增材制造相对于传统制造来说，是一场革命性的改变。但是增材制造仍然存在尚待研发的问题，对于激光增材制造来说，主要有以下几点： （1）材料的性能、种类和成形精度无法满足不同用途的需要。 （2）成形精度和效率低，造成成形周期长、成本高。 （3）成形工艺过程繁琐，易造成制件在后处理过程中发生精度损失。 （5）很难用于对表面要求很高的场合，如模具等。 在上游的材料、中游的设备和软件、下游的终端产品和应用中，材料始终是研发最薄弱的环节，是推广增材制造的瓶颈，因此本研究具有重要意义，除却增材制造本身重要意义势之外，本研究的意义具体体现在以下几个方面： （1）行业的迫切需求 （2）降低耗材成本有利于技术推广 （3）绿色环保材料是未来制造的趋势 （4）拓宽了应用领域 总之，研究棉秆基激光烧结材料，能促进增材制造技术更加广泛地推广应用，为增材制造的材料家族增加新成员，对于提高我国新产品开发和自主创新能力、降低产品成本，具有重要的理论意义与应用价值。 有了物美价廉的材料，设备的市场占有率就也是推广的关键，目前市场上的设备大都采用国外现有的模块进行集成。本团队研究了一款全功能、小型、所有模块全部国产化的激光烧结设备，填补了国内空白。增材制造设备运动控制为2轴半，重点在于设备控制与材料、工艺的一体化设计。生物质材料、设备、工艺的一体化创新包，可以解决增材制造不会用、用不好、用不起等问题，满足更广阔领域的企业、设计人员、科研工作者、乃至家庭个人的各种需求。激光烧结作为一种工业上应用最广泛的增材制造（3D打印）方式，耗材种类少、价格贵是应用推广的最大瓶颈。 激光烧结的耗材可分为金属基、无机非金属、高分子材料三大类。团队发明并创制生物质基耗材，具有原创性和独特性，被国内外同行称为第四类激光3D打印耗材，填补了市场空白。用来替代部分高分子材料，具有低廉的成本和较高的性价比，适应面广、通用性强，打印件具有更高的精度、更小的收缩率和稳定的性能，同时具有木材的质感和特点。具有在全生命周期的节能环保特性：①以木、竹砍伐加工剩余物、农作物秸秆废弃物、稻壳废弃物等农林“三废”作为主要原料，材料易降解、可循环利用，符合国家倡导的可持续性材料的定义要求，为解决农林废弃物污染问题提供了新方案。②生物质成分的加入使烧结成型温度降低，节省能源；生物质材料替代部分高分子材料，更减少了高分子材料生产的开采、冶炼等环节的能源浪费和污染。③打印过程中无污染、无异味，更适合教育、家庭等环保要求高的领域。 小型全功能激光烧结设备（1）创新设备填补国内空白。我司设备具有桌面级的价格，工业级的功能，创新高效的结构，填补了国内没有全功能激光烧结桌面级设备的空白，在国际上也有先发优势。激光烧结成型方式由于打印时无需支撑，在很多应用场合是理想选择，如打印拓扑结构的鞋中底和复杂交叉的心肺血管。熔融沉积（FDM）和光敏固化（SLA）方式之所以应用普及较快，皆因出现了桌面级小型设备之故，故价格低廉的小型激光烧结设备的研发意义重大，此设备的推出，必将扩大激光烧结3D打印方式的爆发式增长。 （2）价格优势明显。因国内并无全功能激光选择性烧结（SLS）小型设备，故同工业级设备比较。某国产企业设备成型尺寸为320mm，最低价50万元/台，与我司的在售款成型尺寸200mm相比较，我司最低售价为20万元/台。综合各项指标，我公司生产的小型机在功能和精度方面与工业级设备相同，成型尺寸约是对方的70%，但价格仅为对方的40%。 （3）不逊于工业级的性能。因国内并无全功能激光选择性烧结（SLS）小型设备，故同工业级设备比较。综合各项指标，我司生产的小型机在功能和精度方面与工业级设备相同，而且体积小，重量轻，空间利用率高；220V电压下工作，能顺利进出办公室门和住户门，使办公和家用成为可能；操作方便，智能工艺系统使用户打印效果得以保证；供粉箱可替换，节省辅助时间，提高了加工效率。 生物质耗材在全生命周期内节能环保，性价比高，适应面广，通用性强。材料可采用物理法和化学法制备，易制备、易成型，成型能量低，打印件具有更高的精度和更稳定的性能，易着色，方便后处理。具有广泛的应用领域。 为了推广生物质耗材，团队研发了全功能小型激光选择性烧结设备，填补了国内小型激光烧结设备的空白；团队将核心模块国产化，价格优势明显；创新了机械结构，自主研发了控制系统软硬件，具有工业级设备的功能，桌面级的价格；而且体积小，重量轻，空间利用率高；操作方便，加工效率高，具有智能操作系统。设备推出了基本款、教育款和特殊行业的专用款。目前设备已经批量生产。新型生物质耗材采用木、竹、秸秆、稻壳等农林业废弃物作为主要原料，成功推出了用于模型制造和融模铸造用的两个耗材系列。制造的模型可用于设计验证、样件展示、首件评估、小批量功能件等；制造融模铸造的模具，经制壳、焙烧等工序，铸造出所需要的金属零件，属于金属的间接打印。材料2017年开始销售。 小型激光烧结设备，2020年开始销售。目前主推的是第三代产品，已在多个高校建立了3D打印实验室，并对接了国家增材制造研究院的比赛和3+x证书授权点。自编的教材、课程规划和多媒体讲稿与设备配套，得到了授课教师的欢迎。项目鉴定“整体水平达到国际先进、在3D打印用生物质材料设计及制备方面达到国际领先。”目前获得了40余项专利授权，获省科技进步奖、梁希科技进步奖等奖励4次，获2018年中国创新创业大赛哈尔滨赛区成长组冠军、2018全球增材制造创新大赛并列冠军，被人民日报等国内外百余家媒体报道和转载。为推广产品被人社部授予“2020年最具发展潜力留学人员创业企业”12个企业的第一位。 生物质材料技术成果在多家企业应用和推广，其中与黑龙江鑫达集团合作，已取得经济效益超1.3亿元。

东北林业大学

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