2016年12月12日，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布了《面向基于聚合物的增材制造测量科学路线图》，路线图研究和分析了材料表征、工艺建模、现场测量以及绩效等领域聚合物增材制造所面临的挑战，并据此总结了未来优先研究主题（下表）。该路线图是根据2016年6月举办的基于聚合物的增材制造测量科学路线图工作组会议的讨论结果形成的。
表1 聚合物增材制造测量科学面临的挑战及优先研究主题
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领域 |
挑战 |
优先研究主题 |
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材料表征 |
专利设备、材料和控制（黑箱） |
打印系统制造商合作以实现材料-机械标准化 |
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基于聚合物的增材制造原料和成品标准 |
材料标准化 |
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缺乏数据和方法以实现对材料加工过程的定义 |
因制造而引起材料变形的表征 |
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在不同打印平台间比较结果和变量 |
大变量问题：明确/优先关键变量 |
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工艺建模 |
非平衡态材料和工艺测量/模型 |
非平衡态材料/工艺测量及模型 |
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层、相位和多材料间的界面科学 |
加强对增材制造聚合物界面科学的研究 |
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广泛接受的模型开发和验证指南 |
模型及零部件的验证、质检及认证标准 |
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现场测量 |
增材打印机可用的现场成像模式 |
新型现场成像模式 |
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沉积层热及化学分布测量 |
在时间及空间分辨率下进行实时工艺测量 |
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现场测量数据的综合性分析模型 |
现场控制和模型集成 |
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面向现场测量的快速、准确的大数据分析方法 |
增材制造大数据分析 |
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性能 |
原料公差标准 |
原料数据/聚合物成型及公差标准 |
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基于聚合物的增材制造及相关科学透明性 |
基于聚合物的增材制造材料及工艺透明性 |
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影响零部件特性的参数和变量 |
关键控制参数及测量 |
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为基于聚合物的增材制造工艺建模以提升绩效 |
提升绩效建模所需的知识/数据 |
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未知的健康及安全因素 |
聚合物材料相关的环境、监控及安全问题 |
路线图提出的未来挑战涉及到增材制造各个方面（如材料、设计建模、制造工艺等），包括：
（1）多学科合作：打造更好的合作框架以支持多学科合作；
（2）商业模式：明确哪些应用能获得最佳的增加值；
（3）基础设施：需要在基础设施需求、材料及使用上形成平衡，可预见的是需要信息通信基础设施；
（4）生命周期及可持续性：目前基于聚合物的增材制造零部件的生命周期理论尚不完善，特别是材料老化以及循环/再利用能力缺乏；
（5）打印机及设备带来的差异：不同的打印机及设备将带来打印工艺及产品的差异，不同设备制造商所提供产品参数及变量的不透明加重了这个问题；
（6）超越传统制造能力：在十年内超越传统制造工艺技术仍是个挑战，需确保基于聚合物的增材制造被更广泛地接受。 （黄健）
