增材制造(additive manufacture,，AM)又稱“3D打印”,，是基于離散-堆積原理,，采用與減材制造技術相反的加工方式(逐層累加),，最終得到立體實物的過程。具有近凈成形,、加工成本低、加工周期短,、設計自由度大、節(jié)約原材料,、節(jié)省時間等優(yōu)點,。

目前，增材制造成形材料包含了金屬,、非金屬,、復合材料、生物材料等,，成形工藝能量源包括激光,、電子束、特殊波長光源,、電弧以及以上能量源的組合,，成形尺寸從微納米元器件到10m以上大型航空結(jié)構件，在航空航天,、國防,、工業(yè)、醫(yī)療、汽車、電子等領域得到了廣泛應用,。

增材制造技術因為只需要有加工原料和加工設備就能夠進行產(chǎn)品加工,，不需要機械加工和工裝模具，可以實現(xiàn)一次成型,，節(jié)約了零件的不同工序加工和組裝消耗的時間,，進行單件小批量的生產(chǎn)時，增材制造的成本低,。

增材制造技術因為是一次成型,，“自下而上”的“分層制造,、逐層疊加”而成型的，材料的損耗大部分是用于對模型成型的支撐上,，而絕大部分材料是應用于模型的成型上,。因此，增材制造相比傳統(tǒng)減材制造更加的節(jié)省原料,，也更加的節(jié)約能源,，因此更經(jīng)濟些，材料利用率也更高些,。

激光具有的相干性好,、單色性好,、方向性好和亮度高的特點，尤其是其高能量束能夠在很短的時間將溫度升高到數(shù)千度,，在此溫度下絕大部分的金屬都能夠被融化加工成型,。因此，傳統(tǒng)的難加工材料如38CrMnSiA,、TC4等,，都可被加工制造出來。

增材制造技術采用的是一體化制造成型技術,，相比由零件間組裝成的整體部件具有更強的剛度和穩(wěn)定性。另外,，增材制造采用的分層制造,、逐層疊加的成型技術，在每一片層凝結(jié)成型時,，已經(jīng)將成型應力釋放,，因此制造的零件沒有應力集中或者應力集中現(xiàn)象很少。

當然，增材制造技術還有很多其他方面的優(yōu)勢,，比如可實現(xiàn)多種材料任意復合制造,、加工效率高、不受零件復雜外形限制等,。

　　在機加工,、鑄造或模塑生產(chǎn)當中，復雜設計的代價高昂,，其每項細節(jié)都必須通過使用額外的刀具或其它步驟進行制造,。相比而言，在增材制造當中,，部件的復雜度極少需要或根本無需額外考慮,。增材制造可以構建出其它制造工藝所不能實現(xiàn)或無法想像的形狀，可以從純粹考慮功能性的方面來設計部件,，而無需考慮與制造相關的限制,。

　　增材制造過程無需生產(chǎn)或裝配硬模具，且裝夾過程用時較短,，因此它不存在那些需要通過大批量生產(chǎn)才能抵消的典型的生產(chǎn)成本,。增材工藝允許采用非常低的生產(chǎn)批量，包括單件生產(chǎn),，就能達到經(jīng)濟合理的打印生產(chǎn)目的,。

　　增材制造部件，特別是金屬部件,，仍然需要進行機加工,。增材制造工序經(jīng)常不能達到關鍵性部件所要求的最終細節(jié)、尺寸和表面光潔度的要求,。但是所有近凈成形工藝當中,，增材制造是凈成形水平最高的工藝，其后續(xù)機加工所必須切削掉的材料數(shù)量是很微量的,。

　　增材制造的構建時間經(jīng)?？梢愿鶕?jù)部件設計方案直接預測出來，這意味著生產(chǎn)用時可以預測得很精確,。隨著增材制造業(yè)的拓展,，制造商對于自己的制造時間表編制將擁有嚴密得多的控制力。

　　通過增材制造所構建的復雜形狀可以一體成形,，取代那些目前還需采用眾多部件裝配而成的產(chǎn)品,。這意味著增材工藝所帶來的節(jié)省效果包括了省去了之前需投入到裝配工序的工作量、需涉及的堅固件,、釬焊或焊接工序,，還有單純?yōu)榱搜b配操作而添加的多余表面形狀和材料,。

不可否認，增材制造是一種革命性的制造技術,，但仍然存在一些挑戰(zhàn)：

• 難以將生產(chǎn)規(guī)模擴大到大規(guī)模制造水平

• 大多數(shù) 3D 打印機的打印尺寸有限

• 某些技術或材料需要大量的后處理

  
  

值得注意的是,，增材制造技術正在不斷飛躍，制造商和打印機開發(fā)商正為現(xiàn)有的生產(chǎn)問題提出新的解決方案,。

 在航天領域,，尤其是航天器零部件和天線等結(jié)構方面的領域，得益于太空的零（微）重力環(huán)境,，在軌增材制造可以打印很多傳統(tǒng)加工方式難以實現(xiàn)的零部件,。

在航空領域，增材制造的應用逐漸成熟,，從最初在非關鍵部件上的應用逐漸過渡到例如發(fā)動機核心部件的制造,。例如使用增材制造燃油噴嘴，在減少部件的同時,，提高燃油效率,。

在可以預見的將來，增材制造將在航空領域大放異彩,，乃至于影響到飛機的整體設計,。另外，3D打印為新型可變機翼的研發(fā)提供了強大的加工能力,，顯著提高了新型結(jié)構的研發(fā)效率,，并實現(xiàn)了應用于可變機翼的全新的結(jié)構體系。

隨著人口老齡化進程的急速加快和人均可支出醫(yī)療費用的增加,，健康問題也逐漸成為人們所密切關注的問題,，由此也促進了國內(nèi)外醫(yī)療植入物市場的大爆發(fā)。

3D打印技術由于可根據(jù)患者需求個性化地定制植入體形狀,，并且精確控制植入物的復雜微觀結(jié)構，從而實現(xiàn)植入物外形和力學性能與人體自身骨的雙重適配,，主要應用于齒科,、骨科及顱頜面外科等硬組織的修復和替代醫(yī)療硬植體市場。經(jīng)歷了近20年的發(fā)展歷程,，金屬3D打印醫(yī)療植入物技術逐漸成熟,，實現(xiàn)從基礎研究向應用轉(zhuǎn)化發(fā)展。

隨著汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度越來越快,，環(huán)保法規(guī)日益嚴格,，對汽車輕量化要求日益提高，千篇一律的汽車外形不再能滿足客戶的消費要求,，個性化定制的需求越來越強烈等急迫需求,，3D打印因其無需開模，可節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的成本和時間，不受模具限制,，可隨意打印復雜型面及異形結(jié)構,，在推動產(chǎn)品快速化、輕量化,、定制化方面的優(yōu)勢給汽車帶來了新的機遇,，目前已被大量運用于汽車生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)。

在現(xiàn)代微波通訊系統(tǒng)及電磁應用領域中,，增材制造技術為器件的小型化,、輕質(zhì)化、高精度,、低成本制造提供了新方法,，可有效降低傳統(tǒng)制造中存在的材料冗余、裝配誤差等缺點,。在未來微波及太赫茲器件的增材制造技術發(fā)展方面,，提升制造質(zhì)量和速度，研發(fā)新材料以適應多功能需求以及實現(xiàn)更高頻器件制造將具有廣闊空間,。隨著5G時代的到來和無線充電技術的發(fā)展,，陶瓷材料的AM有望在新型手機背板的開發(fā)上發(fā)揮重要作用。

3D 打印建筑方法有望以更少的人更快,、更便宜,、更準確地建造房屋。3D 建筑公司還表示,，他們的材料將比大多數(shù)傳統(tǒng)建筑材料更耐用,，更堅固。有了這些好處,，難怪 3D 打印建筑正在獲得動力,。事實上，全球建筑機器人市場（不久前還不存在的東西）預計將在未來五年內(nèi)增長近 20%,。

當然,，增材制造也為所有消費品生產(chǎn)商提供了多種好處，尤其是在快速原型制作方面,。設計師可以在幾個小時內(nèi)提出一個新的產(chǎn)品概念并打印出一個功能原型,，并在幾周內(nèi)準備好上市的新產(chǎn)品。

快速原型設計使企業(yè)家和大型企業(yè)都能夠加快產(chǎn)品開發(fā)周期,。產(chǎn)品的多個版本可以同時在內(nèi)部進行 3D 打印,，并且對材料沒有限制。

每個增材制造的產(chǎn)品都是從數(shù)字 3D 模型開始的,，幾乎所有產(chǎn)品都是使用 CAD（計算機輔助設計）軟件創(chuàng)建的,。

在為增材制造創(chuàng)建 3D 模型時,，設計人員通常會應用增材制造設計 （DfAM） 的原則。3D 建模師使用 DfAM 原理在 CAD 軟件中繪制產(chǎn)品模型,。他們必須考慮材料的特性和將用于零件的 3D 打印技術,，例如材料收縮，同時還要應用拓撲優(yōu)化,、支座規(guī)劃和晶格結(jié)構等技術來優(yōu)化增材制造零件,。

增材制造商使用的其他軟件包括：

• 3D 掃描應用

• 打印準備軟件

• 仿真軟件

• 3D 打印機操作系統(tǒng)

  
  

若您對3D打印的廣闊世界充滿好奇，渴望深入了解其技術細節(jié)與最新動態(tài),，請隨時與我們?nèi)〉寐?lián)系,。我們期待與您一同探索這一革命性技術的無限潛力。