增材制造技術的研究應用進展：由3D到4D

張亞蓮 常若寒 姚草根 張緒虎 丁俊峰 李啟軍

（航天材料及工藝研究所，北京 100076）

文 摘 增材制造技術是一種逐點、逐線、逐面增加材料而形成三維復雜結構零件的近凈成形工藝，3D打印技術日漸成熟，其所制備出的產品組織結構致密、性能穩定。近年來，學者們將增材制造技術應用于智能材料的打印，實現該技術由空間維度到時間維度的擴展。本文重點介紹了3D打印與4D打印的研究現狀與發展前景，以期為從事該領域的工作人員提供借鑒。

0 引言

增材制造技術是一種基于分層制造原理，根據產品的三維模型，通過材料的聚合、熔化或粘結，將復雜的三維加工過程轉化為平面加工過程，實現產品的點-線-面-體的逐層生長型制造，使得材料由離散狀態經過堆疊積累獲得三維復雜結構零件的近凈成形工藝，可徹底脫離模具和鍛造等大型設備，實現大型承力構件的一體成形，實現傳統零件特別是復雜結構、難加工零件的生產轉型，減少設備零件數量，降低生產成本，縮短生產周期［1-4］，它幾乎可以應用于任何類型材料的制造，而且由于其工藝的獨特性，可以創造適合于該工藝的新材料從而推動材料技術的發展［5］。

20世紀90年代，3D 打印技術首先在美國發展并逐步推廣應用，以約翰霍普金斯大學為首的研究團隊把鈦合金作為研究對象，開發出了一種激光熔覆沉積成形技術，在此基礎上成立AeroMet 公司，并將該技術成功應用于飛機零部件的制備，如內龍骨腹板、翼根吊環等［6］。隨著工藝技術不斷成熟，學者們開展了不銹鋼、鋁合金、銅合金、高溫合金等多種材料的3D 打印技術，根據原材料種類與成型工藝的不同，可分為適用于熱塑性絲狀材料的熔融沉積技術、適用于粉末材料的選擇性激光燒結技術、適用于液態光敏樹脂的光固化成型技術和適用于纖維復合材料的分層實體制造技術等［7］。3D 打印技術在航空航天、武器裝備、汽車制造、醫療器械等領域得到了廣泛的推廣與應用［8］。

4D打印則繼承了3D打印分層制造與無?；惑w成形的屬性特點，將一種對溫度、水、電化學、pH等刺激產生響應的材料引入增材制造技術，通過數學編碼運算實現材料在時間維度上的變換［9］。2013年，在美國的TED會議上麻省理工學院Tibbits首次提出4D打印概念，并展示了一根繩子在水中轉變為“MIT”立體字樣的過程，4D打印技術自此在學術界掀起了廣泛的研究熱潮［10］。從此，增材制造技術便由原來的點線面體空間維度（3D）擴展到了時空維度（4D）。

歐美等發達國家率先開啟增材制造技術的研究并推進工程應用，在產業發展方面也走在世界前列。2009年，美國材料與試驗協會創建了首家增材制造技術委員會ASTM F42［11］，專門負責增材制造技術行業相關標準的制定。2011年，國際標準化組織成立了增材制造技術委員會ISO TC261［12］。2012年8月，美國賓夕法尼亞州、佛吉尼亞州和俄亥俄州共同聯合14 所大學、11 家非營利機構和專業協會、40 余家企業聯合創辦了增材制造創新研究所。2013年10月，歐洲航天局公布了“驚奇”計劃，目的在于將3D打印技術應用于金屬材料，該計劃匯集28 家機構用金屬材料開發出比常規部件更輕質、廉價、高強的零部件［13］。此外，GE 和西門子等傳統制造業巨頭的進入（GE 收購德國Concept Laser 和瑞典Arcam，西門子收購英國Materials Solutions）使得增材制造技術應用前景更為明朗。本文將主要從理論層面、研究進展與工程應用等方面對增材制造技術進行詳細介紹。

1 增材制造技術的理論基礎

增材制造技術發展的基礎是3D 打印，通過CAD或3D 掃描實體構建產品的三維數字模型，優化移動路徑和打印參數，將三維數模進行切片獲得的數據文件通過3D 打印設備輸出，實現原材料的逐層積累制得所需制件，具體流程如圖1（a）所示。

圖1 3D打印與4D打印示意圖Fig.1 The schematic diagram of 3D printing and 4D printing

3D 打印所用材料性能是穩定的，其所獲得的結構模型是靜態的，形狀性能不會隨時間發生變化。而4D 打印是將智能材料進行數學編碼通過3D 打印獲得能夠在外界刺激下實現形態、性能與功能演變的動態結構，如圖1（b）所示。學術界最初開始4D 打印技術研究時，單純理解為是在3D 打印的基礎上增加一個時間維度，即智能材料通過3D 打印技術獲得的成品在外界刺激下產生自身形狀或結構的變化。2014年，TIBBITS［14］在提出4D 打印概念的基礎上，通過在剛性材料中添加彈性材料設計了4D 打印模型，表明4D 打印技術是智能材料在外界環境刺激作用下隨時間自發產生的結構變化（圖2）。隨著研究的不斷深入，人們將傳感或驅動嵌入材料中實現主動材料與被動材料的特殊編碼排列，依賴于3D 打印所獲得的空間結構，通過外界刺激（如光、熱、電、磁、水、pH 等）在時間維度上獲得所期望的形狀、性能和功能上的演變，該演變可能是單向的也可能是可逆的［15］。

圖2 Tibbits構建的4D打印模型Fig.2 4D printing model proposed by Tibbits

與3D 打印相比，4D 打印具備許多優勢。首先，通過智能材料的數學編程，可以實現3D 打印結構的形態功能自我轉變與制造，賦予結構初期狀態的更多設計自由度。其次，簡化3D 打印的形狀結構，降低生產難度，通過后期的外部激勵與刺激，獲得預期的功能結構，極大地降低了設備成本、勞動成本與時間成本。第三，促進物質程序化發展與互聯網制造進程，實現智能材料的數字化，克服生產制造的空間限制，最終實現多樣化材料的全球化甚至外太空的數字制造。

2 增材制造技術的研究應用進展

2.1 3D打印技術的研究應用進展

3D打印技術發展已相對成熟，經過數十年的發展，其可成形的材料能夠涵蓋金屬材料、高分子聚合物、陶瓷材料、復合材料、生物材料等，現已達到工程應用階段，且在汽車行業、航天軍工、醫療器械、新能源、考古等諸多行業得到廣泛應用，其在各行業的應用占比如圖3所示［16］。在汽車制造領域，國際知名汽車制造商如寶馬、奔馳、保時捷、大眾、通用等在前期研發階段針對汽車的復雜結構件、車身造型、輕量化結構、多材料零件等已經利用3D打印技術開展輔助制造研究并逐步推廣應用，如圖4所示。2011年，三輪汽車“Urbee2”問世，該汽車有50%以上的部分是通過3D打印而成，且僅僅耗時2 500 h［17］?？湛妥庸就ㄟ^3D打印獲得了第一輛摩托車，總重只有35 kg［18］。2017年，美國DM公司采用3D打印技術加工碳纖維支架和鋁合金接頭，并將其應用于超級跑車“Blade”，使得整車質量大幅降低，并減少了油耗［19］。2021年，3D打印服務商ExOne與福特公司合作，致力于粘接劑噴射金屬3D打印技術應用于汽車部件的批量化生產。同年，瑞士黑石子公司宣布批量生產3D 打印鋰離子電池，目標進軍電動汽車領域。

圖3 3D打印在各領域的應用占比Fig.3 The ratio of 3D printing in all kinds of application fields

圖4 世界首輛3D打印摩托車與“Blade”跑車Fig.4 The first motorbike and sports car Blade made by 3D printing in the world

在航天軍工領域，武器型號對減重增程、機動性能和使用壽命的要求不斷提高，結構件勢必也要不斷輕質化、整體化以及高性能化，主要體現為以下三點：首先，材料性能不斷提高，高強鋁合金、鈦合金、高溫合金、輕質高強復合材料等得到越來越多軍用產品的青睞；其次，產品制件的結構日趨復雜，尤其是外形結構件的流線要求以及發動機部件的氣動要求等使得零件形狀逐漸復雜化；第三，加工精度要求越來越高。以上變化使得傳統制造工藝難以滿足生產要求，限制了型號的更新換代速度。3D 打印技術的無模化生產與快速全致密近凈成形特點為航天領域軍工制造專家提供新的發展方向，近10年間，3D打印技術在航天領域已經實現了多規格多角度的廣泛應用，主要可以分為兩大類：一是在火箭發動機精細復雜結構件上的應用，如殼體、泵、轉子等；二是在衛星飛船等空間復雜結構件上的應用，如支架、異形桁架等。

3D 打印技術最先由美國國家航空航天局（NASA）引入產品生產，NASA 認識到其在液氫火箭發動機的加工制造方面具有巨大潛力，一直致力于將該技術引入到航天火箭發動機零部件的生產制造領域。經過3年探索，團隊利用3D 打印技術制造了100 多個零件，并設計了一個可以通過3D 打印來完成的發動機原型（圖5），實現零件數量減少80%，且只需30 處焊接。而3年探索的所有成本總共花費只有1 000 萬美元，所有參與人員的數量與過去相比減少高達75%～80%，極大實現了經費與人力的節約［13］。NASA還采用激光熔化打印技術，將GRCo-84銅合金打印8 255 層獲得燃燒室的襯里，在銅質發動機燃燒室的3D 打印方面取得突破，首次實現全尺寸的銅合金火箭發動機零部件的加工制造［20］。

圖5 NASA通過3D打印設計的發動機原型與銅質發動機燃燒室Fig.5 Rocket engine and the copper engine combuster of NASA produced by 3D printing technology

2014年，AerojetRocketdyne 公司用3D 打印技術制造了一臺完整的小型發動機（mini-Banton）并成功通過后期點火測試（圖6）。這是一臺液氧/煤油發動機，能夠產生高達5 000 磅的推力，通過3D 打印，發動機的零部件數量縮減至三個，其中包括喉部和噴嘴部分、噴油器和圓頂組件、燃燒室［21］，零件數量的降低對應裝配精度也提高很多。該公司還開發了液氧/煤油發動機AR1（圖7），其推力級可達50萬磅，該發動機的主噴油嘴完全是由3D 打印技術制造的，從而大大減少了零部件的交貨時間，并降低了70%的成本［20］。AerojetRocketdyne 還利用激光熔化技術制造了全尺寸銅合金推力室部件并通過測試，這是目前最大的3D 打印銅合金推力室部件。與傳統的制造工藝相比，激光熔化技術能夠為推力室的設計帶來更多的自由度，使設計師可以在原材料與發動機內部結構上具有更多的選擇性，從而獲得更高熱傳導能力的先進結構，進而使得火箭發動機的設計更加緊湊和輕量化［21］。

圖6 增材制造的mini-Banton發動機進行點火測試Fig.6 The test of mini-Banton

圖7 AR1增壓發動機及其噴射器Fig.7 The AR1 turbocharged engine and ejector

除NASA 和AerojetRocketdyne 外，國外還有許多公司致力于3D 打印技術在火箭發動機零部件的推廣應用。

易歐司（EOS）公司的工業級3D 打印技術在全球范圍內處于佼佼者的行列，其開發的金屬增材制造機也獲得制造行業的廣泛認可，SpaceX 利用其設備將鎳鉻高溫合金成功制造出了SuperDraco 火箭發動機的推力室。相對于傳統的發動機制造技術，3D 打印技術不僅顯著縮短了發動機的生產周期，并且大大降低了人力、經濟成本的投入，最為關鍵的是成品材料的致密度、機械強度、塑性和斷裂韌性等性能都滿足工況使用要求。SuperDraco 引擎于2013年底進行了點火測試，如圖8所示，該發動機的冷卻通道、噴油頭和節流系統都很難制造，EOS 系統能夠有效打印高強度的優質合金是成功創造SuperDrago 發動機的關鍵［22］。此外，SpaceX 公司在獵鷹9 號火箭上也采用了大量的3D 打印零件，包括關鍵的氧化劑閥體（圖9）。這些零件都通過了嚴格的材料級測試、部件級資格測試和發動機點火測試，并被納入了獵鷹9號火箭的標準零件［23-24］。

圖8 SuperDraco引擎點火測試Fig.8 The test of SuperDraco engine

圖9 采用3D打印技術制造的主要氧化劑閥門Fig.9 The oxidizer valves manufactured by additive manufacturing technology

2017年，英國GKN 航空航天公司成功研制出Ariane 6 號火箭的噴嘴（SWAN），該噴嘴直徑達2.5 m，其關鍵的結構零部件生產采用了激光焊接和激光能量沉積工藝（圖10）。工藝的改進使得零部件的數量由原來的1 000 多個減少到100 個左右，成本降低了40%，交貨周期縮短30%。該噴嘴是歐洲航天局Ariane火箭研究計劃的重要組成部分，現已成功通過全面安裝的發動機噴嘴的試用測試［25］。

圖10 SWAN火箭噴嘴Fig.10 SWAN rocket injector

中國航天科技集團有限公司也一直致力于3D打印技術的應用技術研究。針對運載火箭的主承力構件捆綁支座，由于實際工況要求其具有優良的綜合力學性能，現有型號主要采用塑性較好且易于切削的高強鋼進行鍛造結合機加的方式成形，不僅對鍛造設備的能力要求較高，還造成了極大的材料浪費和時間成本投入。新運載型號對結構件減重增程的要求不斷提高，該公司采用比強度更高的鈦合金材料，通過激光同步送粉制造成型工藝，實現了長征五號火箭捆綁支座試驗件的快速研制。經過系統工藝研究與測試，該產品的化學成分、組織性能、表面質量及內部質量等都滿足了標準技術要求，其綜合性能指標已經達到了鍛件的水平，且相比傳統工藝實現減重30%。激光同步送粉制造技術，不僅能夠實現難加工金屬材料的快速成型，同時還為箭體主承力部段結構件的輕量化設計與制造提供了強有力的技術支撐。

在衛星應用方面，2014年，AerojetRocketdyne 通過3D 打印制備了MPS-120 立方體衛星上的肼集成推進系統，且成功通過點火試驗（圖11）。該公司將與美國宇航局（NASA）再次合作，嘗試利用增材制造3D 打印技術開發MPS-130 上使用綠色推進劑的模塊化推進系統［26］。從此開啟了3D 打印技術在衛星上應用的快速發展進程。2016年，美國宇航局（NASA）的Juno 號探測器發射成功，該探測器上有一打左右的鈦合金波導支架是由Lockheed Martin 公司采用電子束熔融增材制造技術制造的，成為木星上空首顆來自地球的衛星，也是歷史上第一個使用3D打印部件的航天器［27］。同年，歐洲最大的衛星制造商Thales Alenia Space 與Poly-Shape（增材制造服務公司）合作，通過3D 打印為韓國的通信衛星Koreasat 5A 和Koreasat-7 制造出了天線支架，并成功地通過了泰雷茲公司進行的動態測試。這兩顆衛星的天線支架的尺寸為450 mm×205 mm×390 mm，是迄今為止基于粉末床激光熔融金屬增材制造技術打造的在歐洲使用的尺寸最大的衛星部件，但支架質量僅為1.13 kg，被稱為“巨大的輕量級部件”［18］。

圖11 增材制造的MPS-120立方星推進系統Fig.11 MPS-120 cubic star propulsion system produced by additive manufacturing technology

3D 打印技術雖然已經在各個行業得到廣泛應用，但因其工藝特性導致其在實際推廣過程中仍然有其局限性存在，尚有以下問題與挑戰待解決：首先，3D 打印技術現階段主要應用于均質部件的單一材料打印，對于多種材料打印，材料界面處存在性能突變，且材料界面應力的存在也影響制件的結構性能穩定；其次，針對金屬材料的3D 打印，由于層間間隔時間存在導致材料冷卻速率不同，冷凝過程中產生的孔洞缺陷削弱了制件的疲勞性能，限制了其在航空器等對疲勞性能要求較高的承力件上的應用；第三，3D打印過程中材料散熱不均，使得其不同方向上的微觀結構與力學性能存在差異，故打印方向不同，導致體現出的性能亦有差異；第四，由于設備能力及空間體積的限制，針對超大型部件的3D 打印難以施展。

2.2 3D到4D打印技術的研究應用進展

要實現4D 打印技術有四個關鍵要素，分別為智能材料、3D 打印、數學建模與外界刺激［28］。其中常見的智能材料包含形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、光驅動型聚合物、水驅動型智能材料、磁驅動型智能材料、電驅動智能材料等，如Ni-Ti 合金通過有機膠和溶劑粘合作用打印出的金屬結構即有一定的形狀記憶效應，其在低溫下發生的形變可以通過加熱升溫恢復其原有形狀；形狀記憶聚合物是在4D 打印技術研究中應用最多的材料，例如通過熔融成型方式獲得可抓取螺絲釘的機械手、能夠舒展的花瓣模型、可以折疊的紙盒以及飛鳥模型等［29］。4D 打印通過對智能材料的數學建?？梢詫崿F多種材料的打印，借助多種材料的相互作用使得制品展現結構功能的轉化，將多種材料的3D 打印短板轉化為優勢，擴展了設計思路；且4D 打印制品自我修復與自我組裝特點能夠將大型制品初始打印小型化，克服了3D 打印設備能力與空間體積的限制。

然而4D打印距離實現大規模的工程實踐應用尚有很大差距，其關鍵在于對4D材料的時間相關性行為進行有效建模，從而達到預期可控的效果，現階段針對該方面的研究相對較少，大多相關研究主要采用Timoshenko雙金屬模型分析，其解析如式（1）所示：

式中，ρ為曲率半徑，ε1、ε2分別為兩層材料的熱膨脹系數，n為兩層材料楊氏模量的比值，h為所構建模型厚度［30-32］。但該模型只能用來分析4D結構與時間無關的行為，并不能準確分析其時間相關性行為。

FARHANG等［33］根據4D打印的變形規律總結出三個定律，即：（1）4D打印下的多材料變形行為是由于主動材料與被動材料的“相對膨脹”引起的；（2）4D打印的多材料變形行為可以分為四種物理模型：質量擴散、熱膨脹、分子轉化和有機生長；（3）4D打印的多材料結構隨時間變化的行為可以結合圖12表示為式（2）：

式中，k(t)是由刺激引起的曲率，r是曲率半徑，h、a1、a2是圖12中標識的厚度，E1和E2是楊氏模量，I1和I2是截面慣性矩，HⅠ和τⅠ是常數。該模型表明4D 多材料結構隨時間的變形行為是非線性的，在刺激打開和關閉后，智能材料表現出的形變是可逆的，呈現出雙指數行為，具體如圖13所示。經過作者驗證基本可適用于各種情況下多材料4D 打印模型的時間相關性行為的所有區域。

圖12 多材料4D打印結構的第三定律Fig.12 The third law of multi-material 4D printing

圖13 多材料4D打印結構的時間相關性行為Fig.13 The time dependent behavior of multi-material 4D printed strcture

現在針對4D 打印的應用研究主要處于實驗室階段，尚未實現工程應用。由于4D 打印能夠實現材料的多功能、自組裝與自我修復，故在生物醫學、機器人、柔性電子、汽車工程、武器裝備、航空航天等領域都得到了廣泛的關注并加以探究。WU 等［34］以橡膠材料為基體，將兩種聚合物纖維通過不同的鋪置方式獲得平板結構，結果其在不同的溫度條件下所呈現的彎曲方向與彎曲程度均有不同，從而實現了對智能材料的編碼控制（圖14）。他們還通過編程設計了一種“智能吊鉤”，常溫下為片狀結構的材料置于30 ℃的溫水中會自動彎曲并可以吊出空籃，而將其置于70 ℃溫水中，材料又會恢復片狀結構將空籃釋放（圖15）。

圖14 兩種材料不同鋪排方式下復合結構的變形行為Fig.14 Deformation behavior of composite structure of two kinds of materials

圖15 智能吊鉤Fig.15 Smart hook

ZHAI 等［35］利用4D 打印技術將液晶彈性體精確加工，獲得了具有感知能力和地形適應性的智能軟體機器人。該機器人是一個長10 cm 的管狀物，通過對熱的感知可自主改變自身形狀從而調整運動速度和方向，該機器人可以像昆蟲觸角一樣感知前方障礙物的高低來實現翻越或折返，其在水平面上最大運動速度可達48 cm/min，最大可翻越20°的坡度。

ZAREK 等［36］為支氣管患者設計了一種具有形狀記憶功能的氣管支架，該支架在植入人體前進行體積壓縮，裝入人體后在很短的時間內自行打開并適應人體結構，從而極大地減小手術切口，降低對人體產生的創傷（圖16）。MORRISON 等［37］還針對嬰幼兒研究了一種可隨患者年齡增長而不斷擴展以適應氣道變化的支架，該支架可工作至患兒的氣道成熟并獨立工作為止。TOLLEY 等［38-39］將形狀記憶聚合物與硬質平面材料相互結合，通過4D 打印技術設計了蠕蟲機器人，在一定的電流刺激下，該機器人能夠自行折疊成能夠自移動的模式，這種機器人減少了材料、加工與運輸成本，具有良好的應用前景（圖17）。在汽車工程領域，可以利用形狀記憶合金制造彈簧節溫器，控制循環水冷卻系統在特定的溫度區間內開合，從而保證汽車的發動機使用效率達到最高。在軍事領域，可以利用形狀記憶聚合物進行4D打印獲得輕質便攜的武器裝備，以便攜帶與運輸，等作戰需要時再觸發刺激，使其變形為所需要的功能狀態。4D打印技術在航空航天領域也有極大的應用前景，利用4D 打印的自組裝與自我修復功能，可以將衛星天線與太陽能板在地面打印成小體積的折疊結構，待其發射到太空后再自動變形成工作狀態，如此可極大地減小衛星體積，降低火箭的發射難度；以上功能同樣適用于空間站、宇宙飛船、探測器等飛行器的部分零件結構。

圖16 智能軟體機器人受熱后的翻越和折返行為Fig.16 The climing over and turning back behaviors of smart soft robot after being heated

圖17 4D打印氣管支架與蠕蟲機器人前進示意圖Fig.17 Tracheal stent by 4D printed and schematic diagram of worm robot moving forward

雖然4D 打印技術已經取得了一定進展，其發展前景也值得期待，但對其開發尚處于早期階段，仍然有諸多挑戰需要解決。首先，4D 打印技術所針對的研究對象為刺激響應材料，現階段可用于打印的刺激響應材料種類相對較少，且響應方式相對單一，需要開發新的能夠實現多種刺激響應的材料。其次，對智能材料的有效建模難以適用于復雜產品制造，現在主要是針對條狀或片狀結構的建模，實現二維到三維的結構單一轉變，對于復雜結構的多種變換還不能實現。第三，缺少專用的可用于4D 打印的設備，因4D 打印尚處于初始研究階段，物體打印主要還是應用3D 打印機，不能有效實現4D 打印的理念需求。

由3D 到4D，增材制造技術實現了智能跳躍，3D打印是實現4D 打印的技術基礎，兩種技術并不能完全割離開來，需要將兩者有效結合方能實現增材制造技術在工程應用上的突破性發展。目前，世界上技術發達的國家正在大力推進增材制造技術在航天領域的研究和工程應用，這不僅僅局限于地面工程的零部件制造，太空在軌增材制造技術在航天領域同樣具有巨大的優勢與潛在應用價值，通過外太空空間站構建增材制造設備，可以實現零部件的在軌組裝、修復與替換，同時可以就地取材，實現外太空垃圾材料的再利用與產品復制，減少火箭發射密度進而降低成本［40］。美國Tethers Unlimited 公司是一家致力于開發太空服務技術的航天科技公司，該公司計劃開發一種名為SpiderFab 的制造系統（圖18），希望能夠直接在太空中打印出大型結構，初期可能只是生產天線、太陽陣、桁架等，如果技術走向成熟，也可直接打印出航天器、大型空間站的主體結構等［41］。俄羅斯也針對能在國際空間站（ISS）使用的增材制造機開展了相關研究，旨在克服外太空生產制造過程中遇到的難題，如材料供給、產品缺陷和尺寸限制等，該團隊計劃將兩種材料加以組合，把熱塑性塑料與連續增強型碳纖維結合在一起，實現復合材料的打印，使得制件硬度提高10倍；希望通過打印機在太空直接生產電池、天線以及衛星所需要的技術部件［42］，如反射器、天線以及太陽能面板，具備比當前在國際空間站上使用的增材制造機更強的功能，可以開展更大的太空站實驗，并具有打印新技術，以及直接將部件放到軌道上的能力，最終有希望在外層空間直接制造出整個衛星。

圖18 SpiderFab制造系統Fig.18 SpiderFab manufacturing system

3 結語

與傳統制造成形工藝相比，增材制造技術能夠顯著降低生產成本、提高生產效率，且有效促進了產品設計的多樣化，對全球制造業的發展起到了重要推動作用。由3D到4D的發展跳躍，增材制造技術進一步展現了其廣闊的發展潛力與應用前景。調研發現，歐美等國在增材制造領域的應用發展已經相對成熟，為實現增材制造技術的“再工業化”，政府出臺了大量扶持政策，具有明顯的先發優勢；國外形成以“企業-研究所-大學”的產學研創新體系，促進了技術創新的快速發展。而我國增材制造技術發展相對較晚，相對歐美等國還難以抗衡，尚需提高增材制造材料的性能和材料種類數量，加大政策扶持，增進科研院校與企業生產之間的相互聯系，以期能夠促進我國的增材制造技術的平穩快速發展。