增材制造是上世紀八十年代興起并得到迅速發(fā)展的一項新興制造技術,它集成了數(shù)字化技術、機械加工技術、激光技術和材料科學等現(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。
增材制造技術是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅動直接制造零件的科學技術體系。基于不同的分類原則和理解方式，增材制造技術還有快速原型、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)字化增材制造技術就是一種三維實體快速自由成形制造新技術，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、機電技術和材料技術等多項高技術的優(yōu)勢，學者們對其有多種描述。西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室的黃衛(wèi)東教授稱這種新技術為"數(shù)字化增材制造"，中國機械工程學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注的"三維打印"技術的一種。
經(jīng)過多年的發(fā)展，我國增材制造技術與世界先進水平基本同步，在高性能復雜大型金屬承力構件增材制造等部分技術領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、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)意等領域得到了初步應用，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、工程化應用還有一定距離。
為落實國務院關于發(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：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，整體技術水平保持與國際同步，在航空航天等直接制造領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。夯實技術基礎，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、工藝軟件及關鍵零部件等重要環(huán)節(jié)關鍵核心技術。研發(fā)一批自主裝備、核心器件及成形材料。
3.行業(yè)應用顯著深化。增材制造成為航空航天等高端裝備制造及修復領域的重要技術手段，初步成為產(chǎn)品研發(fā)設計、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家增材制造技術創(chuàng)新中心，完善扶持政策，形成較為完善的產(chǎn)業(yè)標準體系。
目前，增材制造技術仍處于快速發(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鍵、重要承力部件等已經(jīng)在飛機上使用，工藝和應用技術整體上處于國際領先水平。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雜、大型空間曲面多孔鈦合金構件。以下就談談鈦合金增材制造在航空航天上的應用。
鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結構金屬，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域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發(fā)，并得到了實際應用。20世紀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構鈦合金，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、導彈和高速飛機的結構件。
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、接頭等飛機大型關鍵主承力結構件。以航空應用為例，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構件用量由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中鈦合金結構件用量已占機身結構總重量的41％，事實上，大型整體鈦合金結構件用量的高低已成為衡量飛機等國防裝備技術先進性的重要標志之一。
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)技術制造這些大型復雜鈦合金關鍵結構件，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，嚴重制約了大型鈦合金結構件在先進工業(yè)及國防裝備中的廣泛應用，大型鈦合金主承力結構件低成本、短周期成形制造技術，也是制約我國航空裝備研制與生產(chǎn)的技術"瓶頸"之一!
高性能金屬結構件激光熔化沉積"近凈成形"制造技術，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，在航空、航天等國防裝備研制與生產(chǎn)中具有廣闊的應用前景，與傳統(tǒng)制造技術(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)裝備及其相關配套設施；
(2)零件具有晶粒細小、成分均勻、組織致密的獨特快速凝固組織，綜合力學性能優(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)工藝與設備簡單、工序少而短、具有高度柔性與"超常"快速反應能力：
(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成分，實現(xiàn)多材料梯度復合高性能金屬的直接近凈成形制造；
(8)具有對構件設計與批量變化的高度柔性與快速反應能力。
北京航空航天大學王華明教授，是激光增材制造領域專家。2013年，其團隊研發(fā)的"鈦合金構件激光增材制造技術"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。王華明教授團隊的鈦合金構件激光制造技術已成功生產(chǎn)出目前國內(nèi)飛機尺寸最大、結構最為復雜的鈦合金主承力關鍵構件，目前相關構件的綜合力學結構已經(jīng)達到或超過鍛件相關指標。
業(yè)內(nèi)人士都知道，當下應用增材制造技術主要領域就是航空航天，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。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，目前已經(jīng)可以實現(xiàn)高性能材料制備與復雜零件制造的一步完成。
增材制造技術發(fā)展到現(xiàn)階段，在繼續(xù)發(fā)展技術的同時，需要關注如何將技術迅速轉化為產(chǎn)品，并形成市場優(yōu)勢這一重大問題。在影響從技術向產(chǎn)品轉化進而形成市場優(yōu)勢的因素中，技術標準發(fā)揮著重要作用。標準即是新技術走向成熟的主要標志，也是新技術實現(xiàn)規(guī)模應用的基礎。近年來，隨著增材制造技術的日臻成熟，國際上與增材制造相關的標準化活動正日趨活躍?！队媱潯纷鳛?quot;指導書"必將引領增材制造技術走上"坦途"！
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