增材制造产业自皮书-24正式版-WN8

增材制造产业白皮书西门子和深圳国家高技术产业创新中心联合发布—目录序言4第一章增材制造发展概述1.1增材制造技术定义1.2增材制造技术体系1.3增材制造发展趋势5557第二章国内外增材制造产业发展概览2.1增材制造的广泛应用992.2全球增材制造产业发展概述2.3国内增材制造产业发展概述2.4国内外产业发展对比121314第三章深圳产业概况及发展建议3.1产业概况1919203.2布局方向3目录序言增材制造，以其创新的生产方式和对传统工艺流程的颠覆性改变，正在全球范围内引领制造业的转型升级。在中国，以增材制造技术为代表的先进技术，已经成为发展新质生产力的关键抓手。随着国家对增材制造技术的高度重视和相关政策战略的深入推进，这一被誉为制造业未来的关键技术，已经迈入了全新的发展阶段。作为改革开放的前沿阵地和创新驱动的核心城市，深圳在增材制造产业的发展上展现了强劲的活力和潜力。深圳市政府积极响应国家战略，以先行示范标准大力推进增材制造技术的研究、应用和产业化，通过政策引导、资金支持和环境营造，吸引培育了一批增材制造领域的领军企业和创新团队，形成了具有深圳特色的产业集群，赋能制造业高端化、智能化、绿色化转型升级。由西门子

(

中国

)

有限公司与深圳国家高技术产业创新中心共同编写的《深圳市增材制造产业发展白皮书》，旨在全面阐述增材制造产业的发展现状、技术趋势和未来前景，深入分析增材制造产业面临的机遇挑战，并结合深圳的实践案例，探究增材制造与传统制造的深度融合对深圳乃至全球发展的影响。通过本白皮书，我们希望能够为政府决策者、行业从业者和广大公众提供有价值的信息和深刻的洞见，共同推动中国增材制造产业的繁荣发展。4序言1增材制造发展概述1.1

增材制造技术定义.........................................................................................增材制造是具有生产革命意义的新一代制造方式，是工业

4.0的核心要件，是决定未来经济发展的

12大颠覆技术之一。增材制造（AdditiveManufacturing，简称

AM），又称为

3D打印，是一种以计算机三维设计模型为蓝本，将三维数字模型按设定的层厚离散为一系列二维截面，通过材料逐层堆积的方式实现成型的制造技术。增材技术相对传统等材及减材制造，在轻量化、一体化、复杂化、定制化、材料利用率等方面存在一定优势，同时在加工精度、加工效率等方面与传统制造存在一定差距，因此更适用于小批量、小尺寸、高价质量、复杂结构零部件的设计及制造。1.2

增材制造技术体系.........................................................................................根据

ISO/ASTM52900-15标准

，增材制造包含

7大类工艺：材料挤出（MaterialExtrusion）、光聚合（Photopolymerization）、

粉

末

床

熔

合（PowderBedFusion）、

材

料

喷

射（MaterialJetting）、黏

结

剂

喷

射（BinderJetting）、

片

材

层

压（SheetLamination）

和

定

向

能

量

沉

积（DirectedEnergyDeposition）。金属增材是未来产业化的重要方向，其主流技术路线包括粉末床熔融、定向能量沉积和黏结剂喷射三大类。1.2.1粉末床熔融金属粉末床熔融技术基于能量源的不同，主要包括选择性激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）和电子束熔化（ElectronBeamMelting，EBM）技术。SLM的核心优势是精度高、表面质量好，适用于复杂结构部件，但受限于成型尺寸、打印速度、材料热变形裂纹等问题，在大规模应用方面存在一定局限性。相比于

SLM，由于热源不同，EBM输出功率更高、扫描速度更快，在打印钛合金等熔点较高的金属方面，较

SLM更有优势。1.2.2定向能量沉积直接能量沉积（DirectEnergyDeposition）技术，是通过高能量光束（例如激光或电子束）高速移动将材料熔化或汽化，在沉积区域产生熔池，材料以粉末、线材或糊状物的形式送入高温熔区，熔化后并冷却固化到基材逐层沉积，实现

3D成型。DED较

SLM技术成型效率更高，同时对粉末原材料的尺寸要求更低，因此粉材

DED除用于直接打印零件外，也常被用于修复磨损或损坏的金属零件。同时，增材制造与

CNC减材制造的搭配可将

DED技术集成到

CNC加工设备中。5增材制造发展概述图

1.1Gartner增材制造技术成熟度曲线1.2.3粘结剂喷射技术粘结剂喷射技术

(BinderJetting)在大规模金属零件加工方面成本及效率优势明显。一是

BJ对金属粉末要求较低，球形金属粉体尺寸小于

38um即可，相比于

SLM金属粉末供应链选择更多，成本更低；二是

BJ材料利用率较高，SLM和

EBM在打印过程中都需要瞬间熔化，在热源加热过程中，会产生烟尘，直接导致粉末利用率不高，而粘结剂喷射技术采用后烧结的方式，可大大提高粉末的利用率。但

BJ的主要局限在于打印精度较低、样件材料性能较差，如采用粘结剂喷射技术制作的零件性能与激光打印的零件性能目前也无法匹配，后续烧结成型会引起大约

18%的尺寸收缩。因此，BJ适用于成本敏感且对产品质量要求略低的小批量生产。图

1.2不同金属粉末增材制造技术对比分析6增材制造发展概述1.3

增材制造发展趋势.........................................................................................从增材制造技术发展趋势看，高性能、高精度、高效率、低成本、更大的加工尺寸范围和更广泛的材料是金属增材制造未来发展方向。增材制造的国内外发展趋势主要包括：1)进一步提高打印效率，降低打印成本“降本增效”是金属增材行业“主旋律”，进一步提高打印效率及降低单位加工成本，是增强增材制造技术竞争力和提高产业化应用渗透率的关键。目前采用的策略包括多激光技术、大层厚扫描、面扫描技术等。2)增材制造在3C等民用领域加速渗透随增材设备和打印材料技术成熟及成本降低，增材制造向价格敏感的牙科、鞋模以及

3C等民用领域快速渗透，市场空间逐步释放。近年在消费

3C领域

3D打印钛合金成本已低于传统

CNC制造，解决了无法大规模量产的瓶颈问题，市场取得快速突破。未来增材制造将在包括热管理等领域有更加广阔的市场应用前景。3)面向不同应用场景的专用设备开发当前增材制造应用领域已经由早期的航空航天领域稳步渗透至牙科、消费电子等领域，不同应用场景对打印工艺、质量和成本等需求不同，需开发相应专业设备以提升产品性价比，如面向航空航天应用需大幅面打印设备，面向牙科和鞋模需特定专机，面向铜、钨等材料需特定材料打印设备。4)增材制造与传统加工制造的融合增材制造技术未来并不是要替代等材、减材等传统加工方式，而是在不同工序采用复合加工等方式与传统加工技术相融合，充分发挥不同加工方式的优势，达到理想加工效果。5)数字孪生一体化设计仿真应用随着增材制造大规模产业化推广，原有在航空航天等行业成本高昂的试错方式已不能满足产业发展要求，而结合数字孪生的一体化设计，如性能与工艺仿真数字孪生技术，可有效加速产品和工艺的开发、优化和认证流程，并减少因为试错导致的时间和成本消耗，实现降本增效的目的。6)人工智能在线监测和闭环控制技术为了进一步提高打印过程的稳定性和最终产品的质量，加速产品的认证流程，需要通过在线监测实现打印过程的可追溯性，通过闭环控制实现实时的工艺优化，进一步提高打印产品的质量。7)端到端增材制造自动化控制技术增材制造技术并不是仅仅包含打印设备本身，而应该包含前后处理在内的全流程加工技术。例如目前

SLM打印产品后处理过程往往占用整个产品成本的

30~40%，所以开发包括前后处理在内的端到端自动化处理技术可以进一步降低产品的生产成本，提高产品的质量和市场竞争力。7增材制造发展概述8)增材制造数字化云工厂建设和智能化管理平台基于增材制造的个性化和客制化等特点，面向增材制造的数字化云工厂和智能化管理平台可以助力实现产品的客户定制化下单、生产工厂优化选择和零库存管理。9)对打印工艺和质量的要求进一步提升随着增材制造的产业化应用，目前增材制造已跨越原型件试制阶段，应用领域逐步扩展到批量化生产中，相应的对打印工艺和产品质量提出了更多的要求，如避免打印过程的热变形和局部过热造成的缺陷，实现少支撑和无支撑打印等越来越多的成为行业的普遍要求。10)结合增材制造技术的可持续发展技术增材制造作为一种新型绿色制造技术，需要通过产品设计、工艺和管理的优化进一步助力国家的可持续发展战略。8增材制造发展概述2国内外增材制造产业发展概览2.1

增材制造的广泛应用......................................................................................增材制造作为一种革命性的生产技术，广泛应用于各个工业领域。这种技术最初在高附加值的高端制造业中得到应用，如大型通用机械、航空航天以及医疗制造等，如今已经成为这些行业不可或缺的关键生产技术。而随着技术的不断进步和完善，增材制造的应用边界正在迅速扩展，逐步开始在汽车制造和消费电子等新兴领域展现出独特的应用潜力。2.1.1通用机械领域在通用机械领域，增材制造技术已经广泛应用于复杂机械部件的生产制造，如燃气轮机的热端部件、换热器和液压系统等。西门子、GE等国际知名企业已经将燃气轮机的增材制造生产技术引入中国，并协助构建了核心零部件的供应商体系，促进了我国燃气轮机产业向高端化的转型升级。展望未来，预计到

2024年中国燃气轮机市场的规模将超过

1000亿元人民币，其中增材制造打印的零部件价值将占到总额的

5%至

10%。随着技术的引进和国产化布局的深入，通用机械领域的增材制造市场前景将更加广阔。图

2.1增材制造技术在工业燃气轮机设备上的应用案例9国内外增材制造产业发展概览2.1.2航空航天领域在航空航天领域，增材制造技术的应用场景十分丰富，已初步进入批量化使用阶段。利用增材制造技术加工的金属部件已经批量应用于各型飞机、无人机、高推比航空发动机、新型卫星等国家重点工程。与传统加工方式相比，增材制造技术能够实现部件的拓扑减重优化并提升性能，同时提高材料使用率，实现复杂部件一体成型，缩短生产周期。展望未来，随着中国航天事业的快速发展，航空航天行业的增材制造服务市场规模也将稳步增长，预计到2024年可达到26亿元人民币。随着增材制造标准体系的完善和技术的进步，市场规模有望进一步扩大。2.1.3医疗领域在医疗领域,增材制造技术的应用正快速增长，覆盖了手术和诊断辅助、植入体和假肢制造、药物研发到生物组织模型制作等多个领域。在手术和诊断方面，增材制造技术提供了立体直观、可触摸的信息，促进了医、工、患之间的交流，缩短了手术时间，降低了费用，并提高了诊疗水平。齿科领域是增材制造技术较为成熟的应用领域之一，特别是在制备复杂且高度定制化的高价值小型产品方面，如金属牙冠，口腔支架等的制作。10国内外增材制造产业发展概览userid:529794,docid:172672,date:2024-08-22,2.1.4汽车领域在汽车制造领域，增材制造技术已逐步应用于研发设计、夹具制造、直接零件生产等环节。在研发设计方面，增材制造极大地缩短了研发周期并提高了设计效率，包括宝马、奔驰在内的车企已经开始积极尝试增材制造技术。在工装夹具方面，增材制造提供了一种快速且成本效益高的生产方法，帮助企业实现快速小批量工具定制，降低成本并缩短产品上市时间。在直接制造零件产品方面，目前还局限于部分高端汽车品牌。展望未来，随着技术及成本优势的提升，预计增材制造技术在汽车领域的应用将得到进一步扩展。2.1.5消费电子领域在消费电子领域，增材制造在轻量化和一体化设计中展现了独特优势。近年来，折叠屏手机逆势增长，2022-2023年出货量同比增长达到

154%，预计未来将继续保持高速增长，出货量有望超过

550万台。折叠屏手机中的铰链、中框结构往往采用钛合金材料，在传统加工方式的条件下，其加工良率远低于主流的铝合金材料，钛合金手机中框整体良品率约为

30%-40%，铝合金中框为

80%；加工时间约为铝合金的

3-4倍。而

3D打印技术的引入有望有效提升钛合金中框良品率，显著降低加工时间，随着更大规模生产将更具成本效益。展望未来，3D打印技术在消费电子行业，尤其是在折叠屏手机制造中的应用前景广阔，预计将随着市场需求的增长而进一步扩大其市场规模和影响力。图

2.2增材制造技术在消费电子领域应用案例11国内外增材制造产业发展概览2.2

全球增材制造产业发展概述............................................................................2.2.1市场规模增材制造从原型制造向终端制造迈进，行业进入快速成长期。2015年后，随着金属

3D打印工业化进程的加快，增材制造技术正在从原型样件的小批量定制化生产技术向零部件最终制造的批量化生产技术转变。根据《WohlersReport2023》，2022年全球增材制造产业规模达

180亿美元，增长率为

18.3%，已经连续二十五年保持两位数增速。得益于下游航空航天、模具和牙科等产业的旺盛需求，中国增材制造的产业规模从

2012年的

10亿元左右增长到

2023年的

400亿元，年均复合增长率超过

30%，预计

2024-2027年我国增材制造产业规模有望从

400亿元增长至

1000亿元。图

2.32019-2023年全球及中国增材制造市场规模及增速2.2.2区域布局增材制造技术，作为催生第四次工业革命的颠覆性技术之一，已被全球先进国家视为智能制造的关键技术，以美国、德国为首的世界工业强国纷纷将其提升至国家战略层面，制定相应的发展战略和推动措施。如美国科技政策办公室(OSTP)发布的《先进制造业国家战略(NSAM)》中多次提及增材制造，并强调了工艺优化、过程监测、机器学习算法、新材料开发和智能制造平台融合的重要性。德国则通过《高技术战略

2020》和《国家工业战略

2030》等规划，明确表示大力研发金属增材制造技术等新兴先进技术的创新应用。图

2.42023年全球

3D打印市场格局从全球产业布局看，增材制造产业主要集中在北美、亚太和欧洲三个地区，基本形成美欧主导，亚太追赶的态势。截至

2023年底

3个地区累计装机量占全球

90％以上。其中北美是最大的增材制造市场，其

3D打印设备销售收入占全球

36.14%。欧洲为第二大市场，其设备销售收入占全球总增材制造收入的

30.40%。亚太地区以

26.41%的市场份额位居第三。12国内外增材制造产业发展概览2.3

国内增材制造产业发展概述

............................................................................经过多年发展，我国的增材制造行业已经初步建立了涵盖

3D打印材料、工艺、装备技术到产业化应用的完整产业链。其中打印设备和服务占据增材制造行业近

80%的市场份额。从产业链价值量分布看，中游的金属

3D打印设备、3D打印服务及部分核心器件如振镜盈利能力较强，而上游激光器和中游的非金属3D打印设备则竞争激烈，毛利率较低。我国增材制造产业在空间布局上初步形成以京津冀地区、长三角地区、珠三角地区为核心，中西部地区为纽带的增材制造产业发展的空间格局。图

2.52023年中国增材制造产业细分领域营收占比陕西：铂力特、宝钛股份、斯瑞新材等北京：有研新材、金橙子、北矿科技等山东：威高骨科、国瓷材料、凯盛新材江苏：银邦股份、隆达股份、博迁新材安徽：应流股份、楚江新材、大富科技上海：中国东航、永利股份、中洲特材湖北：华工科技、华中数控、锐科激光浙江：海正生材、亚厦股份、屹通新材江西：国泰集团、悦安新材、海源复材湖南：华曙高科、蓝思科技、华民股份广东：迈普医学、高乐股份、南风股份图

2.6全国增材制造企业区域分布图13国内外增材制造产业发展概览2.4

国内外产业发展对比

......................................................................................中国在增材制造产业发展迅速，已初步建立了从

3D

打印金属材料、工艺、装备技术到产业化应用的全链条技术创新体系，整体技术达到国际先进水平，特别是在高性能复杂大型金属承力构件增材制造等关键技术领域已达到国际先进水平，为我国航空航天、动力能源等领域的发展作出了重要贡献。随着增材制造设备国产化水平的提升和规模效益的逐步显现，中国增材制造产业有望在全球产业链中占据更加重要的地位。以激光粉末床金属

3D

打印机为例，铂力特、华曙高科、易加三维等国内代表企业已经能够自主研发并生产具有国际竞争力的增材制造设备和材料，其推出的一系列高性能激光粉末床金属

3D

打印机设备，不仅够打印出尺寸更大、精度更高、结构更复杂的构件，同时设备和原材料的综合成本也远低于国外同类产品，如设备价格为进口设备的三分之一，金属粉末材料的成本为进口材料的四分之一，这使得中国增材制造企业具备明显的成本优势。尽管中国增材制造产业总体已处于国际先进水平，但与美欧等发达国家相比，中国在基础理论、关键工艺技术及高端装备的可靠性与稳定性上仍有差距。尤其是在高质量激光器、电子枪、扫描振镜等关键部件的研发上，中国与国际先进水平相比尚显不足。在科技论文与专利产出方面，美、日、德等国继续保持其增材制造原创专利的重要地位，而中国在核心技术创新能力上尚需加强，产学研用的协同机制尚未有效形成。此外，中国增材制造技术的应用范围相对有限，主要集中在航空航天、模具和牙科等产业，与欧美国家相比，后者在技术和应用方面更为均衡，且已实现全产业链技术的贯通。与欧美等国家相比，中国在系统级创新设计和规模化工业应用方面仍存在显著差距，面对当下的国际竞争态势和国内产业发展需求，中国增材制造产业发展的重点将聚焦于技术创新和智能化升级，依托互联网和大数据，建立集模型设计、工艺规划、虚拟制造（数字双胞胎）、智能制造、产品性能评估为一体的一站式解决方案。同时，基于开放式数控系统，面向增材制造的端到端设计建造开发平台的研发，将涵盖从概念、设计、制造到车间操作及自动化的所有过程，突破现有产品设计制造技术瓶颈。14国内外增材制造产业发展概览为实现发展水平的全面提升，中国增材制造产业应聚焦以下关键领域：面向增材制造的产品多尺度一体化正向设计基于正向设计思维的创成式设计能够彻底释放增材制造工艺所带来的价值，可以实现传统工艺手段无法制造的结构设计，比如复杂内外曲面结构、点阵胞元结构设计、多零件融合一体化制造等，打破了原有正向设计中工艺约束的瓶颈，从而形成颠覆式创新。通过探索应用面向增材制造技术工业化应用的创新设计方法可以为最终满足工业化产品所需的高性能、低成本、快交期和可维护的目标打下坚实的基础，而与之相匹配的数字化设计工作流程模板又可以为企业产品快速创新和迭代提供有效的保证。图

2.7面向增材制造的多尺度一体化创新设计以西门子为例，通过

NX软件完整的端到端产品设计数字双胞胎技术，可以快速建立面向增材制造工艺中基于性能驱动的创新产品概念设计，进而对于特定零部件服役工况，借助仿真驱动的优化设计方法，形成可部署的设计

-仿真

-优化

-验证的闭环设计系统，最终实现从“制造决定设计”向“功能引领设计”企业服务能力的转型与升级。多物理场多尺度协同仿真优化设计仿真驱动的的优化设计作为正向设计的核心技术，将会引领中国产品设计的革命。目前仿真工具方法已从单场模拟到多场模拟日渐成熟，但考虑到热器件新型结构的多尺度特性，需要建立不同不同尺度下的仿真模型以实现有效的优化迭代。15国内外增材制造产业发展概览图

2.8增材制造的过程仿真与变形补充优化基于数字孪生的增材制造端到端的过程控制为了解决增材制造的控形控性难题，国外更加强调通过创建包含打印零件、支撑结构和粉末的打印工作台的多尺度多物理场数字化双胞胎模型，模拟整个打印工艺过程，提前预测可能出现的零件变形并自动进行变形补偿，实现设备打印策略的自动优化，实现增材制造的“首件打印即成功”，可以大幅减少物理样品打印失败概率，同时大幅度地减少打印成本。进一步，通过对于打印过程由于扫描路径引起的局部过热的准确预测，可以实现对于激光路径和工艺参数等打印策略的自动优化，可以实现面向不同打印设备、材料和格式文件的通用优化工具，针对具体产品几何特征和激光扫描策略，通过基于自动优化算法的一键优化，从而实现选区激光熔化技术工艺的少支撑或者无支撑打印，为增材制造设计开启了更高的自由度。结合在线监控的增材制造闭环控制系统增材制造工艺由于本身的层层堆积的工作原理导致加工时间较长，通常一个部件打印时间长达几天甚至几周时间，增材制造过程复杂影响因素众多，在打印过程中，诸如粉末分布不均与或者粘结剂分布不均匀、飞溅、热能量不足以及气孔等的存在会导致在每一层都出现缺陷而影响最终产品质量。为了提高增材制造技术在工业中的认可度和进一步的提高其应用范围，需要着力提高制造过程的可重复性、可控性和可追溯性。16国内外增材制造产业发展概览结合在线监控的增材制造闭环控制系统增材制造工艺由于本身的层层堆积的工作原理导致加工时间较长，通常一个部件打印时间长达几天甚至几周时间，增材制造过程复杂影响因素众多，在打印过程中，诸如粉末分布不均与或者粘结剂分布不均匀、飞溅、热能量不足以及气孔等的存在会导致在每一层都出现缺陷而影响最终产品质量。为了提高增材制造技术在工业中的认可度和进一步的提高其应用范围，需要着力提高制造过程的可重复性、可控性和可追溯性。图

2.9基于云

-边

-端协同的增材制造粉末床在线监控技术为此，需要对于增材设备和生产过程进行全流程监测和闭环控制，通过提高在线监测探测的能力，并结合人工智能等方式提高对异常行为、现象的识别和分类能力实现打印过程的实时闭环控制，助于减少和免除在构建后进行的检测或破坏性测试，确保增材制造的产品质量和稳定度。面向工业化应用的增材制造智能管理基于增材制造从定制化到小规模、批产化的需求转变，特别涉及到民用年产百万件级别的应用，即低成本、高效率和一致性成为关键的考虑因素。在硬件方面，除了打印设备本身外，更重要的是通过自动化控制技术，实现增材制造工艺和传统减材工艺优势的结合、实现增材制造前后端（例如自动化清粉和去支撑技术等）的一体化集成，提高增材制造全流程的自动化、智能化；在软件层面，通过工业软件平台实现增材制造端到端的全流程管理，结合云制造、大数据、物联网等新兴技术及其他基于工业

4.0的智能集成系统，大力促进增材制造的产业化应用。图

2.10增材制造的数字化管理17国内外增材制造产业发展概览面向全生命周期的绿色制造增材制造技术通过减少产品所需材料和降低能源消耗

,避免了有害的辅助工艺，具有良好的环境特性。结合增材制造的一体化设计，可以提供产品绿色设计与制造一体化集成应用方案，实现按照绿色设计理念，运用产品生命周期评价方法，采用模块化、仿真化、集成化和高可靠性等绿色设计工具，对现有产品进行绿色再设计、对新产品进行绿色创新设计、对服务模式进行绿色优化设计，通过产品绿色设计拉动绿色制造工艺技术一体化提升，实现产品全生命周期资源能源消耗和环境负荷最小的目标。通过综合考虑从合金材料选择、粉末材料制备、打印过程、后处理、粉末回收以及产品使用和回收处理等增材制造产品全生命周期过程所涉及的环境影响，结合全生命周期评价模型（LCA）综合评价增材制造技术相对于传统工艺对于环境影响，特别是节能减排的贡献。进一步结合增材制造的一体化设计和增材制造工艺数字化双胞胎仿真技术，通过设计与仿真优化，减少产品加工过程中的原材料、能源和保护气体的使用量，同时通过产品性能优化提高产品综合性能减少使用过程中的能源消耗。基于数字化的快速认证通过模拟与仿真计算技术，研究打印凝固物理过程中瞬态温度场、熔池几何结构、冷却速率等参数的分布，建立增材制造数字双胞胎模型，建立打印工艺参数和产品微观组织结构，微观组织和材料特性，材料特性和产品性能等直接的关系，用数字世界的模拟实验将取代物理实验，大大节约所需时间和经济成本。图

2.11增材制造的全生命周期管理与评估结合在线监测技术，通过实验和仿真过程中产生大量的数据，建立起包括材料数据、过程参数、测试数据和产品认证数据等基于产品全生命周期的增材制造材料数据库。基于数据库开发数据挖掘及数据可视化技术，并开发基于机器学习的材料微观组织定量化工具，建立起基于理论模型和数据驱动的双认证主线，以实现增材制造全生命周期的快速认证技术，为不同环节的工程师提供简洁有效的数据和应用工具，以加速产品的认证。18国内外增材制造产业发展概览3深圳产业概况及发展建议3.1

产业概况.......................................................................................................在增材制造研发及产业化等方面，深圳已初步形成建模系统、材料、设备、应用服务的增材制造全产业链，形成了一定的产业集聚效应。增材制造企业主要集中在医疗健康、文化创意、电子信息、航空航天等领域，形成了以维示泰克、光华伟业为代表的增材制造材料研发企业，以光韵达、创想三维、纵维立方、摩方新材料、极光尔沃为代表的增材制造设备制造企业，以光韵达、易尚展示为代表的增材制造应用与服务商。同时，深圳拥有南方科技大学、深圳大学、中科院深圳先进技术研究院等一批创新能力较强的高校院所，较好地为产业创新提供了源头技术保障。•在组织建设方面，深圳建立了以行业协会为纽带，以创新载体为依托的产业创新生态深圳在

2014

年成立了

3D

打印协会，并陆续建设了广东省先进激光制造粉末材料与装备工程技术研究中心、广东省激光精密制造创新应用工程技术研究中心、深圳市3D打印制造业创新中心等创新载体，借助省、市企业技术中心等创新平台，积极探索建设重点实验室、教育培训中心、推广应用中心等，加强各行业在增材制造关键技术创新研发与应用推广的合作。•在产业政策方面，深圳市将增材制造列为高端制造产业的关键领域之一，接连颁布多项专项产业规划深圳先后发布《关于进一步加快发展战略性新兴产业实施方案的通知》《深圳市培育发展激光与增材制造产业集群行动计划（2022-2025

年）》及《深圳市关于推动工业母机、智能机器人、激光与增材制造、精密仪器设备四个产业集群高质量发展的若干措施》，提出加快推动增材制造等先进制造产业发展壮大并成为支柱产业，面向生物医疗、电子制造、航空航天、汽车、文化创意等领域应用需求，形成覆盖产品设计、材料、关键部件、装备及应用等环节的完整产业链，有力支撑高端制造和精密制造，持续引领产业升级和经济社会高质量发展。•在人才培育方面，近年来深圳市加大高端装备制造学科建设力度深大、南科大、深圳技术大学、深圳职业技术学院、深圳信息职业技术学院、香港中文大学

(

深圳）、哈尔滨工业大学

(

深圳）、中山大学深圳校区、清华大学深圳国际研究生院纷纷开设激光与增材制造相关学科专业。虽然近年来布局了一批相关学科，但总体上来说，高端装备制造领域仍是我市高校学科发展较为薄弱的环节，学科发展水平和产业发展不相适应，在工业母机、激光与增材制造、精密仪器设备领域布局的学科数量偏少。19深圳产业概况及发展建议3.2

布局方向.......................................................................................................在加快建设国际科技、产业创新中心的进程中，深圳正启动新一轮创新发展战略布局。深圳制造业以创新变革为主特征，政策端不断着力推动创新生态再优化、创新能力再突破、创新经济再升级。在创新推动发展的大环境下，深圳为提升高端制造、精密制造、智能制造水平，大力支持制造业创新中心建设，推动传统制造迅速转型升级，提升制造业核心竞争力。增材制造作为传统制造向智能制造转型的重要技术之一，在一定程度上改变了传统制造业的生产模式，推动着传统制造业加快向智能化、高效化方向转变。深圳市制造业产业分布特点主要有以下几个方面：•以汽车电子信息、生物医药、新材料、高端装备制造等为主要产业，形成了一批高端产业聚集区•以小型企业为主，大量的中小企业在制造业中占据着重要地位•以高新技术为支撑，产业转型升级速度较快20深圳产业概况及发展建议基于深圳市制造业产业分布特点，增材制造技术可以在以下几个方面进行应用和发展：3.2.1高端装备制造领域应用深圳的高端装备制造产业发展迅速，增材制造技术可以为高端装备制造提供高精度、高效率的零部件制造服务，提高产品质量和制造效率。以模具为例，模具是“万业之母”，广泛应用在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯领域中，中国、美国、日本、德国、韩国、意大利六国为全球主要的注塑模具和冲压模具生产国，其中，中国的模具产值为世界之最。但目前模具行业随着国际竞争加剧和市场全球化，产品迭代加快，多品种、小批量、复杂结构成为模具行业的主要图

3.1基于增材制造技术的随形冷却模具类产品方式，这要求制造商要不断缩短模具设计制造周期，降低制造成本，提高使用效率。增材制造技术能够有效解决传统模具制造过程中所遇到的复杂难加工零件问题，如内腔、导向槽等，从而实现更加复杂、精细的模具结构；结合增材制造技术在模具类产品中最直接显著的应用即是随形冷却流道的一体制造，如下图

3.1所示。随形冷却技术是通过内部设置随形冷却通道，从而实现更加均匀、快速的冷却。增材制造方式可以使冷却通道摆脱传统交叉钻孔的限制，让内部冷却流道更靠近模具的表面，并有平滑过渡，从而实现更高的冷却效率和更低的流动压阻。3.2.2生物医药领域应用深圳的生物医药产业发展迅速，增材制造技术可以为生物医药领域提供定制化、高精度的医疗器械和人体组织模型等服务，促进医疗技术创新和医疗器械研发。个性化精准医疗是增材制造定制化产品应用的“蓝海”领域，基于增材制造技术体系，可制造基于多种材料、具备复杂结构和形状的个性化、定制化医疗器械和植入物，减少手术时间和患者恢复时间，降低医疗成本。传统的医疗器械、植入物、手术导板及康复工具通常都是标准化的，无法满足不同患者的个性化需求。而增材制造技术可以根据患者的特定需求和解剖结构，制造出个性化的医疗器械和植入物，从而提高治疗效果和手术成功率。如图

3.2所示，面向特定个性化医疗产品的定制化数字化解决方案会是加速行业快速发展的助推器。图

3.2基于增材制造技术的个性化精准数字医疗产品价值链21深圳产业概况及发展建议3.2.3汽车和电子信息领域应用汽车和电子信息是深圳的支柱产业之一，增材制造技术可以为电子信息领域提供定制化、高精度的零部件制造服务，提高生产效率和产品质量。轻量化设计与制造是制造业的未来，其优势主要包括：一方面可实现更好的产品组件性能；另一方面可减少碳排放，实现可持续发展。轻量化设计是在不牺牲可靠性或功能的情况下减少组件中的材料量以降低其整体重量的行为。这在汽车和航空航天行业很常见，轻量化设计提高了燃油效率并提高了飞机和电动汽车的性能。图

3.3轻量化设计基于增材制造技术的轻量化设计是一种正向设计方法，在“制造改变设计，仿真驱动设计”的理念指导下，通常会从拓扑优化设计这一重要的概念设计方法出发。典型拓扑优化设计主要有面向结构场的变密度法和面向流场的伴随优化法，如图

3.3所示，通过重新排布材料以获得所需结构特性同时还满足规定的约束条件。基于概念设计阶段得到的产品几何，进行参数化解析重构设计模型，根据产品的设计要求与实际工况，定义优化目标与约束条件，选择合适的优化算法，结合设计性能分析与可制造性分析，对给定参数进行寻优计算，以得到最终设计。另一类重要的轻量化设计技术主要指显隐式混合建模的晶格胞元设计，如图

3.4所示。点阵或胞元结构由于其在结构、热、电和光学性能方面具有的优势，以及作为潜在的轻量化材料而受到广泛关注。增材制造技术的发展为设计与制造具有高效性能的复杂点阵及胞元结构带来了新的思路与可能。点阵及胞元结构的空间不均匀、梯度分布设计亦是提高性能的重要方式。图

3.4显隐式混合建模的晶格胞元设计22深圳产业概况及发展建议换热器与散热器类热管理产品对设备长效稳定运行起到关键作用，在汽车和电子领域的产品性能起着至关重要的作用，特别是随着新能源汽车行业及

5G物联网通讯行业的快速发展，目前国内企业的热管理方案已无法完全满足市场需求，未来的热管理方式将由目前自然冷却和风冷方案为主，并快速向液冷和直冷等方案升级，热管理向着高效率、低能耗、精细化的趋势发展，因此设计生产安全高效的专业热管理系统成为必然趋势。图

3.5热管理产品基于增材制造技术的设计流程针对增材制造技术特点，热管理产品设计会综合考虑多物理场拓扑优化和仿生设计原理，再基于“白箱”与“灰箱”创成式算法由设计师选择生成模型的策略、编写算法；算法自动地生成模型；模型的选择依需求分为主观选择和客观选择，通过人机交互判断修改参数改变模型，观察选择，客观选择是根据客观的设计目标，结合仿真、优化方法，由计算机自动完成的，而仿真、优化过程本身也是通过算法实现的，因此，“优秀设计”是和创成式的建模程序一体化完成的。通过对由增材制造工艺驱动的多尺度材料控制，可以实现特定产品功能的强化。在新能源车及

IOT工控通讯产业爆发的状况下，这类多尺度材料结构有着非常广泛的应用前景，如集成式热交换器

/散热器、电池极板或电极。23深圳产业概况及发展建议北方区东北区华东区盐城华中区江苏省盐城市盐都区华邦国际东厦A区2008室电话：(0515)88362680北京沈阳上海武汉北京市朝阳区望京中环南路7号电话：4006162020沈阳市沈河区青年大街1号市府恒隆广场41层电话：(024)82518111上海杨浦区大连路500号西门子上海中心电话：4006162020湖北省武汉市武昌区中南路99号武汉保利大厦21楼2102室电话：(027)85486688昆山包头江苏省昆山市前进东路399号台协大厦1502室电话：(0512)55118321内蒙古自治区包头市昆区钢铁大街74号财富中心9层903室电话：(0472)5208860大连杭州合肥辽宁省大连市高新园区七贤岭广贤路117号电话：(0411)83699760浙江省杭州市西湖区杭大路15号嘉华国际商务中心1505室电话：(0571)87652999安徽省合肥市濉溪路278号财富广场首座27层2701、2702室电话：(0551)65681299华南区济南山东省济南市舜耕路28号舜耕山庄商务会所5层电话：(0531)82666088长春宁波宜昌广州吉林省长春市亚泰大街3218号通钢国际大厦22层电话：(0431)88981100浙江省宁波市高新区翔云北路99号智慧园7号楼6楼604室电话：(0574)87855377湖北省宜昌市东山大道95号清江大厦2011室电话：(0717)6319033广东省广州市天河路208号天河城侧粤海天河城大厦电话：(020)371822228-10层青岛山东省青岛市崂山区仙霞岭路29号国信金融中心T2栋7层708-710电话：(0532)85735888哈尔滨绍兴长沙佛山黑龙江省哈尔滨市南岗区红军街15号奥威斯发展大厦30层A座电话：(0451)53009933浙江省绍兴市越城区胜利东路375号鼎盛时代大厦1105室电话：(0575)88201306湖南省长沙市天心区湘江中路二段36号华远国际中心24楼2416室电话：(0731)84467770广东省佛山市南海区灯湖东路1号166131友邦金融中心2座33楼

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