3D打印増材制造简介

天津大格

​​增材制造（Additive Manufacturing，AM）是相对于减材制造（Subtractive Manufacturing，SM）而言的一项技术，一增一减，大相径庭。以金属切削为例，SM是在一个基础坯料上，按照工艺路线，用机床和刀具进行切削，使留下的部分成为所需要的型面；整个过程，犹如减法，坯料越来越小。譬如，制造一件飞机机身钛合金加强框，原始模锻件质量近3吨，加工后的零件不足150公斤，金属利用率仅4.8%。而AM是利用数字化技术，由零件的三维数据驱动，通过材料的累加，直接制造出所需零件，整个过程，是做加法，恰如一个神奇的生长过程，零件从无到有，越长越大，直至成形。

AM并不是新概念，有诸如“快速原型制造（Rapid Prototyping）”、“三维打印(3D Printing)”、“实体自由制造(Solid Free-form Fabrication)”等从不同侧面描述其特征或应用的多种称谓。上世纪80年代，美国科学家查尔斯•胡尔（Charles Hull）发明光固化成形技术，制造出全球首个增材制造部件，并获得全球第一项增材制造专利。以1987年成立商业化增材制造设备公司为标志，全球进入增材制造时代。随后，熔融沉积成形（FDM）、激光选区烧结（SLS）、激光选区熔化（SLM）、激光近净成形（LENS）、电子束选区熔化（EBSM）、三维立体打印（3DP）、分层实体制造（LOM）、生物3D打印等技术先后出现。我国也在80年代末，启动增材制造技术的研究，开始研制增材制造装备和开展产业化应用。

随着相关技术的成熟与支撑，AM越来越实用化，特别是近年来3D（dimension，维度）打印技术飞速发展，深入人心，几乎成为增材制造的代名词。3D打印这个概念具象而贴切。打印机打印纸面文件，人们再熟悉不过了，现在只不过增加了一维、即高度，而构成立体的概念与实物。以3D打印为代表，增材制造进入一个崭新发展阶段，在科研样件试制、单件和小批量制作和众多民用领域，大有成为主流制造方式的趋势。迄今，AM的内涵仍在不断深化，外延也在不断扩展，正成为一个宏大的技术体系。

AM技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，可快速制造出任意复杂形状的零件，是解决复杂结构零件成形的有效途径，而且产品结构越复杂，材料越难加工，其优势越明显。公认的关键技术包括：材料单元的控制，增材组织的一致性，以及加工效率问题等。AM在航空的应用重要而迫切，在部分替代SM的探索中，最具希望的是激光成形增材制造。​​​​