伴隨“中國(guó)制造2025”及“增材制造推進(jìn)計(jì)劃”的出臺(tái)和實(shí)施，近幾年來，增材制造在全球迅速升溫，成為行業(yè)熱議和焦點(diǎn)之一，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療、金屬、模具等工業(yè)領(lǐng)域，更成為制造業(yè)向智能化快速轉(zhuǎn)型的核心加工要素。總體來說，工業(yè)化的增長(zhǎng)以及對(duì)具有復(fù)雜設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的需求提升推動(dòng)了全球增材制造市場(chǎng)的快速發(fā)展。

增材制造技術(shù)通過獲取物體的3D打印模型，從而使具有復(fù)雜設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在增材制造的幫助下輕易通過概念化手段，以更高的精度被打造出來。增材制造（3D打印）也被廣泛視為生產(chǎn)定制化產(chǎn)品的理想手段。

不同的技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)增材制造，如直寫成型、熔融沉積成型、光固化立體造型、電子束熔煉、選擇性熱燒結(jié)（SHS）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、選擇性激光熔化（SLM）、直接金屬激光燒結(jié)、分層實(shí)體制造和粉床法等。

當(dāng)前，汽車、制造、航空航天，食品飲料和醫(yī)療等行業(yè)的增長(zhǎng)正加速全球增材制造市場(chǎng)的發(fā)酵。據(jù)預(yù)測(cè)，2016－2026年間，該市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到18－22％。其中，牙科和醫(yī)療行業(yè)的增材制造需求將最為顯著。未來，3D打印或增材制造技術(shù)有望為零部件及成品設(shè)計(jì)提供更多用武之地。

市場(chǎng)收入方面，預(yù)計(jì)亞太地區(qū)的增材制造市場(chǎng)在預(yù)測(cè)期內(nèi)將獲得顯著的年復(fù)合增長(zhǎng)率。同時(shí)，汽車、醫(yī)療保健和制造等行業(yè)的增長(zhǎng)將持續(xù)推動(dòng)這一地區(qū)增材制造業(yè)的拓展。西歐和北美的市場(chǎng)預(yù)計(jì)也將大放異彩。

中國(guó)激光增材制造領(lǐng)域突破不止

這幾年，增材制造無疑是熱門詞兒。而激光增材制造技術(shù)也在多個(gè)行業(yè)破繭而出，逐漸嶄露頭角。在過去的2016年，我們欣喜地看到，中國(guó)激光增材制造領(lǐng)域已悄然迎來了多項(xiàng)突破性成果。首先，由華中科技大學(xué)曾曉雁教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)完成的“大型金屬零件高效激光選區(qū)熔化增材制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備”項(xiàng)目通過了湖北省科技廳成果鑒定。這一深度融合了信息和制造技術(shù)的激光3D打印技術(shù)，由4臺(tái)激光器同時(shí)掃描，是目前全球效率和尺寸最大的高精度金屬零件激光3D打印裝備。項(xiàng)目攻克了多光束無縫拼接、4象限加工重合區(qū)制造質(zhì)量控制等眾多技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜金屬零件的高效、高精成形。首次在SLM裝備中引入雙向鋪粉技術(shù)，成形效率比同類裝備高出20－40％。

其次，浙工大的姚建華教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種 “超音速冷噴涂＋激光技術(shù)”的新型3D打印技術(shù)，3D打印與超音速冷噴涂技術(shù)創(chuàng)新融合發(fā)揮出超音速激光沉積技術(shù)結(jié)合冷噴涂和激光熔覆各自的優(yōu)勢(shì)，在很大程度上攻破現(xiàn)有金屬零部件增材制造的技術(shù)瓶頸，為實(shí)現(xiàn)高端裝備關(guān)鍵零部件高效、優(yōu)質(zhì)、低成本及智能化增材制造提供了完整的解決方案。

那么，該技術(shù)在航空航天領(lǐng)域有哪些創(chuàng)新突破呢？中國(guó)航天科技集團(tuán)利用激光同步送粉3D打印技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)征五號(hào)火箭鈦合金芯級(jí)捆綁支座試驗(yàn)件的快速研制，使該3D打印技術(shù)首次被應(yīng)用于大型主承力部段關(guān)鍵構(gòu)件。激光同步送粉3D打印技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了難加工金屬材料的快速成形，也為箭體主承力部段的輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

無獨(dú)有偶，中國(guó)航天科工三院306所也采用融合了激光3D打印與梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合制造兩種工藝的激光3D打印技術(shù)試制出具有大溫度梯度一體化鈦合金結(jié)構(gòu)進(jìn)氣道試驗(yàn)件，繼而實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)功能一體化零部件的設(shè)計(jì)與制造。

formnext 2016展上的那些激光增材制造技術(shù)

說完了國(guó)內(nèi)，再來看看國(guó)外市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)吧！ 在2016年11月于法蘭克福舉行的精密成型及 3D 打印制造展formnext上，全球激光增材制造技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊們也帶來了一系列頗具看點(diǎn)的產(chǎn)品，或?qū)⒁I(lǐng)該技術(shù)在未來實(shí)現(xiàn)新一輪飛躍和突破。

例如，德國(guó)3D打印巨頭EOS首次展示了“EOS共享模塊”概念性產(chǎn)品，該模塊體系中的3D打印設(shè)備配置了四個(gè)可實(shí)現(xiàn)金屬零件規(guī)?；a(chǎn)的激光器，結(jié)合系統(tǒng)和自動(dòng)化的外部設(shè)備以及運(yùn)輸物流模塊，可確保數(shù)臺(tái)金屬3D打印系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步高效的運(yùn)行，將直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）技術(shù)融入工業(yè)生產(chǎn)。這一革新產(chǎn)品對(duì)當(dāng)前全球生產(chǎn)商面臨的如何實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展式、自動(dòng)化生產(chǎn)，以及如何將增材制造無縫整合到現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境中的種種挑戰(zhàn)給出了完美的解決方案。

德國(guó)Concept Laser公司在集成式增材制造體系領(lǐng)域則進(jìn)一步著力完善其“明日增材制造工廠（AM Factory Tomorrow）”的概念，遵循“工業(yè)4．0”，Concept laser的明日工廠涵蓋數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集成到生產(chǎn)環(huán)境和自動(dòng)化等三個(gè)方面。公司推出的新機(jī)器架構(gòu)精準(zhǔn)詮釋了其“明日工廠”的設(shè)計(jì)理念：獨(dú)立的處理站可提供400 x 400 x 400 mm3 的結(jié)構(gòu)空間和擁有1至4個(gè)激光器的多激光技術(shù)系統(tǒng)（激光源功率介于400W至1，000W），此外還將采用新型2軸涂層工藝來大幅縮短涂層處理時(shí)間。

Additive Industries的集成式增材制造系統(tǒng)MetalFab采用模塊化設(shè)計(jì)，基于多激光器的粉末床熔化3D打印是其核心工藝，系統(tǒng)還集成了自動(dòng)化的熱處理、交換及存儲(chǔ)模塊。當(dāng)前，該系統(tǒng)可加工鋼、鈦和鎳等金屬材料。據(jù)公司介紹，2017年該技術(shù)將被4家來自汽車制造和航空航天領(lǐng)域的歐洲企業(yè)引入其現(xiàn)有的制造體系中。

德國(guó)通快繼2015年推出了兩款金屬3D打印設(shè)備TruPrint 1000 和TruPrint 3000 后，又帶來了升級(jí)版的TruPrint 5000 3D設(shè)備。該系列采用了多激光器模式，每個(gè)激光器功率為500W。公司表示這些設(shè)備預(yù)計(jì)在1年后將進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)。

EOS共享模塊旨在實(shí)現(xiàn)金屬零件的規(guī)模化生產(chǎn)，并能通過擴(kuò)展式、自動(dòng)化生產(chǎn)，與現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境無縫整合。

葡萄牙機(jī)床制造商Adira則推出了全球首款大型平鋪激光熔融金屬3D打印機(jī)。其亮點(diǎn)是把粉末床熔融、直接金屬沉積3D打印，以及金屬板材激光切割技術(shù)融合在一臺(tái)機(jī)器上，為眾多新應(yīng)用開辟了疆土。

華曙高科與Prodways合作開發(fā)的ProMakerP4500 3D打印機(jī)則是基于選擇性激光燒結(jié)3D打印技術(shù)，配有先進(jìn)的高速數(shù)字掃描系統(tǒng)和大型的構(gòu)建平臺(tái)，提高了打印對(duì)象的構(gòu)建速率，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。

展望未來：亟需攻破的技術(shù)瓶頸知多少？

為落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006－2020 年）》和《中國(guó)制造 2025》等提出的任務(wù)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃啟動(dòng)實(shí)施2017“增材制造與激光制造”重點(diǎn)專項(xiàng)，其勾勒出該領(lǐng)域未來的總體目標(biāo)：突破增材制造與激光制造的基礎(chǔ)理論，取得原創(chuàng)性技術(shù)成果，超前部署研發(fā)下一代技術(shù)；攻克增材制造的核心元器件和關(guān)鍵工藝技術(shù)，研發(fā)高可靠長(zhǎng)壽命激光器核心功能部件、國(guó)產(chǎn)先進(jìn)激光器，研制高端激光制造工藝裝備；到 2020 年，基本形成我國(guó)增材制造與激光制造的技術(shù)創(chuàng)新體系與產(chǎn)業(yè)體系互動(dòng)發(fā)展的良好局面，促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

就激光制造而言，未來應(yīng)盡快開展以下重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，使增材制造與激光制造能支撐高端制造業(yè)發(fā)展。

● 超快激光微納制造機(jī)理及新方法

面向國(guó)家級(jí)新能源、航空航天等領(lǐng)域重大需求和新型功能器件制造，建立超快激光與材料相互作用多尺度理論與觀測(cè)體系，從電子層面理解光場(chǎng)調(diào)控下微納加工的新現(xiàn)象和新效應(yīng)； 研究超快激光時(shí)域／空域分布對(duì)電子動(dòng)態(tài)和材料性質(zhì)調(diào)控的加工新方法和前沿應(yīng)用，設(shè)計(jì)若干具有重大應(yīng)用前景的新型微納功能器件。

● 制造用大功率光纖激光器

針對(duì)激光制造／增材制造裝備需求，開發(fā)傳輸組件、功率合束器等大功率光纖激光關(guān)鍵器件；開展光束質(zhì)量控制、光譜控制、多路光纖激光功率合成等關(guān)鍵技術(shù)研究；發(fā)展工業(yè)化大功率光纖激光器系統(tǒng)集成和模塊化組裝技術(shù)。

● 制造用紫外激光器

開發(fā)紫外激光元器件加工工藝，解決抗損傷紫外晶體等光學(xué)元件產(chǎn)品化挑戰(zhàn)；研究工業(yè)激光器數(shù)值設(shè)計(jì)與仿真方法，研究高功率紫外激光器的制造技術(shù)和工業(yè)化解決方案；構(gòu)建紫外激光器性能驗(yàn)證的加工工藝平臺(tái)。

● 硬脆材料的激光高效加工裝備

研究硬脆材料的微結(jié)構(gòu)成形機(jī)理及工藝方法、激光高效精密制造技術(shù)及表面質(zhì)量控制方法；攻克激光脈沖調(diào)制、光束穩(wěn)定性控制、多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)同等技術(shù)；研制高精度高速掃描振鏡等激光制造用元器件。

● 復(fù)雜微細(xì)結(jié)構(gòu)的激光加工與測(cè)量技術(shù)及裝備

研究微細(xì)激光光束聚焦機(jī)理及激光掃描方法；突破激光衍射極限的高深寬比納米結(jié)構(gòu)的激光加工技術(shù)；研究超細(xì)激光制造過程監(jiān)測(cè)和加工質(zhì)量控制方法；開發(fā)超細(xì)激光聚焦加工樣機(jī)及質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備。

● 大型構(gòu)件的激光高效清洗裝備

研究激光對(duì)材料涂層、污物及微小顆粒等作用的物理機(jī)制及激光清洗方法；開發(fā)針對(duì)大型構(gòu)件高效激光清洗、復(fù)雜構(gòu)件選區(qū)清洗成套裝備技術(shù)。