增材制造是上世紀(jì)八十年代興起并得到迅速發(fā)展的一項新興制造技術(shù),它集成了數(shù)字化技術(shù)、機械加工技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學(xué)等現(xiàn)代科技成果,自出現(xiàn)以來對制造業(yè)產(chǎn)生了重要影響。
增材制造技術(shù)是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動直接制造零件的科學(xué)技術(shù)體系?；诓煌姆诸愒瓌t和理解方式，增材制造技術(shù)還有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多種稱謂，其內(nèi)涵仍在不斷深化，外延也不斷擴展，這里所說的"增材制造"與"快速成形"、"快速制造"意義相同。
工業(yè)化的LSF-V大型激光立體成形裝備所謂數(shù)字化增材制造技術(shù)就是一種三維實體快速自由成形制造新技術(shù)，它綜合了計算機的圖形處理、數(shù)字化信息和控制、激光技術(shù)、機電技術(shù)和材料技術(shù)等多項高技術(shù)的優(yōu)勢，學(xué)者們對其有多種描述。西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室的黃衛(wèi)東教授稱這種新技術(shù)為"數(shù)字化增材制造"，中國機械工程學(xué)會宋天虎秘書長稱其為"增量化制造"，其實它就是不久前引起社會廣泛關(guān)注的"三維打印"技術(shù)的一種。
經(jīng)過多年的發(fā)展，我國增材制造技術(shù)與世界先進水平基本同步，在高性能復(fù)雜大型金屬承力構(gòu)件增材制造等部分技術(shù)領(lǐng)域已達到國際先進水平，成功研制出光固化、激光選區(qū)燒結(jié)、激光選區(qū)熔化、激光近凈成形、熔融沉積成形、電子束選區(qū)熔化成形等工藝裝備。增材制造技術(shù)及產(chǎn)品已經(jīng)在航空航天、汽車、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用，涌現(xiàn)出一批具備一定競爭力的骨干企業(yè)。但是，我國增材制造產(chǎn)業(yè)化仍處于起步階段，與先進國家相比存在較大差距，尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)體系，離實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、工程化應(yīng)用還有一定距離。
為落實國務(wù)院關(guān)于發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決策部署，搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大機遇，加快推進我國增材制造(又稱"3D打印")產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財政部研究制定了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃(2015-2016年)》。工業(yè)和信息化部于2月28日公布了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》。
增材制造又稱"3D打印"。上述計劃由工信部、發(fā)改委和財政部聯(lián)合印發(fā)；其提出目標(biāo)：到2016年，中國將初步建立較為完善的增材制造產(chǎn)業(yè)體系，整體技術(shù)水平保持與國際同步，在航空航天等直接制造領(lǐng)域達到國際先進水平，在國際市場上占有較大的市場份額。具體而言，該目標(biāo)可分解為四點：
1.產(chǎn)業(yè)化取得重大進展。增材制造產(chǎn)業(yè)銷售收入實現(xiàn)快速增長，年均增長速度30%以上。夯實技術(shù)基礎(chǔ)，形成2-3家具有較強國際競爭力的增材制造企業(yè)。
2.技術(shù)水平明顯提高。部分增材制造工藝裝備達到國際先進水平，初步掌握增材制造專用材料、工藝軟件及關(guān)鍵零部件等重要環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)。研發(fā)一批自主裝備、核心器件及成形材料。
3.行業(yè)應(yīng)用顯著深化。增材制造成為航空航天等高端裝備制造及修復(fù)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，初步成為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、創(chuàng)新創(chuàng)意及個性化產(chǎn)品的實現(xiàn)手段以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具。在全國形成一批應(yīng)用示范中心或基地。
4.研究建立支撐體系。成立增材制造行業(yè)協(xié)會，加強對增材制造技術(shù)未來發(fā)展中可能出現(xiàn)的一些如安全、倫理等方面問題的研究。建立5-6家增材制造技術(shù)創(chuàng)新中心，完善扶持政策，形成較為完善的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。
目前，增材制造技術(shù)仍處于快速發(fā)展中。在金屬直接沉積工藝方面，鈦合金激光快速成形大型關(guān)鍵、重要承力部件等已經(jīng)在飛機上使用，工藝和應(yīng)用技術(shù)整體上處于國際領(lǐng)先水平。在鋪粉熔覆工藝方面，采用激光精密增材成形工藝研制出了飛機用復(fù)雜、大型空間曲面多孔鈦合金構(gòu)件。以下就談?wù)勨伜辖鹪霾闹圃煸诤娇蘸教焐系膽?yīng)用。
鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發(fā)，并得到了實際應(yīng)用。20世紀(jì)50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動機用的高溫鈦合金和機體用的結(jié)構(gòu)鈦合金，70年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發(fā)展。鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。
鈦合金具有密度低、比強度高、屈強比高、耐蝕性及高溫力學(xué)性能好等突出特點，在航空、航天、石化、船舶等工業(yè)裝備中用量越來越大而且主要被廣泛用作各種機身加強框、梁、接頭等飛機大型關(guān)鍵主承力結(jié)構(gòu)件。以航空應(yīng)用為例，如波音公司和空客公司研制的新一代民用客機(B一787、A一380)中鈦合金用量已由第三代(B一747、A一300）的不到4％上升到9％以上，第三代殲擊機中鈦合金結(jié)構(gòu)件用量由F-16的約3％增加到了F／A18-ElF、蘇-27的15％以上，而第四代殲擊機F一22中鈦合金結(jié)構(gòu)件用量已占機身結(jié)構(gòu)總重量的41％，事實上，大型整體鈦合金結(jié)構(gòu)件用量的高低已成為衡量飛機等國防裝備技術(shù)先進性的重要標(biāo)志之一。
但是，由于受鈦合金本性的影響，采用"鍛造+機械加工"等傳統(tǒng)技術(shù)制造這些大型復(fù)雜鈦合金關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，不僅需要大型鈦合金鑄錠熔鑄與制坯、萬噸級以上重型液壓鍛造工業(yè)裝備，而且制造工序繁多、工藝復(fù)雜，需要大型鈦合金鑄錠真空熔鑄、大規(guī)格鍛坯制備、大型鍛造模具加工等，零件機械加工余量很大、材料利用率低(一般小于5～10％)、數(shù)控加工時間長、制造成本高、生產(chǎn)周期長，嚴(yán)重制約了大型鈦合金結(jié)構(gòu)件在先進工業(yè)及國防裝備中的廣泛應(yīng)用，大型鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件低成本、短周期成形制造技術(shù)，也是制約我國航空裝備研制與生產(chǎn)的技術(shù)"瓶頸"之一!
高性能金屬結(jié)構(gòu)件激光熔化沉積"近凈成形"制造技術(shù)，利用快速原型制造(rapidprototypemanufacturing，RPM)的基本原理，以金屬粉末(或絲材)為原材料，通過高能激光束對金屬原材料的逐層熔化堆積，直接由零件CAD模型一步完成全致密、高性能、大型復(fù)雜金屬零件的"近終成形"制造(near-net-shapemanufacturincl)，是一種具有"變革性"意義的數(shù)字化、短周期、低成本、先進"近凈成形"制造新技術(shù)，在航空、航天等國防裝備研制與生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，與傳統(tǒng)制造技術(shù)(鍛壓+機械加工、鍛造+焊接等)相比，具有以下突出優(yōu)點：
(1)高性能材料制備與復(fù)雜零件"近凈成形"制造一體化，無需零件毛坯制備和鍛壓模具加工、無需大型或超大型鍛鑄工業(yè)裝備及其相關(guān)配套設(shè)施；
(2)零件具有晶粒細(xì)小、成分均勻、組織致密的獨特快速凝固組織，綜合力學(xué)性能優(yōu)異；
(3)零件的材料利用率高(可比鍛件提高5倍以上)、機加工量小、數(shù)控機加工時間短；
(4)制造成本低、生產(chǎn)制造周期短；
(5)工藝與設(shè)備簡單、工序少而短、具有高度柔性與"超常"快速反應(yīng)能力：
(6)可以方便地實現(xiàn)包括W、Mo、Nb、Ta等各種難熔及Ti、Zr等各種高活性高性能金屬材料零件的材料制備和零件直接"近凈成形"；
(7)可根據(jù)零件的工作條件和性能要求，通過靈活改變局部激光熔化沉積材料的化學(xué)成分，實現(xiàn)多材料梯度復(fù)合高性能金屬的直接近凈成形制造；
(8)具有對構(gòu)件設(shè)計與批量變化的高度柔性與快速反應(yīng)能力。
北京航空航天大學(xué)王華明教授，是激光增材制造領(lǐng)域?qū)＜摇?013年，其團隊研發(fā)的"鈦合金構(gòu)件激光增材制造技術(shù)"已交由中航天地激光科技有限公司進行產(chǎn)業(yè)化運作。A股公司中航重機直接持有中航天地激光20%股權(quán)。王華明教授團隊的鈦合金構(gòu)件激光制造技術(shù)已成功生產(chǎn)出目前國內(nèi)飛機尺寸最大、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的鈦合金主承力關(guān)鍵構(gòu)件，目前相關(guān)構(gòu)件的綜合力學(xué)結(jié)構(gòu)已經(jīng)達到或超過鍛件相關(guān)指標(biāo)。
業(yè)內(nèi)人士都知道，當(dāng)下應(yīng)用增材制造技術(shù)主要領(lǐng)域就是航空航天，包括國產(chǎn)大飛機零部件、艦載機起落架等重要核心零部件較多使用增材制造技術(shù)。王華明教授提供的實驗數(shù)據(jù)顯示，采用傳統(tǒng)鍛造工藝制造重量為144千克的美國F22戰(zhàn)斗機零件，需要的鍛件重量達到2980千克，材料利用率僅為4.8%，利用率極低。而通過增材制造技術(shù)，目前已經(jīng)可以實現(xiàn)高性能材料制備與復(fù)雜零件制造的一步完成。
增材制造技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)階段，在繼續(xù)發(fā)展技術(shù)的同時，需要關(guān)注如何將技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并形成市場優(yōu)勢這一重大問題。在影響從技術(shù)向產(chǎn)品轉(zhuǎn)化進而形成市場優(yōu)勢的因素中，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮著重要作用。標(biāo)準(zhǔn)即是新技術(shù)走向成熟的主要標(biāo)志，也是新技術(shù)實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。近年來，隨著增材制造技術(shù)的日臻成熟，國際上與增材制造相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化活動正日趨活躍?！队媱潯纷鳛?指導(dǎo)書"必將引領(lǐng)增材制造技術(shù)走上"坦途"！
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