摘要：增材製造作為(wei) 新興(xing) 的製造技術，應用領域不斷擴展，成為(wei) 先進製造領域發展最快的技術方向之一；增材製造產(chan) 業(ye) 的發展為(wei) 現代製造業(ye) 的培育壯大以及傳(chuan) 統製造業(ye) 的轉型升級提供了寶貴契機。本文在分析全球增材製造技術發展態勢與(yu) 產(chan) 業(ye) 發展動態的基礎上，全麵梳理了我國增材製造技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 的發展態勢，剖析了我國增材製造產(chan) 業(ye) 麵臨(lin) 的共性技術研究及基礎器件能力不足、麵向國際市場的專(zhuan) 利布局滯後、產(chan) 業(ye) 規模與(yu) 產(chan) 業(ye) 集群建設有待深化等問題。著眼增材製造產(chan) 業(ye) 前瞻布局，論證提出了生物醫藥與(yu) 醫療器械增材製造、大型高性能複雜構件增材製造、空間增材製造、基於(yu) 增材製造的結構創新與(yu) 新材料發明等重點發展方向。研究建議：建立增材製造協同創新機製並支持企業(ye) 開展應用創新，圍繞重大裝備需求開展增材製造工藝變革專(zhuan) 項技術攻關(guan) ，深化區域性增材製造產(chan) 業(ye) 集群建設。本文內(nei) 容選自《中國工程科學》2022年第4期，作者：王磊、盧秉恒，轉自國家增材製造創新中心。

一. 前言

當前，以增材製造（亦稱 3D 打印）為(wei) 代表的新製造技術，其基礎研究、關(guan) 鍵技術、產(chan) 業(ye) 孵化等都在快速發展。增材製造技術完全改變了產(chan) 品的設計製造過程，被視為(wei) 諸多領域科技創新的“加速器”、支撐製造業(ye) 創新發展的關(guan) 鍵基礎技術；進一步改變了產(chan) 品的生產(chan) 模式，驅動定製化、個(ge) 性化、分布式製造；通過雲(yun) 製造並與(yu) 大數據技術結合，加快傳(chuan) 統製造升級，實現製造的個(ge) 性化、智能化、社會(hui) 化；對製造業(ye) 起到巨大的推動和顛覆性變革作用，助推航空、航天、能源、國防、汽車、生物醫療等領域核心製造技術的突破和跨越式發展。

增材製造的技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 研究是國內(nei) 外熱點課題。美國麥肯錫谘詢公司認為(wei) 增材製造是決(jue) 定2025年經濟發展的12大顛覆技術之一，發布的《增材製造發展的主流化》探討了增材製造40年發展曆程，作出了增材製造將成為(wei) 主流製造技術的判斷。中國工程院戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 項目組近年來持續關(guan) 注增材製造產(chan) 業(ye) 發展動態，研討了麵向“十四五”時期及中長期的增材製造產(chan) 業(ye) 路線圖。有研究指出，增材製造技術作為(wei) 麵向材料的製造技術，在聚合物、金屬、陶瓷、玻璃、複合材料中仍普遍存在打印精度、打印尺度、打印速度難以兼顧的矛盾；在比較分析國內(nei) 外增材製造產(chan) 業(ye) 的發展概況、宏觀策略、典型應用的基礎上，探討了增材製造相關(guan) 的標準體(ti) 係、人才培育、行業(ye) 趨勢等。世界經濟論壇等機構聯合發布了《增材製造突破：可擴展化與(yu) 克服關(guan) 鍵挑戰的操作指南》，認為(wei) 未來10年3D打印的工業(ye) 部件將大規模用於(yu) 生產(chan) 製造，闡述了新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情防控與(yu) 增材製造技術應用的關(guan) 聯性。

我國製造業(ye) 麵臨(lin) 著複雜的國際合作形勢和激烈的產(chan) 業(ye) 競爭(zheng) 態勢，高端裝備製造產(chan) 業(ye) 發展難以避免地受到幹擾，前沿技術與(yu) 工程的自主發展麵臨(lin) 潛在挑戰；在進行高質量發展轉型的過程中，需要堅定實施製造強國戰略。需要注意到，盡管我國製造業(ye) 對於(yu) 以增材製造為(wei) 代表的新製造技術推廣應用具有較高的熱度，但增材製造技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 相比世界先進水平仍有差距；國內(nei) 多數製造企業(ye) 還處於(yu) 接觸增材製造技術、開展探索應用階段，沒有達到全麵掌握、轉化應用、創造增量價(jia) 值的目標；結合國情開展的增材製造技術規劃與(yu) 產(chan) 業(ye) 發展研究也不夠深入和充分。針對於(yu) 此，本文力求全麵梳理增材製造技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 進展，剖析當前發展存在的問題，突出生物醫藥與(yu) 醫療器械、大型高性能複雜構件、空間增材製造、結構創新與(yu) 新材料發明等重點方向，以期為(wei) 我國增材製造領域的技術攻關(guan) 、產(chan) 業(ye) 升級、宏觀策略等研究提供基礎參考。

二、國際增材製造的技術和產(chan) 業(ye) 發展情況

（一）國際增材製造技術動態

世界範圍內(nei) 增材製造相關(guan) 的新工藝、新原理、新材料、新應用不斷湧現，4D打印、空間3D打印、電子3D打印、細胞3D打印、微納3D打印等新概念層出不窮。針對工程塑料、陶瓷、樹脂基纖維增強複合材料等的增材製造技術逐漸成熟，適用材料的種類與(yu) 應用範圍有所拓展，典型金屬增材製造結構的力學性能趨於(yu) 穩定甚至部分超過鍛件性能（見表1）。高熵非晶合金等新種類合金材料的成分設計、材料基因組設計、多材料功能梯度結構、超材料結構、仿生材料及其結構、具有電磁屏蔽功能的複合材料結構、材料結構功能一體(ti) 化設計、3D打印納米結構、軸向立體(ti) 光刻打印、4D 打印智能材料、活體(ti) 細胞打印、極端環境下的增材製造及應用等創新型、交叉性技術研究進展明顯。無支承金屬成形、大幅麵高能束密集陣列區域化選區熔化金屬（或燒結尼龍）成型、金屬摩擦沉積製造、混合製造、多機器人協作的大尺寸結構的增材製造等先進成形工藝獲得突破。增材製件長周期服役的顯微組織演變規律、人工智能檢測成形過程缺陷、機器學習(xi) 改進材料成分增強綜合性能、耐高溫合金材料組織 ‒ 性能的熱處理調控工藝等前沿基礎研究成果豐(feng) 富。

在企業(ye) 應用方麵，增材製造技術賦予了零部件集成打印、輕量化、高效換熱、新材料應用、多材料功能梯度結構設計等創新功能；正在規模化地集成到現有產(chan) 品的製造流程甚至供應鏈中，革新傳(chuan) 統製造方法並降低製造成本。一些優(you) 勢製造企業(ye) 建立了包括基於(yu) 增材製造技術的創新結構（如拓撲優(you) 化、晶狀點陣結構、結構功能一體(ti) 化）設計能力，增材製造成形工藝控製、後處理及質量檢測評價(jia) 等在內(nei) 的全流程技術體(ti) 係。以德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會(hui) 為(wei) 代表的一批研究機構，持續深化增材製造的工業(ye) 化生產(chan) 和智能化技術研究。

在標準建設方麵，傳(chuan) 統製造強國在增材製造技術方麵進展較快，較多采用政府部門、高校、科研機構、企業(ye) 、標準化機構組成標準化聯盟，以國防裝備、工程化場景應用需求為(wei) 牽引，注重標準類基礎研究的發展模式；以發布增材製造標準建設路線圖的形式來推動相關(guan) 建設，如《增材製造標準化路線圖》（美國）《增材製造標準領航行動計劃（2020—2022年）》（中國）。美國還發布了《增材製造標準化路線圖差距進展報告》，推動解決(jue) 增材製造標準化的實施問題。截至2022年3月，世界範圍內(nei) 發布、在編、擬編標準超過200項，已發布的標準涉及增材製造技術的術語和定義(yi) 、數據格式、設計、材料、成形工藝、零件檢測、裝備產(chan) 品、人員操作、安全、評估、修理、行業(ye) 應用等方麵；在航空、航天、汽車、焊接、船舶、計量、檢測、印刷電路板、消費類3D打印、醫療、安全等領域/ 方向也開展了標準研究與(yu) 製定。值得指出的是，增材製造的標準建設仍處於(yu) 初期階段，明顯滯後於(yu) 技術自身發展和產(chan) 業(ye) 推廣需求。

在技術路線圖方麵，傳(chuan) 統製造強國積極研究並發布各自版本。美國國防部發布了《增材製造路線圖》（2016年），分為(wei) 設計、材料、工藝、價(jia) 值鏈四方麵，麵向維修與(yu) 保障、部署與(yu) 遠征、新部件/係統采辦3類應用範圍，為(wei) 實施合作、協調投資提供了基礎框架。在歐盟資助下，增材製造行業(ye) 技能戰略聯盟發布了《歐洲增材製造技能路線圖》（2021年），明確了2030年前的應用需求及技術挑戰，從(cong) 消除增材製造技術差距的角度提出了目標和舉(ju) 措。我國在2019 年發布了麵向2035年的增材製造路線圖研究成果，梳理了中國增材製造技術的中長期發展方向。近期，我國學者綜述了增材製造的設計方法、材料、工藝與(yu) 設備、智能結構、生物結構、極端環境應用進展，認為(wei) 當前的增材製造技術不能全麵滿足傳(chuan) 統製造業(ye) 的標準化、規模化生產(chan) 需求，闡述了未來10年增材製造技術的研究路線圖。

在科技論文與(yu) 專(zhuan) 利方麵，近年來國際上與(yu) 增材製造相關(guan) 的數量迅猛上升，中國、美國、德國、韓國、日本是增材製造技術研究最為(wei) 活躍的國家 [19]。將全球增材製造專(zhuan) 利申請按照發明人國別、優(you) 先權國別進行排序（見圖1）可見，美國仍保持了增材製造原創專(zhuan) 利產(chan) 出的重要地位，在增材製造核心技術方麵的創新能力較強。

（二）國際增材製造產(chan) 業(ye) 動態

麵向未來產(chan) 業(ye) 布局，製造強國實施積極的增材製造產(chan) 業(ye) 政策。例如，美國著眼於(yu) 持續增強製造業(ye) 創新能力和競爭(zheng) 力，通過頂層設計、戰略規劃來引領增材製造產(chan) 業(ye) 發展；組建國家增材製造創新機構，發布《國防部增材製造路線圖》《增材製造標準化路線圖》《國防部增材製造戰略》等，啟動增材製造推進計劃“AM Forward”，協調推動增材製造在國防裝備、先進製造業(ye) 中的示範應用並形成產(chan) 業(ye) 生態。

國際增材製造產(chan) 業(ye) 從(cong) 起步期轉入成長期。隨著技術成熟度提升、單位成本降低、產(chan) 業(ye) 配套能力增強，增材製造已經逐漸成為(wei) 工業(ye) 領域的主流製造方式，以綜合效益（如成本、周期、輕量化等）改善促進了下遊應用發展。行業(ye) 領軍(jun) 企業(ye) 規劃了多種增材製造技術發展路線，采取加大資金投入、設立研發中心等形式布局增材製造軟硬件及創新網絡平台，快速推進商業(ye) 化應用；超前應對增材製造相關(guan) 產(chan) 業(ye) 的潛在競爭(zheng) ，在專(zhuan) 利、標準方麵進行布局，力求把握新型製造技術製高點，在民用飛機、發動機、醫療器械等裝備製造方麵取得創新發展。

國際增材製造產(chan) 業(ye) 鏈不斷拓展。航空、航天、航海、能源動力、汽車與(yu) 軌道交通、電子工業(ye) 、模具製造、醫療健康、數字創意、建築等領域的企業(ye) 和服務廠商不斷湧入這一新興(xing) 市場。增材製造技術在航空/ 航天發動機製造方麵獲得廣泛應用，如航空發動機燃油噴嘴、傳(chuan) 感器外殼、低壓渦輪葉片等零件通過了適航認證並批量應用到商用航空發動機，渦輪機部件具備了批生產(chan) 能力且金屬增材製件的成本接近鑄造。在汽車行業(ye) ，增材製造技術應用覆蓋原型設計、模具製造、批量化打印零件等。在數控機床產(chan) 業(ye) 鏈中，出現了配套有3D打印頭的數控機床和機器人產(chan) 品，將增材功能模塊與(yu) 減材設備（機床）、等材設備（鑄鍛焊、熱處理）配套，形成各類製造功能的複合化；同時將增材製造裝備作為(wei) 工作母機產(chan) 業(ye) 鏈的一部分進行推廣。增材製造在個(ge) 性醫療器械生產(chan) 方麵應用廣泛，如新型3D打印醫療器械產(chan) 品趨於(yu) 多樣化，從(cong) 生物假體(ti) 製造擴展至細胞、組織、器官的打印；還可用於(yu) 製造醫用機器人。優(you) 勢企業(ye) 將增材製造裝備、高端機床、智能工業(ye) 機器人引入生產(chan) 線，部分實現了混線生產(chan) ，在生產(chan) 效率、質量控製、柔性生產(chan) 等方麵提高了市場競爭(zheng) 力。

國際增材製造產(chan) 業(ye) 增長態勢良好，包括設備、材料、服務在內(nei) 的綜合增長率超過20%，金屬增材製造的年複合增長率超過30%；2021年市場規模為(wei) 152億(yi) 美元（同比增長19.5%），其中材料產(chan) 業(ye) 規模為(wei) 26億(yi) 美元（同比增長23.4%）。增材製造市場競爭(zheng) 格局相對集中，美國、中國占據著主要市場（前者占比為(wei) 34.4%，後者占比為(wei) 10.8%）；預計增材製造裝備市場仍將保持快速增長。

也要注意到，受國際形勢、COVID-19 疫情、各國政策導向的影響，主要國家之間的高端裝備製造業(ye) 競爭(zheng) 格局正在出現調整；大型裝備企業(ye) 傾(qing) 向於(yu) 采用兼並收購、服務增值等方式提升核心競爭(zheng) 力，將促進形成增材製造新產(chan) 業(ye) 鏈格局。跨國企業(ye) 主導區域內(nei) 的供應鏈布局調整，供應鏈逐漸縮短將成為(wei) 新趨勢；各國應對氣候變化、實施碳減排所采取的積極措施，也將推動全球範圍內(nei) 產(chan) 業(ye) 鏈加速重構，呈現產(chan) 業(ye) 鏈趨於(yu) 完整、供應鏈多元化、產(chan) 業(ye) 分工區域化等趨勢。未來15年，製造業(ye) 各領域原有的供應鏈體(ti) 係將被打斷並進行重組，考慮到技術成熟帶來的單位成本效益、本地打印製造的零件相比全球製造中心提供的零件更具成本效益，增材製造有望改變全球製造產(chan) 業(ye) 鏈的價(jia) 值結構。因此，未來增材製造產(chan) 業(ye) 規模有望進一步擴大。

三、我國增材製造技術開發和產(chan) 業(ye) 發展的現狀及麵臨(lin) 問題

（一）我國增材製造技術進展

我國初步建立了涵蓋3D打印材料、工藝、裝備技術到重大工程應用的全鏈條增材製造技術創新體(ti) 係，相關(guan) 技術研究涉及從(cong) 光固化材料的原型製造（產(chan) 品開發）到大尺寸金屬材料的增減材一體(ti) 化製造（裝備應用）的完整環節，包括各類工藝的增材製造裝備與(yu) 增材製造數據處理、各類成形工藝的路徑規劃軟件、模擬增材製造過程物理化學變化的數字仿真軟件、數字孿生體(ti) 建模仿真、空間原位增材製造等。工程應用技術拓展至工業(ye) 領域的產(chan) 品裝備創新、工業(ye) 領域高價(jia) 值部件的再製造修複、重大裝備的原位修複與(yu) 製造等。在醫療領域，生物醫療3D打印成為(wei) 精準醫療、康複保健研究的前沿技術，相應產(chan) 品以麵向患者的定製化解決(jue) 方案，增材製造的康複器具、手術導航以及醫療植入物等為(wei) 代表，極具應用前景。

“十三五”時期以來，完成了10多類關(guan) 鍵部件（如超高速激光熔覆頭、電子槍、微滴噴射打印頭）的技術攻關(guan) 和自主生產(chan) ，體(ti) 現了核心部件的良好研製進展。開發的光內(nei) 送粉等20餘(yu) 種規格的激光熔覆噴頭，適用於(yu) 1~20 kW激光直接能量沉積，在電機轉子、風機轉子等動力部件的增材修複中獲得應用。激光加熱陰極電子槍、大尺寸數字式動態聚焦掃描係統、在線檢測係統等打破了國外公司的技術壁壘，國產(chan) 3kW六硼化鑭單晶陰極電子槍的陰極壽命提升至800h；相關(guan) 的電子槍及動態聚焦掃描係統配置於(yu) 國產(chan) 大幅麵陣列式電子束選區熔化裝備。

通過持續努力，我國增材製造技術研究在工藝與(yu) 裝備穩定性、精度控製、變形與(yu) 應力調控等方麵取得良好進展，大幅麵動態鋪粉的旋轉粉末床增材製造裝備、新一代高性能難加工合金大型複雜構件增減材製造裝備等係列產(chan) 品研製成功並投入應用。目前，增材製造技術在航空、航天、動力、能源領域的高端裝備製造方麵獲得了廣泛認可，如采用激光熔覆沉積技術實現了投影麵積達到16㎡的飛機發動機承力框、起落架的增材製造，解決(jue) 了傳(chuan) 統方法難以處理的複雜結構、功能集成整體(ti) 製造難題；采用多絲(si) 協同的電弧熔絲(si) 增減材工藝裝備，實現了10m尺寸級高強鋁合金運載火箭連接環樣件製造；開發了“融鑄鍛焊”一體(ti) 化的創新工藝。此外，工業(ye) 級顆粒料熔融擠出成型、樹脂及陶瓷漿料的光固化成型、金屬激光熔融沉積成型 [23]、等離子束/電弧熔絲(si) 成型、大幅麵激光選區熔化成型、增減材混合製造等裝備實現了穩定的工業(ye) 級應用；金屬黏合劑噴射3D打印技術能夠改善自身結構力學性能的不足，有望走向低成本、批量化應用。

科研院所、裝備製造企業(ye) 與(yu) 下遊用戶組成“產(chan) 學研”聯合體(ti) ，協同開展大尺寸金屬增材製件的成形工藝與(yu) 裝備、檢測技術、標準的研製。裝備企業(ye) 積極推動增材製造技術在結構優(you) 化設計、材料、裝備、工藝、檢測評價(jia) 等環節融入現有製造體(ti) 係，提升新型號製造保障能力；開展複雜異形構件研製及批產(chan) 工作，帶動成熟的航天動力型號演進升級。以火箭發動機部件的增材製造為(wei) 示範，掌握了鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、鋁合金、銅合金5類合金共16種牌號材料的應用特性，實現了材料經熱處理後5類力學性能指標與(yu) 同成分鍛件水平相當的目標；研究的材料種類覆蓋70%以上的常用鑄/ 鍛件難加工材料，實現了200餘(yu) 種產(chan) 品的增材製造成形（含通過試車考核的90餘(yu) 種構件、批量交付的30餘(yu) 種構件）。

（二）我國增材製造產(chan) 業(ye) 進展

我國形成了國家級、省級、重要行業(ye) 的增材製造創新中心協同布局，骨幹企業(ye) 率先發展的創新網絡與(yu) 產(chan) 業(ye) 生態體(ti) 係；增材製造產(chan) 業(ye) 鏈的各環節，包括原材料、關(guan) 鍵零部件配套、裝備研製、共性技術研發平台、應用服務商以及各應用領域，都在快速發展。我國消費級增材製造產(chan) 業(ye) 規模全球領先。在高性能金屬增材製造原材料及其生產(chan) 裝備方麵，基本實現了國產(chan) 化替代，具有批量化供應和成本競爭(zheng) 優(you) 勢；核心器件及零部件的國產(chan) 化進程加速，在國產(chan) 中低端裝備上實現了規模化配套；高性能金屬增材製造裝備基本突破了規模化、產(chan) 業(ye) 化瓶頸，5軸增減材混合製造裝備已實現商用。增材製造砂型成為(wei) 鑄造行業(ye) 轉型升級突破口，建成萬(wan) 噸級鑄造3D打印製造工廠；實現新型飛機研製過程中的增材製造結構件占比超過3%，建成火箭發動機零組件的智能生產(chan) 車間。此外，國家藥品監督管理局成立了醫用增材製造技術醫療器械標準化技術歸口單位，圍繞增材製造醫療器械軟件、設備、原材料、工藝控製等，製定標準和規範，保障產(chan) 業(ye) 發展；針對多款增材製造產(chan) 品批準了醫療器械注冊(ce) 證，醫用增材製造產(chan) 品的臨(lin) 床應用案例超過1×10000個(ge) ，一批醫用增材製造產(chan) 品（如3D打印可降解支架）進入了動物實驗、個(ge) 例臨(lin) 床試驗階段。

我國增材製造產(chan) 業(ye) 規模穩步增長。中國增材製造產(chan) 業(ye) 聯盟數據表明，2021年我國增材製造產(chan) 業(ye) 規模為(wei) 265億(yi) 元，30%的增速超出世界平均水平約10個(ge) 百分點。增材製造產(chan) 業(ye) 鏈上的大、中、小企業(ye) 融通發展格局顯現，國內(nei) 增材製造設備供應商積極從(cong) 跟隨狀態轉向自主創新發展，龍頭企業(ye) 具備了參與(yu) 國際市場競爭(zheng) 的技術能力。以京津冀地區、長江三角洲（長三角）地區、珠江三角洲（珠三角）地區為(wei) 核心，中西部地區為(wei) 紐帶的增材製造產(chan) 業(ye) 發展的地域空間格局基本形成，區域性產(chan) 業(ye) 鏈集聚優(you) 勢逐步體(ti) 現。

為(wei) 應對國際市場與(yu) 技術交流的形勢變化，促進我國增材製造產(chan) 業(ye) 鏈的健康發展，產(chan) 業(ye) 界積極推動增材製造“產(chan) 學研用”協同發展模式，補齊產(chan) 業(ye) 鏈薄弱環節，突破關(guan) 鍵技術瓶頸。增材製造產(chan) 業(ye) 鏈的上、中、下遊機構與(yu) 企業(ye) 緊密合作：下遊的用戶從(cong) 需求出發解決(jue) 了合適的技術來源，上遊的增材製造原材料生產(chan) 與(yu) 銷售商、中遊的增材製造設備與(yu) 打印產(chan) 品服務廠商明確了技術開發重點及市場方向。例如，航空、航天、核電、醫療領域的用戶，與(yu) 國內(nei) 相關(guan) 企事業(ye) 單位組成技術攻關(guan) 聯合體(ti) ，開展增材製件的實驗驗證與(yu) 認證工作，實現國產(chan) 材料、工藝裝備在各領域的“能用、敢用、規模化應用”。

未來經濟發展的良好預期以及超大規模的內(nei) 需市場，是我國戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 發展的根本動力。“3D打印+”正在向汽車、模具、精準醫療、新能源、再製造等製造業(ye) 的細分方向、社會(hui) 生活的多個(ge) 方麵深入發展。隨著增材製造技術成熟度的提升，材料及生產(chan) 成本的持續下降，增材製造技術的應用範圍及產(chan) 業(ye) 規模有望進一步拓展，增材製造、減材製造、等材製造將逐漸在製造業(ye) 價(jia) 值鏈上形成“三分天下”格局。

（三）我國增材製造技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 發展存在的問題

1. 共性技術研究及基礎器件能力存在不足

增材製造產(chan) 業(ye) 的高質量發展，依賴於(yu) 關(guan) 鍵技術的全麵突破、技術體(ti) 係成熟度的綜合提升，表現在擴展材料種類、改善成形效率、革新質量控製手段、降低綜合成本。我國增材製造產(chan) 業(ye) 盡管增速較快，但原始創新能力依然不強，基礎共性技術、基礎器件配套能力、產(chan) 業(ye) 前沿技術研究差距客觀存在，工業(ye) 軟件及核心器件的國產(chan) 配套能力不足，部分核心關(guan) 鍵技術受製於(yu) 人。高端增材製造裝備使用的核心元器件（如打印頭、激光器、長壽命電子槍、掃描振鏡、微滴噴頭、精密光學器件等）、關(guan) 鍵零部件、商業(ye) 化工業(ye) 軟件較多依賴進口；部分激光器、掃描器件已完成自主研製，但配套應用規模較小，品質與(yu) 可靠性有待提高。國產(chan) 高端金屬成形裝備在專(zhuan) 用工藝包開發與(yu) 成型精度方麵較世界先進水平仍有差距。

增材製造行業(ye) 的共性關(guan) 鍵技術支撐能力有所不足，成為(wei) 規模化應用的瓶頸環節。增材製造涉及學科眾(zhong) 多、應用領域寬廣，導致基礎理論研究、應用基礎研究、學科交叉研究繁重而迫切。尤其是在民航、軌道交通、核電、醫療等行業(ye) ，因嚴(yan) 格監管而麵臨(lin) 嚴(yan) 格的產(chan) 品準入要求，但麵向產(chan) 品全生命周期（設計、製造、經銷、服役用、維修保養(yang) 、回收/再用處置）的質量保證與(yu) 認證研究仍處於(yu) 初期階段，不利於(yu) 增材製造技術及產(chan) 品的推廣應用。與(yu) 基礎數據缺乏、標準建設滯後的整體(ti) 態勢類似，增材製造高性能專(zhuan) 用材料及其成形工藝包等基礎數據的積累較少，標準及質量評價(jia) 體(ti) 係不完整。特別是麵向各領域應用的缺陷檢測及質量評價(jia) 技術研究不足，導致增材製件在複雜工況/環境服役的可靠性數數據偏少，增材製件在高溫、超高壓、深冷、複雜腐蝕等極端條件下的缺陷檢驗檢測與(yu) 臨(lin) 界失效預測預警技術，係統工程風險評估技術，超期服役、長周期運行的結構完整性評價(jia) 技術等均有待突破，製約了增材製造產(chan) 業(ye) 的規模化發展。

2. 麵向國際市場的專(zhuan) 利布局滯後

麵向國際市場開展專(zhuan) 利布局，才能保障我國增材製造產(chan) 業(ye) 的未來競爭(zheng) 力。美國、德國、日本、韓國都高度重視專(zhuan) 利布局並偏重國際市場，如德國籍專(zhuan) 利發明人申請的專(zhuan) 利有66.2%的在國外申請，日本的海外專(zhuan) 利占比達到48.4%。相比之下，我國專(zhuan) 利申請人的專(zhuan) 利布局重點仍局限於(yu) 本土，如國內(nei) 申請的專(zhuan) 利占總量的97.8%，即僅(jin) 有2.2%的專(zhuan) 利瞄準海外布局。因此，發達國家構建的專(zhuan) 利壁壘對我國企業(ye) 在增材製造、激光製造領域的投入及研究產(chan) 生了明顯幹擾。擁有核心自主知識產(chan) 權體(ti) 係，是打破國外技術壁壘與(yu) 封鎖的依托，也是壯大國內(nei) 增材製造產(chan) 業(ye) 的核心環節。在增材製造領域日益激烈的國際市場競爭(zheng) 背景下，我國增材製造技術專(zhuan) 利的保護力度相對不足，信息與(yu) 技術的市場化共享渠道不暢；應把握增材製造技術的國際製高點，以更大力度實施相關(guan) 專(zhuan) 利的海外市場布局，化解增材製造產(chan) 業(ye) 國際化的發展風險。

3. 產(chan) 業(ye) 規模與(yu) 產(chan) 業(ye) 集群建設有待深化

我國增材製造產(chan) 業(ye) 初步形成了完整的生態鏈，構建了產(chan) 業(ye) 鏈、供應鏈風險的應對機製，但客觀來看仍存在分布不集中、企業(ye) 規模小、綜合競爭(zheng) 力弱等問題。“專(zhuan) 精特新”企業(ye) 數量少、成立時間短，研發強度和市場競爭(zheng) 力在短期內(nei) 離不開產(chan) 業(ye) 政策扶持；各應用領域的示範推廣和商業(ye) 應用規模仍待發展，國際化僅(jin) 處於(yu) 起步階段。工業(ye) 企業(ye) 除了因成本控製而限製推廣規模之外，對增材製造技術的認識仍不夠深入，實施創新應用的開拓能力不足；多是沿用國外案例經驗或由市場競爭(zheng) 倒逼，偏好短期規模效益、跟隨市場熱點進行重複投資，而對技術創新難度大的產(chan) 品缺乏持續投入動力。現有的增材製造產(chan) 業(ye) 集群呈現“小集中、大分散”分布特征，產(chan) 業(ye) 鏈過於(yu) 圍繞中遊（增材製造裝備）展開；通用技術薄弱、創新能力體(ti) 係不強、人才與(yu) 研發經費保障不充分、行業(ye) 利潤不足以支撐可持續發展，成為(wei) 增材製造行業(ye) 麵臨(lin) 的共性問題。

跨部門和區域的協調發展機製不完善，各省份的產(chan) 業(ye) 鏈規劃互補性弱，部分增材製造產(chan) 業(ye) 園區同質化競爭(zheng) 現象嚴(yan) 重；地區之間的搶鏈風險和局部市場壁壘問題，阻礙了增材製造產(chan) 業(ye) 鏈的優(you) 質發展。在區域內(nei) ，大型企業(ye) 的獨立性較高，業(ye) 務覆蓋原材料、裝備、應用等環節，幾乎包攬所有研發與(yu) 生產(chan) 任務，小型企業(ye) 尤其是初創公司難以參與(yu) 配套的發展模式有待革新。國有企業(ye) 在設備采購中過分強調業(ye) 績記錄，導致自主創新技術不易獲得應用實踐機會(hui) 。因此，增材製造產(chan) 業(ye) 集群的發展水平和發展質量不平衡問題較為(wei) 突出，亟待破解。

四、麵向未來的增材製造技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 前瞻布局

（一）生物醫藥與(yu) 醫療器械增材製造

生物醫藥產(chan) 業(ye) 、新型治療技術的發展，對生物醫藥與(yu) 醫療器械製造技術提出更高要求。增材製造是實現個(ge) 性化診療方案與(yu) 植入物製造的關(guan) 鍵技術。在當前3D打印應用於(yu) 精準醫療的基礎上，繼續完善醫用增材製造產(chan) 品的認證標準、法規、評價(jia) 體(ti) 係，創新發展高效增材製造的新工藝、新技術、新裝備：基於(yu) 3D打印技術，發展受控釋放的藥物製劑打印產(chan) 品，製造滿足生物相容性的骨科植入物以及基於(yu) 可降解材料的打印產(chan) 品；發展基於(yu) 生長因子的3D打印技術，形成人體(ti) 器官再造的重大突破；探索體(ti) 內(nei) 原位打印修複技術，為(wei) 骨缺損臨(lin) 床修複填充、部分功能器官修複提供新手段。針對社會(hui) 老齡化現象，基於(yu) 增材製造技術研究人體(ti) 老化器官功能再生方案，延長人類的健康壽命、提升人類的生活質量，從(cong) 而取得生命科學的重大創新成果，開創規模化的新興(xing) 產(chan) 業(ye) 。

（二）大型高性能複雜構件的增材製造

瞄準航空、航天、船舶、核能等領域重大裝備的發展需求，突破大型複雜精密構件研發生產(chan) 的“卡脖子”技術環節，如高性能鋁合金、鈦合金、船用鋼、高溫難熔難加工合金、複合材料等材料的大型複雜構件高效增材製造工藝，係列化的工程成套裝備性能控製及質量評價(jia) 、檢測標準認證與(yu) 工程化應用等；重點攻關(guan) 大型高性能複雜構件製造的組織性能調控、在線質量檢測、服役性能預測、裝備集成與(yu) 可靠性等技術。以增材製造技術的應用提升來推動重點工程、重大裝備的建設突破，提升相關(guan) 產(chan) 品的研製水平和更新換代能力。

（三）空間增材製造

在形成空間新材料、新裝備、新工藝、新應用，提高空間活動能力，增強空間開發利用優(you) 勢方麵具有重要價(jia) 值。麵向工程實際需求，針對宇航器、空間站、衛星的在軌製造與(yu) 維修，太陽能電池陣列、天線、光學係統等大型空間結構的在軌製造與(yu) 組裝，外星球基地建設等長遠發展規劃，著力提升空間增材製造技術。係統級的研究布局有艙內(nei) 微重力環境下的增材製造技術與(yu) 裝備、適應艙外極端環境的新材料成形技術與(yu) 裝備、空間巨型結構的多方位增材製造技術、在軌製造工廠。突破真空微重力環境下的金屬冶金與(yu) 部件原位修複，輕質金屬及新合金的原位增材製造，複合材料空間增材製造，多材料、多功能器件的空間增材製造，生物器官的空間增材製造等技術，構建在軌製造技術體(ti) 係。此外，利用外星物質進行新合金原位冶金及增材製造、月壤基地3D打印等也是亟待發展的大規模空間開發支撐技術。以空間增材製造技術的基礎研究為(wei) 突破口，快速轉化應用能力，探索商業(ye) 應用示範。未來結合民用、商業(ye) 、國防需求，開辟新的製造體(ti) 係、人類新的製造基地，為(wei) 解決(jue) 地外資源原位利用、拓展人類地外持續生存與(yu) 活動能力提供戰略性保障。

（四）基於(yu) 增材製造的結構創新與(yu) 新材料發明

麵向能源領域發展需求，基於(yu) 增材製造技術的創新設計將顯著縮小換熱器結構，支持小型化、模塊化、可移動的核電小堆裝備工程化開發，為(wei) 核電安全性提升及潛在的電力供應安全提供保障；研究堆芯燃料組件、核主泵、換熱器、熱電轉換等關(guan) 鍵結構的創新設計，新材料及相應的增材製造技術，探索增材製造在線增強增韌技術，提高增材製件的複雜工況服役性能，超前布局並構建核電行業(ye) 增材製造標準及質量評價(jia) 體(ti) 係。針對前沿新材料，發揮增材製造技術在材料基因組設計新合金、多材料及功能複合材料構件製造方麵的平台技術作用，研究基於(yu) 增材製造的新材料合成技術、新材料增材製造工藝及其應用，形成高端裝備用特種合金、電子打印材料、生物醫用材料、智能仿生材料、高性能纖維複合材料、高性能陶瓷基複合材料、新型合金材料等；依托增材製造技術，構建新材料發明的創新體(ti) 係，提升材料研發能力和新材料產(chan) 業(ye) 競爭(zheng) 力。

五、我國增材製造技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 發展建議

（一）建立增材製造協同創新機製並支持企業(ye) 開展應用創新

建議以國家整體(ti) 目標、產(chan) 業(ye) 發展需求為(wei) 導向，統籌正在規劃建設、以各類創新中心為(wei) 代表的國家戰略科技力量；在增材製造重點領域給予連續性政策支持，借鑒國際先進科研機構的管理模式與(yu) 經驗，構建穩定適用的團隊管理模式，兼顧科研團隊的穩定發展與(yu) 分工協同。建立由國家級科研機構、產(chan) 業(ye) 聯盟、第三方機構組成的產(chan) 業(ye) 鏈安全預警機製，加強增材製造前沿技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 發展的戰略研究，製定增材製造工業(ye) 基礎能力與(yu) 關(guan) 鍵共性技術提升計劃、發展目錄、標準開發以及增材製造技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 發展路線圖。建設各類科研機構、科研項目的協同機製，開展增材製造產(chan) 業(ye) 基礎與(yu) 關(guan) 鍵共性技術研究，支持解決(jue) 前沿技術和創新成果的工程轉化難題，為(wei) 裝備製造行業(ye) 的產(chan) 業(ye) 鏈高級化、產(chan) 業(ye) 鏈現代化提供堅實支撐。

建議製定鼓勵企業(ye) 應用自主技術產(chan) 品的獎勵和補助政策、符合技術創新規律的新型科技機構考核與(yu) 管理辦法。明確考核導向，提高技術創新在考核中的比重，分類考核長期研發投入和產(chan) 出，形成長期扶持、鼓勵創新、寬容失敗的考核機製，激發企業(ye) 創新動力；引導企業(ye) 從(cong) 依靠過度資源消耗、低性能/低成本競爭(zheng) 模式轉向依靠技術與(yu) 應用創新、實施差別化競爭(zheng) 模式，提升中國製造行業(ye) 的國際競爭(zheng) 力。

（二）圍繞重大裝備需求開展增材製造工藝變革專(zhuan) 項技術攻關(guan)

圍繞國防重大戰略需求、國際前沿競爭(zheng) 需要，開展重大裝備發展的頂層設計，從(cong) 原始創新、新材料、核心器件、工業(ye) 軟件、高端裝備、創新應用等方麵著手，強化增材製造技術創新體(ti) 係。建議設立增材製造工藝變革科技專(zhuan) 項（簡稱“科技專(zhuan) 項”），建設用戶牽頭、多元主體(ti) 參與(yu) 的協同機製並形成“產(chan) 學研用”聯合體(ti) ；建設增材製造產(chan) 業(ye) 鏈的產(chan) 品質量保障體(ti) 係，覆蓋原材料規範、成形精度、生產(chan) 效率、專(zhuan) 用軟件、製造裝備、後處理、檢測檢驗、標準等；破解增材製造產(chan) 業(ye) 鏈的技術瓶頸環節，為(wei) 重大裝備製造提供配套技術支撐。

科技專(zhuan) 項將重點支持增材製造在重大裝備研發與(yu) 生產(chan) 單位中的技術擴散和產(chan) 業(ye) 化應用，推動國產(chan) 的材料、軟件、器件、製造裝備、應用工藝流程等全鏈條技術在大型飛機及無人機、航空/航天發動機、重型運載火箭、空間飛行器、汽車、醫療器械、海洋裝備等工程裝備及關(guan) 鍵部件整體(ti) 化製造中的應用示範，培育並提升中小企業(ye) 在增材製造產(chan) 業(ye) 鏈中的參與(yu) 程度。科技專(zhuan) 項將重點引導增材製造技術在真實場景中的加速應用及技術迭代，建設麵向應用對象的增材製造全工藝流程基礎數據庫，適應技術研究、性能驗證、產(chan) 品研製的實際需要；在深層次解決(jue) 國產(chan) 材料、關(guan) 鍵功能部件、工業(ye) 軟件等產(chan) 業(ye) 配套問題的同時，實質性提升增材製造關(guan) 鍵技術與(yu) 裝備的國產(chan) 化能力及國際市場競爭(zheng) 力。

（三）深化區域性增材製造產(chan) 業(ye) 集群建設

把握國際高端裝備產(chan) 業(ye) 創新發展趨勢與(yu) 規律，立足國情實際與(yu) 裝備需求，優(you) 化頂層設計並統籌區域性增材製造產(chan) 業(ye) 發展規劃。針對增材製造創新鏈和產(chan) 業(ye) 鏈的技術密集、資金密集、人才密集特點，建議整合各地區的優(you) 勢科技資源與(yu) 先進製造產(chan) 業(ye) 鏈資源，高效推動“3D 打印+”細分行業(ye) 的協調發展。圍繞世界級產(chan) 業(ye) 集群建設目標，以京津冀地區、長三角地區、珠三角地區、中西部地區的增材製造產(chan) 業(ye) 優(you) 勢聚集區為(wei) 基礎，推進增材製造技術與(yu) 各地區優(you) 勢產(chan) 業(ye) 鏈、供應鏈的深度融合；打破不合理的地區限製和隱性壁壘，推動產(chan) 業(ye) 鏈、供應鏈的跨區域協同發展，形成具有國際競爭(zheng) 優(you) 勢的中國增材製造產(chan) 業(ye) 鏈生態。

建議成立由管理部門、創新平台、企業(ye) 用戶共同參與(yu) 的增材製造產(chan) 業(ye) 鏈“雙鏈主”，在整機及關(guan) 鍵功能部件、應用創新方麵提供必要支持，實施技術攻關(guan) 和應用示範，實現增材製造產(chan) 業(ye) 鏈與(yu) 區域內(nei) 各應用行業(ye) 產(chan) 業(ye) 鏈的協同發展。合理給予稅收優(you) 惠或金融支持，引導中小企業(ye) 向“專(zhuan) 精特新”方向成長，支持深耕基礎零部件、材料、元器件、傳(chuan) 感器、工業(ye) 軟件、專(zhuan) 用裝備等細分領域，以差異化發展實現產(chan) 業(ye) 鏈提升。鼓勵各類企業(ye) 采取投資入股、聯合投資等方式，與(yu) 增材製造創新平台開展深度合作，實現創新資源高效整合、創新驅動產(chan) 業(ye) 發展。推動各領域的重點企業(ye) 加大國產(chan) 增材製造裝備、國產(chan) 器件的應用力度，推動軍(jun) 民技術的一體(ti) 化發展，以應用創新促進能力提升。