近期，通用电气公司新建了一所研究机构，利用3D打印制作巨型风力涡轮机的混凝土底座。未来涡轮机尺寸将会不断增加，该机构参与者称希望该技术能够有助于降低行业成本。

上周，GE可再生能源公司发布报告称，该机构能够让通用电气公司使用3D打印风力涡轮机底座，同时减少运输成本。

GE可再生能源公司技术总监丹尼尔·梅菲尔德（Danielle Merfeld）在声明中表示：“现在最重要的是要不断提升设计和制造水平，改变现代风电场大型部件的运输和建设方式。”

自2020年来，水泥行业巨头公司Holcim和3D打印公司Cobod宣布建立合作关系，在纽约卑尔根市建设了核心设施。

通用公司称，位于卑尔根市的3D打印机有三层楼那么高，能够打印出高达20米的塔楼部分。Cobod公司创始人兼总经理Henrik Lund-Nielsen说：“这是世界上最大的3D打印机，可以每小时打印超过10吨的真实混凝土。”

美国能源部给该机构提供了一批拨款帮助。机构有将近20多个技术人员正在对技术进行优化。通用电气公司表示：“预计未来五年内，将有望实现首次应用。”

3D打印可以减少风力安装碳足迹

美国通用电气GE与Fraunhofer IGCV和voxeljet AG公司合作共同开发世界上最大的砂型3D 打印机-Advance Casting Cell（简称：ACC），并通过这台机器来设计制作Haliade-X海上风力涡轮机某些关键部件的模具。

ACC项目涉及开发一种新型大幅面3D打印机，该打印机能够生产砂模，用于铸造构成海上风力涡轮机机舱的各种形状和尺寸的高度复杂的金属部件。 基于voxeljet核心“Binder-Jetting”技术的模块化3D打印工艺，可配置打印直径达9.5米、重量、尺寸达60多吨的铸件模具。 再通过此模具来铸造GE Haliade-X 风力涡轮机机舱的组件。

3D打印砂模粘合剂喷射工艺将生产这种图案和模具所需的时间从十周或更长时间减少到两周。 此外，通过消除从中央制造地点运输大型零件的需要，预计使用3D打印机将减少产品的碳足迹。预计将在2021年第三季度启动该项目，将于2022年第一季度开始初始打印机的试验。

“3D打印模具将带来许多好处，包括通过改善表面光洁度、零件精度和一致性来提高铸造质量。 此外，由于优化设计，3D打印砂型粘合剂喷射模具可通过减少加工时间和其他材料成本来节省成本。 这种前所未有的生产技术将改变生产的游戏规则，允许在高成本国家进行本地化制造，这对我们希望最大限度地发挥海上风电当地经济发展效益的客户来说是一个关键优势。”GE 可再生能源高级增材设计工程师 Juan Pablo Cilia 解释说。

增材制造的使用也有望减少该项目的碳足迹：所有制造预计都将在本地完成，而不是将模具从一个地点运输到另一个地点，从而减少物流及其他相关的成本。 Voxeljet 首席执行官 Ingo Ederer 总结道：“虽然对于小批量铸件异地按需3D打印具有许多优势，但3D打印现场制作对大型项目来说优势更加明显。 鉴于对海上风力涡轮机的需求，这将大大有助于满足项目进度和高市场需求。”

“此外，作为项目的一部分，我们将开发和测试新的过程监控方法。” 根据先前的经验，Fraunhofer-Gesellschaft 希望显着改善生产Haliade-X型风力涡轮机所涉及过程的环境足迹。该研究所所长Wolfram Volk教授补充说：“我们的目标是优化模具打印，以避免极其昂贵的模具打印错误导致错误铸造，以节省材料，并改善铸造过程中的机械和热性能。 通过开发尽可能节约资源的工艺，我们希望帮助改善风力涡轮机制造过程中的环境和成本平衡。”

国际能源署预计，到2040年，全球海上风电装机容量将增加15倍，成为一个价值1万亿美元的产业，在资源库看来这将是一个非常大的市场，在这其中除了政府支持外，GE这样的大玩家已经有了开发制作的经验，我们也需要有多个公司去加强合作，共同开发设备优化工艺，把3d打印带入到海上风力的产业发挥优势，降低成本。

3D打印让建筑更高效

与使用机器人技术提高施工效率、安全性和质量不同，3D 打印不遵循传统的建造流程。“分层施工”已成为建筑行业一种全新的替代技术。此外，建筑工地正在发生变化。各个建造结构模块不是完全在现场进行，而是在工业和自动化条件下预制并在现场组装，从而节省时间和成本以提高质量。

如今，3D 混凝土打印技术已用于住宅、特色建筑等项目。支持者表示，如果它能够克服一些挑战，它就有可能对整个建筑行业产生深远影响。

3D 混凝土打印使用超大型 3D 打印机，利用可在数米范围内（高度、宽度）移动的喷嘴挤出混凝土。这些机器通常以龙门或机械臂系统的形式出现。

无论打印机的配置如何，几乎所有打印机都连续挤出“面团状”混凝土材料，这些材料分层铺设，以创建所需的建筑。

尽管该技术被称为 3D 混凝土打印，但在这个词的最严格定义中，此处的材料并不总是混凝土。传统的混凝土通常不适合 3D 打印，因为它会堵塞打印机喷嘴并且不能正确粘附到之前的层。如今许多可用的打印材料都是特制的，可成功打印的 3D 混凝土材料和3D打印机一样重要。

根据 Guidehouse Insights 的研究，在过去五年中，随着机器人技术、材料科学和软件方面的创新，建筑用 3D 混凝土打印发展迅速。3D 打印有可能在速度、成本效率和生产力方面颠覆建筑业。

中国将建成世界上最大的3D打印水利工程

我国的一个团队准备在建造青藏高原上的一座大坝时用上这项“黑科技”，把人工智能和3D打印技术结合起来，一旦完工将会成为世界最高的3D打印建筑。

位于青藏高原的黄河羊曲水电站，是黄河干流龙羊峡水电站上游“茨哈、班多和羊曲”三个规划梯级电站的最下一级，主要任务是发电。此工程全部投产后，每年将节约标准煤耗146.7万吨，减少二氧化碳排放量441.2万吨，对于青海清洁能源外送以及“双碳”目标的实现意义重大。

3D打印是一种增材制造方式，在计算机的精准控制下，将所用的材料按照设计模型进行层层叠加，便能将蓝图变为实物。将3D打印技术概念运用到如此大型的工程建设中，羊曲水电站的尝试尚属首例，由此引发外媒关注。据美国“商业内幕网”报道，“待2024年完工，高达150米的羊曲水电站项目将成为世界上使用3D打印技术建造的最高建筑。”

但和普遍意义上的“电脑操控机器，实现一体成型”不同，3D打印技术在羊曲水电站的应用，并不是通过一个巨大的机器直接打印出完整的水电站。羊曲水电站项目首席科学家、清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室副研究员刘天云告诉记者，该项目通过电脑模型将大坝“切片”，分解成很多不同的建设步骤，并在每个步骤研发相应的机器人，一层层地完成作业，一步步从整体上实现3D打印的效果。

“比如，装料机器人可以像熟练驾驶员一样自主决策、自主作业。到了运料环节，装卸卡车可以实现无人驾驶，全自动地把料运到坝址并卸料，之后靠推土机、摊铺机把料摊铺平，最后靠压路机器人进行碾压作业。”刘天云表示，这一套流程下来，全都是电脑和机器人在发挥作用，因此只需要少量工人维护保养机器人，而不用亲自去操作这些工作。

一层一层“打印”而成的大坝，没有了钢筋的支撑，能牢靠吗？刘天云告诉记者，水电站的大坝属于柔性结构，它的稳定性主要依靠材料之间相互接触、挤压产生的摩擦力。因此，即便没有钢筋，在机器人们的精细化操作下，其稳固性是有保障的。

应用机器人、无人车和3D打印技术，除了可以节约人工成本之外，也能通过标准化的施工极大提升建设效率。传统的人工作业时，可能产生人为错误，比如卡车司机由于路线不熟练，将材料运输到错误的位置，而在冲击和强烈的振动下，压路机操作员也无法保持完全笔直的路径。“而机器人不一样，它们的学习能力很强，也不容易受到外界干扰。对于水电站建设等艰苦环境下的工程，机器人能够克服高反等问题自如地工作。”刘天云介绍道。

从运载火箭发动机上使用3D打印零部件，到采用3D打印技术制造的医用护目镜不起雾更贴合，再到3D打印的房屋在多地交付使用……大到数十米的建筑物，小到微纳米尺度的元器件，愈发成熟的3D打印技术如今正深入多个行业，广泛应用于生产生活各个领域。

我国拥有完备的产业体系、超大规模国内市场，以此为依托，3D打印技术有望不断拓展应用广度和深度，培育新的发展增长点，推动中国制造向更高技术水平、更高附加价值、更加绿色低碳的方向持续升级。

中国市场超速发展，有望保持30%的年均增长率

上个世纪九十年代，我国的一批科研院所开启了 3D 打印研究工作，经过近三十多年的科 技攻关，中国 3D 打印产业已初具规模，产值在全球的占比也不断上升。在全球市 场的比重也不断上升，2016 年占比将近 18%。 自 2015 年，在党的十七大“加快建设制造强国，加快发展先进制造业”思想的指导下，我 国发布了一系列推动“增材制造”产业发展的政策，并且将“增材制造”纳入国家重点发 展领域。“十三五规划”为国内 3D 打印技术进一步开展指明了方向，在政策的指导和科研 人员的不断努力下，近五年来我国的 3D 打印产业发展迅猛。

2020 年 2 月，国家标准化管理委员会联合六部门发布《增材制造标准领航行动计划 (2020-2022 年)》，提出“到 2022 年，立足国情、对接国际的增材制造新型标准体系基本 建立”。此外，为提升国际竞争水平，计划研制出 80-100 项增材制造“领航”标准，并推动国内标准国际化，转化率将达到 90%。结合国家层面政策指导以及国内近 6 年 3D 打印 产业发展态势，前瞻产业研究院预测，到 2025 年，我国 3D 打印市场规模将超过 630 亿 元，2021-2025 年复合年均增速 20%以上。

从产业细分结构来看，根据赛迪顾问（CCID）公布的数据显示，我国的 3D 打印设备市场 规模最大，2020 年产值达到 92.54 亿元，这主要是因为设备单价高、部分依赖进口导致。 由于许多工业零部件存在唯一适配性，许多公司为客户提供定制化服务，目前规模第二大 的是 3D 打印服务市场，2020 年的产值为 64.46 亿元。由于我国对 3D 打印材料研发水平 较为局限，加上 3D 打印材料整体单价相对较低，因此目前规模最小、增速最慢。在 2020 总产值为 50.59 亿元。

2019 年，我国 3D 打印材料产业规模达 40.94 亿元，从市场细分情况来看，金属材料产业 规模为 15.56 亿元，非金属材料产业规模 25.38 亿元，分别占 38.01%与 61.99%。非金属 材料主要为塑料、陶瓷、光敏树脂等，广泛应用于消费品、医疗教育等行业。而目前，我 国工业级应用的金属粉末（钛、不锈钢等）研发较少，相关的 3D 打印技术（SLS、SLM 等）对金属粉末的形状、大小要求较为严格，金属 3D 打印制作技术与设备还较为缺乏。

从我国 3D 打印下游市场细分情况来看，主要集中在民用消费、工业设计、航天军工三大 板块。在 2019 年，中国 3D 打印应用服务产业 结构中，工业领域应用服务产业规模达 29.23 亿元，占比达 64%，消费领域产业规模 16.44亿元，占比 36%。

综合 3D 打印技术、产值等分析情况来看，根据波特的行业生命周期理论，我们推测目前 3D 打印处在成长初期。从产值角度看，目前行业增长率超过 20%，在中国年均增长率甚 至超过 25%，根据相关机构预测，未来五年内还将加快增长速度。从技术的角度来看， 3D 打印经历过产品新、质量差，专攻研发与技术改进的“负盈利”导入期，目前部分技 术较为成熟、销量开始攀升、市场份额不断扩大、竞争者不断涌入，符合成长期的特征

文章来源：未来智库，中央纪委国家监委网站，3D打印资源库，全国能源信息平台，世界先进制造技术论坛