增材制造(additive manufacture，AM)又稱“3D打印”，是20世紀80年代后期發(fā)展起來的一種新型加工技術(shù)，基于離散-堆積原理，采用與減材制造技術(shù)相反的加工方式(逐層累加)，最終得到立體實物的過程。具有近凈成形、加工成本低、加工周期短、設計自由度大、節(jié)約原材料、節(jié)省時間等優(yōu)點。目前，增材制造成形材料包含了金屬、非金屬、復合材料、生物材料等，成形工藝能量源包括激光、電子束、特殊波長光源、電弧以及以上能量源的組合，成形尺寸從微納米元器件到10m以上大型航空結(jié)構(gòu)件，在航空航天、國防、工業(yè)、醫(yī)療、汽車、電子等領(lǐng)域得到了廣泛應用。

金屬增材制造技術(shù)分類

      金屬增材制造有眾多工藝分支，分別采用不同的原材料形式(如粉材、絲材、粒料、薄層等)，并通過不同的疊加工藝成形(如激光、電阻加熱、電子束、電弧、粘接劑噴射等)。目前大規(guī)模應用的主要有：

      (1)NPJ (nano particle jetting, NPJ) 技術(shù)是以色列公司Xjet最新開發(fā)出的金屬3D打印成型技術(shù)，該技術(shù)使用納米液態(tài)金屬為原材料，以噴墨沉積的方式進行快速精確成形，打印速度相較于普通激光打印提高500%，且成形件精度和表面粗糙度相較于激光3D打印有較大提高。

     (2)選區(qū)激光熔化成形技術(shù) (selective laser melting，SLM)是目前金屬3D打印成型中最普遍的技術(shù)，其工作原理是采用精細聚焦光斑快速熔化預置金屬粉末，直接打印獲得具有任意形狀以及完全冶金結(jié)合的零件，所得制作致密度可達99%以上。

    (3)激光熔覆成形技術(shù)(laser metal deposition，LMD)，該技術(shù)采用送粉機制(具體可分為同軸送粉和斜軸送粉)，將粉末通過噴嘴定向聚集到工作臺面，然后利用激光對粉末進行定向燒結(jié)，粉末熔化冷卻后獲得堆積的熔覆實體。

     (4)電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)(selective electron beam melting，SEBM)，工藝過程與SLM過程基本相似，具體區(qū)別在于所采用能量源由激光變?yōu)殡娮邮以黾臃鄞差A熱工藝，在打印過程中可有效減小粉層間溫度梯度，從而大幅減少制件內(nèi)部殘余應力。

金屬增材制造具體應用

01 航空航天領(lǐng)域

      在航天領(lǐng)域，尤其是航天器零部件和天線等結(jié)構(gòu)方面的領(lǐng)域，得益于太空的零（微）重力環(huán)境，在軌增材制造可以打印很多傳統(tǒng)加工方式難以實現(xiàn)的零部件。在航空領(lǐng)域，增材制造的應用逐漸成熟，從最初在非關(guān)鍵部件上的應用逐漸過渡到例如發(fā)動機核心部件的制造。例如使用增材制造燃油噴嘴，在減少部件的同時，提高燃油效率。在可以預見的將來，增材制造將在航空領(lǐng)域大放異彩，乃至于影響到飛機的整體設計。另外，3D打印為新型可變機翼的研發(fā)提供了強大的加工能力，顯著提高了新型結(jié)構(gòu)的研發(fā)效率，并實現(xiàn)了應用于可變機翼的全新的結(jié)構(gòu)體系。

02 生物醫(yī)療方面應用

      隨著人口老齡化進程的急速加快和人均可支出醫(yī)療費用的增加，健康問題也逐漸成為人們所密切關(guān)注的問題，由此也促進了國內(nèi)外醫(yī)療植入物市場的大爆發(fā)。3D打印技術(shù)由于可根據(jù)患者需求個性化地定制植入體形狀，并且精確控制植入物的復雜微觀結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)植入物外形和力學性能與人體自身骨的雙重適配，主要應用于齒科、骨科及顱頜面外科等硬組織的修復和替代醫(yī)療硬植體市場。經(jīng)歷了近20年的發(fā)展歷程，金屬3D打印醫(yī)療植入物技術(shù)逐漸成熟，實現(xiàn)從基礎(chǔ)研究向應用轉(zhuǎn)化發(fā)展。

03 電子設備領(lǐng)域應用

     在現(xiàn)代微波通訊系統(tǒng)及電磁應用領(lǐng)域中，增材制造技術(shù)為器件的小型化、輕質(zhì)化、高精度、低成本制造提供了新方法，可有效降低傳統(tǒng)制造中存在的材料冗余、裝配誤差等缺點。在未來微波及太赫茲器件的增材制造技術(shù)發(fā)展方面，提升制造質(zhì)量和速度，研發(fā)新材料以適應多功能需求以及實現(xiàn)更高頻器件制造將具有廣闊空間。隨著5G時代的到來和無線充電技術(shù)的發(fā)展，陶瓷材料的AM有望在新型手機背板的開發(fā)上發(fā)揮重要作用。

04 汽車生產(chǎn)領(lǐng)域應用

      隨著汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度越來越快，環(huán)保法規(guī)日益嚴格，對汽車輕量化要求日益提高，千篇一律的汽車外形不再能滿足客戶的消費要求，個性化定制的需求越來越強烈等急迫需求，3D打印因其無需開模，可節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的成本和時間，不受模具限制，可隨意打印復雜型面及異形結(jié)構(gòu)，在推動產(chǎn)品快速化、輕量化、定制化方面的優(yōu)勢給汽車帶來了新的機遇，目前已被大量運用于汽車生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)。早期，3D打印技術(shù)主要被用來進行原型制造、造型評審、尺寸驗證等，隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，目前應用于生產(chǎn)的3D打印逐漸占據(jù)主要地位，3D打印零部件不再只作為模型，而是可以作為最終產(chǎn)品直接在汽車上使用。