光固化3D打印陶瓷的力学性能远低于传统方法制备的陶瓷，其关键瓶颈在于层间结合区形成的缺陷。在成型过程中，每层的光聚合程度决定了层间残留单体的数量，进而影响后续层间的二次聚合；在烧结过程中，这些区域的颗粒堆积密度和孔隙演化路径又与初始聚合状态密切相关。

然而，现有研究往往将光固化参数或烧结制度独立考虑，忽视了光聚合动力学与烧结动力学在层间区域的协同作用机制。
近日，南京工业大学张可强副教授与北京理工大学何汝杰教授团队在《Journal of Advanced Ceramics》发表研究论文，提出一种跨工艺协同控制的新范式，将层间界面视为一个在光热场中动态演化的系统，通过有效控制缺陷形成，实现了氧化锆陶瓷力学性能的突破。

2026年第15卷第5期
10.26599/JAC.2026.9221290

研究亮点

（1）提出跨工艺协同控制新策略：将层间视为“光-热”连续场中的动态演化系统，打破光固化与烧结的传统割裂，实现全流程一体化调控。

（2）构建层间结合三模型：基于光敏树脂的聚合程度，提出了“能量输入不足-适中-过高”三种层间结合模型，阐明了弱/强/弱结合的形成机制。

（3）阐明烧结动力学窗口：系统研究了1200~1650℃烧结温度与1~4 h保温时间对层间孔隙演化及力学性能的影响，明确了1350~1550℃致密化窗口。

 被层层叠加放大的“软肋”

光固化增材制造（VPP）技术，包括立体光刻（SLA）和数字光处理（DLP），凭借高成型精度和良好的表面质量，在复杂结构陶瓷制造领域备受关注。然而，逐层叠加的工艺特性也引入了一个固有难题——层间结合薄弱。这些层间区域构成了潜在的缺陷带，在烧结过程中易于扩展，最终损害陶瓷部件的致密度和力学完整性。

传统研究通常将光固化成型与高温烧结视为两个独立的优化阶段，分别优化参数。这种思路，忽视了层间区域在“光-热”连续场中的动态演化机制。具体而言，在光固化阶段，每层的光聚合程度决定了层间残留单体的数量，进而影响后续层间的二次聚合；而在烧结阶段，这些区域的颗粒堆积密度和孔隙演化路径又与初始聚合状态密切相关。割裂这两个阶段，就无法从根本上理解并控制层间缺陷的形成与演化。

 跨工艺协同，主动引导层间进化

针对上述瓶颈，研究团队提出了一种全新的研究范式：将层间区域视为一个在光-热耦合场中持续演化的动态系统，采取跨工艺协同控制的主动策略。

研究系统考察了关键光固化参数（辐照度、曝光时间、切片厚度）和烧结制度对层间区域的影响，揭示了光聚合动力学与烧结动力学在该区域的协同作用机制。

光固化阶段的主动设计

研究通过正交实验发现，切片厚度是影响层间性能的最关键因素。基于此，团队提出了一个关键发现：通过精确控制紫外（UV）能量输入，引入一种可控的不完全聚合状态。其原理在于，适中的能量输入使当前层固化后仍留有充足的残留单体，这些单体在后续层固化时能有效参与二次聚合，形成牢固的化学键合，从而实现“强层间结合”。团队据此构建了“能量输入不足-适中-过高”三种层间结合模型，阐明了弱/强/弱结合的形成机制。

烧结阶段的精准调控

在光固化阶段为层间结合打下基础后，烧结工艺则针对层间区域的致密化进行优化。团队通过构建烧结动力学窗口，系统研究了1200~1650°C烧结温度与1~4h保温时间的影响，明确了1350~1550°C为最佳致密化窗口。在此窗口内，晶界扩散与孔隙迁移达到最佳平衡，层间孔隙被有效排出。

 实现氧化锆陶瓷力学性能的显著提升

通过上述跨工艺协同策略，研究团队在氧化锆（ZrO₂）陶瓷上取得了突破性成果：

• 力学性能：在1550°C烧结2h的条件下，制备的ZrO₂陶瓷抗弯强度达到425.89±16.01 MPa，相对密度高达97.21%±0.14%。
• 微观结构验证：通过X-CT三维重构证实，优化后的样品内部无层间裂纹，残余孔隙主要为晶内闭孔，说明层间薄弱区得到了有效强化。

这项研究的价值不仅在于提供了一条高性能陶瓷制备的具体路径，更在于构建了连接工艺参数、层间结构演化与最终力学性能的理论框架。该成果打破了传统研究中光固化与烧结相互割裂的局限，提示研究者从全流程一体化的视角审视增材制造中的缺陷演化问题。

这一思路对于其他存在层间问题的增材制造材料体系，同样具有重要的借鉴意义。

课题组介绍

张可强（第一作者，通讯作者），南京工业大学副教授，研究方向是陶瓷材料增材制造。

何汝杰（通讯作者），北京理工大学长聘教授、博士生导师，《先进陶瓷（英文）》期刊副主编。长期从事陶瓷及其复合材料3D打印基础理论、关键技术及工程应用研究，包括：陶瓷及其复合材料3D打印成形工艺与原理、3D打印陶瓷及其复合材料的形性表征与精准调控、3D打印陶瓷及其复合材料的结构功能一体化构筑与应用等。

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中国科学院研究员、智能增材制造技术重庆市重点实验室主任范树迁分享了金属材料空间在轨增材制造的前沿进展。上海交通大学教授、叶轮机械研究所所长饶宇展示了增材结构设计对提升装备能效的巨大潜力。四川大学国家海外高层次人才、经纬华成增材实验室主任黄科介绍了以AI赋能增材制造产品全链路研发的应用案例。Synacore创始人兼CEO王晓燕为增材制造产业化中数据工艺优化与数字孪生虚拟验证的国际化路径提供了新思路。

同时，论坛也汇集了上海电站辅机厂、上海汽轮机厂、以及中央研究院等集团增材制造产业应用单位的案例实践，围绕紧凑型换热器研发、汽轮机空心静叶3D打印、AI在增材制造过程监测的应用剖析等展开前沿理论与工程实践的深度对话。

本次论坛汇聚了增材制造技术的前沿智慧与实践经验，勾勒出“以结构设计创新提升装备性能、以AI赋能研发全链条、以数字孪生推动规模化生产”的未来产业方向，并结合各产业集团的应用场景拓展，反映了增材制造作为新质生产力的重要载体、从技术验证迈向工程应用的发展趋势，也为金属增材制造产业的发展方向提供了重要指引。

 3D科学谷Review

本次论坛汇聚了增材制造领域的前沿智慧与产业实践，话题涉及汽轮机辅机应用中的超临界CO₂循环紧凑型换热器，以及涡轮叶片内部冷却结构等典型燃气轮机应用。论坛围绕这些应用场景，展开从理论到工程落地的深度对话。这让我们得以从更具纵深的视角，审视金属增材制造在发电装备领域的真实产业处境。

超临界CO₂换热器：结构解放与工程瓶颈的角力

增材制造为发电厂换热器带来的结构自由化机遇是真实的。微通道、晶格填充、曲面流道等高效换热结构，借助增材制造突破了传统机加工对复杂内腔的制约，使得换热器体积与重量压缩90%以上成为可能，换热系数与紧凑度同步跃升。在超临界CO₂循环和核能紧凑型换热器等前沿场景中，增材制造已被视为替代传统管壳式换热器的最具潜力的关键技术路径。

然而，结构设计的解放并不意味着产业化的水到渠成。从本次论坛的交流来看，增材制造换热器距离大规模商业应用仍有多个环节需要打通。成本层面，高温合金粉末与大型金属打印设备的投入较大，单件制造成本与常规焊接、机加工方案存在数量级差距；质量层面，孔隙率、残余应力及微观组织一致性的工艺控制仍需突破，批次稳定性尚未达到电力行业的要求；标准与认证层面，增材制造部件的疲劳寿命、蠕变性能及无损检测数据积累不足，准入供应链的资质门槛难以跨越；工艺层面，大尺寸换热器受制于打印幅面需分块成型，后续扩散焊或堆焊的界面可靠性构成新的技术壁垒。这些因素共同决定了增材制造换热器短期内仍将停留在示范项目和核心部件替代阶段。

涡轮叶片冷却结构：TPMS的潜力与约束

在涡轮叶片冷却领域，TPMS结构带来的设计理念革新值得关注。它改变了传统“以压降换取换热”的冷却逻辑，在换热效率、流动阻力与结构轻量化之间提供了更优的折解。

但客观而言，真正制约这类复杂内腔结构产业化的，并非设计能力，而是制造端，包括高温合金材料的打印工艺如何确保组织稳定性，内部微细流道的清粉工艺如何实现可重复性，以及在长期热-力耦合工况下复杂结构的热疲劳寿命如何验证等。这些环节的成熟度尚不足以支撑向旋转件的规模化应用。短期内更可能先在低温涡轮导叶或静止件上实现工程验证。

从技术验证到工程应用：跨越的不仅是技术本身

增材制造作为新质生产力的重要载体，其从技术验证迈向工程应用的趋势已不可逆，但产业化的节奏感同样重要。这一跨越需要的，不仅是几个成功的样件或示范项目，而是从成本控制、质量保障到标准认证的全链条能力建设。与会各方围绕紧凑型换热器研发、汽轮机空心静叶3D打印、AI在增材制造过程监测中的应用等案例展开的探讨，恰恰反映了这一共识——增材制造的产业化，最终将取决于材料、装备、工艺与标准体系的协同突破。

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关键词：粉末挤出3D打印；梯度功能材料；非连续梯度FGM；连续梯度FGM；金属陶瓷复合；增材制造

注：本文为深度解析内容，正文约8000字，阅读时间约30分钟。

 01 引言：梯度功能材料成为极端制造领域的性能最优解

1.1 梯度功能材料定义与产业战略价值

梯度功能材料打破均质材料性能单一、传统复合材料界面突变开裂的固有缺陷，材料化学组分、晶粒形貌、孔隙率等微观参数沿空间方向呈梯度连续或阶梯式演变，构件不同区域按需实现耐磨、耐热、导热、结构承载、生物相容等差异化功能。在异质材料复合场景中，梯度过渡结构能够平缓热膨胀系数、弹性模量物性差异带来的残余应力与热应力，大幅提升异种材料界面结合强度、服役可靠性，是解决极端温差、交变载荷、强腐蚀、高能粒子辐照等苛刻工况下零部件失效问题的核心材料方案。

▲FGM的主要应用领域

伴随全球高端装备国产化进程提速，航空发动机热端构件、核聚变偏滤器、个性化骨科植入物、半导体陶瓷金属封装基座、新能源车载功率器件散热基板等产品迭代倒逼材料技术革新，FGM已从前沿科研课题转变为战略性刚需材料，被各国纳入先进材料重点研发目录。

1.2 传统制备工艺的固有技术瓶颈

现阶段主流FGM制备工艺划分为薄膜制备、粉末冶金成型、熔积增材三大类：气相沉积、热喷涂仅适用于薄涂层梯度改性，无法实现实体结构一体化成型；粉末冶金、离心铸造受模具约束，复杂内腔与异形拓扑结构成型能力匮乏，梯度分层精度依赖人工铺粉，批次一致性差；激光选区熔化（SLM）等金属增材制造依托粉缸混粉实现梯度调控，但金属－陶瓷物性、熔点跨度极大，陶瓷粉体易造成激光喷头粘堵、熔池裂纹，高硬度、高熔点难熔金属梯度构件成型良率偏低，材料适配面狭窄。

▲FGM常用传统制备工艺

整体来看，现有工艺普遍存在梯度可控性差、结构成型受限、异种材料兼容度低、规模化生产成本高昂四大痛点，制约FGM产业化落地。

1.3 粉末挤出3D打印的破局逻辑

粉末挤出3D打印继承PIM成熟的粉末密炼、脱脂、烧结全工艺体系，以金属、陶瓷复合喂料为成型原料，低温固态挤出成型规避高温熔融带来的组分偏析、烧损问题，天然适配金属、陶瓷、金属－陶瓷复合体系梯度制造。升华三维基于自主化PEP底层技术，开创性落地两类梯度打印设备：独立双喷嘴打印系统定向解决非连续梯度功能材料（DFGM）制备难题，三螺杆双组分单喷嘴打印系统攻克连续梯度功能材料（CFGM）成型瓶颈，补齐了FGM从小试样研发到大尺寸工业件量产的工艺空白，构建起覆盖梯度材料配方筛选、试样试制、批量生产的全链条技术解决方案，重构梯度功能材料制造的工艺边界。

▲升华三维的独立双喷嘴打印系统和三螺杆双组分单喷嘴打印系统

 02 梯度功能材料分类：DFGM与CFGM的理论边界与工程定位

从组分空间分布规律划分，FGM分为非连续功能梯度（DFGM）与连续功能梯度（CFGM）两大品类，二者结构设计逻辑、应用场景、性能诉求截然不同，也是PEP两条成型路径的设计出发点。

▲DFGM与CFGM的差异

2.1 非连续梯度功能材料（DFGM）

DFGM采用离散阶梯式组分排布，构件沿指定方向划分为若干独立功能分区，分区内部成分均质、相邻分区组分突变，形成清晰物理界面。该设计思路聚焦功能分区定制化，人为划分如耐磨区、承重区、导热区等独立模块，各分区材料单独选型优化，设计简单、工艺落地门槛低。在外层耐磨陶瓷内层高强结构金属、多材质拼接结构件领域应用广泛，但突变界面在剧烈温度交变环境下易积聚热应力，不适用于超高可靠性极端服役零部件。

2.2 连续梯度功能材料（CFGM）

CFGM组分比例随空间位置实现无级平滑微调，从A材料到B材料无明确分界，微观组织渐进演变，从根源消解异质材料物性突变带来的界面应力集中，是极端工况高可靠构件首选方案。连续功能梯度能够逐步缓冲热膨胀系数落差，大幅降低高温循环服役下的开裂失效风险，但对成型装备的实时混料、配比动态调控能力提出严苛要求，工艺复杂度、设备研发难度显著高于DFGM。

2.3 两类梯度材料差异化选型逻辑总结

DFGM侧重低成本、快迭代、分区明确，适配常规梯度功能复合结构与新材料快速筛选；CFGM侧重高稳定性、低内应力、长服役寿命，聚焦航空、核工业、精密电子等高附加值极端装备，两类梯度互为补充，共同覆盖全场景FGM市场需求，也奠定了PEP双技术路线并行发展的产业基础。

 03 技术路径一：独立双喷嘴打印系统——非连续功能梯度材料高效解决方案

独立双喷嘴打印系统依托两套完全独立的挤出驱动系统，通过空间分时分区沉积实现多材料离散复合，是当前PEP－DFGM研发与产业化最成熟的工艺路径，产品布局从桌面科研级延伸至大尺寸工业量产级，形成全谱系设备矩阵。

▲独立双喷嘴打印系统示意图 ©升华三维

3.1 全谱系设备矩阵：覆盖科研验证到工业化批量制造

实验型独立双喷嘴3D打印机UPS-LiteD：成型尺寸130×130×130mm，面向高校实验室、研究院所新材料配方研发，机身小型化适配实验室台面布局，双喷嘴可独立控制、交替出料，支持小批量多配方对照试验，大幅缩短金属、陶瓷基复合材料配方筛选周期，是梯度功能材料基础研究标配设备。

▲实验型独立双喷嘴3D打印机UPS-LiteD外观效果图及主要参数 ©升华三维

工业型独立双喷嘴3D打印机UPS-250：成型尺寸250×250×250mm，适配工业化连续生产工况，整机机械结构强化，喂料输送稳定性优化，完美兼容成熟PIM商用喂料体系，对接量产脱脂烧结流水线，面向中小型DFGM零部件批量制造。

▲工业型独立双喷嘴3D打印机UPS-250外观效果图及主要参数 ©升华三维

大尺寸独立双喷嘴3D打印机UPS-556：有效成型尺寸500×500×600mm，填补大体积金属－陶瓷梯度功能构件成型空白，瞄准航空结构件、核工业大型异形零部件开发，突破传统增材设备成型幅面限制，实现大尺寸双材质一体化成型。

▲大尺寸独立双喷嘴3D打印机UPS-556外观效果图及主要参数 ©升华三维

3.2 成型原理：分区分时沉积实现多材料离散复合成型

双喷嘴两套挤出机构物理独立，分别装载两种差异化喂料，依托切片软件预先划分模型材料分布区域，打印进程中系统根据路径指令，控制对应喷嘴定点出料、另一喷嘴待机，完成同一件产品不同区域差异化材料沉积；亦可双喷嘴同步并行成型两种不同基材零件。相较于单喷嘴机型反复拆装换料的低效模式，省去材料清空、料筒清洗工序，综合生产效率提升40%以上。独立双喷嘴打印系统的核心优势体现在三个方面：

一机多材：可以同时打印或者各自轮流打印金属和陶瓷材料，实现不同种类材料的复合产品开发及复杂结构的成形。

灵活切换：支持镜像复制、支撑连接层、双材料复合等多种打印模式，满足复杂悬空结构、批量生产及功能分区需求。

梯度功能材料开发：独立双喷嘴可以实现如外层耐磨陶瓷+内层高强金属等的复合结构制备；通过软件切片设计逐层或逐区域改变材料配比，可制备非连续功能梯度材料。

3.3 PEP制备DFGM的核心价值

设计自由度：材料分区完全由数字化切片软件定义，任意曲面、异形内腔均可精准划分材质边界，摆脱模具、铺粉工艺的构型束缚。

材料选择灵活：两个喷嘴可装载完全不相关的材料体系（如金属与陶瓷），可任意跨体系组合，具有无限想象空间。

批量效率高：一次装料完成双材质成型，减少停机换料损耗，无需频繁更换材料，单次打印即可完成多种材料的复合成形。

后处理兼容强：沿用PIM行业成熟催化脱脂、热脱脂、气氛烧结工艺，产业链配套完善，无需新建专属后处理产线。

3.4 PEP制备DFGM典型应用案例

双层梯度硬质合金制备：双材料复合打印弥补了传统单材料打印的缺陷，尤其在聚合物基梯度功能结构制备中具有独特优势。今年10月，中南大学粉末冶金国家重点实验室与株洲金韦硬质合金有限公司科研团队，在3D打印梯度硬质合金在PDC衬底的应用研究中，采用间接3D打印工艺制备无η相高韧性渗碳梯度硬质合金（FGCCs）。本研究采用PEP工艺的独立双喷嘴3D打印机预置了仅外层贫碳的双层硬质合金生坯，通过预烧结渗碳制备了三组新型FGCCs。为高性能PDC衬底双材料增材制造提供了解决思路。该研究成果发表在国际顶级期刊《Ceramics International》上。https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.08.312

▲双层硬质合金3D打印模型示意图 ©Ceramics International

▲烧结与渗碳样品宏观形貌与金相图 ©Ceramics International

93W和96W梯度功能材料制备：在钨合金材料开发领域，某高校与升华三维的联合项目中，也采用双喷嘴系统实现了难熔金属93钨合金和96钨合金的双材料打印，打出来的成品界面处无缺陷，γ相分布较为均匀，在航空航天、核能、太阳能、生物工程植入等领域具有极大的应用价值。

▲93W和96W梯度材料（烧结） ©升华三维

金属双材料填充打印：金属双材料打印案例中，还有采用两种不同成分不锈钢材料进行复合打印的，用于认证《金属双材料复合结构不同性能变化对功能件影响》研究的可行性。该案例利用了PEP工艺切片软件的晶格填充功能自动生成晶格骨架，再使用独立双喷嘴系统分别挤出骨架和晶格空隙填充材料，从而实现样品结构的制备。因两种材料成分接近，可使得两者能在优化后的同一套后处理工艺上实现烧结，最终获得了双材料结合致密且冶金性能优异的样品。

▲不同成分不锈钢材料复合打印（烧结） ©升华三维

铜与陶瓷材料复合打印：在材料差异较大的应用中，以铜线圈&陶瓷绝缘线圈为例，此部件为电动马达领域的产品，同时由铜线圈和陶瓷隔离层组成。铜线圈能够与铁或铁合金组合产生磁场，使用陶瓷材料使铜导线与铁及铁合金部件绝缘。该案例利用了升华三维3D打印设备的独立双喷嘴系统，同步解决了铜及陶瓷结构件的复合成型和导电绝缘的难题。而打印好的生坯经过脱脂烧结等一系列工艺处理后，可得到最终的成品件。

▲铜线圈&陶瓷绝缘线圈（生坯） ©升华三维

 04 技术路径二：三螺杆单喷嘴打印系统——连续梯度CFGM精准制造方案

针对连续梯度无缝渐变的工艺需求，升华三维推出的金属/陶瓷梯度功能材料3D打印UPR-241机型，是国内首款量产型金属-陶瓷连续梯度专用3D打印装备，核心面向高附加值CFGM研发与小批量定制生产，落地航天热端部件、核聚变耗材、高端生物植入件、半导体封装基座四大赛道，填补国产连续梯度专用设备空白。

▲三螺杆双组分单喷嘴打印系统示意图 ©升华三维

4.1 UPR-241设备产品定位与参数

UPR-241成型尺寸为180mm×240mm×160mm。该设备采用自主研发的三螺杆双组分单喷嘴系统，专为连续梯度功能材料的制备而设计，能够实现材料成分的动态或等比例梯度变化。UPR-241机型独创三螺杆双进料动态混料架构，依托实时配比调节+原位均匀混料+一体化挤出的三段式工艺，突破传统分层堆叠带来的界面缺陷，成为国内商用化连续梯度3D打印标杆装备。

▲金属/陶瓷功能材料3D打印机UPR-241©升华三维

4.2 三段式闭环梯度调控成型机理

UPR-241采用创新的“三阶段”材料调控工艺，实现从“成分配比”到“均匀混合”再到“挤出成形”的全流程精准控制，实现配比动态无级调节：

第一阶段－精准配比调控：左右两套进料螺杆由独立伺服电机驱动，根据三维模型梯度曲线实时修正转速，两种基材进料占比在10%～90%区间连续无级调整，软件预设梯度方程即可实现线性、非线性、曲线式任意组分渐变。

第二阶段－密闭原位均质混料：两种配比精准的喂料汇入中央预混腔体，主啮合螺杆高剪切混炼，保证挤出原料组分均匀，规避局部成分偏析造成的性能不均。

第三阶段－连续挤出成型：均匀复合料经由单一喷嘴逐层堆积成型，组分随打印行进连续变化，宏观构件实现无界面平滑梯度。

这一工艺路径的核心优势在于：梯度变化的精度不依赖于切片层级，而是通过供料比例的连续调节实现，因此可以在宏观尺度上实现近乎无限精细的成分渐变。配合配套的切片软件，可自动调控供料比例，实现材料成分的动态连续梯度或等比例梯度变化。

4.3 PEP制备CFGM的突破性优势

连续梯度可控：通过在打印过程中实时动态调节两种材料的混合比例，实现材料成分在单个构件中的连续渐变，克服传统层状结构的界面性能突变问题

材料适配宽泛：兼容金属－金属、陶瓷－陶瓷、金属－陶瓷三大复合体系，基于现有工业化PIM喂料二次改性即可上机，不用从零研发全新粘结剂体系。

研发落地成本低廉：依托粉末冶金成熟商用粉体与粘结体系，大幅降低梯度新材料配方研发投入与试错成本，加速实验室成果产业化转化。

工艺链成熟：坯体成型后沿用粉末冶金法的脱脂烧结工序，可在现有梯度功能材料工艺链上进行升级改造。

4.4 CFGM典型应用案例

钨-铜连续梯度构件：UPR-241在Formnext Asia等行业展会中重点展示了钨－铜功能梯度材料结构件。钨－铜梯度材料在航天燃烧室、高效热交换器、核聚变偏滤器等极端散热场景中具有重要应用价值。传统钨铜复合构件因两种材料热膨胀系数差异大，在界面处容易产生热应力裂纹；通过UPR-241实现的连续梯度过渡，从根本上消除了这一风险。

▲钨-铜梯度功能材料结构样品（生坯） ©升华三维

316L不锈钢－铜梯度散热结构：可实现316L不锈钢与铜的梯度复合打印，适用于航天燃烧室、高效热交换器、多功能散热结构等场景，兼顾强度、导热与密封性能。

▲不锈钢-铜梯度功能材料结构样品（生坯） ©升华三维

金属－陶瓷一体化成型：通过连续梯度过渡层直接打印金属－陶瓷连接件，解决传统焊接、钎焊强度低、气密性差、界面易失效的难题，在半导体设备、航空发动机、电子封装等领域具有重要应用前景。

▲3D打印的金属－陶瓷梯度功能材料结构样品（生坯） ©升华三维

 05 双路径横向对比：DFGM vs CFGM的差异化定位与协同价值

升华三维提供的两条成型路径各有侧重，通过对比分析可以更清晰地理解其差异化定位：

两条成型路径在产品开发链条中具有互补逻辑：独立双喷嘴工艺适配梯度材料的探索式开发，凭借材料灵活切换、批量研发效率高的优势，可助力科研及研发团队快速验证复合材料或复合结构可行性，高效完成不同材料分区的独立优化工作；而三螺杆单喷嘴工艺则可聚焦极致性能探索，在基础设计方案敲定后，能够对材料过渡区域进行精细化调控，消除界面热应力，实现材料无感过渡，适配前沿课题研究或高性能构件制备。

同时，两种成型路径还具备极强的协同价值，可形成完整产品开发闭环：独立双喷嘴系统完成DFGM非连续梯度设计与方案验证后，可将核心关键过渡区域交由三螺杆单喷嘴设备来实现精细化连续梯度调控，同时三螺杆单喷嘴方案验证成熟的CFGM连续梯度配比配方，也能反向为独立双喷嘴的DFGM分层配比设计提供精准参考。

而升华三维具备独特的行业战略优势，是业内少数同时掌握DFGM、CFGM两套完整梯度材料制备方案的企业，可依托统一技术平台为用户提供从前期材料筛选、中期梯度优化到后期成品制造的全链条一体化技术支撑，彻底规避了研发过程中频繁切换不同技术路线、对接多类供应链的繁琐问题。

 06 梯度功能材料全球市场格局与多领域应用前景

6.1 市场规模与增长趋势

功能梯度材料市场正处于高速增长阶段。据360iResearch 2026年1月报告显示：2025年全球功能梯度材料市场估值约14.9亿美元，2026年预计增长至16.2亿美元，到2032年将达到28.1亿美元，预测期内CAGR为9.47%。主要FGM类型包括金属－金属复合材料、金属－陶瓷复合材料和陶瓷－陶瓷复合材料，应用领域涵盖航空航天、能源、电子、医疗器械和先进工业装备。

3D打印梯度材料细分领域高速扩张，梯度材料专用3D打印设备市场2025年约1.39亿美元，预计2032年达4.2亿美元，CAGR约17%。若计入打印服务、材料及全产业链，市场规模可达85亿～120亿美元，年增速超24%。材料挤出、定向能量沉积等技术路线并行发展，其中材料挤出因低成本、高材料兼容性，在科研与中小批量生产中优势显著。

综合来看，功能梯度材料全球市场正处于从“实验室演示”向“产业化应用”跨越的关键阶段，整体市场规模稳健增长，3D打印作为FGM核心制造技术之一，其细分领域增速显著高于整体市场。增材制造正在推动FGM的范式转变，从离散涂层和粘接层压板向连续梯度架构迁移，有效减少界面失效模式。与此同时，数字化设计工作流、现场监测与闭环参数控制、后处理策略的不断发展，正在提升梯度制造的可重复性和可靠性。

6.2 重点应用领域与未来拓展方向

航空航天领域：是对功能梯度材料需求最为迫切的领域之一。轻量化结构件和耐高温热端部件是核心应用方向。采用镍基高温合金梯度叶片，耐温性能可突破1500℃临界点。PEP技术制备的功能梯度材料在复杂形状、多材料复合构件方面展现出巨大应用潜力。高推重比航空发动机涡轮叶片、火箭燃烧室室壁的金属－陶瓷梯度结构、航天器热防护系统等场景，都可通过梯度设计实现材料性能与服役要求的精准匹配。

医疗器械领域：骨科植入物通过钛合金－生物陶瓷梯度结构实现力学性能与骨整合能力的双重优化。PEP技术可制备具有梯度成分的个性化植入物，精准匹配患者解剖结构与力学需求。梯度多孔结构与实体结构的组合，可在保持力学强度的同时促进骨组织长入；而表面生物活性陶瓷梯度层则能显著提升植入物与宿主组织的结合效果。

核工业与能源装备：核电领域的控制棒材料、屏蔽材料梯度设计，可优化中子吸收效率与力学性能的平衡；聚变堆面对等离子体材料通过钨－铜梯度过渡，能显著缓解高热负荷冲击引起的热应力。PEP技术在制备钨－铜梯度材料构件、高效热交换器等极端散热场景中展现出特殊的应用价值。

新能源汽车领域：耐高温导热器件和轻量化结构件是新能源汽车对梯度功能材料的重要需求方向。PEP技术为多材料复合构件的快速迭代提供了高效路径。如电机控制器散热基板一体化梯度设计、功率模块封装中的金属－陶瓷绝缘散热梯度过渡、制动系统耐磨面与非耐磨区的成分渐变等，都是梯度材料的典型应用场景。

半导体与电子封装领域：通过金属－陶瓷梯度连接实现耐高温、绝缘、高强度的一体化构件制备，在半导体设备、电子封装等领域极具应用价值。如光刻机工件台、高功率芯片散热基板、陶瓷基板与金属引线框架之间的梯度过渡层，可有效降低界面热阻与残余应力。

 07 前瞻性技术展望：梯度制造的“双轮驱动”与技术融合趋势

立足材料科学、智能制造、人工智能交叉融合发展大势，随着功能梯度材料应用场景的持续拓展，PEP梯度制造技术将向以下方向深化：

7.1 微观尺度精细化调控升级

设备朝着微小型螺杆、微米级精准送料系统迭代，实现微观毫米级向微米级梯度精准调控，聚焦微流控芯片、微型传感器、精密微电子元器件等微小梯度零件；同时优化螺杆混炼腔体结构，解决超细粉体、纳米陶瓷填料分散不均难题，实现微观晶粒可控梯度排布。

7.2 AI全流程智能调控深度落地

机器学习与数字孪生技术深度嵌入梯度打印全链条：AI算法根据材料物性数据库自动优化梯度曲线配比，结合在线视觉监测、熔体压力传感数据实时动态修正送料参数，补偿打印过程中物料黏度波动、挤出形变带来的梯度偏差，实现全制程无人化智能调控，大幅降低人工调试门槛，未来有望实现材料配方－梯度设计－工艺参数全自动化智能生成。

7.3仿生梯度结构成为前沿研发热点

借鉴自然界骨骼、贝壳、植物茎秆天然多级梯度构型，依托PEP灵活的梯度调控能力开发仿生FGM，实现多级孔隙、多尺度复合梯度一体化成型，在高性能抗冲击防护构件、仿生医用植入物、轻量化高强结构领域开辟全新应用赛道。

7.4 升华三维全产业链战略布局

企业已完成从密炼造粒设备、梯度3D打印主机、脱脂烧结炉全链条设备自研量产，打通喂料制备－生坯打印－脱脂烧结全工艺闭环。依托双重梯度成型路径优势，持续迭代新一代超高精度连续梯度机型，同时向下游开放材料配方定制服务，从设备供应商向FGM整体工艺解决方案服务商转型，持续推动梯度功能材料由实验室小试样研发走向工业化生产落地。

 08 总结

梯度功能材料是破解异质材料界面失效、实现极端工况装备性能突破的关键先进材料，传统制备工艺的局限性长期束缚产业发展。粉末挤出3D打印凭借低温固态挤出、兼容全品类PIM材料体系的先天优势，演变出独立双喷嘴的DFGM非连续梯度、三螺杆单喷嘴CFGM连续梯度两条互补成型路径，完整覆盖阶梯分层、无缝渐变两大梯度制造需求。

在全球高端制造国产化驱动下，FGM市场持续高速扩容，PEP梯度3D打印将依托智能化、精细化、仿生化的技术迭代，持续渗透航空航天、医疗、核电、新能源、半导体等高端产业链。伴随工艺与设备持续优化，粉末挤出3D打印有望成为未来梯度功能材料工业化制造的主流工艺之一，加速我国高端梯度功能新材料自主可控进程。

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教育部科学研究优秀成果奖（自然科学和工程技术）由教育部设立，授予在自然科学研究和工程技术创新中取得优秀成果和突出成效，并对创新人才培养作出贡献的高等学校教师、科技工作者和相关单位。该奖项实行提名制，每三年提名、评审一次，每次奖励总数不超过500项。因间隔年限长、授奖比例低、专家层次高、成果水平高等特点，历年来竞争激烈，备受关注。

 工业测量
     重塑高端装备制造质量控制新范式

项目背景：“高端装备制造全过程自适应投影测量技术及其应用”项目，是由浙江大学、先临三维联合多家单位共同完成。该项目聚焦高端装备制造中精度易受环境干扰、离线检测效率低等行业共性难题，历经10余年技术攻关，成功突破了复杂结构设备的超高精度检测和测量稳定性瓶颈，形成一套可工程化应用的创新技术体系，并在机械工程测试技术、光学非接触测量、在线测量等核心方向取得系列原创性成果，相关产品被广泛应用于国内外汽车工业、航空轨交船舶、机械重工等关键领域精密检测，为先进制造提供了可靠的质量控制支撑。

当前，制造业的竞争开始从“规模扩张”走向“质量跃升”，数智化转型的提速，让“精度”与“效率”逐渐成为了企业突围的核心密码。被誉为“工业之眼”的高精度工业3D扫描技术，以其精准、全面、高效的三维数据获取能力，正嵌入工业制造的设计、仿真、数字化制造和全尺寸检测等关键环节，成为制造领域不可或缺的3D光学测量利器，帮助用户实现质量与效率的双重提升。

先临三维深耕高精度工业3D扫描领域，旗下工业计量品牌——先临天远，致力于为汽车工业、民用航空、能源重工、工程机械、电子电器等行业提供高精度3D视觉检测产品与自动化测量解决方案，主要产品包括无线一体式手持3D扫描仪、双光源手持3D扫描仪、手持式激光三维扫描仪、跟踪式激光三维扫描系统、固定式蓝光三维扫描仪、机器人智能三维检测系统等，满足用户在计量级全尺寸检测、逆向设计、增材制造及其他应用等方向测量需求。

面对复杂产品尺寸检测的精度困局与效率瓶颈，先临天远也在持续加强技术创新研发，进一步巩固与强化产品核心竞争力：技术上更先进——深化第三代无线扫描技术，推动完整尺寸检测向移动端演进，测量结果即刻呈现，技术上更全面——丰富产品技术种类，满足用户多样化3D测量需求，技术上更完整——提供软硬件一体化协同方案，助力用户实现从数据采集到分析决策的全流程完整闭环，让更多企业在数智化浪潮中加速发展。

 数字齿科
     开启口腔修复精准高效诊疗新模式

项目背景：“口腔数字精准修复关键技术的自主创新与示范应用”项目，则是由北京大学口腔医院科研团队、先临三维联合多家单位共同完成。该项目历时16年攻关，首创大跨度牙颌高精扫描及智能设计技术、创新误差管控技术等多项专利技术，成功构建了一套全球领先的全流程数字化、精准化口腔修复技术体系，实现了从核心技术到临床应用的全面自主可控，推动我国口腔修复迈入“快、准、真”的新时代。

项目通过临床技术创新结合三维扫描、CAD智能设计、3D打印、多功能切削等数字化技术，解决了全口无牙颌患者取模难、排牙难、佩戴后调整周期长的国际性难题，不仅显著提升医生操作的效率与规范性，更依托数字化全流程管控降低生产累积误差，大幅提升全口义齿的准确性与舒适性。

随着口腔临床应用数字化技术日益成熟和普及，其跨学科的广泛应用与显著成效已获得广泛认可，为口腔诊疗的质量、效率提供了强有力的技术支撑。作为国内数字化齿科先行者之一，先临三维自2012年起便深耕口腔数字化领域，通过十余年的人才积累、技术沉淀，已成为行业知名的齿科数字化技术服务和解决方案服务提供商，不仅打破国外产品的技术垄断，演绎了从进口到替代的中国口腔智造“逆袭”，也深度布局全球数字化口腔供应链，服务于全球市场。

公司旗下口腔领域垂直行业品牌——先临齿科，致力于为口腔医疗机构提供从数据采集-设计-打印”端到端”全链条解决方案，主要产品为口腔数字印模仪、Aoralscan Elite 4D牙合重建系统、面部3D扫描仪、桌面3D扫描仪、桌面高精度3D打印机和配套设计、诊疗应用软件等，通过高精度数字化技术优化口腔医疗机构的诊疗效率和工作流程。

同时，先临齿科也在继续深化以高精度3D数据、云平台、AI技术等数字技术的整合应用，聚焦口腔诊疗服务品质的提升和效益的改善，积极推动口腔数字化做深做实，助力口腔门诊、义齿工厂更好地联接终端客户，建立持续的信任，提供高效、精准的口腔健康管理服务。

 先临三维
     持续打造高精度三维视觉技术创新高地

荣誉背后，是先临三维长期深耕技术创新、积极参与产学研协同的成果体现。多年来，公司以国家级博士后科研工作站、省级重点实验室、CNAS认可精度实验室等科研平台为支撑，在工业制造领域，与浙江省质量科学研究院等计量机构、浙江大学等高校科研院所紧密合作，致力于构建新一代三维光学精密测量技术体系；在齿科数字化领域，与北京大学口腔医学院、四川大学华西口腔医学院等知名高校开展三维扫描技术的临床转化研究，推动口腔诊疗精准化发展。

公司通过深度整合外部科研资源，构建“人才培育－技术攻坚－生态协同－产业转化”的多维产学研协同创新体系，打造出具有国际竞争力的研发生态，既为企业技术创新注入持续动力，也为高校科研成果的产业化落地提供了广阔平台，实现优势互补与精准创新。

此次两项一等奖的斩获，是对先临三维长期深耕高精度工业3D扫描和齿科数字化领域、坚持以成果落地赋能产业的高度认可。公司将继续聚焦高精度三维视觉测量技术，加大技术研发创新力度，深化产学研协同创新模式，持续推动前沿技术的产业化落地与场景化应用，让每一项科研成果都转化为推动行业升级、赋能社会发展的实际动力，以科技创新驱动产业高质量发展。

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公示截止日期为2025年12月19日，共5个工作日。公示期间，如对公示名单有异议，请以书面形式向联盟秘书处（amac@miit-eidc.com.cn）反映。为便于核实，提出异议的单位或个人应当表明真实身份，并提供有效联系方式和必要的证明材料。匿名异议及超出期限的异议不予受理。

2025年中国增材制造优质产品名单将于12月24日上午，在2025增材制造产业发展论坛暨增材制造产业年会开幕式暨主论坛上正式发布。

中国增材制造产业联盟

国家增材制造产品质量检验检测中心（江苏）

2025年12月15日

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在民用航空制造领域，增材制造技术正以前所未有的速度从研发走向产业化应用。然而，面对适航认证的严格要求与长周期验证，如何平衡材料创新与飞行安全？如何通过增材制造技术挖掘传统“老牌”材料的潜力？这些问题成为行业发展的关键。

3D科学谷在第五届航空航天增材制造大会(AAMC2025）期间，专访了金属增材制造与材料专家——蒙纳士大学（Monash University）黄爱军教授。黄教授从民用航空产业化需求及增材制造技术产业化推动的角度出发，就国际民航企业在适航认证中的分步骤推动策略，钛合金等增材制造材料的产业化应用、结构功能一体化材料的未来趋势等核心议题，展开了极具国际视野的洞察分析。

黄爱军 教授

3D科学谷:在您看来，一款理想的增材制造钛合金粉末，其核心指标有哪些？

黄爱军教授：核心指标有很多，但是如果从产业化、规模化应用的角度来讲，在材料性能能够达到航空应用要求的基础上具有经济性，是一项核心指标。无论是在航空领域还是3C电子等民用领域，经济性都是一项核心指标。

进一步来说，首先是钛合金粉末材料能够以经济的方式被制造出来，技术成熟度高、整体收得率有保障，市场上能够形成稳定的供应。再就是具有很好的可回收利用性。还有一项重要指标是粉末材料的可加工性，例如流动性好，适合增材制造，打印缺陷少等等。

3D科学谷: 航空领域最广泛使用的钛合金增材制造材料是什么？

黄爱军教授：在航空领域，特别是民用航空领域，TC4 (Ti-6Al-4V)钛合金以其可制造性、可回收性，成为很多应用单位的研究热点。

3D科学谷: 您在大会期间做了题为 《面向增材制造的商用航空航天高强度高韧性钛合金开发》的大会报告。高强度和高韧性往往是一对矛盾体，您认为在开发高强度高韧性增材制造钛合金材料过程中的挑战是什么？

黄爱军教授：通常来说，细小组织带来高强度，粗大组织带来高韧性，二者难以兼得。增材制造本质上来讲是一个熔化凝固的过程，具有快速凝固的特性，这恰好能为我们提供获得高强度的细小初始组织，然后再通过精准的热处理这一后续手段，有针对性地引入粗大韧性相，从而在微观上实现强度与韧性的协同。在宏观上来看，增材制造允许我们进行复杂的个性化结构设计。这意味着我们可以超越材料本身的局限，通过拓扑优化、点阵结构或梯度设计，在需要高强度的部位布置高强度特性，在需要高韧性的部位布置高韧性特性，从结构设计上解决性能的矛盾。

如果设计开发新型合金材料，可能会获得更好的性能，但是从产业化实现的角度来看，这一路径是非常难的。因为在民航领域，每架飞机将要飞行25-30年左右，即使是20年以后出现问题，仍会追溯到材料的问题。所以出于对飞行安全性的考虑，民用航空制造领域对于新型合金材料的使用非常谨慎。一款新型合金材料，从专利形成到最终被允许应用，周期可长达15年。所以如果从产业化的角度来看，更好的方式是思考如何对传统牌号的材料进行新工艺的挖掘。比如通过结构设计，利用增材制造技术对钛合金组织进行调控，获得强韧性的匹配。航天制造领域会所有不同，新型合金材料在这个领域的应用机会相对多一些。

3D科学谷: 作为在航空制造领域有着丰富经验的材料专家，您认为在适航认证时最耗时、最具挑战性的环节是什么？

黄爱军教授：最耗时最挑战的环节是对安全性的认知，也就是说怎样证明材料是安全的。国际上的民航制造业经过多年实践，积累了经验。当我们提到适航认证，实际上是对于飞机零件的认证，这涉及到三个方面：材料、工艺与设计。而增材制造-3D打印技术同时涉及到了这三个要素。首先，增材制造是一种制造工艺。同时，如果将这一工艺的价值发挥到最大，还需要开展面向增材制造的设计。如果在零件增材制造时使用了新型材料，那就又增加了一个需要确认安全性的要素。所以最稳妥的方式，就是分步骤、一步一步来解这个题，把风险降到最低。

第一步，也是最基础的一步，是先把“制造工艺”这个环节的安全性证明清楚。一个策略是：“旧瓶装新酒”，继续使用那些久经考验的“传统材料”和“传统设计”，唯一的变化是把制造工艺换成增材制造。这样一来，我们需要集中精力证明的，只有“增材制造这个新工艺本身是否安全可靠”这一个问题。波音首款获得适航认证的增材制造零件就采用了这种做法，很快获得批准后，已经投入了使用。

第二步，在工艺被证明可靠的基础上尝试“设计优化”，发挥3D打印的优势，比如通过拓扑优化、点阵结构等面向增材制造的设计，来实现减重、集成功能等附加值。其中有一种做法是，先从一些非承力或次承力的增材制造零件（比如一些舱门内部的零件）开始用新设计。您可能会问，这些零件不怎么受力，怎么证明安全性呢？其实，这一步的重点在于证明这些新设计本身（比如拓扑优化后的形状）在飞机上的安全表现。当然，如果反过来看，用第一步已验证过的工艺去制造承力零件，是证明工艺安全性的更有效途径。

第三步，才是考虑引入全新的材料。这是挑战最大的一步。因为一旦引入新合金，就意味着材料、工艺、设计三个要素全是新的，需要验证的复杂性会成倍增加。所以如果从产业化的现实角度出发，如何通过工艺和设计的创新，把传统牌号材料的潜力挖掘到极致是我们更需要思考的问题。

3D科学谷: 展望未来5-10年，除了钛合金，您认为哪些金属材料在航空航天增材制造中最有应用潜力？

黄爱军教授：展望未来5-10年，我认为有几种金属材料展现出应用潜力。

首先，从材料体系的发展趋势来看，增材制造不仅为传统结构件的设计优化提供了新路径，另一个重要趋势是推动结构材料走向功能化。这意味着，未来的材料将越来越难以被简单划分为“结构材料”或“功能材料”，它们需要同时满足结构的承载需求和特定的功能性需求。

在这一趋势下，一个非常有潜力的方向是将导热、导电或导磁等功能性材料，与承力的结构材料通过增材制造技术结合在一起，实现功能结构一体化。一个典型的例子就是业界常提到的，NASA通过将高温合金与铜合金进行复合增材制造所制备出的火箭发动机部件。

如果单从材料类别本身来看，除了传统的高温合金和钛合金，以下几类材料展现出了潜力：

铜合金：其潜力在于能够将良好的强度与优异的导热性能进行匹配。这使得它能够制造需要高效散热的关键结构功能一体化部件。具有导热功能的铜材料，通过合金化的手段提升其结构强度，使其兼具良好的功能性与必要的结构特征，是其中一个重要的研究热点。

钛铝合金、高熵合金等低塑性材料：这类材料通常具备优异的高温性能，但难以通过传统工艺进行加工。因此，如何实现这类材料的增材制造，并保证其性能，是目前的研究热点之一。

需要强调的是，在面对航空航天领域的极端环境时，往往无法单靠材料本身满足所有要求。这时，增材制造技术提供了一个独特的解决方案：它将材料开发与精巧的结构设计能力紧密结合。通过设计复杂的内部结构（如冷却流道）来弥补或增强材料的某些性能，使得制造出满足极端工况的部件成为可能。因此，对于这类挑战，增材制造已不仅仅是一个“可选项”，而越来越成为一个“必选项”。

3D科学谷: 蒙纳士大学及工学部和蒙纳士增材制造中心（MCAM）与中国有哪些国际合作？

黄爱军教授：蒙纳士增材制造中心（MCAM）是工学部最大的研究中心，也是全校最大的研究中心之一，是对外交流、促进国际合作的窗口。在国际合作方面，蒙纳士大学与中国很多大学有着超过二十年的合作，比如与中南大学的合作、武汉理工大学的合作等。在过去的三年中，工学部与中国接近20所大学建立了合作伙伴关系。此外，中国是蒙纳士大学国际留学生最多的区域，也是唯一在中国设立校区的澳洲大学。

黄爱军教授 分别于东北大学，中科院金属研究所及英国伯明翰大学获得工学学士、硕士及博士学位。他是英国材料、矿业与矿物学协会的会士、特许工程师和特许科学家。他目前担任蒙纳士大学（Monash University）工学部分管外事的副院长，负责工学领域校际合作、企业合作，政府关系等国际合作事宜。同时他也是材料科学工程学院、机械及航空工程学院双聘终身教授、蒙纳士大学25个校级交叉研究中心之一的蒙纳士增材制造中心（MCAM）主任，中心过去十年中获得工业界及澳洲研究理事会（ARC）各类面上，重点研发及大型科学仪器研究项目30余项，研究经费超过2000万澳元。

黄爱军教授2017年及2020年度两次分别获得蒙纳士校长杰出研究奖及工学部部长杰出研究奖。在加入蒙纳士大学之前，黄爱军教授曾担任多家跨国公司的行业技术专家。黄教授曾担任宝钢集团高性能材料事业部的执行副总裁。从2006年到2012年，黄教授曾担任英国罗罗公司钛合金技术专家，负责公司全球钛和钛铝材料的基础研究，他还于2011年入选罗罗公司工程青年领袖培养计划。黄爱军教授的研究涵盖了金属增材制造的整个领域。他的研究工作包括：增材制造专用合金设计；金属粉末制造技术；增材制造的零件设计；增材制造过程的优化；增材制造后处理工艺的开发，包括最终增材制造零件的检验、质量认证以及适航认证研究。此外，他的研究领域还包括传统航空金属材料的物理冶金及加工工艺研究。

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ACAM亚琛增材制造中心
观点

3D打印企业在全世界范围普遍来说并没有实现很好的盈利，一个关键点是从应用的产业化角度来看，可以实现盈利的制造模式应该是具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链为核心，而当前3D打印陷入在一个两难的境地，往往是当规模扩大的时候，随之而来的生产成本以级数级别的增加，这反过来使得要实现盈利成为非常具有挑战的事情。增材制造将朝着软件和数据驱动的自进化智造技术方向发展，智能模拟和人工智能的应用将使得硬件拥有更“聪明的大脑“，更“灵敏的神经”以及“更准确的双手”，让加工变得更高效。”

▲ 未来工厂
© 3D科学谷白皮书

面向大型、复杂、精密、高通量的生产制造要求，Saeki的创始人团队来自爱因斯坦的母校瑞士苏黎世联邦理工学院，Saeki的技术特点是将大规模增材制造（3D打印）与精密CNC加工结合在一个统一的生产系统中，这种混合制造模式能够充分发挥两种技术的优势，既能实现复杂结构的快速成型，又能保证加工精度。Saeki 的3D打印技术凭借高速、大尺寸、高精度、多材料打印等优势，在多个领域展现出强大的应用潜力，能够满足现代制造业对效率、精度和环保的要求。本期，3D科学谷分享对Saeki所代表的制造发展趋势分析。

© SAEKI

 重塑工业生产的潜力

面向航空航天、汽车和建筑等行业对大型部件的需求迫切，而传统制造方式面临着交货期长、成本高的难题。Saeki的技术能够有效解决这些问题，市场对其需求巨大。Saeki的技术路线有助于减少对海外供应商的依赖，增强供应链的弹性和可持续性，推动制造业向本地化、可持续方向发展。其跨学科的团队已经展现出显著进展，证明了重塑工业生产的潜力。

Saeki的联合创始人兼首席执行官Andrea Perissinotto从小就对制造业感兴趣，在叔叔的作坊里学习过金属加工，他在苏黎世联邦理工学院的创客空间制造大型三维打印机时认识了其他两位创始人。联合创始人兼首席技术官是Oliver Harley，他在苏黎世联邦理工学院学习期间，与Andrea Perissinotto和Matthias Leschok共同识别出了大型增材制造和CNC加工领域的独特机遇。

Saeki致力于通过创新的数字制造方法缩小工程师设计能力与制造能力之间的差距。这种创新能力预计将使其在未来的发展中保持竞争优势。

3D科学谷重点
3D Science Valley Higlight:

Saeki对商业模式的颠覆潜力：

机器人即服务（RaaS）模式

Saeki推出了“机器人即服务”模式，客户可以成为其机器人在工厂中的“虚拟所有者”，享受定制化的机器人制造单元。这种模式降低了客户的投资门槛，使更多企业能够快速采用先进的制造技术。

Saeki的机器人微型工厂（uFactories）是独立的单元，可以轻松部署以进行本地化制造。这种灵活性使得企业能够根据需求快速调整生产布局，进一步优化生产效率。

Easy is Outstanding

 分布式制造模式

Saeki计划在世界各地建立一个分散的、由机器人操作的生产中心网络，其第一个生产中心已投入使用，并作为未来扩张的蓝图基础。这种分布式增材制造模式具有很强的市场扩展潜力，Saeki的技术和商业模式对当前制造模式具有显著的颠覆潜力。

在3D科学谷看来，Saeki的模式从解决市场痛点出发，这其中设备方面突出显现在混合制造模式的突破，Saeki将大规模增材制造（3D打印）与精密CNC加工集成在一个统一的生产系统中，这种混合模式不仅能够实现复杂结构的快速成型，还能通过CNC加工确保高精度。这种模式突破了传统制造中单一技术的局限性，解决了复杂零件制造的难题。

解决了单机的问题，Saeki聪明的看到了全流程自动化带来的竞争护城河，Saeki从设计到制造的全流程都实现了自动化。AI贯穿整个生产体系，从客户上传CAD文件开始，AI就进行工艺优化，包括平衡3D打印与机加工的工序配比、确保最佳的材料利用率等。尤其重要的是，Saeki的生产系统实现了从设计到交付的全流程自动化，AI贯穿整个生产过程，从即时报价、工艺规划、质量控制到最终检验，每个环节都由AI进行优化和控制。这种模式将传统依赖经验的制造工艺转化为可预测、可复制的标准化流程，极大地提高了生产效率和质量控制水平。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

而任何一个现今的商业模式能够长期发展，必须是面向可持续发展的，Saeki结合3D打印、铣削和检测等多种数字制造方法，充分利用可回收材料进行生产，减少了材料浪费。Saeki的技术还减少了对海外供应商的依赖，通过本地化制造增强了供应链的弹性和可持续性。这种本地化战略不仅减少了浪费和交货时间，还契合了当前制造业对供应链韧性的追求。通过减少浪费、缩短交货时间和降低前期成本，Saeki的3D打印技术能够帮助制造商降低生产成本，提高生产效率。

用户使用体验在现今的时代变得无比重要，Saeki无疑是高度重视用户体验的，他们显著缩短了产品从设计到交付的时间。例如，传统供应商需要6周交付的复合模具，Saeki的智能制造系统仅用1周就能完成交付。Saeki的即时报价平台允许客户在几分钟内获得大尺寸精密工程零件的报价，这将传统需要数天的采购周期压缩到了几分钟。

Saeki可以将全套的方案进行出售，而且还能够根据客户的特定需求定制微型工厂，这些微型工厂是独立的单元，可以轻松部署以进行本地化制造。

总体来看，Saeki的技术和商业模式通过整合3D打印、CNC加工、AI自动化和机器人技术，实现了从设计到交付的全流程优化。这种创新不仅提高了生产效率和质量，还降低了成本和环境影响，具有巨大的市场潜力和行业颠覆性。

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 一、标准制定背景及必要性

高熵合金(high-entropy alloys, HEAs)是近年来提出的新合金体系，不同于传统的合金材料单一元素为主的合金设计策略，高熵合金是由多种金属元素以等原子比或近等原子比的成分组成，每个组元的原子分数在5%～35%之间。目前，根据高熵合金的性质和特点，总结出高熵合金的四大效应：(1)热力学上的高熵效应;(2)结构上的晶格畸变效应;(3)动力学上的迟滞扩散效应;(4)性能上的“鸡尾酒”效应。高熵合金的出现使合金设计从相图边角扩展到中间，极大拓展了合金设计领域，近些年来，有关高熵合金的研究逐渐成为材料领域的国际热点。得益于采用传统制造工艺成功制造出高熵合金并用于各种不同的场合，3D打印高熵合金在近年来也得到了飞速发展。

高熵合金与传统合金相比，其具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨、耐高温、抗辐射以及软磁性等优异的综合性能，应用范围广，特别是在发动机工业、硬质刀具工业、海洋工程、核工业等工业领域复杂金属零件的应用上具有很大的优势，如在高温、高压、高速等条件下其依然能够维持较好的力学性能，可被用来服役于一些恶劣环境，例如在航空航天、核能工程等方面;另一方面高熵合金具有优异的耐蚀性，常被用来生产化工器皿、涡轮叶片等长期在侵蚀性溶液里使用的零件。还有一些高熵合金在电学、磁学等方面性能优异，可以被用在电子通信等方面，例如变压器、磁头、磁盘等。高熵合金因其在动态载荷条件下显示出卓越的抗压强度、出色的耐腐蚀性、优异的高温性能以及在环境温度和低温下的机械响应性，已经得到广泛应用。

高熵合金具有广阔的市场前景，但目前我国尚未对增材制造用高熵合金粉制定相关国家标准以及行业标准，也没有统一的技术要求和检验验收规范。制定该粉末材料的国家标准旨在引导高熵合金的研究和开发有序开展，同时加强供需双方的技术理解和交流，引导和规范该产品的生产和销售，满足市场相关领域的不同需求，对于促进增材制造用高熵合金粉的发展具有十分深远的意义。同时本标准的制定能够有效的对增材制造用高熵合金粉末的生产、检验、包装等活动进行规范，有利于提高增材制造用高熵合金粉末的产品质量，推进粉末的市场应用。针对不同增材制造工艺的要求，对高熵合金粉末的化学成分及物理化学性能进行了规定，以解决当前增材制造用高熵合金粉末无标准可依、粉末性能参差不齐的问题。

 二、标准制定过程

2021年3月16日-18日，在江苏苏州组织召开会议，会议对本项目进行了任务落实。江苏威拉里与参编单位成立标准编制工作组，对目标任务进行分解，明确成员的任务要求，制定工作计划和进度安排。由于该标准为首次制定，项目运行以来，工作组成员查阅了大量的国内外相关文献资料，收集、整理、对比分析了相关企业的技术资料，同时也对公司内部生产的高熵合金粉末相关产品检测分析报告、用户使用状况等进行了相关资料的收集整理;对国内从事高熵合金粉末制造、研发以及生产单位进行了调研，了解其工艺、产能、规格及质量控制水平等基本情况，并对相应结果进行汇总、分析。结合调研情况和公司近年来在高熵合金粉末生产制造经验，以公司现有相关质量文件和高熵合金粉末企业标准为基础，于2021年04月底完成标准讨论稿。

2021年05月13日-14日，全国有色金属标准化技术委员会和全国增材制造标准化技术委员会共同组织在浙江宁波召开本标准的讨论会。与会代表对本标准的征求意见稿和编制说明进行了认真、细致的讨论，并提出修改意见。2022年7月标准制定工作组对收集到的意见进行整理，共收到了19条意见，形成了标准征求意见稿意见汇总处理表。同时对标准征求意见稿进行修改，于2022年07月完成标准的送审稿和编制说明。

202208月15日-16日，国家标准《增材制造用高熵合金粉》审定会由全国有色金属标准化技术委员会和全国增材制造标准化技术委员会主持，于广州召开。会议对标准送审稿进行了认真、细致的讨论。与会专家经过讨论后一致认为：本标准的制定遵循了满足用户需求、技术内容合理、检验方法可行的原则，并且充分考虑了生产企业、使用单位及相关各方的意见和建议。本标准对我国增材制造用高熵合金粉具有较强的规范和指导作用，达到了国内先进水平。

 三、标准内容

标准选取应用较为广泛且相对成熟的高熵合金粉末，批量化生产增材制造用高熵合金粉末的牌号主要有FeCoNiCrMn、FeCoNiCrAl、FeCoNiCrTi、FeCoNiCrMo、FeCoNiCr，这五种高熵合金化学成分中各主元素按照等原子比或近原子比构成，然后换算成对应的质量分数;杂质元素主要包含氧、氮气体元素以及碳、磷、硫等杂质。通过调研相关单位生产的高熵合金粉末化学成分报告以及实际应用需求设置恰当合理的化学成分范围。其中产品中主元素Fe、Mn、Ni、Mo、Co、Cr、Al、Ti以及杂质元素C、S、P、O、N含量分析按供需双方协商确定的方法进行。

高熵合金粉主要采用真空感应熔炼惰性气体雾化法、等离子旋转电极法等工艺进行制备，不同工艺所制备的高熵合金粉的粒度区间有差别，但可通过筛分进行粒度调节。根据激光粉末床熔融、电子束粉末床熔融以及激光定向能量沉积等不同工艺技术要求，参考江苏威拉里新材料科技有限公司、矿冶科技集团有限公司、北京科技大学、盘星新型合金材料(常州)有限公司、浙江亚通焊材有限公司、宁波众远新材料科技有限公司、西安赛隆金属材料有限责任公司等7家单位提供的产品数据，充分讨论后确定产品的粒度应符合表1的规定。

粉末松装密度是粉末在规定条件下自由充满标准容器后所测得的堆积密度，即粉末松散填装时单位体积的质量，是粉末的一种工艺性能。松装密度是粉末多种性能的综合体现，可以反映出粉末的密度、颗粒形状、颗粒密度和表面状态、粉末的粒度及粒度分布等。粉末颗粒形状越规则、颗粒表面越光滑、颗粒越致密，粉末的松装密度会越大。通常情况，松装密度随颗粒尺寸的减小、颗粒非球状系数的增大以及表面粗糙度的增加而减小。较高的粉末松装密度有利于增材制造工艺的设置和优化，并确保增材制造最终产品的致密度达到目标产品要求。

产品的松装密度应符合表2的规定。

振实密度是粉末在容器中经过机械振动达到较理想排列状态的粉末密度，其相对于松装密度增大的百分数是粉末多种物理性能，如粉末粒度及其分布、颗粒形状及其表面粗糙度、比表面积等的综合体现。粉末振实密度越大，说明粉末的相对流动性越好。

产品的振实密度应符合表3的规定。

流动性是指以一定量粉末流过规定孔径的标准漏斗所需要的时间，通常采用霍尔流速漏斗，流动性单位为s/50g，表征粉末流动的难易程度，数值越小流动性越好。粉末的粒度、湿度、静电以及粉末是否为球形均会影响粉末的流动特性。无论对于铺粉还是送粉的增材制造工艺，粉末的流动性均会影响增材制造过程和制件性能。

产品的流动性应符合表4的规定。

产品的外观呈灰色或黑灰色，应无结块，无目视可见夹杂物。

 四、标准实施意义

本标准的制定有效规范了增材制造用高熵合金粉末的生产、检验、包装等内容，大大提高了增材制造用高熵合金粉末的产品质量，推进了粉末的市场应用。针对不同增材制造工艺的要求，对高熵合金粉末的化学成分及物理化学性能进行了规定，解决了当前增材制造用高熵合金粉末无标准可依、粉末性能参差不齐的问题。

本标准实施后，对我国增材制造工业领域所需的高熵合金粉的要求更加合理规范，有利于提升增材制造高熵合金粉的各项性能指标，使我国高熵合金粉的增材制备技术和整体性能达到国际先进水平，实现有标准可查、有据可依，同时可以满足发动机工业、硬质刀具工业、海洋工程、核工业等工业领域的复杂金属零件关键原材料需求，并对推进高性能高熵合金粉的发展和应用起到积极的促进作用。

文章来源： 有色标准计量质量

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根据3D科学谷的市场研究，铂力特S600在全球市场的竞争优势主要体现在技术创新、产品质量、市场认可、研发实力以及产业链布局等方面，这些优势使得铂力特能够在激烈的国际竞争中占据重要位置。

2024年11月12日珠海航展期间铂力特宣布其BLT-S600再升级！升级后的BLT-S600设备因其高精度、高效率和大尺寸成形能力，在航空航天、汽车、医疗、消费电子和学术科研等多个行业奠定了更强的应用潜力。

本期，3D科学谷与谷友近距离了解铂力特BLT-S600实现了哪些显著改进，来深度理解这款设备如何能够更好地满足大尺寸零件批量生产的需求。

▲ BLT-S600
© 铂力特

 提质提效，实力出圈

铂力特于航展现场隆重发布升级款BLT-S600设备。作为铂力特技术精粹的集中体现，升级款BLT-S600不仅继承了前代产品的高效稳定特性，更在多个维度实现了突破性升级。

自2014年研发启动以来，BLT-S600型设备（BLT-S600/S615）凭借出色表现在金属增材制造领域奠定了坚实基础。2016年航展，BLT-S600打印的首个工程化应用零件——航空发动机机匣成功亮相，成为当时世界上最大的回转体型设备。

如今，历经多次优化迭代，BLT-S600型设备全球装机数百余台，广泛应用于航天航空、发动机、汽车等领域，助力行业客户实现复杂大尺寸高精零部件的快速、优质、安全、智能批量制造。

看点一：大幅面多光束，打印效率升级！

BLT–S600此次成形尺寸扩大至650mm×650mm×850mm（W×D×H），成形体积增至原1.66倍，可满足更大尺寸零件的制造需求。同时，升级版BLT–S600的激光器最高可配置16光，整体效率较4光束提升3.45倍，为大型金属部件高效高精度制造提供强大支撑。

© 铂力特

此外，BLT–S600采用的是铂力特专利的单刀双向铺粉技术，成倍缩短刮刀安装调平时间，且能根据零件轮廓智能制定铺粉策略，实施多段变速铺粉，较传统定速铺粉方式提高效率近30%，实现铺粉质量与效率双提升。

看点二：一体打印成形缸，生产可靠性升级！

BLT-S600采用3D打印一体成形的成形缸，并经过结构优化，显著增强了缸体强度，有效规避拼缸带来的密封性差和力学性能削弱问题。并且设备的成形平台具备100℃均匀预热与精确控温能力，防止缸体受热变形，为设备生产的稳定性与安全性提供有力保障。

▲ BLT-S600成形舱内部
© 铂力特

BLT-S600内部广泛采用高强度、耐腐蚀的金属打印件，不仅提升了设备集成度，更在复杂工业环境中展现出卓越的可靠性和耐用性。

看点三：智能检测功能，成形质量升级！

BLT-S600融入了多项智能化技术以提升成形质量，包括铺粉检测、扫描检测及生产监控等，为全过程质量控制与追溯提供数据基础。

铺粉检测功能可以智能识别并处理异常情况，常规生产工况中，缺粉检出率可达到99%以上。BLT-S600已配备升级后的缺陷检测自学习平台，可支持用户根据生产场景自主训练识别模型，更智能地保障生产质量。扫描检测功能通过逐层扫描和三维重建技术，可快速准确地定位高风险区域，保障零件成形精度与一致性。生产监控功能不仅能实时收集数据，还能自动录制监测成形室画面，进一步提升生产过程的透明度和可追溯性。

看点四：省气省粉自循环，经济环保升级！

BLT-S600凭借多项高效节能设计引领行业绿色趋势。相较于市面同类产品，BLT-S600气体消耗显著降低：在工作压力状态下，进气量低于5L/min。同时，其镜头洁净时长高达700小时，为连续成形保驾护航。BLT-S600采用了阻燃材质的长寿命过滤系统，可在打印过程中自动反吹清洁，其过滤面积与成形幅面、光学数量相匹配，实现最大化资源利用。经过方案优化，过滤系统可以有效避免滤芯反吹清洁和灰渣桶处理导致的停机风险，可确保连续打印，减少经济与人力损失。

在粉末的自动循环利用方面，BLT–S600也展现了出色的兼容性，可供用户根据生产场景搭配分体式或集成式粉末循环系统。分体式系统支持一对多灵活配置，节省空间；集成式系统则高度集成，可实现一机筛分、回收、供应等功能，避免了多机协作的能耗与资源分散问题。

看点五：人机交互友好，安全便捷升级！

升级版BLT-S600深度优化人机交互的友好性与安全性，进一步提升用户体验。设备的气路柜门升级为透明观察窗，用户无需开门即可直观监控气路面板数据。取件舱则采用了脚踏式Z轴升降控制，让取件与清理更加流畅从容。同时，BLT-S600配有折叠式触摸显示屏，其收纳友好设计不仅节约空间资源，也赋予用户更多的自主性与舒适度。除主机外，其配套粉末供应设备同样支持远程控制，真正做到为劳动者减负、增效、保安全。

通过智能化软硬件协同，BLT-S600将生产流程化繁为简，大幅增强作业效能。设备支持一键式操作，包括打印准备、打印件进出舱、振镜自动校正、粉末循环等功能。其中，设备采用的BLT-AutoCAL（铂力特多振镜自动校正产品）校正精度可达到0.05mm以内。搭配使用BLT-MES系统，用户可将零散生产环节串联成一条高度集成的智能链路，为打造现代化的“黑灯工厂”提供强有力的支持。

铂力特秉承以人为本的设计理念，用实力守护劳动者职业健康。BLT-S600设备涉粉区域均采用优选防爆元器件，搭配氧含量检测系统，确保惰化环境稳定，在拓宽材料加工范围的同时有效规避爆炸风险。其激光防护玻璃与安全互锁机制能有效防止激光外泄，保护人员免受辐射伤害。此外，急停开关、接地保护、压力及温度监测等安全设计相辅相成，共同为使用者筑起一道坚不可摧的安全防护体系。

更高的生产效率、更好的打印质量、更低的运营成本以及更安全的操作环境，使得BLT-S600升级款成为性价比之选。本次航展BLT-S600将在现场实时打印，更多关于BLT-S600的精彩看点，等待用户来H5B12展位发现！一起携手让制造更简单，让世界更美好！

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加速增材制造技术创新，美国国家国防制造与机械中心（NCDMM）推出的增强型CORE平台和新的数据工具Roadmapper 2.0，对America Makes成员来说，是两个重要的工具。

▲ Core平台
© America Makes

 研发活动与长期战略一致

增强型CORE平台和新的数据工具Roadmapper 2.0提供的优势例如：安全的在线协作环境。CORE作为一个安全的在线平台，允许成员在保护知识产权的同时，共享和利用知识资本资产。促进项目与技术发展路线图的一致性，通过CORE平台，成员可以识别与他们的技术发展路线图相一致的资源，这有助于确保研发活动与长期战略目标保持一致。

增强型CORE平台支持移动设备，使得成员可以随时随地访问平台，提高了工作的灵活性和效率。成员可以生成自定义报告，以跟踪项目进展、资源利用情况和成果，这有助于更好地决策和资源分配。通过简化的项目可交付成果管理，成员可以更高效地管理项目，确保按时完成目标。

Roadmapper 2.0提供了实时协作工具和项目进度监控功能，这有助于团队成员之间的沟通和协作，确保项目按计划进行。Roadmapper 2.0通过无缝集成到CORE平台，使得技术发展路线图更加动态和可操作，引导利益相关者实现目标。

增强型CORE平台和新的数据工具Roadmapper 2.0这些在线工具的进步标志着America Makes成员在数据操作化和提高工作效率方面迈出了重要一步，有助于成员更有效地利用数据驱动的决策。

通过这些工具，America Makes成员可以更有效地协作、监控项目进度，并确保他们的工作与组织的战略目标保持一致。这些进步不仅提高了成员的工作效率，还加强了整个制造创新生态系统的协同效应。

数据安全方面，CORE平台作为一个安全的在线平台，特别强调数据安全，以保护其成员的知识产权和敏感信息。虽然具体的安全措施可能会根据最新的安全技术和策略不断更新。

在访问控制方面，CORE平台实施严格的用户身份验证机制，如多因素认证（MFA），确保只有授权用户才能访问平台。角色基础访问控制（RBAC）确保用户根据其角色和职责被授予适当的访问权限。

数据保护方面，在数据传输过程中使用SSL/TLS加密，保护数据在互联网上的传输安全。对存储的数据进行加密，确保数据在静止状态下的安全性。定期备份数据，以防数据丢失或损坏。确保有有效的数据恢复计划，以便在发生数据丢失事件时快速恢复数据。

网络安全方面，部署防火墙和入侵检测系统（IDS）来防止未经授权的访问和网络攻击。定期进行网络安全评估和渗透测试，以识别和修复潜在的安全漏洞。

审计和监控方面，Core平台实施日志记录和监控系统，记录所有用户活动和系统事件，以便在发生安全事件时进行调查。定期进行安全审计，以确保遵守数据保护法规和标准。在多租户环境中，确保数据隔离，防止一个用户或组织的数据被其他用户或组织访问。

Core平台遵守相关的数据保护法规，如欧盟的通用数据保护条例（GDPR）和美国的加州消费者隐私法案（CCPA）等。确保平台符合行业标准和最佳实践，如ISO 27001信息安全管理系统标准。

Core平台还对用户进行定期的安全意识培训，提高他们对潜在安全威胁的认识，并教授如何安全地使用平台。Core平台制定和维护应急响应计划，以便在发生安全事件时迅速采取行动，减少损失。

Core平台还可以提供供应商风险管理，通过对第三方供应商进行严格的安全评估和监控，确保他们遵守相同的安全标准。这些措施需要根据具体的平台和组织需求进行定制。CORE平台可能会采用额外的安全措施，以确保其成员的数据安全。

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