具加工。美国能源部已经与公共和私人组织合作将其进一步推进。 当然，可再生能源系统需要某个地方存储它们捕获的能量，即电池。曼彻斯特城市大学的研究人员开发出一种能够制造石墨烯电池的3D打印机，哈佛大学的一个团队已经开发出一种3D打印锂离子电池的方法。世界各地的其他研究人员和工程师在3D打印能量储能方面取得了其他进展，例如苏黎世联邦理工学院的“氧化还原液流”电池。

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关节置换术为临床中常用的治疗关节功能障碍方式之一，可恢复关节形态、功能。随着对关节解剖及关节生物力学的深入研究，传统关节假体材料的选择、设计、性能及远期疗效得到明显改善，患者术后效果较好，不良反应发生风险明显下降。目前临床中关节置换手术计划制订多是基于传统影像学资料，难以全面、准确地反映病变关节信息，尤其是截骨角度的把握，多依赖手术者的熟练度及个人经验，另外，假体型号也存在与患者实际解剖结构不匹配的问题，影响患者后续关节功能恢复。3D打印技术具有精确、个性化的特点，其利用计算机辅助设计，在医疗领域尤其是人工关节假体的制造方面的应用不断拓展。因此，如何能够使3D打印技术更好地应用于关节置换术，在提高治疗效果的同时，减少不良反应发生，造福人类，成为临床面临的新挑战。本文对此进行探讨。[图片]3D打印技术研究现状3D打印技术可通过制作出适配性高、组织相容性较好的内植入物，应用于硬组织缺损修复。国内外已有报道，早期已将3D打印技术应用于口腔颌面部手术中，目前临床中已逐渐将3D打印技术应用于关节置换领域，提高手术效果。3D打印技术的实现，需要多学科尖端技术合作，其中影像技术是模型构建的基础。近年来，随着影像学技术的不断发展，高分辨率CT、MRI，不仅可以快速采集、传输图像，同时可将数据转变为三维图像，为临床诊疗提供便利，同时也为3D打印技术奠定基础。在医学领域中，如何制备生物相容性高的骨性支架一直是研究热点课题之一，而3D打印技术通过筛选原料，制备与机体具有较高生物相容性的材料，以作为细胞生长载体，降低排斥反应，从而发挥生物学作用。在关节置换领域中，利用3D打印技术制造出骨组织工程支架，有利于细胞迁移、增殖与分化，为骨组织修复提供良好的环境。Inzana等利用3D打印技术制作出网状骨组织工程支架，应用于小鼠股骨缺损模型中，发现能够获得较理想的机械性能、生物相容性及可降解性，同时具有引导成骨作用。但临床应用过程中，因3D打印技术受限于材料及打印设备，其各种模型、内植物还未能达到完美，仅在临床应用中处于探索及起步阶段，今后也面临着各种力学及生物学方面的难题，但是3D打印技术展现出的魅力是巨大的，尤其是在骨科临床应用中，已日渐广泛。3D打印技术在关节置换术中的应用术前规划目前，临床医师在术前多凭借患者临床症状及影像学资料评估病情及了解关节周围组织情况。但临床发现，多数患者病史较长，伴有不同程度关节软骨变性、坏死，存在解剖畸形；另外重度髋臼发育不良患者在脱位股骨头伴有病理性假臼，在术中难以区分真臼、假臼，进而增大手术难度。3D打印技术通过整合术前X线、CT及MRI等影像学资料，采用建模软件处理及加工，构建出病变部位的三维数字模型，使用特定的打印材料，打印出与实体器官相同的模型，多角度观察待置换关节，全面评估病情，制订手术计划，避免术中损伤重要组织，有效解决精准度要求高、相对复杂的骨科手术在术中可能遇到的难题。Xu等基于患者的CT扫描制作出骨盆实物模型，应用于髋臼假体放置的手术演练，对理解骨盆结构、评估髋臼扩孔程度及确定髋臼型号具有重要意义。Won等将21例严重髋关节畸形患者影像学检查资料与快速成型技术结合，制备出骨盆模型，进行模拟手术，入组患者均完成人工全髋关节置换术，末次随访行影像学检查，发现假体周围无任何磨损或骨溶解。Wong等发现在骨盆肿瘤患者中，利用3D打印技术进行术前评估及生物力学测试，结果显示术中可有效避免不必要的截骨及神经血管的损伤。人工假体及内植物的个体化制造 个性化、精准化、微创化是现代骨科发展的一个重要方向，目的是修复骨结构、维持生物稳定性、恢复运动功能。目前临床中使用的内植物、人工假体是依据大样本解剖数据进行的均一化设计，但每个患者的病情程度及病变范围都有不同，导致假体的大小、型号通常不能完全匹配，给术中假体的选择造成一定困难。因而依据患者个体具体情况定制内植物或人工假体，可提高治疗效果及预后。目前骨科大量研究集中于髋关节、膝关节、骨盆的个性化，但多数为研究阶段，仅有少数开始应用于临床。3D打印技术在关节置换术应用的问题科学技术的进步总是伴随着相应的弊端，3D打印技术也是如此，但随着技术的不断发展，3D打印技术也会逐渐完善，应用于临床骨科疾病治疗中，不仅可提高治疗效果，同时对改善患者预后具有一定促进意义。但是这些应用同样存在问题，主要集中于以下几方面。材料研发 骨科内植物主要用于治疗各种骨折、骨缺损及关节功能障碍等，其中应用最为广泛的内植物多为金属材质，而金属本身具有不可吸收、长期存留、应力遮挡、生物电离反应等问题，寻找一种与人体骨组织理化性质相近的材料来制造内植物就成为当下研究重点之一。羟基磷灰石、碳酸钙等无机非金属材质为制备组织工程骨的良好材料，但是传统制备技术无法制作出机械强度、生物力学以及微观结构都能达到理想要求的组织工程骨，导致组织工程骨的临床效果得到大幅度降低。3D打印技术为组织工程骨支架的制造提供了更好的方法，利用羟基磷灰石及碳酸钙等为原料，打印出组织工程骨支架。目前3D打印材料不断增多，其中医用原料包括胶原、壳聚糖等，聚乳糖、聚醚醚酮等高分子原料，羟基磷灰石等具有生物活性原料，钛合金等金属原料。虽然应用原料多样，但是医学对于3D打印材料的要求较高，可选择的材料微乎其微，因此，医学打印材料的发展是影响3D打印技术在医学领域发展的主要因素。目前临床骨科领域所使用的金属材料虽然耐磨性较好，但3D打印机无法进行冷却处理，而高分子材料仍然处于试验阶段，尚未应用于临床。 配套应用软件的开发临床影像学技术的不断发展，扫描图像的清晰度提高，利用影像学数据生成CAD/CAM文件，直接应用于3D打印。若要完成3D打印，需要具有配套的应用软件，但发现3D打印设备并未与这些软件无缝对接，造成3D打印成品与实际不符，从而出现模型模拟的情况与实际手术操作不相符。张鹰等发现3D打印技术能够有效缩短膝关节置换手术时间，对手术具有较好指导意义，但是结果发现采用3D打印技术辅助制订手术计划时，发现有2例患者模型与实际情况不符，需术中重新选择型号。制作周期长 3D打印技术被称为快速成形技术，但是在临床应用过程中需先获取患者CT、MRI等影像学资料，再经过数据处理，图像重建，最终获得3D打印产品，这个周期往往需要2～3d，因此需延长关节置换手术患者住院时间。成本问题 3D打印产品价格较高，与技术垄断、人工假体及植入物对打印材料及制作环境要求较高等原因密切相关。另外依据所使用的技术及材料的不同，也会导致价格相差较大，因而限制了3D打印技术在医学领域中的应用范围。因而，如何降低3D打印技术成本，成为研究重点之一。临床应用受法律法规的制约 目前国外已有将3D打印产品应用于临床的报道，但是例数较少，而我国3D打印技术仍主要集中于实验研究中，因临床应用风险较高，尚未应用于临床中，同时相关的法律法规尚不完善，不易推广使用。[图片]新的隐患临床发现，部分术者为了能够发挥模型的作用，将消毒后的模型带入手术室，指导术中操作，但是3D打印产品为高分子材料，无法进行高温消毒，可能增加术中发生感染风险。解决策略任何一种新型技术在其发展过程中都面临机遇与挑战，3D打印技术虽具有技术先进、应用广泛的优势，但3D打印技术的材料研发较为落后，配套软件开发不足，精度、速度及效率仍然较低，成本较高，模型与实物存在偏差等，使其发展仍受限制。如何解决这些不足，笔者认为需注意以下几点。加强多部门合作由于打印机工作原理的限制，导致打印精度与速度之间存在严重冲突，且在3D生物打印技术中，牵涉的技术较多，需要多学科、多部门进行合作。加强医院与厂家的合作，由厂家出设备，医院出设计图形，得到3D打印产品供临床使用；同时加强专业人才培训，培养懂医疗及3D打印技术的复合型人才；加强各医院间的交流合作，实现资源共享，举办经验交流及研讨会，探讨3D打印技术应用中所存在的问题。完善3D打印机配套软件及打印材料研发 MimicsInnovationSuite软件由Materialise公司研发，能够将2D图像转换为3D图像，并支持对3D图像精确测量，同时能够对图像进行分割。Amira软件由VSG公司研发，同样可支持模型分割及表面重建，同时能够对重建模型进行定量分析。因此，联合医疗应用软件制造商与3D打印机制造商具有重要意义，可触及3D打印机与软件无缝对接，制造出更精确的实体产品，否则将制约3D打印技术在医学领域中的应用。因专利技术的保护，使得3D打印产品费用较贵；需注重对打印材料的研发。有研究发现，磷酸三钙固态时为晶体结构，具有较好的生物相容性，与骨组织结合较好，无排斥反应；另外，其钙磷比约为1.5，与正常骨组织的钙磷比1.66较为接近，为一种良好的骨修复材料，但是其在植入体内后可降解，不能保持原有功能，因而3D打印材料研发仍为一个艰巨工程。建立相关法律法规规范3D打印技术在关节置换术中的应用，建立3D打印产品相适应的注册和监管办法，才能大量投入使用，为患者造福。2014年新颁布的《医疗器械注册管理办法》，规定新医疗器械的审评制度，对促进3D打印产品应用于临床具有重要意义；同时修订《医疗器械监督管理条例》，将新的3D打印材料纳入其中，建立了具有中国特色的、系统的、人性化的医疗器械监管系统。只有完善3D打印医疗产业相关法律法规，才能促进其在医学中的快速发展。展望总之，3D打印技术在关节置换术中具有较大应用前景，可给医疗卫生技术改革提供强劲动力。应用3D打印技术时，需注意实际情况，同时与传统医疗技术相结合，进行优势互补，最大效能发挥3D打印技术的应用，惠泽全人类。

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无锡，坐落于江海之滨，自古素有渔米之乡之称，人杰地灵，经过几十年的发展，电动车产业逐步成为其关键产业之一，形成了完成的配套体系，与天津，台州并称中国电动车3大产地基地，全国排名前几的雅迪、新日、爱玛、大洋等电动车企业均在其设立生产基地。[图片] 近年来，几大电动车企业已经不仅局限于国内，眼光已经逐步布眼于整个世界，正是基于此，新品开发已经迫在眼前，如何设计出适合世界的款式，由此，3D打印的优势已经体现出来了，新品设计开发之初，还未经过市场验证，前景不明，如果急于开模量产，一旦市场反映冷淡，或者设计有问题，就会浪费大量的人力、物力、财力，造成不可必要的损失。[图片] 大洋电动车，就是一家敢于尝试的企业，去国外参展，新品车型，整车塑件都是无锡菡杰芮科技3D打印，整体效果很不错，在国外反应也空前热烈，目前已经投入量产，带大家来欣赏下。[图片][图片][图片][图片]