4D打印智能材料的案例
4D打印的智能超材料可以像木頭一樣堅硬或像海綿一樣柔軟
2019年4月1日，羅格斯大學 - 新不倫瑞克工程師創造了靈活，輕便的4D打印材料，可用于變形飛機或無人機機翼，軟機器人和微型植入式生物醫學設備。
4D打印基于增材制造技術，有一個很大的區別：它使用特殊材料和復雜的設計來打印物體，這些物體會在溫度作為觸發器等環境條件下改變形狀，機械和航空航天工程助理教授Howon Lee說。 時間是允許它們變形為新形狀的第四維度。
“我們相信材料科學，力學和3D打印的這種前所未有的相互作用將為廣泛的應用創造新的途徑，這些應用將改善技術，健康，安全和生活質量，”Lee說。
工程師們創造了一類新的“超材料”，這些“超材料”被設計成具有在自然界中找不到的不尋常和違反直覺的特性。
以前，超材料的形狀和性質一旦制造就不可逆轉。 但是羅格斯大學的工程師可以用熱量調整他們的塑料材料，因此它們在被擊打時會保持剛性，或者像海綿一樣變軟以吸收震動。
根據該大學的說法，在室溫（73度）和194華氏度之間的溫度下，剛度可以調節超過100倍，從而可以很好地控制減震。 材料可以重新成形以用于各種目的。 它們可以暫時轉變為任何變形的形狀，然后在加熱時根據需要恢復其原始形狀。
下面的動圖展示了4D打印的智能材料如何從僵硬變為柔軟，并改變形狀。
這些材料可以用于改變形狀以提高性能的飛機或無人機機翼，以及用于空間發射的坍塌的輕質結構，以及用于更大結構的太空板的重建。
由章魚啟發的柔軟，柔韌和橡膠材料制成的軟機器人可以根據環境和手頭的任務調整靈活性或剛度。 Lee說，插入或植入人體進行診斷或治療的微小裝置可以暫時變得柔軟和靈活，以便進入體內進行微創和較少的疼痛。
來源：南極熊3D打印
展開 光固化4D打印超高力學性能形狀記憶高分子材料
近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛锜團隊和西北工業大學副教授張彪團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing - DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1. 超高力學性能的tBA AUD SMP用于基于DLP 3D打印技術的4D打印
聯合研究團隊合作開發出了一種超高力學性能可光固化SMP體系。該材料體系主要由丙烯酸叔丁酯（tBA）和脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯（AUD）組成，故稱為tBA-AUD SMP體系。
展開 南科大頂刊：光固化4D打印超高力學性能形狀記憶高分子材料！
近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛锜團隊和西北工業大學副教授張彪團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing - DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
論文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101298
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）料相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。關注材料科學與工程公眾號，接收更多專業資訊。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1.
展開 4D打印智能材料能隨溫度改變性質形狀
美國羅格斯大學—新不倫瑞克工程師創造了一種柔性輕質材料，經4D打印后的材料可用于飛機和無人機的機翼、柔軟機器人、微型植入式生物醫療裝置等，能更好地實現減震和變形。相關成果發表在最近一期《材料視界》雜志中。
3D打印也被稱為增材制造，可通過逐層打印的方式，將預先構建的數字藍圖轉變為物體。基于這項技術的4D打印有一個很大的不同之處，它使用特殊材料和復雜設計來打印物體，這些物體在環境條件如溫度變化下，會隨之改變形狀。
工程師們創造的這種新“超材料”，經過精心設計，具有自然界中找不到的特性，它們不同尋常甚至違反直覺。以前，超材料的性質和形狀一旦制造出來就不可逆轉，但此次用熱量來調整特性的超材料，能在被擊打時保持剛性，或像海綿一樣變軟以吸收震動。
在室溫73華氏度（約22.8℃）和194華氏度（90℃）之間的溫度區間，剛性調節可以超過100倍，從而很好地控制減震。材料可重新成形，以用于各種目的。它們暫時變形，轉變為任何形狀，然后在加熱時，根據需要回復其原始形狀。
這種神奇的材料，可用于提高飛機或無人機機翼性能，還可用于空間發射的坍塌輕質結構，甚至更大結構的太空板的重建。由這種材料制成的軟機器人像章魚一樣柔韌，可根據環境和當前任務，調整靈活性或剛度。而將其插入微小裝置植入人體進行診斷或治療，可以讓介入裝置暫時變得柔軟和靈活，進入人體進行微創手術并減少疼痛。
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南科大葛锜/西工大張彪AM：一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料
近日，南方科技大學機械與能源工程系葛锜副教授團隊和西北工業大學張彪副教授團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing-DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1.
展開 科學家用4D打印發明新型“超材料”
在自然界中，蜂窩狀材料在機械上是非常高效的，尤其是在各種不同性能耦合方面。例如，自然界中發現的一些隨機蜂窩結構，如牙齒、骨骼和鳥喙，相對于它們的密度來說，具有優異的強度和韌性。材料學中一些項目，就是模仿這類結構，例如結構和功能相似的聚合物或金屬泡沫。
相較而言，有序的蜂窩結構，包括在自然界自然進化而成的周期結構，往往勝過隨機結構。例如，軟體動物的防御甲殼珍珠狀內層是由堅硬的磚塊樣結構組成。相應地，螳螂蝦進化出了攻擊性的大螯鉤，用來高速撞擊軟體動物的外殼，而它的前螯部分由抗斷裂的礦化纖維螺旋狀堆疊組成。
周期性和層次性結構已經被廣泛用于大型建筑中，如桁架橋和埃菲爾鐵塔。現在，新型制造和3D打印技術還可以在納米、微、中、宏觀層次上建造蜂窩結構，通常，這些材料都能表現出獨特的機械、功能和熱性能組合，成為所謂的“超材料”。
超材料指的是一類具有特殊性質的人造材料，這些材料是自然界沒有的，包括輕量卻堅硬、高機械彈性、具有負泊松比，以及具有負熱膨脹系數的多材料布局。在過去，這些材料和建筑往往在生成后很快固定成型，這限制了他們的用處。
出于制造反應更靈敏、適應性更強材料的需要，“4D打印”成了材料領域一個新的研究熱點。相較于3D，多出來的那個“D”代表時間。4D打印就是讓材料除了在X、Y、Z軸上輾轉騰挪之外，還會因為外部條件的變化，隨時間推移而改變形狀或功能。由于機械力、溫度、膨脹和磁場的作用，4D打印材料可以自我重新配置，從而改變顏色或形狀。
遺憾的是，到目前為止，現有的4D打印技術要么缺乏對機械性能的高度精確控制，要么由于傳輸限制或化學反應本身的緩慢，需要很長的反應時間。
展開 Sci.》綜述：高分子材料4D打印 - 技術、材料與展望
自2013年增材制造技術首次出現四維(4D)打印概念以來，全世界的研究人員都對其產生了極大的興趣。4D打印通過給靜態打印結構賦予動態屬性，并可以隨著時間的推移而改變，從而可以將材料的3D打印加工拓展到復雜幾何形狀之外。在熱、光、pH、水分、電和磁場等各種刺激下，打印物體的形狀和/或屬性會發生變化，這些變化可以實現預設計且可以進行控制。4D打印可以通過結合時間維度創建可變和可控的幾何圖形。近年來，隨著智能材料和新型打印方法的快速發展，大大擴大了4D打印的范圍。
近日，康涅狄格大學孫陸逸教授聯合鄭州大學、日本山形大學、蘭州大學、康涅狄格大學的相關研究人員，在《Progress in Polymer Science》上發表了關于高分子材料在4D打印領域的新技術、新材料及新進展的綜述文章，對于高分子智能材料在3D打印領域的應用進行了系統總結，并對技術發展趨勢、所面臨的的困難及挑戰進行了分類討論，并展望了未來的發展方向。該綜述為高分子材料在4D打印領域的研究與應用提供了依據與參考。
綜述按照4D打印的主要方法：FDM、DIW、SLA、DLP、SLS對高分子材料的4D打印材料，以及相關應用進行了總結，歸納了目前最具有代表性的打印方法、材料及應用領域，并對2013-2020年在高分子材料在4D打印領域發表的論文進行了歸納統計。
Figure 1. (a) Brief comparison of 3D and 4D printing.
展開 南科大&西工大《AM》：用于4D打印的新型形狀記憶聚合物材料！
圖1. tBA-AUD SMP體系前驅體的結構及表征
圖2. tBA-AUD SMP體系的熱機械性能
圖3. tBA-AUDSMP體系高拉伸性的機理研究
本文認為tBA-AUD SMP體系具有高拉伸性主要歸功于高分子量交聯劑AUD和氫鍵的存在：1）高分子量交聯劑AUD會顯著增加交聯點之間的平均距離；2）一些tBA長鏈段會由于與AUD形成的氫鍵的作用，相互纏繞并置于高分子量交聯劑AUD之間；3）當大的形變破壞氫鍵時，相互纏繞的tBA長鏈段會解開，從而導致材料能夠進一步地被拉伸；4）當載荷消失后，部分大的形變由于熵彈性而恢復，但是已破壞的氫鍵的恢復需要花費較長的時間，以至于會產生殘余應力，導致部分長鏈段不能回到其初始的纏結狀態；5）通過熱處理，可以消除殘余應力，從而加速氫鍵的恢復并增加長鏈段的移動能力。
圖4. tBA-AUD SMP體系在智能家具方面的應用
圖5. tBA-AUDSMP體系在航空航天方面的應用
總體來說，本文報道了一種與基于DLP的3D打印具有良好兼容性的、擁有優異機械性能以及可UV固化的tBA-AUD SMP體系。它可以用來制造具有高分辨率、擁有復雜的幾何構型的4D打印結構。該SMP體系主要由tBA和交聯劑AUD組成。AUD賦予了tBA-AUD SMP體系優異的可變形性和抗疲勞性，使得4D打印結構可以拉伸至1240%，并且能重復加載超過10000次。本文還針對AUD對于體系熱機械性能的影響，進行了諸如DMA、單向拉伸測試、抗疲勞測試等。本文還認為tBA-AUD SMP體系就有高變形性的原因主要在于高分子量交聯劑AUD和氫鍵的存在。
展開 4D打印形狀記憶聚合材料，已到豬狗以及人的實驗
近日，2018增材制造全球創新大賽在北京豐臺舉行，南極熊發現了不少非常好的3D打印項目。例如哈爾濱工業大學冷勁松團隊——形狀記憶聚合材料及其4D打印在生物醫療領域的應用。
下面是現場速記，南極熊希望可以很好還原其項目路演過程。
形狀記憶聚合材料及其4D打印在生物醫療領域的應用
——哈爾濱工業大學冷勁松
冷勁松：
團隊組成
首先介紹一下我本人和我的團隊，今年剛剛當選歐洲科學院院士，歐洲科學與藝術院院士，我們團隊哈工大老師7、8個人。匯報一下4D打印技術，什么是4D打印呢？咱們大賽是3D打印，3D就是打印復雜結構，4D打印完結構可以變形。
形狀記憶材料
普通的結構，打印之后可以改變結構的形狀，美國科學家2013年提出來，比如說穿了一個裙子，你打印的裙子跟我的裙子看著一樣，我加一個電磁光熱可以變形，裙子格變形不撞衫。
什么是形狀記憶材料，這種材料看這個花，加熱自己可以變形，放在水里可以變形，搞生物醫學都知道，這是聚合物，像高分子、聚乳酸都是，但是我們的材料跟普通聚合物不一樣，你給一個熱，這個熱有一個溫度，到這個溫度可以變形，跟記憶合金一樣但是是高分子可以降解。
這個聚合物軟硬能夠變化，到了轉變溫度材料變形，同時低于轉變溫度材料是硬的，高于轉變溫度材料變軟，材料本身模量在高低溫作用下變化200倍，材料兩個特點，一個變形一個變軟硬。
這個材料怎么變形呢？簡單放在熱水里面，也可以通電變形，我們可以用光照變形，用磁場和射頻變形，光電磁熱溶液，在不同溶液里面變形，都可以改變形狀。
展開 Jerry Qi教授《先進功能材料》綜述：4D打印技術研究進展
自2013年4D打印概念被首次提出以來， 4D打印技術吸引了廣泛的關注。4D 打印技術最初被定義為“3D 打印技術 + 時間”，即第四個維度為時間。 目前，4D 打印技術， 廣義地定義為智能材料或結構在打印完成后，在外界刺激（如溫度，濕度與光照等）下，其形狀、性質和功能隨著時間發生特定的演變。相比于傳統3D打印技術，4D打印增加了一個時間的維度，而具有以下的優勢：1）具有刺激響應性能的打印構件可用于智能器件；2）打印薄壁與點陣結構可以大幅節省打印材料與時間；3）形狀改變特性可用于減少存儲空間與方便運輸。
4D打印技術利用不同的3D打印方法，實現打印的智能材料與結構在外界刺激下的形狀與功能的演變，用于智能器件、生物醫用與超材料等。
近日，美國佐治亞理工學院機械工程系的H. Jerry Qi 教授在《先進功能材料》雜志上發表特邀綜述，回顧了4D打印技術的發展歷史，從材料的角度重點介紹了4D打印技術中最廣泛研究的3D打印形狀可變高分子材料研究進展。4D打印技術發展源于智能/功能材料，3D打印技術和模擬/設計等交叉學科的快速發展。文章概述了已報道的，基于不同刺激響應特性、打印方法與變形機理的單一材料與多材料打印技術， 用于形狀可變結構的3D打印。4D打印結構中至少有兩個穩定狀態， 打印形狀在外界刺激下響應而轉變到另外一個狀態。3D打印材料形狀轉變的基本機理，是直接利用打印智能材料刺激響應性，或者利用打印過程或打印結束以后在智能材料/結構中引入的本征應變（或應變失衡）在外界刺激下的響應。 其中，單一材料4D打印技術，主要包括3D打印單一的形狀記憶材料與液晶彈性體，而后者具有刺激響應的可逆形狀轉換能力。復合材料/多材料4D打印技術，包括3D打印水凝膠復合材料/多材料、纖維增強活性復合材料、雙層結構復合材料、形狀記憶多材料以及梯度溶脹/脫溶劑的多材料等。
展開 天津大學4D打印軟體機器人：打印出來即可無約束的滾動
2021年10月9日，南極熊從天津大學獲悉，天大封偉教授團隊制造一個智能的、對觸覺敏感的4D打印軟體機器人。這個基于液晶彈性體的機器人，當加熱到160℃以上后變形為管狀，可以實現無約束的自由滾動。該研究成果在《細胞》出版社旗下頂尖期刊《物質》發表。
△滾動中的4D打印機器人
“軟體機器人能夠適應復雜環境，實現與人類更安全地交互?！?封偉教授介紹，3D打印可以基于數字模型自動準確地將設計思想轉化為復雜零件，為軟體機器人制造增加“時間”維度——即4D打印。
△打印原理
將智能材料加工成具有對熱刺激響應行為的動態結構。團隊在此基礎上通過4D打印對液晶彈性體智能材料進行精確加工，直接獲得了具有感知能力和適應性的智能軟體機器人。
△機器人能夠滾動爬坡
在這項研究中，封偉教授團隊利用4D打印技術制造了一個管狀體，曲率為機器人提供了可持續的定向滾動能力。一個10厘米長的機器人在水平面上可以達到超過48厘米/分鐘的最大速度，并爬上大約20°的坡度。較長的管狀物滾動速度更快，穩定性更好，這確保了機器人對復雜地形的適應性。
該管狀自主軟體機器人通過對熱的感知，可以自主改變自身形狀進而調整運動速度和方向。自主控制滾動方向的特性使得這種軟體機器人有類似昆蟲觸角的觸覺感知能力，讓它能夠探測前方道路上的障礙物，根據障礙物的高低實現翻越或折返。
“當樣品機器人以一定角度放置在傾斜的加熱板上時，樣品依然可以向上自主滾動。” 封偉教授說，“這種自主軟體機器人的整個驅動過程是自動的，無需改變環境因素，機器人就能夠在脫離人工控制的情況下完成任務?！?鑒于材料和結構的靈活性，機器人的觸覺感應能力與昆蟲的觸角相似。
展開 
天津大學封偉教授課題組《Matter》：4D打印仿生觸覺應變自主軟體機器人
制造方法的局限性導致生產困難，限制了材料選擇范圍，并且難以獲得復雜的驅動性能，更不用提賦予機器人感知能力或智能性了。相比之下，3D打印（增材制造技術）可以基于數字模型自動準確地將設計思想轉化為復雜零件，從而顯著提高生產效率和制造靈活性。因此，3D打印是制造軟體機器人的最佳選擇之一，因為它可以實現智能材料的精確加工，也就是4D打印技術。4D打印可以將智能材料加工成具有各種刺激響應行為的動態結構。除了簡單的變形外，具有感知能力和適應性的4D打印智能軟體機器人更具吸引力，也就是通常說的人工智能（AI, Artificial Intelligence）。而通過4D打印直接獲得智能軟體機器人仍然是一個巨大的挑戰。
示意圖
近日，天津大學材料學院封偉教授團隊報道了一種具備自主行動能力和觸覺應變的4D打印軟體機器人，該機器人在一次打印成型后即具有熱致無約束滾動能力，無需任何其他后續加工程序。機器人的滾動穩定有力，而速度和方向可通過改變形狀和尺寸進行調整。如圖1所示，當放置于160℃的熱臺上時，打印的矩形樣品變形為螺旋管狀，并在加熱板上自動開始滾動。調整樣品的大小可以改變機器人的滾動速度。而滾動的方向由螺旋管的曲率方向控制，可以輕松改變。
圖1. 4D打印軟體機器人自主變形及滾動過程。
圖2. 機器人自主滾動及爬坡過程。
如圖2所示，當加熱板水平時，樣品以約48 cm/min的速度朝其自身曲率方向滾動。當熱板右側被提起時，我們觀察到，盡管玻璃管已經落下，樣品仍沿著斜坡向上滾動。可以看到，管狀機器人的整個驅動過程是自動的，無需改變環境因素。
展開 Dan Wellers，SAP數字期貨主管，“3D打印將擴展到4D打印”
Simulation，PLM，CAD，Digital Twin，Industry 4.0都有一些非常大和有影響力的公司垂涎花生醬和果凍三明治，這是數字和制造的結合。如果我們要發展數字化制造和3D打印，那么我們的軟硬件資產必須通過軟件進行管理和控制。我們用3D打印替代的傳統制造部件越多，就必須通過軟件包監控和訪問更多的文件，設置和過程信息。這部分解釋了Dan Wellers對3D打印的興趣以及對該技術的熱情。
什么是4D打印？
基于現有的3D打印技術，4D打印使用的動態材料，當這些材料遇到諸如水、光、熱或電流等變化的條件時，其性能有所不同。這些材料 - 水凝膠、形狀記憶聚合物、碳纖維、定制紡織復合材料等，具有使物體能夠自組裝、重塑自身或以其他方式對變化的事件或條件作出反應的特性。這就被稱為4D打印，因為它包含了通常被稱為第四維度的東西：時間。
為何如此重要？
4D打印可以擴展目前在原型設計、設計、制造和后期制作適應性和使用方面可實現的目標。例子包括：用于倉庫和物流公司的自動展平箱；能夠根據流量或水需求改變直徑的管道系統。
由于其自組裝能力，大到不能通過傳統3D打印機打印，物體可以被壓縮用于打印，然后在制造之后擴展。4D打印也可用于消除家具組裝的普通問題。此外，研究人員還證明了4D打印中使用的智能材料如何能夠使物體“記住”其形狀。
3D打印有多重要？
3D打印代表了制造業中設計和生產的數字化轉型，將對從物流到延伸供應鏈到貨運的所有方面產生深遠的影響。3D打印消除了傳統制造中固有的許多設計和生產限制。
在過去的幾年里，3D打印在使用不同材料的方式上取得了進步，不僅是塑料，而且金屬、樹脂、砂巖、蠟和陶瓷也越來越多地同時使用多種材料。
人和機器將來如何協同工作？
展開 中國工程院丨我國增材制造技術與產業發展研究
針對工程塑料、陶瓷、樹脂基纖維增強復合材料等的增材制造技術逐漸成熟，適用材料的種類與應用范圍有所拓展，典型金屬增材制造結構的力學性能趨于穩定甚至部分超過鍛件性能（見表1）。高熵非晶合金等新種類合金材料的成分設計、材料基因組設計、多材料功能梯度結構、超材料結構、仿生材料及其結構、具有電磁屏蔽功能的復合材料結構、材料結構功能一體化設計、3D打印納米結構、軸向立體光刻打印、4D打印智能材料、活體細胞打印、極端環境下的增材制造及應用等創新型、交叉性技術研究進展明顯。無支承金屬成形、大幅面高能束密集陣列區域化選區熔化金屬（或燒結尼龍）成型、金屬摩擦沉積制造、混合制造、多機器人協作的大尺寸結構的增材制造等先進成形工藝獲得突破。增材制件長周期服役的顯微組織演變規律、人工智能檢測成形過程缺陷、機器學習改進材料成分增強綜合性能、耐高溫合金材料組織 ? 性能的熱處理調控工藝等前沿基礎研究成果豐富。
表1 部分金屬材料增材制件的力學性能比較
在企業應用方面，增材制造技術賦予了零部件集成打印、輕量化、高效換熱、新材料應用、多材料功能梯度結構設計等創新功能；正在規?；丶傻浆F有產品的制造流程甚至供應鏈中，革新傳統制造方法并降低制造成本。一些優勢制造企業建立了包括基于增材制造技術的創新結構（如拓撲優化、晶狀點陣結構、結構功能一體化）設計能力，增材制造成形工藝控制、后處理及質量檢測評價等在內的全流程技術體系。以德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會為代表的一批研究機構，持續深化增材制造的工業化生產和智能化技術研究。
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