【行业资讯】增材制造——创新赋能，开拓制造新领域

一、引言

增材制造，也就是广为人知的 3D 打印技术，已然成为制造业变革的关键力量。它摒弃传统减材制造 “去除材料” 的思路，以层层堆积材料的方式构建三维实体，突破了传统制造在复杂几何形状构建上的重重限制，实现了高精度、复杂结构的制造。历经数十年的迅猛发展，3D 打印从早期单纯的原型制作工具，逐步拓展至航空航天、汽车制造、医疗健康、建筑工程等众多核心领域，极大地推动了制造业的创新升级。展望 2025 年，增材制造在技术创新、材料研发、市场拓展等维度，都将展现出更为广阔的发展空间。深入洞察这些趋势，对把握制造业未来走向、引领产业革新具有不可估量的价值。

二、3D 打印材料

金属材料进展

步入 2025 年，金属 3D 打印材料沿着高性能、多元化路径持续迈进。一系列新型合金不断问世，以航空航天领域的高熵合金为例，这种合金凭借独特的多主元设计，打破传统单一主元合金的局限，具备卓越的强度、韧性、抗氧化性以及抗疲劳特性。利用高熵合金 3D 打印的航空发动机叶片等关键零部件，能够在超高温、超高压等极端工况下稳定运行，大幅提升航空发动机的整体性能与可靠性。同时，在微观层面，通过对激光功率、扫描速率、粉末粒度分布等打印工艺参数的精细调控，实现了对金属材料微观晶粒尺寸、取向和形态的精准控制，使打印件的力学性能不仅能达到，甚至超越传统锻造工艺制造的金属部件。

高分子材料发展

高分子材料在 3D 打印领域的应用愈发广泛且深入。随着环保意识的全面提升，生物可降解材料成为行业焦点，聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等材料被大量应用于一次性用品、包装行业以及生物医学领域。在生物医学中，这些材料可用于打印组织工程支架，为细胞生长和组织修复提供支撑架构，随着组织的逐步修复，支架材料会自然降解，有效避免二次手术取出的风险。与此同时，高性能工程塑料的应用边界也在不断拓展。聚醚醚酮（PEEK）凭借其出色的耐高温、耐化学腐蚀以及高强度特性，在航空航天、汽车制造和医疗领域备受青睐。借助 3D 打印技术，能够制造出形状复杂的 PEEK 零部件，如航空发动机密封件、汽车轻量化结构件以及医疗植入式器械等。

陶瓷材料突破

陶瓷材料以其高硬度、耐高温、耐腐蚀等优势，在 3D 打印领域极具应用潜力，但其发展长期受限于打印工艺的适配难题。到 2025 年，这一困境得到显著改善。基于光固化、喷墨打印等技术的陶瓷 3D 打印工艺逐步成熟，能够实现高精度、复杂形状陶瓷部件的制造。以立体光固化（SLA）技术打印陶瓷部件为例，通过对陶瓷浆料配方的优化以及光固化过程的精准控制，成功攻克了陶瓷材料固化收缩和开裂等问题，制造出表面光洁度高、尺寸精度达微米级别的陶瓷零部件。这些陶瓷部件在电子封装、航空航天热障涂层预制件以及机械制造等领域，展现出广阔的应用前景。

三、3D 打印方式

传统打印方式优化

熔融沉积成型（FDM）技术在精度和速度上取得重大突破。通过改良喷头设计，采用高精度滚珠丝杠和直线导轨传动系统，结合优化的挤出控制算法，FDM 打印机的打印精度从过往的 0.1 - 0.4 毫米提升至 0.05 毫米左右，能够打印出更为精细的模型和零部件。在打印速度方面，通过提升电机驱动功率，优化切片软件的路径规划算法，打印速度提高了 30% - 50%，极大缩短了打印周期，使其在教育、创意设计、快速模具制造等领域的应用更加高效便捷。

光固化成型（SLA）技术在分辨率和效率上也有显著进步。新型高分辨率光刻设备与高性能光敏树脂的应用，让 SLA 技术的打印分辨率达到 25 微米以下，能够制造出极为精细的微小结构，如珠宝首饰、微流控芯片等。在效率提升上，多光束并行扫描技术与快速固化光敏树脂体系的运用，大幅提高了打印速度，同时减少了支撑结构的使用，降低了后处理的难度与成本，进一步拓展了 SLA 技术在精密制造领域的应用范畴。

选择性激光烧结（SLS）技术同样有着长足发展。该技术利用高能量激光束，按照预定的扫描路径对粉末材料进行逐层扫描烧结，使粉末材料在激光的作用下相互融合，从而形成三维实体。在 2025 年，SLS 技术在材料适应性上有了显著提升，除了常见的尼龙、金属粉末等材料，还能实现对多种新型复合材料的烧结成型。例如，通过特殊的工艺处理，SLS 技术能够将碳纤维增强材料与聚合物粉末进行烧结，制造出兼具高强度与轻量化特性的零部件，广泛应用于汽车、航空航天等对材料性能要求严苛的领域。同时，在设备方面，SLS 打印机的扫描速度和精度都有了大幅提高，扫描速度提升了 40% 左右，精度达到 ±0.1mm，有效缩短了打印时间，提高了产品质量。

电子束熔化（EBM）技术作为传统 3D 打印方式中的重要一员，也在持续优化。EBM 技术利用高能电子束作为热源，在真空环境下逐层熔化并凝固金属粉末成型。在 2025 年，EBM 技术在控制精度和生产效率上实现了双突破。通过优化电子束的聚焦和扫描控制系统，能够更加精确地控制金属粉末的熔化区域和程度，制造出内部结构更加复杂、尺寸精度更高的零部件。例如，在制造航空发动机的高温合金涡轮盘时，EBM 技术能够精准控制合金元素的分布，提高涡轮盘的高温性能和疲劳寿命。在生产效率方面，新型的电子枪和加速系统使得电子束的能量输出更加稳定和高效，打印速度提高了 35% 以上，有效降低了生产成本。

四、3D 打印需求

工业领域需求增长

在航空航天领域，3D 打印技术已从最初的零部件原型制作迈向直接制造最终产品阶段。像涡轮叶片、燃烧室等复杂航空发动机部件，借助 3D 打印能够实现传统制造工艺难以达成的复杂冷却通道与轻量化结构设计，不仅有效减轻部件重量，提升燃油效率，还增强了部件的耐高温性能与可靠性。例如，采用 3D 打印技术制造的钛合金航空发动机叶片，重量相较于传统锻造叶片减轻 15% - 20%，通过内部结构优化，其高温下的抗蠕变性能提升 30% 以上。

汽车制造行业对 3D 打印技术的需求也与日俱增。一方面，3D 打印技术在汽车零部件快速原型制作和小批量生产中发挥关键作用，大幅缩短新产品研发周期，降低开发成本。例如，通过 3D 打印快速制造汽车发动机缸体原型，可在短时间内对设计方案进行验证与优化，研发周期缩短 3 - 6 个月。另一方面，随着消费者对个性化汽车配件需求的不断攀升，3D 打印技术能够实现定制化生产，满足消费者对独特外观和功能的个性化诉求，如定制化汽车轮毂、内饰件等。

医疗行业需求特点

医疗行业对 3D 打印技术的需求呈现高度个性化和精准化特征。在个性化植入物制造方面，3D 打印技术能够依据患者的 CT、MRI 等医学影像数据，精确制造出贴合个体解剖结构的植入物，如髋关节、膝关节、颅骨修复板等。这些个性化植入物与患者身体组织相容性更佳，能有效提高手术成功率，减少术后并发症。以 3D 打印的钛合金髋关节植入物为例，通过精准匹配患者髋关节解剖结构，能够有效恢复患者关节功能，提升生活质量。

在医疗器械快速成型方面，3D 打印技术能够快速制造各类医疗器械原型和小批量产品，加速医疗器械的研发与创新。例如，通过 3D 打印技术可快速制造复杂手术器械模型，用于手术规划和模拟训练，提高手术的准确性与安全性。同时，3D 打印技术还能制造低成本医疗器械，如简易呼吸器、假肢等，为医疗资源相对匮乏地区提供更多医疗保障。

消费市场需求趋势

在消费市场，个性化文创产品定制成为 3D 打印技术的一大应用热点。消费者能够依据自身喜好和创意，通过 3D 打印定制独一无二的文创产品，如个性化珠宝首饰、艺术品、手办模型等。这些产品不仅具有独特艺术价值和纪念意义，还满足了消费者对个性化和差异化的消费追求。例如，通过 3D 打印技术将消费者照片、文字等元素融入珠宝首饰设计，打造专属个性化饰品。

智能家居配件制造也是 3D 打印技术在消费市场的重要应用方向。随着智能家居的普及，消费者对智能家居配件个性化和定制化的需求持续增长。3D 打印技术能够根据消费者家居环境和使用需求，制造出各种形状和功能的智能家居配件，如定制化智能插座外壳、智能音箱支架等，使智能家居产品更好融入家庭环境，提升用户体验。

五、3D 打印技术突破

打印精度与速度提升

纳米级 3D 打印技术在 2025 年取得实质性突破。该技术基于扫描探针显微镜（SPM）原理，通过精确控制原子或分子级别的材料沉积，实现纳米尺度结构的制造。以原子力显微镜（AFM）为例，其探针可将单个原子或分子逐一放置在基底上，构建具有特定功能的纳米结构，如纳米级传感器、量子比特等。这种纳米级 3D 打印技术为电子芯片制造、生物医学研究、纳米材料科学等领域带来全新发展机遇，推动器件向高度集成化和小型化发展。

超高速 3D 打印技术也得到广泛应用。通过采用高能量密度光源、高速运动打印平台以及快速固化材料体系，部分 3D 打印机的打印速度达到每分钟数米甚至更高。基于连续液体界面生产（CLIP）技术的改进型 3D 打印机，通过优化光固化过程中氧气抑制层厚度和光照强度分布，实现近乎连续的打印过程，极大提高打印效率。这种超高速 3D 打印技术在建筑领域用于快速建造房屋、桥梁等基础设施，在工业制造领域用于大规模生产 3D 打印产品，显著缩短生产周期，降低生产成本。

材料兼容性改善

混合材料打印技术取得重要进展。通过研发新型粘结剂和优化打印工艺，实现了更多种类材料的协同打印。在金属与陶瓷的混合打印中，通过添加特殊过渡层材料，控制打印过程中的温度梯度，有效解决了金属与陶瓷热膨胀系数不匹配的问题，实现两种材料的良好结合，制造出兼具金属强度和陶瓷耐高温、耐腐蚀性能的复合材料零部件。

材料界面结合优化也是材料兼容性改善的关键。通过表面处理技术和材料改性方法，提高不同材料之间的界面粘结强度。在打印聚合物与金属的复合材料时，对金属表面进行等离子处理，增加金属表面粗糙度和活性基团，同时对聚合物材料进行化学改性，引入与金属亲和性良好的官能团，显著提高聚合物与金属之间的界面结合力，确保复合材料的整体性能。

与其他技术融合创新

3D 打印与 AI 结合的智能打印技术得到广泛应用。AI 技术能够实时监测和优化 3D 打印过程，通过分析温度、应力、材料流动等打印数据，及时调整激光功率、扫描速度、喷头移动速度等打印参数，提高打印质量和成功率。利用机器学习算法对大量 3D 打印数据进行训练，建立打印过程预测模型，能够提前预测打印过程中可能出现的缺陷，并采取相应预防和修正措施。

3D 打印与物联网结合的远程制造技术成为行业发展新趋势。借助物联网技术，3D 打印机可连接互联网，实现远程监控和管理。用户可通过手机、电脑等设备随时随地控制打印机，查看打印进度和设备状态，还能将设计文件上传至云端，由远程 3D 打印机进行打印。这种远程制造技术打破地域限制，实现制造资源的优化配置，推动分布式制造和个性化定制生产模式的发展。

六、展望未来

未来增材制造行业在 3D 打印材料、打印方式、市场需求和技术突破等方面均取得令人瞩目的成果。材料的多元化与高性能化、打印方式的创新与高效化、市场需求的广泛增长以及技术的持续突破，为增材制造行业发展注入强劲动力。然而，行业发展仍面临诸多挑战，如部分高端材料成本居高不下、3D 打印设备价格相对昂贵、标准化和质量认证体系有待完善等。未来，增材制造行业需进一步强化产学研合作，加大研发投入，降低成本，完善标准体系，以实现更广泛的应用和可持续发展。随着技术的不断进步和市场的逐渐成熟，增材制造有望在全球制造业中占据更为重要的地位，成为推动制造业转型升级和创新发展的核心力量。