Raise3D发布3D打印技术与教育科研的这本白皮书围绕国内教育市场，分别对于这四种阶段下3D打印对于这一阶段的价值阐述，结合实际的案例分析，为教育行业工作者快速了解自己所在阶段如何开展3D打印教学工作提供一份快速入门指南。

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2024年1-7月，全国一般公共预算收入135,663亿元，同比下降2.6%；有些二三线城市下降更多，进而影响教育等公共支出。财政预算的收紧对教育行业产生的压力直接限制了教育资源的获取和新技术的探索。

3D打印技术，作为一种前沿的教育和研究工具，以其跨学科的融合性、创新驱动力、广泛应用潜力以及对材料科学和环境可持续性的重要贡献，正深刻地改变着教育领域。从小学到中学（K12）教育、职业教育、本科教育乃至尖端科研机构，这一技术的融入，核心目的在于培育面向未来的高素质高技能人才。

教育工作者希望整合3D打印技术以激发学生兴趣、提升实操能力、增强其就业竞争力，但有限的预算迫使他们必须在维持现有教学资源和引入新技术之间做出艰难的选择。这一矛盾导致如何开设增材制造相关课题成为一大难题。

面对在预算收紧的情况下如何开设增材制造相关课题的问题，本白皮书给教育工作者推荐了一些成本效益高的3D打印解决方案，包括设备购置、耗材成本控制、设备共享、政策支持等方面，确保教育工作者即使在预算收紧的情况下，也能够有效地开设增材制造相关课题，为学生提供高质量的学习体验和创新机会。

在与教育领域的客户探讨3D打印技术的潜在应用时，我们注意到一个问题：部分设备未被充分利用，反而闲置积尘。经过与这些客户的深入讨论，我们发现设备闲置的主要原因在于：

（1）设备的功能无法满足特定的教学或研究目的，导致无法有效使用。例如一个工程学院的机械设计实验室购买了一台3D打印机，但由于其打印精度不达标，无法打印出符合设计规格的精密机械部件，最终未能在教学实践中得到有效应用。

（2）设备操作复杂，维修困难，令师生望而生畏。例如一所大学的实验室购入了一台高端的 ，但操作界面复杂，出现故障时难以自行解决，影响到教学与科研进度，最终减少了设备的使用频率。

（3）设备稳定性和耐用性不足，故障频繁，导致无法有效使用。例如一所大学为提升实践教学购入了一台3D打印设备，但因稳定性和耐用性不足，频繁故障且维修响应慢，最终设备被闲置，未达到预期的教学和科研效果。

（4）设备支持的打印材料种类少，兼容性不佳，导致无法有效使用。例如一家科研机构引进了一台3D打印机，用于生物材料研究。但由于设备仅支持特定品牌的耗材，兼容性有限，导致研究受限，设备未能充分发挥其科研潜力。

面对教育机构普遍面临的设备购置后难以有效利用的问题，本白皮书深入分析了导致设备无法投入使用的多种原因，并针对性地提出了一系列切实可行的解决策略。这些策略旨在帮助教育机构优化设备采购决策，提升设备使用效率，确保投资能够转化为实际的教学和研究成效，从而克服设备闲置的难题，推动教育技术的进步和创新。

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商业航天领域的技术创新和企业成长，也为相关产业链带来了发展机遇，其中就包括增材制造-3D打印技术。以金属3D打印技术为例，航天产业对高性能、轻量化、复杂结构的零部件需求不断增长，而3D打印技术以其独特的优势，能够有效满足这些需求。通过3D打印技术，可以快速、精确地制造出传统制造方法难以实现的复杂结构，同时还能大幅度降低成本和缩短生产周期。商业航天产业的快速发展，特别是在中国，已经催生了一批估值超过67亿元的商业航天独角兽企业，这些企业在火箭和卫星制造方面的需求，推动了3D打印技术的发展。例如，火箭的姿控动力系统采用3D打印技术制造，提高了集成度和性能；卫星制造方面，通过3D打印技术实现高频微距波导、高性能天线等关键部件的加工，提升了卫星的性能和生产效率。然而，金属3D打印技术在商业航天领域的应用也面临着一系列挑战。技术门槛高、成本控制、质量保证等问题都需要行业共同努力解决。此外，随着市场的快速发展，同质化竞争和价格战也成为行业发展的潜在威胁。

总体而言，商业航天产业的蓬勃发展为增材制造-3D打印技术提供了广阔的应用前景和市场需求，同时也推动了3D打印技术的不断创新和进步。《3D打印与航天研发与制造业白皮书（第三版）》从航天市场、3D打印驱动下一代火箭制造技术、空间推进领域、超音速飞行器、卫星研制、深空探测领域的3D打印应用以及增材制造工艺与材料等维度，深入剖析增材制造-3D打印技术在航天研发与制造领域的发展。在未来，我们期待看到更多创新的3D打印解决方案得到应用，为人类探索星辰大海贡献力量。

2024年4月24日是第九个“中国航天日”！谨以此致敬中国航天人。

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纯铜及铜合金由于极好的导电、导热、耐腐蚀性及韧性等特点，被广泛应用于电力、散热、管道、装饰等领域，有的铜合金材料因具有良好的导电、导热性和较高强度，被广泛应用于制造航空、航天发动机燃烧室部件。但是随着应用端对于复杂结构零部件的需求增多，传统加工工艺已逐渐无法满足需求。3D打印技术具有可成形复杂结构零部件，材料利用率高，无需模具等优点，该技术在制备复杂功能集成的纯铜或铜合金散热器与热交换器、尾喷管、电机绕组等零部件方面具有巨大的应用潜力。

纯铜及铜合金对近红外激光（如波长1064nm激光）的高反射率为铜金属3D打印带来挑战。根据 的市场观察，这一挑战正在被不同技术路径所克服。在粉末床激光熔融增材制造-3D打印领域，短波长激光3D打印设备的商业化为高效、高质量的铜增材制造带来新的可能。除此之外，基于材料挤出、光聚合与粘结剂喷射工艺的铜3D打印设备也实现了商业化。多条增材制造技术路线齐头并进，必将为下一代导热、导电零部件的制造带来多样化的解决方案。

本白皮书从铜金属宏观市场、铜金属增材制造技术、铜金属3D打印应用、研究成果与专利、供应链，五个方面透视铜金属3D打印技术的发展趋势及潜力。希望本白皮书能够推动铜金属3D打印技术在我国的应用发展。

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由于受限传统制造方法工艺可达性的约束，减重变得越来越难。而增材制造-3D打印技术为实现轻量化提供了全新途径。随着国内外卫星研制用户的深入应用，3D打印技术在实现复杂拓扑优化设计、点阵结构、一体化结构实现、高附加值零件制造、动力结构制造等方面发挥着独特优势。3D打印的应用也从制造轻量化的非主承力结构，迈入了通过3D打印点阵结构技术制造主承力结构的领域。
尽管3D打印的优势非常明显，但该技术仍存在着有待业界继续探索的挑战。例如，点阵晶格数据量往往比普通实体零件要大得多，因此也更难仿真、数据处理时间也会更多，这为点阵结构的设计与制造带来挑战。再例如，目前3D打印需要人工进行大量干预，这可能会增加而不是节省成本。

在《3D打印与卫星研制白皮书第一版》中，剖析了卫星产业链、3D打印在卫星研制中的应用逻辑，分享了3D打印在卫星研制领域的典型应用案例，以及增材制造工艺与质量控制相关要点和发展趋势。希望以此与业界携手推动3D打印技术的应用发展。

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第五届SAMA增材制造产业发展论坛
© SAMA

 风物长宜放眼量

根据《趋势2030》，把跨时代的转变看作一个缓慢的过程大有裨益，每个微小的变革都让我们更接近于范式的转变，突然之间，物换星移。我们常常忽略的微小变化在逐渐积累，可以把它想象成正在填满容器的缓慢滴落的水滴，滴滴答答的声音让人想起了时钟，传递出一种时光流逝的感觉。当水突然从容器中溢出来的时候，我们惊醒，闹钟铃声大作。

根据SAMA大会组委会对内容的要求，王晓燕介绍了建模仿真设计类软件、MES制造流程软件、质量控制及后处理软件方面，国际层面的增材制造软件发展情况，最新的发展趋势是增材制造软件市场参与者越来越多地遵循生态系统战略来解决最终用户的问题 ,这里的生态圈战略不仅仅包括3D打印领域的上下游企业，还包括跨领域的其他组织例如政府、研究机构、监管机构等等，这些机构与企业需要有机的结合起来，建立沟通、信任、平等、交融的合作战略。

增材制造软件正在由作为协调者的平台驱动实现更深入的合作，软件具有更多的模块化以及对自动化和数据库的更多关注，这些是当前典型的发展趋势。通过生态系统平台支持的软件解决方案，其中一些只有在未来几年才能充分发挥其潜力。

l 3D打印的本质是什么？

泰勒法官说过，人们通常只看见他们在寻找的东西，只听见他们想听到的话。

Relativity Space 的创始人Tim Ellis有一个精湛的洞见，他认为市场上普遍对3D 打印没有真正了解的是，3D打印对制造的颠覆性实际上更像是从燃气内燃机过渡到电动，或从内部部署服务过渡到云，3D 打印是一项很酷的技术，但更重要的是，3D打印实际上是软件和数据驱动的自进化智造技术。

很多国内的企业目前将注意力放在了满足3D打印服务订单所交付的实物收入上，却忽略了数据是3D打印最大的“金矿”，而软件的重要性建立在数据智慧的基础上，举例来说，在这方面，3D打印领域已经出现了数据商业化的发展趋势，Senvol将西门子能源的 L-PBF选区熔融3D打印数据库商业化。从希望达到的制造性能反向获取推荐的加工参数，Senvol通过大量的数据建立了3D打印参数与性能关系，如拉伸、低周疲劳、高周疲劳以及在各种温度条件下的蠕变等信息。进一步推动数据与算法赋能的零件质量控制、性能、效率、成本以及认证。

而值得注意的是Senvol并非是单纯的数据库，Senvol 最初于 2019 年 11 月发布了 Senvol ML 机器学习作为一种分析工具，用于理解增材制造过程中产生的数据，目前Senvol ML已进入到了商业化阶段。Senvol的投资者包括NIST美国国家标准与技术研究院。不仅仅是Senvol, NIST还支持了Sigma等与测量、数据收集、数据分析、过程质量控制相关的企业。基础研究带来更开阔的视野与对挑战本质的理解。NIST对增材制造数据的重视由来已久，早在2015年，NIST就发布了<<对增材制造粉末床熔融技术进行实时控制所需要的测量科学>>，基于粉末床的金属3D打印工艺开发了一套技术跟踪原则，在这里，我国的增材制造数据库建设还有待像NIST这样的支持与投入。

为什么数据和软件如此重要？实际上，国际上的增材制造领头羊企业其实质和核心竞争力都是软件和算法，例如velo3D, relativity space，Carbon.如果将其视为硬件企业，那说明还没看懂他们。跨国合作、跨研究机构、跨生态圈上下游的合作，举例来说，美国材料与数据标准化联盟CMDS 的创始合作伙伴中包括海克斯康，Sigma Labs，Dyndrite，研究机构包括德国的Fraunhofer弗劳恩霍夫，英国的MTC等。

l 3D打印前进的火车头：软件

根据《AI未来进行式》，只有当业界预见到一些高价值的应用能够落地时，那些与之相关的耗资巨大的技术才会有机会不断发展、走向成熟。如果一种技术能解决某种特别关键的需求，一些公司往往愿意为该技术在发展初期的巨额投入甚至亏损买单，以换取后期依靠这种技术进行扩张、获取更高利润的可能性。

国内增材制造研发投入在软件方面离国际上还存在很大的差距，不仅仅是创新型软件企业寥寥无几，在知识产权的申请方面，增材制造软件类的专利申请约占增材制造类别专利申请的1.2%。

机器视觉和机器学习算法就像3D打印设备的眼睛与大脑，赋能设计者与制造者更敏捷的设计与制造能力，赋予3D打印设备监测和控制打印质量的自进化智能制造属性，降低发生打印错误的风险。然而软件的开发需要软件诞生与成长的土壤，这部分工作需要政府来创建，需要开放的数据合作，建立基于通用数据模型的基础材料数据、标准、算法驱动的产业化发展，需要标准的开放与支持，这些都需要政府跨部门的支持。

不过，尽管软件的发展面临重重困难，国内增材制造领域的软件为主导的发展趋势已经出现，当前有部分企业转型以软件驱动，例如先临三维、黑格、联泰科技。此外，不追求短期利益的政府建立的产业引导基金倾向于支持国产软件企业。

l 对外开放+自主创新

吉米.亨德里克斯《一个兄弟的故事》说：有两种声调响起，就像你在同时弹奏两把吉他，你必须放手，但仍牢牢掌控。

那么是自主研发软件？还是它山之石可以攻玉，通过国际合作，与国外的软件企业深度合作？

认为高水平的对外开放是必然的，势必是两条腿走路的方式，自主研发不可缺，国际合作需要建立在明确的长期对外合作发展战略上。而3D打印从诞生之日就带着强烈的数据化驱动的基因，政府需要建立相关的软件合作发展战略，不过值得注意的是，3D打印领域的发展，软件的使用关系到数据智慧，软件的使用关系到标准制定的话语权，国内需要思考数据开放的程度？增材制造标准制定领域我国定位在哪里？的确，世界的经济已经彼此相连接成为一片海，难以分清你我，国际合作何去何从，需要高层极高的智慧与战略，而这一切都需要建立在对3D打印的本质以及下一步发展状态和未来的发展趋势的深度理解上。

l 迈向高水平的智造

表示，在同一个事情上，不同的角度，一方会看到价值，一方会看到损失。

如何通过软件驱动国内增材制造走向高水平的智造？ 建议需要重视：高水平的对外开放战略布局，支持跨国企业在中国的发展，支持国内企业走出去；政府部门之间的跨部门合作支持；3D打印企业生态圈的良性发展培育（目前的发展过于偏重硬件而忽略软件）；研发驱动的创新文化（鼓励基于创新实力的差异化竞争，反对伤害发展可持续性的盲目“内卷”）。需警惕给企业的支持不应当转化为企业通过补贴来降价攻击和消灭其竞争对手的武器，反对内卷，鼓励创新，加大高水平对外开放力度，建立行之有效的国际合作战略。

大多数时候，我们前进的角度如此匆忙，很多细小的问题被不加思考的抛弃和忽略…

举例来说，如果一家企业拿了政府的补贴，用来将其设备和打印服务的价格进一步降低，使得其对手国外的企业在中国寸步难行有些只好退出中国，有些只好观望，有些只好不断收缩对中国市场的投入，这样的方式是否埋下了未来国内增材制造生态圈发展的危机？

敬畏生态圈发展的力量，发现多样性所带来的天然势能价值，国内目前还有待加强的双赢思维建设。

再举例来说，国内企业之间相互竞争本身对于市场的发展是有利的，然而过度的价格厮杀，使得每一家企业忙于争抢订单，难以认知和聚焦下一阶段3D打印发展的技术要求，难以投入数据、软件、算法这些真正意义上赋能行业应用发展的核心能力建设，这样的发展是否最终将伤害增材制造产业应用端的发展？

企业在对政府介绍自身业务的时候，倾向于用前途一片光明的宣传方式来获取重视；媒体为了吸引眼球，倾向于发布一些形势一片大好的宣传，这很容易为企业掩盖发展的风险，忽略企业最需要支持是系统化跨领域合作，系统化数据开放合作，建立数据之上的标准、建立与标准相融的软件应用等基础能力建设。否则整个国内增材制造的发展容易陷入没有打好“地基”就抢着“盖高楼”的发展困境。国内的增材制造发展，需要不断的检查增材制造迈向生产应用的五大支柱建设情况如何，还需要哪些系统化能力建设及政府和科研机构层面的支持。

增材制造迈向生产应用的五大支柱

第一个支柱-要求和设计标准（Requirements & Design Criteria ）。零部件的设计可能美观大方，但是如果装配在机械中不能满足既定的性能要求，则没有任何意义，也就是说如果一个零部件无法完成它的“本职工作”，则不会获得认证。

第二个支柱-可生产性（Produbility）。这是个关键阶段，具有可生产性意味着，在不产生过多报废和返工的情况下，进行零件的制造。

第四个支柱-与可生产性密切相关的是第四个支柱-稳定性，稳健性和可重复性（Stability, Robustness, and Repeatability），这实质上意味着生产中的每个零件都符合用于初始认证的零件所展示的要求。

第三和第五个支柱：零件的特性（Characterized Properties）和性能的可预测性 （Predictability of Performance），这意味着材料特性和材料与工艺参数之间的关系已得到很好的理解，设计人员可以放心地使用性能数据来设计零部件。

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3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

3D打印是一种带有鲜明数字化特征的技术，这意味着增材制造能够改变产品的生产方式是本质性的，不仅可以实现个性化，还可以实现功能化导向的制造，这使得3D打印与新能源汽车具有制造基因方面的“天然契合”。

新能源汽车生产需要高度的自动化、高效率、低成本、质量一致性，这似乎与3D打印当前的发展水平存在不少“鸿沟”。 第二版《3D打印与新能源汽车白皮书》将3D打印技术的特点与汽车制造的发展现状、未来趋势相结合，来剖析3D打印技术为新能源汽车制造领域带来的价值。

白皮书还针对新能源汽车动力与传动、冷却系统、车身、内饰与外饰，轮胎制造、生产线工装夹具制造应用，逐一剖析3D打印技术在其中的应用结合点。

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采用传统方式制造液压阀时，首先要从一个金属块开始，通过传统制造方法将金属块修整为所需外形，然后钻出供液压流体流通的内部管路。而想要精确地钻出这些管路非常困难，管路需要在特定点准确交汇，但在一些“盲”钻位置上，管路时常无法精确对准。此外，钻洞时需要开工艺孔并在最后加以密封，这就导致组件有可能在工艺孔的位置发生泄漏。传统液压阀块为规则的长方块状结构，而3D打印液压歧管带给人的最直观印象是不再是规则的阀块，而是一组具有不规则形状的“管道”。经过设计优化的3D打印液压歧管，将显著减轻重量，提高流体流动效率。

当使用传统铸造+CNC机加工制造方法生产时，液压阀芯通常必须由多个机加工部件组装而成。由于需要多个零件组成，制造过程要研究零件加工的每一工序，以确保同轴度、圆跳动和圆柱度的要求，保证零件的合格率。借助3D打印技术，每个液压阀芯都可以作为单个零件而不是多个组件进行整合和打印，由于无需用户输入即可一次打印数千个，从而降低装配劳动力成本。

在第三版《3D打印与液压行业白皮书》中，结合液压传动市场，剖析了3D打印技术在其中的应用优势，揭示3D打印技术在这一细分领域的应用发展趋势。

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传统树脂基纤维增强复合材料制造仍极大依赖于编织纤维板与热固性树脂，属于劳动密集型以及高成本的制造工艺。自动化纤维铺设系统虽然已投入使用，但应用范围有限并且属于资本支出密集型技术。

向自动化、大规模生产树脂基碳纤维增强复合材料零件的过渡，将是一个渐进的过程。增材制造-3D打印技术是这一过渡中的核心技术之一。3D打印技术正在被无缝集成到自动化的端到端流程中，从而提升树脂基碳纤维增强复合材料零部件生产的效率及性能。这一趋势在连续纤维增强3D打印技术领域体现的较为明显。做到这一点，需要企业具有复杂制造工程的知识，并开发出配套的3D打印硬件及软件。另一方面，碳纤维增强复合材料是提升热塑性塑料3D打印零件性能的途径之一，为制造更强、更大的热塑性塑料3D打印零件创造了条件。这是短纤维增强复合材料3D打印技术得到发展的原因。

从事纤维增强复合材料3D打印技术的企业正致力于推动面向规模化生产的技术，3D打印技术在碳纤维复合材料制造领域的重要性将得到提升。

《3D打印与碳纤维复合材料白皮书》第一版，将从碳纤维复合材料、树脂基碳纤维增强材料市场、碳纤维复合材料3D打印技术、应用案例四个角度探讨3D打印技术在这一领域呈现出的上升趋势。

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3D打印作为一种典型的数字化制造技术与三维扫描、CAD设计等数字化技术相结合所带来的数字化解决方案，为康复辅助器具的设计创新、供应链升级注入了新鲜“血液”。但是，3D打印康复辅具制造在走向规模化应用的道路中，也遇到了诸多挑战，包括: 亟需的临床及康复技师友好型智能化3D打印康复辅具设计软件；提高打印材料的经济性以及3D打印系统的生产效率；提升材料强度等。

挑战的另一面亦是机遇。随着3D打印技术在效率与成本方面的进一步优化，随着康复辅具建模技术智能化水平的飞跃，我们有理由相信，3D打印与康复辅助器具的结合将走向深入，为促进我国康复辅具产品的创新、康复辅具市场的发展贡献一份力量。

第三版《3D打印与康复辅助器具白皮书》，从康复医疗市场、多样化的3D打印康复应用、康复辅具设计及行业标准三大版块，剖析康复辅具市场前景、挑战，3D打印技术与康复辅具制造的应用结合点，以及推动3D打印康复辅具应用走向深入的积极因素。

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