增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成型技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品的制造技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的、對(duì)原材料去除－切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過(guò)材料累加的制造方法，從無(wú)到有。這使得過(guò)去受到傳統(tǒng)制造方式的約束，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡堋?/p>

增材制造技術(shù)是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)直接制造零件的科學(xué)技術(shù)體系。基于不同的分類原則和理解方式，增材制造技術(shù)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(kuò)展，這里所說(shuō)的“增材制造”與“快速成形”、“快速制造”意義相同。

增材制造的應(yīng)用領(lǐng)域

以激光束、電子束、等離子或離子束為熱源，加熱材料使之結(jié)合、直接制造零件的方法，稱為高能束流快速制造，是增材制造領(lǐng)域的重要分支，在工業(yè)領(lǐng)域最為常見(jiàn)。

在航空航天工業(yè)的增材制造技術(shù)領(lǐng)域，金屬、非金屬或金屬基復(fù)合材料的高能束流快速制造是當(dāng)前發(fā)展最快的研究方向。

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，增材制造經(jīng)歷了從萌芽到產(chǎn)業(yè)化、從原型展示到零件直接制造的過(guò)程，發(fā)展十分迅猛。美國(guó)專門從事增材制造技術(shù)咨詢服務(wù)的Wohlers協(xié)會(huì)在2012年度報(bào)告中，對(duì)各行業(yè)的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。在過(guò)去的幾年中，航空零件制造和醫(yī)學(xué)應(yīng)用是增長(zhǎng)最快的應(yīng)用領(lǐng)域。2012年產(chǎn)能規(guī)模將增長(zhǎng)25%至21.4億美元，2019年將達(dá)到60億美元。增材制造技術(shù)正處于發(fā)展期，具有旺盛的生命力，還在不斷發(fā)展；隨著技術(shù)發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也將越來(lái)越廣泛。

航空領(lǐng)域應(yīng)用

高速、高機(jī)動(dòng)性、長(zhǎng)續(xù)航能力、安全高效低成本運(yùn)行等苛刻服役條件對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料和制造提出了更高要求。輕量化、整體化、長(zhǎng)壽命、高可靠性、結(jié)構(gòu)功能一體化以及低成本運(yùn)行成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用和制造技術(shù)共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)材料和現(xiàn)代制造技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新。

首先，增材制造技術(shù)能夠滿足航空武器裝備研制的低成本、短周期需求。隨著技術(shù)的進(jìn)步，為了減輕機(jī)體重量，提高機(jī)體壽命，降低制造成本，飛機(jī)結(jié)構(gòu)中大型整體金屬構(gòu)件的使用越來(lái)越多。大型整體鈦合金結(jié)構(gòu)制造技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代飛機(jī)制造工藝先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。美國(guó)F-22后機(jī)身加強(qiáng)框、F-14和“狂風(fēng)”的中央翼盒均采用了整體鈦合金結(jié)構(gòu)。大型金屬結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)制造方法是鍛造再機(jī)械加工，但能用于制造大型或超大型金屬鍛坯的裝備較為稀缺，高昂的模具費(fèi)用和較長(zhǎng)的制造周期仍難滿足新型號(hào)的快速低成本研制的需求；另外，一些大型結(jié)構(gòu)還具有復(fù)雜的形狀或特殊規(guī)格，用鍛造方法難以制造。而增量制造技術(shù)對(duì)零件結(jié)構(gòu)尺寸不敏感，可以制造超大、超厚、復(fù)雜型腔等特殊結(jié)構(gòu)。除了大型結(jié)構(gòu)，還有一些具有極其復(fù)雜外形的中小型零件，如帶有空間曲面及密集復(fù)雜孔道結(jié)構(gòu)等，用其他方法很難制造，而用高能束流選區(qū)制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)零件的凈成形，僅需拋光即可裝機(jī)使用。傳統(tǒng)制造行業(yè)中，單件、小批量的超規(guī)格產(chǎn)品往往成為制約整機(jī)生產(chǎn)的瓶頸，通過(guò)增量制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)以相對(duì)較低的成本提供這類產(chǎn)品。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型航空鈦合金零件的材料利用率非常低，平均不超過(guò)10%；同時(shí)，模鍛、鑄造還需要大量的工裝模具，由此帶來(lái)研制成本的上升。通過(guò)高能束流增量制造技術(shù)，可以節(jié)省材料三分之二以上，數(shù)控加工時(shí)間減少一半以上，同時(shí)無(wú)須模具，從而能夠?qū)⒀兄瞥杀居绕涫鞘准⑿∨康难兄瞥杀敬蟠蠼档停?jié)省國(guó)家寶貴的科研經(jīng)費(fèi)。

通過(guò)大量使用基于金屬粉末和絲材的高能束流增材制造技術(shù)生產(chǎn)飛機(jī)零件，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體化，降低成本和周期，達(dá)到“快速反應(yīng)，無(wú)模敏捷制造”的目的。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提升和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)經(jīng)濟(jì)體已經(jīng)處于世界經(jīng)濟(jì)體前列，與發(fā)達(dá)國(guó)家的一樣，保證研制速度、加快裝備更新速度，急需要這種新型無(wú)模敏捷制造技術(shù)——金屬結(jié)構(gòu)快速成形直接制造技術(shù)。

其次，增材制造技術(shù)有助于促進(jìn)設(shè)計(jì)-生產(chǎn)過(guò)程從平面思維向立體思維的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)制造思維是先從使用目的形成三維構(gòu)想，轉(zhuǎn)化成二維圖紙，再制造成三維實(shí)體。在空間維度轉(zhuǎn)換過(guò)程中，差錯(cuò)、干涉、非最優(yōu)化等現(xiàn)象一直存在，而對(duì)于極度復(fù)雜的三維空間結(jié)構(gòu)，無(wú)論是三維構(gòu)想還是二維圖紙化已十分困難。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）為三維構(gòu)想提供了重要工具，但虛擬數(shù)字三維構(gòu)型仍然不能完全推演出實(shí)際結(jié)構(gòu)的裝配特性、物理特征、運(yùn)動(dòng)特征等諸多屬性。采用增量制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)、三維檢驗(yàn)與優(yōu)化，甚至三維直接制造，可以擺脫二維制造思想的束縛，直接面向零件的三維屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，從而促進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)更新與性能優(yōu)化。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者既要考慮結(jié)構(gòu)與功能，還要考慮制造工藝，增材制造的最終目標(biāo)是解放零件制造對(duì)設(shè)計(jì)者的思想束縛，使飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師將精力集中在如何更好實(shí)現(xiàn)功能的優(yōu)化，而非零件的制造上。在以往的大量實(shí)踐中，利用增量制造技術(shù)，快速準(zhǔn)確地制造并驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想在飛機(jī)關(guān)鍵零部件的研制過(guò)程中已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。另一個(gè)重要的應(yīng)用是原型制造，即構(gòu)建模型，用于設(shè)計(jì)評(píng)估，例如風(fēng)洞模型，通過(guò)增材制造迅速生產(chǎn)出模型，可以大大加快“設(shè)計(jì)-驗(yàn)證”迭代循環(huán)。

再次，增材制造技術(shù)能夠改造現(xiàn)有的技術(shù)形態(tài)，促進(jìn)制造技術(shù)提升。利用增量制造技術(shù)提升現(xiàn)有制造技術(shù)水平的典型的應(yīng)用是鑄造行業(yè)。利用快速原型技術(shù)制造蠟?zāi)？梢詫⑸a(chǎn)效率提高數(shù)十倍，而產(chǎn)品質(zhì)量和一致性也得到大大提升；利用快速制模技術(shù)可以三維打印出用于金屬制造的砂型，大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在鑄造行業(yè)采用增量制造快速制模已漸成趨勢(shì)。

3D打印（3DP）即快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

日常生活中使用的普通打印機(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過(guò)電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。通俗地說(shuō)，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個(gè)機(jī)器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似。這項(xiàng)打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。

3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。