3D打印通過與大數據、人工智能等技術深度融合，正在掀起一場全方位的新科技革命和產業革命，這些曾經的科學幻想，如今已經融入人們的衣食住行用，將對人類生產模式、生活方式、價值理念等產生深刻影響。

未來產業發展的新增長點

世界各國紛紛將增材制造作為未來產業發展新增長點。全球著名的麥肯錫報告認為，增材制造將是決定2025年經濟的12大顛覆技術之一。美國《時代》周刊將增材制造列為 “美國十大增長最快的工業”，英國《***》雜志認為增材制造將“與其他數字化生產模式一起，推動實現第三次工業革命”，認為該技術將改變未來生產與生活模式，實現社會化制造。以云計算、大數據、增材制造等為核心、以“工業4.0”為標志的新一輪產業革命正在來臨，制造業將成為國家經濟競爭力的關鍵所在。歐美等發達國家將增材制造作為“再工業化”、“重新奪回制造業”、“重振經濟”的國家戰略，德國長期在金屬零件增材制造技術方面處于領先地位。

隨著土地、勞動力等要素成本的快速上漲，資源環境約束進一步增強，我國制造業傳統的低成本競爭優勢不斷減弱，正面臨歐美發達國家“再工業化”和發展中國家低成本承接產業轉移的“雙重擠壓”。增材制造與信息網絡技術、新材料技術、新設計理念的深度融合，將給傳統制造業帶來變革性影響，被稱為新一輪工業革命的標志性技術之一。當前，增材制造已經成為航空航天等高端設備制造及修復領域的重要技術手段，初步成為產品研發設計、創新創意及個性化產品的實現手段以及臨床診斷與治療的工具，并且應用范圍不斷擴展。因此，借助云計算、物聯網、大數據為代表的新興信息技術，大力發展增材制造等顛覆性技術，是實現“中國制造”向“中國智造”轉變的時代選擇，是實現制造業彎道超速，打造我國制造業新優勢，實現“制造強國夢”的必然選擇，也是力爭搶占未來科技和產業制高點的必然選擇。

金屬增材制造是最前沿和最有潛力的增材制造技術，是先進制造技術的重要發展方向。金屬增材制造技術是以高能束流（激光束/電子束/電弧等）作為熱源，通過熔化粉材或絲材實現金屬構件逐層堆積成形。根據所采用能量源和成形材料的不同，典型的金屬增材制造主要包括激光選區熔化（Selective Laser Melting, SLM）、電子束選區熔化（Electron Beam Melting, EBM）、激光近凈成形技術（Laser Engineered Net Shaping, LENS）、電子束熔絲沉積成形（Electron Beam Freeform Fabrication, EBFF）和電弧增材制造（Wire and arc additive manufacturing, WAAM）。

表1：目前較成熟的典型金屬增材制造的技術原理和技術特點等的對比

同步絲材送進技術采用電子束或電弧（CMT、MIG、TIG等）等作為熱源，將金屬絲材加熱熔化，連續堆積形成沉積層，最終形成“近形”制件。沉積層厚度為毫米量級，具有成形效率高，制造成本低等優點，目前該技術主要用于制造大型零件毛坯，隨著技術的發展，通過增減材一體化復合，可能將為大型復雜構件的低成本制造提供一種替代方案。電子束選區熔化（EBM）的優點在于其能量密度高，熱影響區小，變形小，生產率高等，但須在真空環境中進行，需要一整套專用設備和真空系統，價格較貴，生產應用具有一定局限性，但是電子束能力密度高，掃描速度快，束斑直徑大，成形精度不及激光選區熔化技術，隨著電子腔技術的發展，EBM技術將會得到快速的發展。激光成形最重要特點是熱量集中，加熱快、冷卻快、熱影響區小，進而影響金屬相形成的均勻度。金屬激光近凈成形（LENS）采用的激光功率比較大（2-10 kW）、光斑直徑大（1-10 mm）、粉末沉積效率高(最大1-3 kg/小時)，但是成形精度低（毫米級別），其技術特點適合應用于大型構件毛坯件的加工成形，隨著增減材一體化技術的發展，LENS技術的應用將會進一步得到拓展。金屬選區激光熔化（SLM）成形技術是目前金屬增材制造中發展最成熟、應用最廣泛的技術，采用激光功率較低（200-1000W）、激光能量密度高（106-8W/cm2）、光斑直徑小（50-200μm）、粉末沉積效率低（5-30 cm3/h），但是制造精度很高（20μm），最小壁厚可以達到100μm，構件性能可達到同成分鍛件水平，精度遠高于精鑄工藝，零部件致密度近 100%。目前受到SLM設備成形尺寸的限制，SLM主要用于制造中小型復雜精密構件，但隨著多振鏡和增減才一體化技術的發展，SLM的應用領域和成形件尺寸都將得到進一步的發展，短期內被其他技術取代的可能性不大。如圖1所示，增材制造的成形質量和成形效率之間存在著矛盾，針對不同的應用領域，應綜合評估權衡成形質量、效率和成本之間的關系，選擇性價比最佳的3D打印該工藝。

圖1：增材制造成形效率與成形質量的關系

增材制造的應用