增材制造（3D打印）的定义

增材制造(additive manufacturing，AM)技术是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除(切削加工)技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。

美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会对增材制造和3D打印有明确的概念定义。增材制造是依据三维CAD数据将材料连接制作物体的过程，相对于减法制造它通常是逐层累加过程。3D打印是指采用打印头、喷嘴或其他打印技术沉积材料来制造物体的技术，3D打印也常用来表示“增材制造”技术。

增材制造技术的特点

增材制造技术利用三维设计数据在一台设备上可快速而*地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。增材制造的特点是单件或小批量的快速制造，这一技术特点决定了增材制造在产品创新中具有显著的作用。

英国《经济学人》杂志认为增材制造技术将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”，认为该技术改变未来生产与生活模式，实现社会化制造，每个人都可以成为一个工厂，它将改变制造商品的方式，并改变世界的经济格局，进而改变人类的生活方式。

增材制造技术在国内外的发展

经过20多年的发展，美国已经成为增材制造*的国家，3D打印技术不断融入人们的生活，在食品、服装、家具、医疗、建筑、教育等领域大量应用，催生许多新的产业。增材制造设备已经从制造业设备成为生活中的创造工具。人们可以用3D打印技术自己设计物品，增材制造技术正在快速改变传统的生产方式和生活方式，欧美等发达国家和新兴经济国家将其作为战略性新兴产业，纷纷制定发展战略，投入资金，加大研发力量和推进产业化。

我国自20世纪90年代初，在国家科技部等多部门持续支持下，西安交通大学、华中科技大学、清华大学、北京隆源公司等在典型的成形设备、软件、材料等方面研究和产业化方面获得了重大进展。随后国内许多高校和研究机构也开展了相关研究。我国研发出了一批增材制造装备，在典型成形设备、软件、材料等方面研究和产业化方面获得了重大进展，到2000年初步实现的设备产业化，接近国外产品水平，改变了该类设备早期仰赖进口的局面。

近些年来，增材制造技术在美国取得了快速的发展。主要的*要素是低成本3D打印设备社会化应用和金属零件直接制造技术在工业界的应用。我国金属零件直接制造技术也有达到国际*水平的研究与应用，例如北京航空航天大学、西北工业大学和北京航空制造技术研究所制造出大尺寸金属零件，并应用在新型飞机研制过程中，显著提高了飞机研制速度。

增材制造技术的发展趋势

（1）向日常消费品制造方向发展。三维打印是国外近年来的发展热点。该设备称为三维打印机，将其作为计算机一个外部输出设备而应用。它可以直接将计算机中的三维图形输出为三维的彩色物体。

（2）向功能零件制造发展。采用激光或电子束直接熔化金属粉，逐层堆积金属，形成金属直接成形技术。该技术可以直接制造复杂结构金属功能零件，制件力学性能可以达到锻件性能指标。

（3）向智能化装备发展。目前增材制造设备在软件功能和后处理方面还有许多问题需要优化。

（4）向组织与结构一体化制造发展。实现从微观组织到宏观结构的可控制造。

国内与国外的差距

据粉体网小编的了解，近些年国内增材制造的市场发展不大，主要还在工业领域应用，没有在消费品领域形成快速发展的市场。另一方面，研发方面投入不足，在产业化技术发展和应用方面落后于欧美。

欧美巨头公司垄断逐渐形成大型的增材制造企业，拥有资金及技术优势，在不断收购整合材料类生产厂商后，以设备生产和材料供应的综合形式存在。企业对原材料和设备实行捆绑销售的商业模式，对打印材料进行垄断，抬高了材料价格。

例如美国的3D Systems和Stratasys是典型的以材料供应和设备制造的综合形式存在的2家公司，3D打印产品占据了绝大多数的市场份额，以2016年为例，Stratasys和3DSystems分别实现营业收入7.4亿美元和6.9亿美元，占全球排名前10家3D打印厂商营业总收入的29.62%和27.88%，在销售3D打印机的同时与其工程塑料及光敏树脂材料进行绑定销售。

德国主要是围绕工业生产的需求发展增材制造技术，在金属打印领域具有明显的优势，其中EOS公司是全世界销售激光选区熔化3D打印（SLM）设备*多的厂商，对SLM设备的生产销售近乎达到垄断地位，向各地区销售的600多台设备超过了其他所有厂商销售量的总和。据粉体网小编的了解，EOS公司同样会将其生产的金属粉末与设备捆绑销售，抬高金属材料的价格。未来，这些综合性增材制造厂商的材料销售份额可能进一步增加，对材料市场的垄断愈发显著。

相比之下，国内的增材制造材料产业仍处于产业发展的初始阶段。虽然产业发展潜力巨大，但市场规模仍然较小，在基础理论研究、原材料生产工艺、材料制备装备开发等多方面，都有待进一步探索。据粉体网小编了解，在材料的制备方面，我国能自主生产的性能满足增材制造打印要求的材料非常有限，尤其是金属粉末材料，目前还存在着粉末球形度差、氧含量高、成分均匀性差以及粒径分布广等问题。因此国内用于增材制造的金属粉体材料仍严重依赖于进口，导致生产成本高昂，极大地制约了我国增材制造产业的发展和推广应用。

据粉体网小编了解，我国3D打印用材料很多由快速成型厂家直接提供，尚未实现第三方供应通用材料的模式，导致材料的成本非常高。同时，国内尚无针对专用于3D打印的粉末制备研究，对粒度分布、氧含量要求严格，有些单位采用常规的喷涂粉末替代使用，存在着很多的不适用性。在3D打印快速成型方面，研发和生产通用性更强的材料是技术提升的关键。解决好材料的性能和成本问题，将更好地推动我国快速成型技术的发展。3D打印材料国产化已势在必行。

总体来看，在技术研发方面，我国增材制造装备的部分技术水平与国外先进水平相当，但在关键器件、成形材料、智能化控制和应用范围等方面较国外先进水平落后。我国增材制造技术主要应用于模型制作，在高性能终端零部件直接制造方面还具有非常大的提升空间。

在增材的基础理论与成形微观机理研究方面，我国在一些局部点上开展了相关研究，但国外的研究更基础、系统和深入；在工艺技术研究方面，国外是基于理论基础的工艺控制，而我国则更多依赖于经验和反复的试验验证，导致我国增材制造工艺关键技术整体上落后于国外先进水平；材料的基础研究、材料的制备工艺以及产业化方面与国外相比存在相当大的差距；部分增材制造工艺装备国内都有研制，但在智能化程度与国外先进水平相比还有差距；我国大部分增材制造装备的核心元器件还主要依靠进口。

结语

增材制造以其制造原理的优势成为具有巨大发展潜力的制造技术。随着材料适用范围增大和制造精度的提高，增材制造技术将给制造技术带来革命性的发展。