法国国家技术科学院院士吕坚：未来增材制造发展有四大趋势

6月16日，在第六届中国（西安）国际3D打印大会上，法国国家技术科学院院士、香港城市大学工程学院讲座教授吕坚作了主题分享，分析了未来增材制造发展趋势。

吕坚院士表示，未来增材制造的发展趋势主要关注如下几方面，一是材料本身的发展十分重要，如墨水的形式及粉末的设计，要考虑自身性能和成形性；二是非均匀性控制工程，包括梯度材料，其非均匀性控制成为自然的重要领域；三是由于增材制造多材料制造提供了诸多的可行性，因此多相工程也是未来的重要领域；四是由于多相工程衍生出来的内应力问题突出，各种材料热膨胀系数、力学性能不同，导致在冷却和成型过程中，必然产生复杂的内应力，因此预应力工程十分重要。

“未来通过3D、4D打印技术，将会实现器件刚柔结合，拓扑可变、功能/智能化。” 吕坚院士表示。

吕坚院士还分享了团队在4D打印领域的研究情况。他表示，4D打印是增材制造的技术之一，可以打印有形状记忆的金属、陶瓷或高分子材料，随后通过热、电、预应力等多刺激的变形，实现了4D打印陶瓷。

通过该技术，发展了弹性体衍生的折纸陶瓷和4D打印陶瓷，更重要的是发展了新型的陶瓷体系。该技术实现了在烧结前变形能力强，在烧结后实现纳米晶和非晶的有效组合，从而大幅提高部件的力学性能。

据了解，通过打印4D打印陶瓷和折纸结构，还可以打印形状复杂的结构，如制氢催化剂。该方法制造的器件力学性能比强度高，与其他类似打印技术相比，比强度更高十数倍，或者同一比强度下，相应尺寸小数十倍。

另外，吕坚院士表示，团队还推出直写式4D打印梯度结构陶瓷，通过打印所得平面前驱体陶瓷，在不施以任何外力和装置的情况下，在热处理过程中自动按照预先设计进行变形，转化为拥有特殊形状的复杂结构陶瓷。其压缩力学性能十分优异。

吕坚院士指出，4D打印陶瓷要从解决“卡脖子”问题，转化为新材料、新部件、新工艺、新产品、新装备，可以实现部分应用领域领先。更好的服务5G通讯、3C产业、无线充电、可折叠手机、生物医疗、航空航天、核电产业等。

增材制造正在改变传统制造业

但该模式在产品开发初期

有着非常严苛的要求

设计者需要考虑产品质量、成本和用户要求

因此，增材制造软件十分重要

6月27-29日

深圳华中科技大学研究院

将携增材制造工艺CAE仿真软件、焊接工艺CAE仿真软件

热处理工艺CAE仿真软件等前沿成果

亮相2023国际新材料展新材料科技成果专区

附部分展品详情

增材制造工艺CAE仿真软件

iAdditive是一款适合于激光选区熔化、电子束选区熔化、激光定向能量沉积、电子束定向能量沉积、电弧熔丝增材等大多数增材制造工艺的国产自主仿真软件，并且可模拟钢、铝、钛、铜、锌、镁等同种及多材料的打印；接口开放，支持自定义材料，内嵌100多种材料库，材料参数随温度非线性变化。

应用领域：航空、航天、航发、汽车、石油、电子、船舶、兵器、轨道交通等领域

焊接工艺CAE仿真软件

InteWeld 可以建立焊接工艺有限元模型，包括材料、焊接工艺及装夹等条件进行设置，支持千万级别实体网格模型，数百条焊缝及数十种焊接工艺或多种热处理工艺的流畅操作、可视化显示及设置；具备多种求解算法，包括热弹塑性，局部整体映射算法等，可以对焊接过程温度场、变形场、应力场等进行求解计算。

应用领域：航空、航天、航发、汽车、石油、电子、船舶、兵器、轨道交通等领域

热处理工艺CAE仿真软件

GoHT是一款国产自主可控的专业热处理工艺仿真工业软件，主要用于仿真热处理过程的温度场、应力场、变形场和正火、淬火、回火、固溶、时效等热处理工艺设计。

四面体网格自动生成软件

VisionMesh是一款四面体网格自动生成软件，无需几何修复，仅需几分钟时间人工操作，其它时间交给算法，即自动生成并优化出高质量网格，效率达200万单元/小时，网格生成过程中同步支持差、并、交等布尔运算，无需在CAD中进行三维组合体的模型编辑。并且网格加密形式丰富，支持曲率、点、线、球、圆环、圆柱、距离场及导入几何体加密。

应用领域：航空、航天、航发、汽车、石油、电子、船舶、兵器、轨道交通等领域