增材製造技術是（shì）對（duì）傳統切削加工技術的原理性顛覆，不需要傳統（tǒng）的模具、刀（dāo）具（jù）、夾具及多道加工工序，在一台設備上可快速而精密地製造出任意複雜形（xíng）狀的（de）零（líng）件，從而實現“自由製造”，解決了（le）許多（duō）過去難以實現的（de）複雜結構（gòu）零件的製造問題，因此在武器裝備研製生產中顯示出不可替代的作用和廣闊（kuò）應用前景，成為世界國防前沿技術的研究熱點和重點（diǎn）。美國《時代》周刊已將增材製造技術列為（wéi）“美國十大增長最快的工業”，英國《經濟學人》雜誌則認為（wéi）它將與（yǔ）其他數字化生產模式一起推動實現新的工業革命。

 

（一）研究進展

近年來，增材製造技術持續（xù）升溫，世界許（xǔ）多（duō）國（guó）家均通過（guò）製定製造（zào）業發展戰略、製（zhì）定技術路線圖等多種措施，促進增材製造技術的發展和應用。

增材製造工（gōng）藝（yì）過程檢測技術取（qǔ）得重要進展，成形效率（lǜ）和質量顯著提高。近年來，隨著工藝過程不斷優化，適用材料品種不斷增加，設備加工檢測能力不斷提升（shēng），製造效率、產品精度和質量獲得穩步提升，增材製造技術應用範圍（wéi）迅速擴展。2013年，DST Control公司利用（yòng）熔融堆積（jī）成形技術成功製造了COLIBRI微型（xíng）高性能光電（diàn）萬向支架中的20個塑料零件，該光（guāng）電萬向支架用於無人係統的成像，並已裝備一個球形地麵無（wú）人車Groundbot。預計COLIBRI支架最初的年產量為50個，交貨周期由10-12周減少到4周。2016年，Promolding公（gōng）司通過利用Stratasys PolyJet 3D打印解決方案（àn），將注塑（sù）模具的生產時間縮短了93％，空客公司（sī）等航空航天製造企業也有望大規模應用這一技術。

增材製造技術的標準規範日益完善，標誌著該項技術開始走向成熟應用。目前，增材製造技術標準與規範（fàn）的製訂日益受到重（chóng）視，將促進該技術的健康持續發展。2012年，美國材料實驗協會（ASTM）國際委（wěi）員會針對Ti-6Al-4V的增（zēng）材製造製訂了F2924-12標準。2013年9月，美國國家標準與技術研究院（NIST）公布了總（zǒng）額740萬美（měi）元的資金援助項目，以解決增材製（zhì）造（zào）在測量和標準方麵麵臨的重大問題。2015年7月，歐盟“增材製造標準化支持行動（SASAM）”項目發布了增材製造標準（zhǔn）化路（lù）線圖，明確闡（chǎn）述了標準化對增（zēng）材製造技術（shù）發展和應用（yòng）的重（chóng）要性。

 

 增材製造技術和生物製造技術深度交叉融合，疊加優勢效應開始顯現。生物3D打印能直接打印出活體組織，甚至直接打印活體（tǐ）替代器官。2010年6月，美國Organovo公司成（chéng）功研製出“按（àn）需（xū）打印（yìn）”患者所需的（de）人體活器官的（de）機器，對未來戰場及時（shí）救援具有巨大潛在意義。2013年（nián）2月20日，美（měi）國康奈爾大學的研（yán）究人員（yuán）利用（yòng）牛耳細胞3D打印出人造耳（ěr）朵。2016年，美國海軍研（yán）究（jiū）實（shí）驗室（NRL）化（huà）學部門負責人Ringeisen發明的生（shēng）物激光打印機（BioLP）目前已經獲得專（zhuān）利批準，美（měi）國海軍研究實驗室希望借此技術治（zhì）療一些（xiē）常見（jiàn）戰場傷病，如創傷性（xìng）腦損傷、燒傷以及聽力損傷等。

 

（二）發展趨勢

增材製造技術代表著生產模式和（hé）先進製造技術發（fā）展的趨（qū）勢，產品生產將逐步從大規模（mó）製造向定製化製造發展，滿足社會（huì）多樣（yàng）化（huà）需求。其間（jiān）接作用和未（wèi）來前景（jǐng）難以估（gū）量。增材製造優勢在（zài）於製造周期短、適合單件個性化需求、大型薄壁件製造、鈦合金等難加工易熱成形零（líng）件製、結構（gòu）複雜零件（jiàn）製造。增材製造技術相對傳統（tǒng）製造技術還麵臨許多新挑戰，還存在使用成（chéng）本高(10元/g～100元（yuán）/g)，製造效率低，例如金屬材料成形（xíng）為（wéi）100g/h～3000g/h，製造精（jīng）度尚不能令人（rén）滿意；其工藝與裝備研發尚不充分（fèn），尚未進入大規模工業應用（yòng）等問（wèn）題。目前，增材製造技術還隻是傳統大（dà）批量（liàng）製造技術的一個補充，未來（lái）將會與傳統技術優選、集成，形成新的發展增長點。

向功能（néng）零件製造發展。采用激光（guāng）或電子束直接（jiē）熔化金屬粉，逐層堆積金屬，形（xíng）成金屬直（zhí）接成形技術。該技術可以直接製造複雜結構金屬功能零件，製件（jiàn）力學性能可以達（dá）到鍛件性能指標。隨著技術的不斷成熟，增材製造的使用成本不斷降低，其應用重點（diǎn）已經由最初的設計和（hé）原型工具的（de）應用，轉向了（le）功能部件和產（chǎn）品的生產，進一步提高精度和性能，同時向陶瓷零件的增材（cái）製造技術和複合材料的增材製造技術發展（zhǎn）。

 向（xiàng）智能化裝備發展（zhǎn）。目前，增（zēng）材製造設備在軟件功能和後處理方麵還有許多問題需要優化。例如，成形（xíng）過程中需（xū）要加支撐，軟件智能化和自動化需要進一步提高;製造過程，工藝參數與材料的匹配性需要智能化;加工完成後的（de）粉（fěn）料或（huò）支撐需要去（qù）除（chú）等問題，這些（xiē）問題直（zhí）接影響（xiǎng）設備的使（shǐ）用（yòng）和推廣。

向組織與結構一體化製造發（fā）展。增材製（zhì）造下一步（bù）是實現從微（wēi）觀組織到宏觀（guān）結構的可控製（zhì）造。例如，在製造複合材料時，將組織設計製造與外（wài）形結（jié）構（gòu）設計製造同（tóng）步完成，在微觀到宏（hóng）觀尺度（dù）上實現同步製造，實現結構體（tǐ）的（de）“設計—材料（liào）—製造”—體化。支撐生物組（zǔ）織製造、複合材料等（děng）複雜結構零件的製造，給製造技術帶來革命性發展。

 

（三）重大影響

增材製造技術可顯著改善（shàn）裝備製造流程，提高裝備的戰術（shù）適應（yīng）性，不僅將為裝備研製帶來重大變革，而且可能從根本上影響（xiǎng）國防工業基（jī）礎，甚至會對戰爭（zhēng）形態和作戰樣式產生（shēng）顛覆性影響。

增材製造將實現複雜裝備輕質、高強、低成本及敏捷化質的飛躍。目（mù）前，使用3D打印鈦合金零件的F-35已經進行了試（shì）飛。據估計，未（wèi）來如果3000多架（jià）戰機都使用增材製造技術（shù）生產零部件，不僅（jǐn）大大提高“難產”的F-35戰機的部署速度，而且還能（néng）節省（shěng）數十億美元成本，如原（yuán）本相當於材料成本1~2倍的加工費現在隻需原來的10%。

增材製造可大幅降低貴重資源消耗，實現國防稀缺資源（yuán）高效利用（yòng）。采（cǎi）用增材製造方式超過90%的原材（cái）料可以（yǐ）回收再利用，這（zhè）對於國（guó）防工業的稀缺資源來說，具有重要的（de）戰略意義。例如在航空航天領域，為實現零（líng）件的高性能，需要（yào）大（dà）量使用鈦合金和鎳基（jī）合金等昂貴的戰略材料。F-22戰機的鈦合（hé）金框材料利用率僅為4.8%，如運用增材製造技術，可節約2/3以上的昂貴鈦合金原材料。

 

增材製造將激發（fā）新型裝（zhuāng）備設計理念，創造（zào）更加卓越的價值鏈體係。增材製造不僅是一（yī）種先進的製造技術，它（tā）還將對現有的設計理念、生產方式和研發模式產生衝擊（jī），使得製造和設計被整合成為“精確研發”模式。這不但會影響製造業本身，還（hái）將改（gǎi）變整個（gè）裝備研發體係。借（jiè）助信息技（jì）術所形（xíng）成的“信息物理係統”，增材製造所具有的開放型和大眾性，將為未來的創新搭建了（le）廣闊的舞（wǔ）台。