增材制造
——?jiǎng)?chuàng)新與創(chuàng)業(yè)的利器*

西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

快速制造國家工程研究中心 李滌塵 蘇 秦 盧秉恒

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術(shù)是通過CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除(切削加工)技術(shù)，是一種“自下而上”的材料累加制造方法。自20世紀(jì)80年代末，增材制造技術(shù)逐步發(fā)展，期間也被稱為“材料累加制造”、“快速原型”、“分層制造”、 “實(shí)體自由制造”、“3D打印技術(shù)”等。美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)F42國際委員會(huì)對(duì)增材制造給出了定義：增材制造是依據(jù)三維模型數(shù)據(jù)將材料連接制作物體的過程，相對(duì)于減法制造，它通常是逐層累加的過程。3D打印也常用來表示“增材制造”技術(shù)。狹義的3D噴印是指采用打印頭、噴嘴或其他打印技術(shù)沉積材料來制造物體的技術(shù)，這些增材制造設(shè)備相對(duì)價(jià)格較低，總體功能較弱。

從更廣義的原理上來看，以三維CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將材料(包括液體、粉材、線材或塊材等)自動(dòng)化地累加起來成為實(shí)體結(jié)構(gòu)的制造方法，均可視為增材制造技術(shù)。

增材制造技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在一臺(tái)設(shè)備上可快速而精確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”，解決許多過去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且越是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，其制造的速度優(yōu)勢越明顯。近20年來，增材制造技術(shù)得到了快速的發(fā)展，增材制造原理與不同的材料和工藝結(jié)合發(fā)展出了許多增材制造設(shè)備，目前已達(dá)到20多個(gè)種類。這一技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，如電子產(chǎn)品、汽車、航空航天、醫(yī)療、軍工、地理信息、藝術(shù)設(shè)計(jì)等。

增材制造(3D打印)技術(shù)被認(rèn)為是“一項(xiàng)將要改變世界的技術(shù)”。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為增材制造將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”。2013年麥肯錫發(fā)布“展望2025”，而增材制造被納入決定未來經(jīng)濟(jì)的12大顛覆技術(shù)之一。增材制造技術(shù)為我國制造業(yè)發(fā)展和升級(jí)提供了歷史性機(jī)遇。增材制造可以快速、高效地實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品物理原型的制造，為產(chǎn)品研發(fā)提供快捷技術(shù)途徑。該技術(shù)降低了制造業(yè)的資金和人員技術(shù)門檻，有助于催生小微制造服務(wù)業(yè)，有效提高就業(yè)水平，有助于激活社會(huì)智慧和資金資源，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)制造業(yè)由大變強(qiáng)。

(1)為創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)開拓了巨大空間。3D打印適用于復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)、多品種、小批量的制造以及眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。人們可以通過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)及多材料制造功能梯度結(jié)構(gòu)，最大限度地發(fā)揮材料的功能，為許多裝備設(shè)計(jì)和制造帶來顛覆性進(jìn)步，使設(shè)計(jì)擺脫了傳統(tǒng)技術(shù)可制造性的約束，給創(chuàng)新設(shè)計(jì)釋放了巨大的空間。

(2)嶄新的生產(chǎn)組織模式為創(chuàng)業(yè)提供了無限商機(jī)。增材制造帶來集散制造的嶄新模式，即通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化訂單、創(chuàng)客設(shè)計(jì)、制造設(shè)備，乃至資金的集成規(guī)劃與分散實(shí)施，這一生產(chǎn)模式可以有效實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源的最大發(fā)揮，為全民創(chuàng)業(yè)和泛在制造提供技術(shù)支撐。

(3)促進(jìn)學(xué)科交叉研究的革命性發(fā)展。發(fā)展微型冶金試驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)用于材料基因研究，創(chuàng)造新合金材料?？梢酝ㄟ^細(xì)胞打印、組織工程，發(fā)展器官再造，通過建設(shè)干細(xì)胞試驗(yàn)臺(tái)，快速、高效進(jìn)行干細(xì)胞誘導(dǎo)試驗(yàn)，發(fā)展基因打印，為生命學(xué)科發(fā)展提供躍進(jìn)式發(fā)展。

(4)為我國制造業(yè)發(fā)展和升級(jí)帶來重大機(jī)遇。3D打印是產(chǎn)品創(chuàng)新的利器，已經(jīng)成為先進(jìn)開發(fā)模式。而生產(chǎn)能力過剩，產(chǎn)品開發(fā)能力嚴(yán)重不足，是我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。將3D打印迅速在各個(gè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，是發(fā)展高技術(shù)的服務(wù)業(yè)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和促進(jìn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的重要手段。

國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1 國外3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

經(jīng)過近30年的發(fā)展，目前美國已經(jīng)成為增材制造領(lǐng)先的國家。3D打印技術(shù)不斷融入人們的生活，催生出許多新的產(chǎn)業(yè)。人們可以用3D打印技術(shù)自己設(shè)計(jì)物品，使得創(chuàng)造越來越容易。美國為保持其技術(shù)領(lǐng)先地位，最早嘗試將3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。1985年，在五角大樓主導(dǎo)下，美國秘密開始了鈦合金激光成形技術(shù)研究，直到1992年這項(xiàng)技術(shù)才公之于眾。2002年，美國宇航局(NASA)就研制出3D打印機(jī)，能制造金屬零件。同年，美國將激光成形鈦合金零件裝上了戰(zhàn)機(jī)。為提高制造效率，美國人開始采用42kW的電子束槍，Sciaky的3D打印機(jī)每小時(shí)能打印6.8～18.1kg金屬鈦，而大多數(shù)競爭者僅能達(dá)到2.3kg/h。美國軍工巨頭洛克希德·馬丁公司宣布與 Sciaky加強(qiáng)合作，用該公司生產(chǎn)的襟副翼翼梁裝備正在生產(chǎn)的F-35戰(zhàn)斗機(jī)。目前，使用3D打印鈦合金零件的F-35已經(jīng)進(jìn)行了試飛。據(jù)估計(jì)，如果3000多架戰(zhàn)機(jī)都使用該技術(shù)制造零部件，不僅大大提高“難產(chǎn)”的F-35戰(zhàn)機(jī)的部署速度，而且還能節(jié)省數(shù)十億美元成本，如原本相當(dāng)于材料成本1～2倍的加工費(fèi)現(xiàn)在只需原來的10%；加工1t重的鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)工藝成本大約2500萬元，而激光3D焊接快速成型技術(shù)的成本在130萬元左右，僅是傳統(tǒng)工藝的5%。2012年7月，美國太空網(wǎng)透露，NASA正在測試新一代3D打印機(jī)，可以在繞地球飛行時(shí)制造設(shè)備零部件，并希望將其送到火星上。

世界科技強(qiáng)國和新興國家都將增材制造技術(shù)作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點(diǎn)加以培育和支持，以搶占未來科技產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。2012年，美國提出了“重振制造業(yè)”戰(zhàn)略，將“增材制造” 列為第一個(gè)啟動(dòng)項(xiàng)目，成立了國家增材制造研究院(NAMII)。歐盟國家認(rèn)識(shí)到增材制造技術(shù)對(duì)工業(yè)乃至整個(gè)國家發(fā)展的重要作用及巨大潛力，紛紛加大支持力度。德國政府在《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》和《德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議》等綱領(lǐng)性文件中，明確支持包括激光增材制造在內(nèi)的新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。澳大利亞政府倡導(dǎo)成立增材制造協(xié)同研究中心，促進(jìn)以終端客戶驅(qū)動(dòng)的協(xié)作研究。新加坡政府在2013年財(cái)政預(yù)算案中宣布，將5億美元的資金用于發(fā)展增材制造技術(shù)，讓新加坡的制造企業(yè)能夠擁有全球最先進(jìn)的增材制造技術(shù)。日本政府在2014年預(yù)算案中劃撥了40億日元，由經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省組織實(shí)施以增材制造技術(shù)為核心的制造革命計(jì)劃，以構(gòu)建其完備的增材制造材料與裝備體系，提高其增材制造技術(shù)的國際競爭能力。2014年6月，韓國政府宣布成立3D打印工業(yè)發(fā)展委員會(huì)，批準(zhǔn)了一份旨在使韓國在3D打印領(lǐng)域獲得領(lǐng)先地位的總體規(guī)劃，其目標(biāo)包括到2020年培養(yǎng)1000萬創(chuàng)客(Maker)，針對(duì)各個(gè)層次的民眾制訂相應(yīng)的3D打印培訓(xùn)課程，以及為貧困人口提供相應(yīng)的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。可以說，增材制造技術(shù)正在帶動(dòng)新一輪的世界科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展與競爭。

美國專門從事增材制造技術(shù)咨詢服務(wù)的Wohlers協(xié)會(huì)在2015年度報(bào)告中對(duì)行業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行了分析[1]。2014年增材制造設(shè)備與服務(wù)全球直接產(chǎn)值為41.03億美元，2014年增長率為35.2%，其中設(shè)備材料為19.97億美元，增長31.6%；服務(wù)產(chǎn)值為21.05億美元，增長38.9%；其發(fā)展特點(diǎn)是服務(wù)相對(duì)設(shè)備材料增長更快。在增材制造應(yīng)用方面，工業(yè)和商業(yè)設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，然而其比例從18.5%降低到17.5%；消費(fèi)商品和電子領(lǐng)域所占比例為16.6%；航空航天領(lǐng)域從12.3%增加到14.8%；機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域?yàn)?6.1%；研究機(jī)構(gòu)占8.2%，政府和軍事領(lǐng)域占6.6%，二者較2013年均有所增加；醫(yī)學(xué)和牙科領(lǐng)域占13.1%。在過去10年的大部分時(shí)間內(nèi)，消費(fèi)商品和電子領(lǐng)域始終占據(jù)著主導(dǎo)地位。目前，美國在設(shè)備擁有量上占全球的38.1%，居首位；日本占第二位；中國于2014年趕超德國，以9.2%列第三位。在設(shè)備銷售量方面，2014年度美國增材制造設(shè)備產(chǎn)量最高，中國次之，日本和德國分別位居第三和第四位。

2 國內(nèi)3D打印發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代初，在國家科技部等多部門持續(xù)支持下，西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京隆源公司等在典型成形設(shè)備、軟件、材料等方面的研究和產(chǎn)業(yè)化獲得了重大進(jìn)展[2]。隨后國內(nèi)許多高校和研究機(jī)構(gòu)也開展了相關(guān)研究，到2000年初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)備產(chǎn)業(yè)化，并接近國外產(chǎn)品水平，改變了該類設(shè)備早期依賴進(jìn)口的局面。在國家和地方的支持下，全國建立了20多個(gè)服務(wù)中心，設(shè)備用戶遍布醫(yī)療、航空航天、汽車、軍工、模具、電子電器、造船等行業(yè)，推動(dòng)了我國制造技術(shù)的發(fā)展。但是，我國3D打印技術(shù)主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，沒有在消費(fèi)品領(lǐng)域形成市場；在產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用方面落后于美國和歐洲；在技術(shù)研發(fā)方面，我國增材制造裝備的部分技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平相當(dāng)，但在關(guān)鍵器件、成形材料、智能化控制和應(yīng)用范圍等方面較為落后。我國增材制造技術(shù)主要應(yīng)用于模型制作，在高性能終端零部件直接制造方面還具有非常大的提升空間。例如，在增材的基礎(chǔ)理論與成形微觀機(jī)理研究方面，我國只開展了一些局部相關(guān)研究，但國外的研究更基礎(chǔ)、系統(tǒng)和深入；在工藝技術(shù)研究方面，國外是基于理論基礎(chǔ)的工藝控制，而我國則更多依賴于經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)的試驗(yàn)驗(yàn)證，導(dǎo)致我國增材制造工藝關(guān)鍵技術(shù)整體上落后于國外先進(jìn)水平；材料的基礎(chǔ)研究、制備工藝以及產(chǎn)業(yè)化方面與國外相比存在相當(dāng)大的差距；部分增材制造工藝裝備國內(nèi)都有研制，但在智能化程度方面與國外先進(jìn)水平相比還有差距，我國大部分增材制造裝備的核心元器件還主要依靠進(jìn)口。在市場化普及方面，國民的技術(shù)認(rèn)知度低，大部分人不了解這一技術(shù)和作用。我國在增材制造產(chǎn)業(yè)上沒有形成系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈。增材制造技術(shù)涉及前端的三維CAD設(shè)計(jì)、新材料和下游的應(yīng)用技術(shù)等，這些領(lǐng)域的研發(fā)缺失很大，企業(yè)應(yīng)用程度低。這些因素導(dǎo)致我國難以形成強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，另一反面也制約了創(chuàng)新能力的提升。

近5年來，增材制造技術(shù)在美國和我國取得了快速的發(fā)展，主要的引領(lǐng)要素是低成本增材制造設(shè)備社會(huì)化應(yīng)用、金屬零件直接制造技術(shù)在工業(yè)界的應(yīng)用、基于增材制造的各種生物材料及生物學(xué)結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)等。我國金屬零件直接制造技術(shù)的研究與應(yīng)用已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，例如北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和北京航空制造工程研究所制造出大尺寸金屬零件，并應(yīng)用在新型飛機(jī)研制過程中，顯著提高了飛機(jī)研制速度。北京航空航天大學(xué)王華明教授以此方面的研究與應(yīng)用獲得2012年國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。華中科技大學(xué)史玉升教授以大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備研究與應(yīng)用獲得2011年國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。西安交通大學(xué)李滌塵教授以個(gè)性化顱頜面骨替代物設(shè)計(jì)制造技術(shù)及應(yīng)用獲得2104年國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

增材制造技術(shù)代表著生產(chǎn)模式和先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的一種趨勢，即產(chǎn)品生產(chǎn)將逐步從大規(guī)模制造向個(gè)性化制造發(fā)展，以滿足社會(huì)多樣化需求。雖然增材制造目前僅占全球制造業(yè)市場0.02%，但其間接作用和未來前景難以估量。增材制造的優(yōu)勢是制造周期短、適合單件個(gè)性化制造，可實(shí)現(xiàn)大型薄壁件、鈦合金等難加工易熱成形零件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件制造。該技術(shù)與設(shè)備在航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域，在產(chǎn)品開發(fā)、計(jì)算機(jī)外設(shè)和創(chuàng)新教育上具有廣闊發(fā)展空間[3]。

增材制造技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)制造技術(shù)還面臨許多新挑戰(zhàn)和新問題。目前增材主要應(yīng)用于產(chǎn)品研發(fā)，還存在使用成本高(10～100元 /g)、制造效率低的問題，如金屬材料成形為100～3000g/h，制造精度不能令人滿意。另外，其工藝與裝備研發(fā)還不充分，尚未進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。增材制造應(yīng)與傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)選、集成，形成新的增長點(diǎn)，并加強(qiáng)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)培育，擴(kuò)大應(yīng)用，通過形成協(xié)同創(chuàng)新的運(yùn)行機(jī)制，積極科學(xué)推進(jìn)，使之從產(chǎn)品研發(fā)工具走向批量生產(chǎn)模式，以技術(shù)引領(lǐng)應(yīng)用市場發(fā)展，改變?nèi)藗兊纳睢?/p>

增材制造技術(shù)經(jīng)過二三十年的探索、研究和改進(jìn)，目前正處于承上啟下的發(fā)展階段，一方面期待新的技術(shù)突破，提高增材制造在材料、精度和效率上的要求；另一方面則是基于現(xiàn)有技術(shù)的新應(yīng)用，擴(kuò)寬增材制造技術(shù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用方式。前者可能的發(fā)展方向是具有高效、并行、多軸、集成等特征的新型增材制造技術(shù)；而后者的應(yīng)用范圍有生物、醫(yī)療、航空航天、汽車、建筑、雕塑、教育，甚至是人們的日常生活，這些新興應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，將使增材制造技術(shù)與裝備由通用型向?qū)Ｓ眯桶l(fā)展，如細(xì)胞三維打印技術(shù)與裝備、組織工程支架三維打印技術(shù)與裝備等。

存在問題

技術(shù)的進(jìn)步將不斷啟發(fā)人們開發(fā)新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，不斷開發(fā)和引導(dǎo)人們的潛在需求。產(chǎn)業(yè)內(nèi)的企業(yè)在進(jìn)行一項(xiàng)創(chuàng)新活動(dòng)的計(jì)劃時(shí)，首先考慮市場是否有巨大的需求潛力。這個(gè)過程包括選擇適當(dāng)?shù)慕?jīng)營領(lǐng)域(即選擇環(huán)境)，同時(shí)也包括對(duì)自身技術(shù)水平的思考，以滿足新產(chǎn)品和市場需求。3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)過程中遇到的主要問題是：

(1)產(chǎn)學(xué)研用錯(cuò)位競爭，嚴(yán)重脫離，沒有形成有效的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈。3D打印技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，在其向新興產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的過程中，現(xiàn)在仍是以技術(shù)研發(fā)推動(dòng)為主，市場需求拉動(dòng)下的應(yīng)用研發(fā)為輔，其技術(shù)研發(fā)仍是重中之重。企業(yè)不可能將基礎(chǔ)研究與共性技術(shù)研發(fā)作為自己的發(fā)展領(lǐng)域，而現(xiàn)在高校與科研單位更多的是與企業(yè)聯(lián)合共同開發(fā)3D打印技術(shù)，整個(gè)3D打印技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研模式需要確立，誰主導(dǎo)基礎(chǔ)科學(xué)，誰主導(dǎo)共性技術(shù)，誰主導(dǎo)應(yīng)用研究都需要政府深思熟慮，以營造一個(gè)良好發(fā)展的產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新體系。

(2)3D產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不均衡。3D打印產(chǎn)業(yè)鏈涉及上、中、下游很多項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，但就目前而言，主要在航空航天、汽車、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)開始應(yīng)用，其他諸如新材料、軟件行業(yè)、控制技術(shù)、激光器和掃描技術(shù)、文化創(chuàng)意等都還未形成產(chǎn)業(yè)雛形，這將制約3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈的推進(jìn)。如果對(duì)于其他薄弱的環(huán)節(jié)進(jìn)行有意識(shí)的引進(jìn)、融合，那么將有助于3D打印產(chǎn)業(yè)化的實(shí)施。

(3)政府的政策、制度等配套保障體系不完善。建設(shè)一條完整3D打印產(chǎn)業(yè)鏈需要一個(gè)良好的社會(huì)環(huán)境來保障，而這個(gè)保障者就是政府。政府通過對(duì)創(chuàng)新產(chǎn)生、擴(kuò)散和利用等活動(dòng)的推動(dòng)作用來促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，創(chuàng)新系統(tǒng)一方面需要產(chǎn)學(xué)研各創(chuàng)新主體的交互作用；另一方面需要政府、中介、金融等部門的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。國家還需要對(duì)其政策保障體系進(jìn)行完善，投入資金用于共性技術(shù)研發(fā)，需要完善和落實(shí)供應(yīng)側(cè)政策的同時(shí)也要開始考慮需求側(cè)政策，如是否要加大對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、安全隱私的保護(hù)措施，是否健全監(jiān)管制度體系，進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)管機(jī)構(gòu)中人、財(cái)、物的投入，積極調(diào)動(dòng)各方形成監(jiān)管合力等。

關(guān)鍵技術(shù)

(1)智能化增材制造裝備。增材制造裝備是高端制造裝備重點(diǎn)方向，在增材制造產(chǎn)業(yè)鏈中居于核心地位。增材制造裝備制造包括制造工藝、核心元器件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及智能化系統(tǒng)集成。面向裝備發(fā)展需求，應(yīng)重點(diǎn)研究裝備的系統(tǒng)集成和智能化，包括：多材料、多結(jié)構(gòu)、多工藝增材制造裝備；增材制造數(shù)據(jù)規(guī)范與軟件系統(tǒng)平臺(tái)；材料工藝數(shù)據(jù)庫建設(shè)與裝備的智能控制；增材制造裝備關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成技術(shù)。

(2)增材制造材料工藝與質(zhì)量控制。增材制造的材料累積過程對(duì)構(gòu)件成形質(zhì)量有重要影響，主要體現(xiàn)在零件性能和幾何精度上。為保證制造質(zhì)量，需要不斷研發(fā)面向增材制造的新材料體系；通過材料、工藝、檢測、控制等多學(xué)科交叉，提升制件質(zhì)量。研究內(nèi)容包括：面向增材制造的新材料體系； 金屬構(gòu)件成形質(zhì)量與智能化工藝控制；難加工材料的增材制造成形工藝；增材制造材料工藝的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)功能驅(qū)動(dòng)的材料與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)。增材制造因其降維和逐點(diǎn)堆積材料的原理，給設(shè)計(jì)理論帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。一方面突破了傳統(tǒng)制造約束的設(shè)計(jì)理念，為結(jié)構(gòu)自由設(shè)計(jì)提供可能，另一方面超越傳統(tǒng)均質(zhì)材料的設(shè)計(jì)理念，為功能驅(qū)動(dòng)的多材料、多色彩和多結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)提供新方向。研究內(nèi)容包括：功能需求驅(qū)動(dòng)的宏微結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)；多材料、多色彩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與智能化制造工藝集成；面向增材制造工藝的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。

(4)生物制造。增材制造技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)結(jié)合形成了新的學(xué)科方向——生物制造(Biofabrication)。它是制造、材料、信息和生命科學(xué)的交叉融合，目標(biāo)是為生物組織從細(xì)胞和生物材料向有形大結(jié)構(gòu)組織和器官發(fā)展提供結(jié)構(gòu)載體；研發(fā)定制化組織器官及其替代物，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，為人類健康服務(wù)。重點(diǎn)研究包括：個(gè)性化人體組織替代物及其臨床應(yīng)用；人體器官組織打印及其與宿主組織融合；體外生命體組織仿生模型的設(shè)計(jì)與細(xì)胞打印。

(5)云制造環(huán)境下的增材制造生產(chǎn)模式。發(fā)揮并利用全社會(huì)智力和生產(chǎn)資源是未來社會(huì)形態(tài)變革的方向，增材制造正是促進(jìn)這一社會(huì)模式形成的技術(shù)動(dòng)力。新一代生產(chǎn)模式趨向于集散制造發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工藝、數(shù)據(jù)、報(bào)價(jià)統(tǒng)一，形成眾創(chuàng)、眾包、眾籌的運(yùn)作方式。因此，需要技術(shù)和管理的集成創(chuàng)新，需要開展制造學(xué)科與管理學(xué)交叉融合的研究與應(yīng)用實(shí)踐。主要研究包括：增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)制造工藝的技術(shù)集成；增材制造服務(wù)業(yè)對(duì)社會(huì)化生產(chǎn)組織模式變化的影響；效益驅(qū)動(dòng)的分散增材制造資源與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)配置；分散社會(huì)智力資源和增材制造資源的快速集成。

結(jié)束語

增材制造技術(shù)正在成為一項(xiàng)對(duì)未來科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要影響的技術(shù)。黨和國家要求對(duì)3D打印必須高度重視，密切跟蹤，迎頭趕上，要緊緊抓住和用好新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的機(jī)遇，不能等待，不能懈怠，抓緊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。需要從戰(zhàn)略高度認(rèn)識(shí)將3D打印作為一項(xiàng)重大的、標(biāo)志性的新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)培育，在政策、資金、人才等多方面給予支持，促進(jìn)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)發(fā)展，為我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型提供創(chuàng)新的利器。

[1] Wohlers T，Caffrey T. Annual worldwide progress report of additive manufacturing and 3D printing state of the industry. USA： Wohlers Associates，2015.

[2] 李滌塵，田小永，王永信，等.增材制造技術(shù)的發(fā)展.電加工與模具，2012(S1):20-22.

[3] 李滌塵，賀健康，田小永，等.增材制造:實(shí)現(xiàn)宏微結(jié)構(gòu)一體化制造.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013(6):129-135.