在2016年柏林航空展上，空中客車公司（Airbus）推出（chū）了全球第一架3D打印飛機（jī）Thor。該飛機（jī）機身全長3.9米，重（chóng）量僅（jǐn）約21千克（46磅），其中的非（fēi）電（diàn）子部分，諸如推進器、起落裝置等（děng）均采用綿綸製造。在飛機（jī）製造應用3D打印技（jì）術後，可以節（jiē）約燃（rán）料（liào），減（jiǎn）少普（pǔ）通飛機製造所產生的（de）垃圾，從而達到保護環境的目的。3D打印技術經過（guò）20多年的發（fā）展，已先後進入航（háng）天航空、建築、醫療等（děng）領域（yù），在降低（dī）成本、節約能源（yuán）和創新製造方麵發揮了巨大作用，未來其（qí）應用（yòng）範圍還會更加廣闊。

 

增材製造技術（additive manufacturing，AM）是20世紀80年代後（hòu）期發展起來的新（xīn）型（xíng）製造技術。增材製造技術過去也被稱為“材料累加製造”（material increase manufacturing）、“快速原（yuán）型”（rapid prototyping）、“分層製造”（layered manufacturing）、“實體自由製造”（solid free-form fabrication）和“3D打印技術”（3D printing）等。

 

增材製造是依據三（sān）維數字化模（mó）型，通過自動化技術將材料逐層累加製作三維物體的過程（chéng）。3D打印常用來表示增材製造技術。3D打印指采用打印（yìn）頭、噴嘴或其他打印技術沉積材料來製造物體的技術，這些增（zēng）材製造（zào）設備相對價格（gé）較（jiào）低、總體功能較弱（ruò）。廣（guǎng）義地講，以三維CAD設計數據為基（jī）礎，將材料（包括液體、粉材、線材或塊材等）自動（dòng）化（huà）地累加起來（lái）成為實體結構的製造方法，都可視（shì）為增材（cái）製造技術。相（xiàng）對於以（yǐ）車銑刨磨為代表的（de）減（jiǎn）材製造和以鑄鍛焊為代表的（de）增材製造技術，其發展時（shí）間短但潛力巨大。它從（cóng）原理（lǐ）上解決了傳統製造技（jì）術受結構複雜性製約的難題（tí），實現從（cóng）材料微觀組織到宏觀結構（gòu）的可（kě）控製造，引領製造技術向“設計—材料—製造”一體（tǐ）化方向發展。

增材（cái）製造的技術特點在（zài）於不需要傳統的刀（dāo）具、夾具及多道加工工序，利用三維設計數據在一台設備上可（kě）快速而精確（què）地製造出任（rèn）意複雜形狀的（de）零件，從而實現“自由製造”，解決（jué）許多過去難以製造的複雜結構零件的成形問題，並有效減少了加工工序，縮短（duǎn）了加（jiā）工周期。其優（yōu）勢表現在：①適合複（fù）雜結構的快速製造，可（kě）製造傳（chuán）統製造技術（shù）難加工（如自由曲麵葉片、複雜內流道等）甚至（zhì）是無法加工（gōng）（如立體柵格結構、內空結構等）的複雜結構，在（zài）航空航天、汽車/模（mó）具及生物醫療等領域具有廣闊的應用前景。②傳統大規模、批量生產需（xū）要做大量的（de）工藝技術準備，以及大量的（de）工裝、設（shè）備（bèi）和刀具等製造資源（yuán）準（zhǔn）備，增材製造技術在快速生產和靈活（huó）性方麵極具優勢，適合珠（zhū）寶、人體器（qì）官、文化創意等個性化（huà）產品定製生產、小批量生產，可大幅降低個性化（huà）、定製生產和創（chuàng）新設計的製造成本。③適合高附加值產品（pǐn）製（zhì）造。目前，增（zēng）材製造技（jì）術主要（yào）應用於航空航天、生物醫療等高附加值產品大規模生產（chǎn）前的研發與設計驗證以及個性化製（zhì）造。

 

世界科技強國和新興（xìng）國家都將（jiāng）增材製造（zào）技術作為未來產業（yè）發展（zhǎn）新的增長點加（jiā）以培育和支持，以搶占（zhàn）未來科（kē）技產業的製高點。2012年（nián）美國提出（chū）了“重振製造業”戰略，將（jiāng）增材製造列為（wéi）第（dì）一個啟動項（xiàng）目，成立了國家增材製（zhì）造研究院（NAMII）。美國政府將增材製造技術作為國家製造業發展的首要戰略任務給予支持。歐盟國家認識到增材製造技術對（duì）工業乃至整（zhěng）個國家發展（zhǎn）的重要作用及（jí）巨大潛力，紛紛加大支持力度（dù）。德國政府在“高技術（shù）戰略2020”和“工業4.0”等綱領（lǐng）性文件（jiàn）中，明確支持包括激光增材製造在內的新一代革命性技術的研發與創新。澳大利亞政府倡導成立增材製造（zào）協同（tóng）研究中心，促進以終端客（kè）戶驅動的協作研究。新加（jiā）坡政府在2013年財政預算案中宣布，將5億美（měi）元（yuán）的資金用於發展增材製造（zào）技術。日本政府在2014年預算案中劃（huá）撥（bō）了40億日元，由經濟產業省組織實施以增材製造技術為核心的製造革（gé）命計劃。2014年6月，韓國政府宣布成立增材（cái）製造工業發展委員會，批（pī）準了一份旨在使韓國在增材（cái）製造領域爭取領（lǐng）先（xiān）位置的總體規劃。增材製造的發展正在帶動世界新一輪（lún）的科技和產業（yè）競爭。

 

2013年美國麥肯錫谘詢公司發（fā）布的《展（zhǎn）望2025》報告中，將（jiāng）增材製造技術列入決定未來經濟的（de）12大顛覆技術之（zhī）一。增材製造技術通（tōng）過材料、激光、信息、工藝、裝備和應用的交叉融合，突破製造工藝約束，向智能化、定製化、服務化方向拓展，解決傳統製造技術無法解決的複雜結構快速製造問題（tí）。增材（cái）製造技術在航空航天、生物醫療、汽車（chē）、消費電子、文化創（chuàng）意等領域有（yǒu）巨大的發（fā）展空間，將給製造技術帶來（lái）革命性變革（gé），成為創新和（hé）創業（yè）的銳利工具。

 

增（zēng）材製造技術為我國製造業發展和升（shēng）級提供曆史性機遇。改革開放30年來，我（wǒ）國（guó）成（chéng）為製造業大國。但是，製造業生產能力過（guò）剩、產品創新開發能力嚴重不足（zú），已經成為製約（yuē）我國製造業發展（zhǎn）的瓶頸。促進創新和創業是未來（lái）我們的核心任務，而增材製造技術恰好為創新和創業開辟了巨大空間（jiān）。

 

增材製造技術為創（chuàng）新開拓了（le）巨大空間。3D打印適（shì）合（hé）應用於（yú）複雜形狀結構、多品種小批量的製造，使設計擺脫了傳統技術的約束（shù），給創新設計釋放了巨大的空間，同時（shí）可提高新產品的研發速度（dù）。增材製造（zào）技術為創業提供了無（wú）限商（shāng）機。增材製造帶來集散製造的嶄新模式，即通過網絡平台，實現（xiàn）個性化訂（dìng）單、創客（kè）設計、製造（zào）設備這一生產模式，可以有效（xiào）實（shí）現（xiàn）社會資源的最大限度發揮，為全（quán）民創業提供技術支撐。在促（cù）進學科交叉革命性發（fā）展上，發展微型冶金實（shí）驗平台，應用於材料基因研究，創造新合金材料。通過細胞打印、組織工程、基因打印等手段，發展器官再造。通過建設幹細（xì）胞（bāo）試驗台，快速高效進行幹細胞誘導實驗，實現（xiàn）生命（mìng）學科躍進式發展。增材製造技術也為我國製造業發展和（hé）升級帶來重大機遇。我國製造業發展（zhǎn）的瓶頸是製造（zào）業生產能力過剩而產品開發能（néng）力嚴重不足。將增材製造在各個領域推廣應用，是發展（zhǎn）高（gāo）技術的服務業、調整製造業結（jié）構和促進（jìn）製造業（yè）由大變強的重（chóng）要手段。

 

增（zēng）材製造技術近年來無論是在（zài）基（jī）礎研究、關鍵技（jì）術還是產業（yè）發展方麵都取得（dé）了飛速發展。在基礎研究方麵（miàn），新工藝、新原理、新材料和新應用不斷湧現，4D打印、太空3D打印、電子（zǐ）3D打印（yìn）、細胞3D打印、食品3D打印、建（jiàn）築打印等新（xīn）概念不斷出現，從傳統的製造業向社（shè）會的各個（gè）領域發展。2014年全球增材（cái）製造設備與服務增長35.2%，其中桌麵3D打印（yìn）機（jī）保持高速增長，增長率為92.5%。增材（cái）製造技術呈現出從工業品向消費品發（fā）展的高速增長勢頭（tóu）。互聯網下萬眾創新產業模式雛（chú）形已經呈（chéng）現。新材料與新工藝是（shì）增材製造技術保持活力並持續發（fā）展的核心動力。隨著增材製造（zào）工藝（yì）的發展，其所使用材料（liào）從最開始的液態光敏樹（shù）脂，擴展（zhǎn）到種（zhǒng）類繁多的工（gōng）程塑料（liào）、金屬粉體材料，並且逐漸成熟，開展應用。增材製造工藝的發展依托於能源（yuán）、材料（liào）及（jí）其交互方式的創新（xīn），涉及機械、材料、物理、力學（xué）等多學科交（jiāo）叉領（lǐng）域。未來，基於金屬材料、非金屬材料、生物材料等體（tǐ）係的增材製造工藝技術（shù）與（yǔ）裝備是發展和應用的主要（yào）方向。

 

 

我國3D打印技（jì）術的起步時間僅比歐美晚（wǎn）3～5年，擁有幾支處（chù）於國際先進水（shuǐ）平的研究團隊（duì），他們都已經（jīng）致力於3D打印研究20多年。我國的3D打印技術中，高性（xìng）能大（dà）型金屬激光直接製造技術處於（yú）世界領先水平，相關技（jì）術已應用於新型飛機研製，顯著提高了（le）我國飛機研製速度。我國率先在大尺寸激光選（xuǎn）區燒（shāo）結和（hé）選區熔化設備中采用多光束掃描技術，取得顯著進步。率先製造定製化骨替代物（wù）並（bìng）應用於（yú）臨床，在生物組織製（zhì）造和醫學應（yīng）用方麵（miàn）走在國（guó）際前列。在產業化方麵，我國近年來增材製造相關企業迅猛發展，增材設備擁有量於（yú）2014年趕超德國，以（yǐ）9.2%列第3位，設備產量僅次（cì）於美國排第2位。但從國家整體水（shuǐ）平來看，我們（men）在創新能力、產業鏈構建、資金投（tóu）入、人才培養和社會普及方麵與先進國家還有很大的差距。在未來，需要在（zài）增材製造技術上繼續加大投入，通過增材製造技術服務促進我國製造業轉型（xíng），支撐我（wǒ）國（guó）從“製造大國”向“創造（zào）大國”轉變。