增材製造（zào）技術是對傳統切削加（jiā）工技術的原理（lǐ）性顛（diān）覆，不需要（yào）傳統的模具、刀具、夾具及多道加工工序，在一（yī）台設備上可快速而精密地製（zhì）造出任意（yì）複雜形狀（zhuàng）的零件，從而實現“自由製造”，解決了許多過去難以實（shí）現的複雜結構零件的製造問（wèn）題，因此在（zài）武器裝備研製（zhì）生產中顯示出不可替代的作用和（hé）廣闊應用（yòng）前景，成為（wéi）世界國防前沿技術的研究熱點和重點。美國《時代（dài）》周刊已將增（zēng）材製（zhì）造技術列為“美國十大增長最快（kuài）的工業”，英國《經濟學人》雜誌則認為它將與其他數字化生產模式一起推動實現新（xīn）的工業革命。

 

（一）研究（jiū）進展

近年來，增（zēng）材製造技術持續升（shēng）溫，世界許多國家（jiā）均通過製定製造（zào）業發展戰略、製定技術路線（xiàn）圖等多種措施，促（cù）進（jìn）增材製（zhì）造技術的發展和應用。

增材製造工藝過（guò）程檢測技術取得（dé）重要進展，成形效率和質量顯著（zhe）提高（gāo）。近（jìn）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（jīng）度和質量（liàng）獲得穩步提升，增材製造技術應用範（fàn）圍迅速擴展。2013年，DST Control公司利用熔融堆積成（chéng）形技術成功製造了（le）COLIBRI微型高性能光（guāng）電萬向支架中的（de）20個塑料零件，該光電萬（wàn）向支架用於無人係（xì）統的成（chéng）像，並已裝備一個球形地麵無人車Groundbot。預計COLIBRI支架最初的年產量為50個，交貨周期由（yóu）10-12周減少（shǎo）到4周。2016年，Promolding公司通（tōng）過利用Stratasys PolyJet 3D打印解決方案，將注塑模具（jù）的（de）生產時間縮短了93％，空客公司（sī）等航空航天製造（zào）企業（yè）也有望大規模應用這一技術。

增（zēng）材製造技（jì）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（zēng）材製造（zào）技術標準與規（guī）範的製（zhì）訂日益受（shòu）到重視，將促進該技（jì）術（shù）的健（jiàn）康持續發展。2012年，美國材料實驗協會（ASTM）國際委員會針對Ti-6Al-4V的增材製造製訂了F2924-12標準。2013年9月，美（měi）國國（guó）家標準與技術（shù）研究院（NIST）公布了總額740萬美元的資金援助（zhù）項目，以解決增（zēng）材製造在測量和標準（zhǔn）方麵麵臨的重大問題。2015年7月，歐盟“增材製造標準（zhǔn）化支持行動（SASAM）”項（xiàng）目（mù）發（fā）布了增（zēng）材製造標準化路線圖，明確闡述了標準化對增材製（zhì）造技術發展（zhǎn）和應用的重（chóng）要性。

 

 增材（cái）製造技術和生物製造技術深（shēn）度交叉融（róng）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，甚至直接打印活體替代器官。2010年6月，美（měi）國Organovo公司成功研製出“按需打印”患者所需的人體活器官的機器，對未來戰場及時救援具有巨大潛在意義。2013年2月20日，美國康奈爾大學的研究（jiū）人員利用（yòng）牛耳細胞3D打印出（chū）人造耳朵。2016年，美國（guó）海軍研究實驗室（NRL）化學部（bù）門負責人Ringeisen發明的生（shēng）物激光（guāng）打（dǎ）印機（jī）（BioLP）目前已經獲得專利批準，美國海軍研究實（shí）驗室希望借（jiè）此技術治療一些常見戰場傷病（bìng），如創傷性腦損傷、燒傷以及聽力損（sǔn）傷等。

 

（二）發展趨（qū）勢

增（zēng）材製造技術代表著生產模式和先進製造（zào）技術發（fā）展的趨勢，產品（pǐn）生產將逐步（bù）從大規模製造向定製化製（zhì）造發展，滿足社會多樣化需求。其間接作用（yòng）和未（wèi）來（lái）前景難以估量。增材製造優（yōu）勢在於製造（zào）周期短、適合單件個性化需求（qiú）、大型薄壁件製造、鈦合金（jīn）等難加工易熱成形零件製、結構複雜（zá）零件製造。增材製造技術相對傳統製造技術還麵臨（lín）許多新挑戰，還存在使用成本高(10元/g～100元/g)，製造（zào）效（xiào）率低（dī），例如金（jīn）屬材料成形為100g/h～3000g/h，製造精度尚不能令人滿意；其工藝與裝備研發尚不充分（fèn），尚未（wèi）進入大規模工業應用等問題。目前，增材製造技術還隻是傳統大批（pī）量製造技術的一個補充，未來將會與傳統（tǒng）技（jì）術優選、集成，形（xíng）成新的發展增長點。

向功能零件製造發展。采用激光或電子束直接熔（róng）化金屬粉，逐層堆積金屬，形成金屬直接成形技術。該技術（shù）可以直接製造複雜結構金屬功能零件，製件力學性能可以達到鍛件性能（néng）指標。隨（suí）著（zhe）技（jì）術的不斷成熟，增材製造的使用成本（běn）不斷降低，其應（yīng）用重（chóng）點（diǎn）已經由最初的設計和原型工具（jù）的應用，轉（zhuǎn）向了（le）功能部件和（hé）產品的生產，進一步提高（gāo）精度和性能，同（tóng）時向陶瓷零件的增材製造技術和複合材料的增材製造技術發展。

 向智能化裝備發展。目（mù）前，增材（cái）製造設備在軟件功（gōng）能和後處理方麵還有許多問題需要優化。例如，成形過程中需要加支撐，軟件智能化和自（zì）動化需要進（jìn）一（yī）步提高（gāo）;製造過程，工藝參數與材料的匹配性需要智能化（huà）;加工完成後（hòu）的粉料或支撐需要去（qù）除等問題，這些問題直接影響設備的使用和推（tuī）廣。

向組織與結構一體（tǐ）化製造發展。增材製造下一步是實現從微觀組織到宏（hóng）觀結構的可控製造。例如，在製造複合材料時，將組織設計製造與外（wài）形（xíng）結（jié）構設（shè）計製造同步完成，在微觀到宏觀尺度上實現同步製造，實現結構體的“設計—材料—製造（zào）”—體化。支撐生物組織製造、複合材料等複（fù）雜結構零件（jiàn）的製造，給（gěi）製造技術帶來（lái）革命性（xìng）發展。

 

（三）重大影響

增材（cái）製造技術可顯著（zhe）改（gǎi）善裝備製造流（liú）程，提（tí）高裝備的戰術（shù）適應性，不僅（jǐn）將為（wéi）裝備研製帶來重大變革，而（ér）且（qiě）可能（néng）從根本上影響國防工業基礎，甚至會對戰爭形態和作戰樣式產生顛（diān）覆性影響。

增材製造將實現複雜裝備輕質、高強、低成本及敏（mǐn）捷化（huà）質的飛躍。目前，使用3D打印鈦合金（jīn）零件的F-35已經進行了試（shì）飛。據估計，未來如果（guǒ）3000多架戰機都使用增材製造技術生產零部（bù）件，不僅大大（dà）提高“難產”的F-35戰機的部署速度，而且還能節省數十億（yì）美元成本，如原本相當於材料成本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（shí）現國防（fáng）稀缺資源高效利用。采用增材製造方式超過90%的原材料可以回收（shōu）再利用，這對於（yú）國防工業的稀缺資源來說，具有重要的戰略（luè）意義。例如在（zài）航空航天領（lǐng）域，為（wéi）實現零件的高性能，需要大量使用鈦合金和鎳基合金等昂貴的戰略材料。F-22戰機的鈦合金框材（cái）料利用（yòng）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（liào）。

 

增（zēng）材製造將激發新型裝備設計理（lǐ）念，創造更加卓越的價值鏈體係。增材製造不（bú）僅是（shì）一種先進的製（zhì）造技術，它還將對現有的設計理念、生產方式和研發模式產生衝擊，使得製（zhì）造和設計被整合成為“精確研發”模式。這不但會影響（xiǎng）製造（zào）業本（běn）身，還將改（gǎi）變整個裝備研發體係。借助（zhù）信息技術所形成的“信息物理係統”，增材（cái）製造所具（jù）有的開放型和大眾性，將（jiāng）為未來（lái）的（de）創新搭建了廣闊的舞台。