欧洲增材制造技术发展现状及趋势

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来源：高端装备发展研究中心

　　欧洲增材制造技术平台(AM Platform)

　　欧盟目前在增材制造领域所拥有的优势不小：高效快速的电子化供应链，独特高质量的产品设计，规模的经济效应和可持续的生产规划。虽然其产品的标准化与材料等生产成本过高等因素一直存在，但这些劣势可谓是全球3D打印行业共有的。

　　欧盟于2004年开始搭建增材制造创新中心：欧洲增材制造技术平台(The European Additive Manufacturing  Technology Platform，AM Platform)。

　　AM  Platform近年来发布了多版《增材制造战略研究议程》报告，为整个欧盟增材制造的技术进步和产业发展提供了指导框架，并着力推动增材制造成为一个可以长期推动欧洲经济发展的关键技术。

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　　欧洲增材制造技术发展的路线和优先级

　　欧盟在增材制造标准化方面提供了积极的支持，其SASAM((Support Action for Standardisation in Additive  Manufactruring)增材制造标准化小组联合了ISO、ASTM以及CEN(欧洲标准化委员会)多方力量，发布了《2015增材制造标准化路线图》，对欧洲增材制造技术发展的路线和优先级进行制定。

　　SASAM项目提供的2015-2022年增材制造标准化路线图

　　上图中的技术成熟度(TRL)具体划分标准见下图：

　　SASAM项目中的合作伙伴就标准化的主题和优先级制定了清单。优先级分为：产品质量、材料(金属，聚合物，陶瓷)和其他项目。

　　产品质量(Product Quality)中，优先级大于3.5的项目有：

　　几何公差(形状和位置的偏差)

　　拉伸强度(金属制品试样)

　　尺寸，长度和角度尺寸，尺寸公差

　　疲劳试验

　　抗弯强度

　　冲击强度

　　金属材料(Metal)中，优先级大于3.5的项目有：

材料	工艺	应用领域
Ti  Grade 1	粉末床融合	医疗
Ti  Al	粉末床融合	航空
TA6V	粉末床融合，熔覆	航空维修
Inconel 625	粉末床融合	航空
Inconel 718	粉末床融合	航空
Co-Cr	粉末床融合	牙科，矫形

　　聚合物材料(Polymer)中，优先级大于3.5的项目有：

材料	工艺	应用领域
ABS	FDM
PA12	粉末床融合	医疗，自动化、航空、军事
PA阻燃剂		航空
PA11	SLS

　　陶瓷材料(Ceramic)中，优先级均小于3.5，主要发展的材料有氧化铝、碳化硅等。

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　　欧洲增材制造优劣势SWOT分析

　　《2015增材制造标准化路线图》中还详述了目前欧盟增材制造技术所拥有的优势与劣势，一些问题及压力，还有市场的相关分析。

　　欧洲增材制造优劣势SWOT分析((S)表示正在进行标准化)

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　欧洲增材制造发展需要克服的问题

　　根据SASAM项目的调研，欧洲增材制造发展需要克服的问题(Red Brick Walls)主要包含两个方面：技术领域和一般领域。

　　技术领域包括：生产效率、过程稳定性、材料、过程和产品质量、产品数据和成本。

技术领域              主题	主要挑战
生产效率	l   需要提高增材制造速度              l   支持高容量生产,提高批次之间的稳定性以及材料的稳定性              l   提高铺层速度、和层与层之间的转换速度              l   开发测试增材制造产品的方法
过程可靠性	l   提高材料的过程能力、质量和表现性能              l   提高过程公差的控制能力              l   提高产品的表面质量              l   提高过程控制和监控能力              l   开发效率更高更容易控制的激光              l   减少金属产品的残余应力              l   制定正确的第一时间处理方法              l   开发能在过程中更好的控制温度的工具              l   提高几何稳定性              l   分析能源消耗和减少方法的发展              l   开发复合材料的增材制造方法              l   提高软件的利用程度
材料	l   提高材料的性能：静态性能和抗疲劳性能，使增材制造优于铸造和锻造材料              l   提高不同机器间的工艺参数交换能力              l   适用于不同加工技术的半结晶和非晶态聚合物的识别              l   专用的增材制造材料              l   开发材料的一致性和可重复性以及与加工参数配合              l   分析不同材料的特性和增材制造技术的复合材料验证              l   分析和开发包括生物材料、超导材料、新磁性材料、高性能金属合金、非晶态金属、复合高温陶瓷材料、金属有机骨架、纳米颗粒和纳米纤维材料
过程和产品质量	l   开发能减少后期产品处理需要的过程中控制与监控方法及系统              l   开发流畅的工作体系使得通过混合加工来达到产品的几何与表面要求              l   提高材料特性和机械性能以达到更好的表面质量              l   开发内置测头以提供无需中断的产品质量监测，早期发现可能会发生的质量问题或者产品缺陷              l   开发设计工具和方法来使得设计师能更加自由的发挥增材制造的优势              l   提高对能量源的操纵水平，包括激光和电子束，以及材料的反应控制，以能够生产更小的产品，并提高更好的产品质量。
产品数据	l   开发特定应用、材料及过程的材料性能信息数据库              l   开发材料性能比较及分享的在线平台
Costs              成本	l   减少废品和提高重复率              l   更快的周转处理材料/零件/组件处理              l   促进新的粉末生产来源或新的/改进的供应链集成方法的材料加工              l   提高材料的使用率

　　一般领域包括：培训与教育、标准化与认证、环境、工业定义、可靠性以及其他。

一般领域              主题	主要挑战
培训和教育	l   制定具体的培训模块，包括设计/建模，流程，材料和应用              l   为管理技术人员以及其他非技术的业务人员关于增材制造带来的新物流、精益制造和新的商业模式的培训教育              l   大学和技术学院课程的教育材料和课程，以及基本本科和研究生水平的教育材料和课程              l   基于特定的工业案例研究，技术转让支持和供应链支持的活动              l   专业机构为行业提供的培训项目，更多的为了提高增材制造技术能力、材料和应用能力的专项培训
环境	l   提高增材制造的热源效率，更多的节能激光              l   提高过程生产效率，降低过程损失              l   批量回收材料的批量验证和标准化，尤其是高分子材料              l   对于老化的达到自然使用寿命的零件开发熔融材料的回收策略，监控和材料化学控制策略，以及雾化材料创造策略从而系统化原料使用生命周期。
标准和认证	l  开发增材制造的认证流程，如先进在线监测和质量控制技术              l  进一步参与ISO/TC261,  CEN和ASTM  F42标准制定工作              l  开发预防和纠正产品缺陷的方法              l  ISO和ASTM的优先发展项目有：资格和认证方法、设计指南、原材料特性测试方法、材料回收标准、循环测试标准协议、标准测试文件、购买增材制造部件的要求、协调现有ISO/ASTM术语标准、成品件测试
工业定义	l   技术研究的要求需要被归类以满足技术的多样化需求，尤其是标准化、责任和知识产权方面。              l   一个专注于供应链和欧洲共同能力的行业咨询小组
责任	l   制定新的业务模式明确规定和指引有效供应、生产组件，以确保产品的安全，并建立零件/产品发生故障或损坏的可追溯性体系
其他	l   增材制造领域的全球合作是有益的，特别是在欧盟和美国之间              l   与最终用户增强沟通，了解用于的商业案例，并用于提高标准对他们的支持作用              l   将研发的产品设立认证机制，通过测试的产品从TLR4移动到TRL7以及TRL9              l   更多考虑增材制造的价值主张，例如数字数据

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　欧盟框架计划与Horizon 2020

　　欧洲大多数增材制造研发项目都是由欧盟框架计划组织和资助的，从FP3到FP7，增材制造相关项目达到了88个。FP7中的增材制造项目就达到60个，共投入超过1.6亿欧元。其中29.6%的项目涉及材料，34.5%的项目涉及技术，另外35.9%是技术应用。

　　FP7在2013年底结束，新的研究与创新框架计划——“地平线2020”(Horizon  2020)于2014年正式启动，为期7年(2014-2020)。“地平线2020”重新设计了整体研发框架，简化和统一了旗下所属的各个资助板块，保留了合理的政策，简化了难以操作或重复繁琐的项目申请、管理流程。“地平线2020”的提出标志着欧盟在研究创新计划上进入了新纪元。

　　在地平线2020计划中，增材制造技术发展重点为结合纳米技术、高级材料、微电子和纳米电子学、光子学、生物技术和先进制造等关键技术和领域制造先进产品，项目数量也有较快的增长。

　　目前地平线2020中的主要增材制造项目有：