增材制造（3D打印）的定義

增材制造(additive manufacturing，AM)技術(shù)是通過CAD設(shè)計數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除(切削加工)技術(shù)，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。

美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)F42國際委員會對增材制造和3D打印有明確的概念定義。增材制造是依據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)將材料連接制作物體的過程，相對于減法制造它通常是逐層累加過程。3D打印是指采用打印頭、噴嘴或其他打印技術(shù)沉積材料來制造物體的技術(shù)，3D打印也常用來表示“增材制造”技術(shù)。

增材制造技術(shù)的特點

增材制造技術(shù)利用三維設(shè)計數(shù)據(jù)在一臺設(shè)備上可快速而*地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實現(xiàn)“自由制造”，解決許多過去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。增材制造的特點是單件或小批量的快速制造，這一技術(shù)特點決定了增材制造在產(chǎn)品創(chuàng)新中具有顯著的作用。

英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志認(rèn)為增材制造技術(shù)將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命”，認(rèn)為該技術(shù)改變未來生產(chǎn)與生活模式，實現(xiàn)社會化制造，每個人都可以成為一個工廠，它將改變制造商品的方式，并改變世界的經(jīng)濟格局，進(jìn)而改變?nèi)祟惖纳�活方式�?

增材制造技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展

經(jīng)過20多年的發(fā)展，美國已經(jīng)成為增材制造*的國家，3D打印技術(shù)不斷融入人們的生活，在食品、服裝、家具、醫(yī)療、建筑、教育等領(lǐng)域大量應(yīng)用，催生許多新的產(chǎn)業(yè)。增材制造設(shè)備已經(jīng)從制造業(yè)設(shè)備成為生活中的創(chuàng)造工具。人們可以用3D打印技術(shù)自己設(shè)計物品，增材制造技術(shù)正在快速改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和生活方式，歐美等發(fā)達(dá)國家和新興經(jīng)濟國家將其作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，紛紛制定發(fā)展戰(zhàn)略，投入資金，加大研發(fā)力量和推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。

我國自20世紀(jì)90年代初，在國家科技部等多部門持續(xù)支持下，西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京隆源公司等在典型的成形設(shè)備、軟件、材料等方面研究和產(chǎn)業(yè)化方面獲得了重大進(jìn)展。隨后國內(nèi)許多高校和研究機構(gòu)也開展了相關(guān)研究。我國研發(fā)出了一批增材制造裝備，在典型成形設(shè)備、軟件、材料等方面研究和產(chǎn)業(yè)化方面獲得了重大進(jìn)展，到2000年初步實現(xiàn)的設(shè)備產(chǎn)業(yè)化，接近國外產(chǎn)品水平，改變了該類設(shè)備早期仰賴進(jìn)口的局面。

近些年來，增材制造技術(shù)在美國取得了快速的發(fā)展。主要的*要素是低成本3D打印設(shè)備社會化應(yīng)用和金屬零件直接制造技術(shù)在工業(yè)界的應(yīng)用。我國金屬零件直接制造技術(shù)也有達(dá)到國際*水平的研究與應(yīng)用，例如北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和北京航空制造技術(shù)研究所制造出大尺寸金屬零件，并應(yīng)用在新型飛機研制過程中，顯著提高了飛機研制速度。

增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

（1）向日常消費品制造方向發(fā)展。三維打印是國外近年來的發(fā)展熱點。該設(shè)備稱為三維打印機，將其作為計算機一個外部輸出設(shè)備而應(yīng)用。它可以直接將計算機中的三維圖形輸出為三維的彩色物體。

（2）向功能零件制造發(fā)展。采用激光或電子束直接熔化金屬粉，逐層堆積金屬，形成金屬直接成形技術(shù)。該技術(shù)可以直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬功能零件，制件力學(xué)性能可以達(dá)到鍛件性能指標(biāo)。

（3）向智能化裝備發(fā)展。目前增材制造設(shè)備在軟件功能和后處理方面還有許多問題需要優(yōu)化。

（4）向組織與結(jié)構(gòu)一體化制造發(fā)展。實現(xiàn)從微觀組織到宏觀結(jié)構(gòu)的可控制造。

國內(nèi)與國外的差距

據(jù)粉體網(wǎng)小編的了解，近些年國內(nèi)增材制造的市場發(fā)展不大，主要還在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，沒有在消費品領(lǐng)域形成快速發(fā)展的市場。另一方面，研發(fā)方面投入不足，在產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用方面落后于歐美。

歐美巨頭公司壟斷逐漸形成大型的增材制造企業(yè)，擁有資金及技術(shù)優(yōu)勢，在不斷收購整合材料類生產(chǎn)廠商后，以設(shè)備生產(chǎn)和材料供應(yīng)的綜合形式存在。企業(yè)對原材料和設(shè)備實行捆綁銷售的商業(yè)模式，對打印材料進(jìn)行壟斷，抬高了材料價格。

例如美國的3D Systems和Stratasys是典型的以材料供應(yīng)和設(shè)備制造的綜合形式存在的2家公司，3D打印產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)的市場份額，以2016年為例，Stratasys和3DSystems分別實現(xiàn)營業(yè)收入7.4億美元和6.9億美元，占全球排名前10家3D打印廠商營業(yè)總收入的29.62%和27.88%，在銷售3D打印機的同時與其工程塑料及光敏樹脂材料進(jìn)行綁定銷售。

德國主要是圍繞工業(yè)生產(chǎn)的需求發(fā)展增材制造技術(shù)，在金屬打印領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，其中EOS公司是全世界銷售激光選區(qū)熔化3D打印（SLM）設(shè)備*多的廠商，對SLM設(shè)備的生產(chǎn)銷售近乎達(dá)到壟斷地位，向各地區(qū)銷售的600多臺設(shè)備超過了其他所有廠商銷售量的總和。據(jù)粉體網(wǎng)小編的了解，EOS公司同樣會將其生產(chǎn)的金屬粉末與設(shè)備捆綁銷售，抬高金屬材料的價格。未來，這些綜合性增材制造廠商的材料銷售份額可能進(jìn)一步增加，對材料市場的壟斷愈發(fā)顯著。

相比之下，國內(nèi)的增材制造材料產(chǎn)業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初始階段。雖然產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿�巨大，但市場�?guī)模仍然較小，在基礎(chǔ)理論研究、原材料生產(chǎn)工藝、材料制備裝備開發(fā)等多方面，都有待進(jìn)一步探索。據(jù)粉體網(wǎng)小編了解，在材料的制備方面，我國能自主生產(chǎn)的性能滿足增材制造打印要求的材料非常有限，尤其是金屬粉末材料，目前還存在著粉末球形度差、氧含量高、成分均勻性差以及粒徑分布廣等問題。因此國內(nèi)用于增材制造的金屬粉體材料仍嚴(yán)重依賴于進(jìn)口，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高昂，極大地制約了我國增材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和推廣應(yīng)用。

據(jù)粉體網(wǎng)小編了解，我國3D打印用材料很多由快速成型廠家直接提供，尚未實現(xiàn)第三方供應(yīng)通用材料的模式，導(dǎo)致材料的成本非常高。同時，國內(nèi)尚無針對專用于3D打印的粉末制備研究，對粒度分布、氧含量要求嚴(yán)格，有些單位采用常規(guī)的噴涂粉末替代使用，存在著很多的不適用性。在3D打印快速成型方面，研發(fā)和生產(chǎn)通用性更強的材料是技術(shù)提升的關(guān)鍵。解決好材料的性能和成本問題，將更好地推動我國快速成型技術(shù)的發(fā)展。3D打印材料國產(chǎn)化已勢在必行。

總體來看，在技術(shù)研發(fā)方面，我國增材制造裝備的部分技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平相當(dāng)，但在關(guān)鍵器件、成形材料、智能化控制和應(yīng)用范圍等方面較國外先進(jìn)水平落后。我國增材制造技術(shù)主要應(yīng)用于模型制作，在高性能終端零部件直接制造方面還具有非常大的提升空間。

在增材的基礎(chǔ)理論與成形微觀機理研究方面，我國在一些局部點上開展了相關(guān)研究，但國外的研究更基礎(chǔ)、系統(tǒng)和深入；在工藝技術(shù)研究方面，國外是基于理論基礎(chǔ)的工藝控制，而我國則更多依賴于經(jīng)驗和反復(fù)的試驗驗證，導(dǎo)致我國增材制造工藝關(guān)鍵技術(shù)整體上落后于國外先進(jìn)水平；材料的基礎(chǔ)研究、材料的制備工藝以及產(chǎn)業(yè)化方面與國外相比存在相當(dāng)大的差距；部分增材制造工藝裝備國內(nèi)都有研制，但在智能化程度與國外先進(jìn)水平相比還有差距；我國大部分增材制造裝備的核心元器件還主要依靠進(jìn)口。

結(jié)語

增材制造以其制造原理的優(yōu)勢成為具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ闹圃旒夹g(shù)。隨著材料適用范圍增大和制造精度的提高，增材制造技術(shù)將給制造技術(shù)帶來革命性的發(fā)展。