增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計算機輔助設計、材料加工與成型技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的、對原材料去除－切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過材料累加的制造方法，從無到有。這使得過去受到傳統(tǒng)制造方式的約束，而無法實現(xiàn)的復雜結(jié)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡堋?/p>

增材制造技術(shù)是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動直接制造零件的科學技術(shù)體系?；诓煌姆诸愒瓌t和理解方式，增材制造技術(shù)還有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多種稱謂，其內(nèi)涵仍在不斷深化，外延也不斷擴展，這里所說的“增材制造”與“快速成形”、“快速制造”意義相同。

增材制造的應用領(lǐng)域

以激光束、電子束、等離子或離子束為熱源，加熱材料使之結(jié)合、直接制造零件的方法，稱為高能束流快速制造，是增材制造領(lǐng)域的重要分支，在工業(yè)領(lǐng)域最為常見。

在航空航天工業(yè)的增材制造技術(shù)領(lǐng)域，金屬、非金屬或金屬基復合材料的高能束流快速制造是當前發(fā)展最快的研究方向。

經(jīng)過20多年的發(fā)展，增材制造經(jīng)歷了從萌芽到產(chǎn)業(yè)化、從原型展示到零件直接制造的過程，發(fā)展十分迅猛。美國專門從事增材制造技術(shù)咨詢服務的Wohlers協(xié)會在2012年度報告中，對各行業(yè)的應用情況進行了分析。在過去的幾年中，航空零件制造和醫(yī)學應用是增長最快的應用領(lǐng)域。2012年產(chǎn)能規(guī)模將增長25%至21.4億美元，2019年將達到60億美元。增材制造技術(shù)正處于發(fā)展期，具有旺盛的生命力，還在不斷發(fā)展；隨著技術(shù)發(fā)展，應用領(lǐng)域也將越來越廣泛。

航空領(lǐng)域應用

高速、高機動性、長續(xù)航能力、安全高效低成本運行等苛刻服役條件對飛行器結(jié)構(gòu)設計、材料和制造提出了更高要求。輕量化、整體化、長壽命、高可靠性、結(jié)構(gòu)功能一體化以及低成本運行成為結(jié)構(gòu)設計、材料應用和制造技術(shù)共同面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，這取決于結(jié)構(gòu)設計、結(jié)構(gòu)材料和現(xiàn)代制造技術(shù)的進步與創(chuàng)新。

首先，增材制造技術(shù)能夠滿足航空武器裝備研制的低成本、短周期需求。隨著技術(shù)的進步，為了減輕機體重量，提高機體壽命，降低制造成本，飛機結(jié)構(gòu)中大型整體金屬構(gòu)件的使用越來越多。大型整體鈦合金結(jié)構(gòu)制造技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代飛機制造工藝先進性的重要標志之一。美國F-22后機身加強框、F-14和“狂風”的中央翼盒均采用了整體鈦合金結(jié)構(gòu)。大型金屬結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)制造方法是鍛造再機械加工，但能用于制造大型或超大型金屬鍛坯的裝備較為稀缺，高昂的模具費用和較長的制造周期仍難滿足新型號的快速低成本研制的需求；另外，一些大型結(jié)構(gòu)還具有復雜的形狀或特殊規(guī)格，用鍛造方法難以制造。而增量制造技術(shù)對零件結(jié)構(gòu)尺寸不敏感，可以制造超大、超厚、復雜型腔等特殊結(jié)構(gòu)。除了大型結(jié)構(gòu)，還有一些具有極其復雜外形的中小型零件，如帶有空間曲面及密集復雜孔道結(jié)構(gòu)等，用其他方法很難制造，而用高能束流選區(qū)制造技術(shù)可以實現(xiàn)零件的凈成形，僅需拋光即可裝機使用。傳統(tǒng)制造行業(yè)中，單件、小批量的超規(guī)格產(chǎn)品往往成為制約整機生產(chǎn)的瓶頸，通過增量制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)以相對較低的成本提供這類產(chǎn)品。

據(jù)統(tǒng)計，我國大型航空鈦合金零件的材料利用率非常低，平均不超過10%；同時，模鍛、鑄造還需要大量的工裝模具，由此帶來研制成本的上升。通過高能束流增量制造技術(shù)，可以節(jié)省材料三分之二以上，數(shù)控加工時間減少一半以上，同時無須模具，從而能夠?qū)⒀兄瞥杀居绕涫鞘准?、小批量的研制成本大大降低，?jié)省國家寶貴的科研經(jīng)費。

通過大量使用基于金屬粉末和絲材的高能束流增材制造技術(shù)生產(chǎn)飛機零件，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體化，降低成本和周期，達到“快速反應，無模敏捷制造”的目的。隨著我國綜合國力的提升和科學技術(shù)的進步，我國經(jīng)濟體已經(jīng)處于世界經(jīng)濟體前列，與發(fā)達國家的一樣，保證研制速度、加快裝備更新速度，急需要這種新型無模敏捷制造技術(shù)——金屬結(jié)構(gòu)快速成形直接制造技術(shù)。

其次，增材制造技術(shù)有助于促進設計-生產(chǎn)過程從平面思維向立體思維的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)制造思維是先從使用目的形成三維構(gòu)想，轉(zhuǎn)化成二維圖紙，再制造成三維實體。在空間維度轉(zhuǎn)換過程中，差錯、干涉、非最優(yōu)化等現(xiàn)象一直存在，而對于極度復雜的三維空間結(jié)構(gòu)，無論是三維構(gòu)想還是二維圖紙化已十分困難。計算機輔助設計（CAD）為三維構(gòu)想提供了重要工具，但虛擬數(shù)字三維構(gòu)型仍然不能完全推演出實際結(jié)構(gòu)的裝配特性、物理特征、運動特征等諸多屬性。采用增量制造技術(shù)，實現(xiàn)三維設計、三維檢驗與優(yōu)化，甚至三維直接制造，可以擺脫二維制造思想的束縛，直接面向零件的三維屬性進行設計與生產(chǎn)，大大簡化設計流程，從而促進產(chǎn)品的技術(shù)更新與性能優(yōu)化。在飛機結(jié)構(gòu)設計時，設計者既要考慮結(jié)構(gòu)與功能，還要考慮制造工藝，增材制造的最終目標是解放零件制造對設計者的思想束縛，使飛機結(jié)構(gòu)設計師將精力集中在如何更好實現(xiàn)功能的優(yōu)化，而非零件的制造上。在以往的大量實踐中，利用增量制造技術(shù)，快速準確地制造并驗證設計思想在飛機關(guān)鍵零部件的研制過程中已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。另一個重要的應用是原型制造，即構(gòu)建模型，用于設計評估，例如風洞模型，通過增材制造迅速生產(chǎn)出模型，可以大大加快“設計-驗證”迭代循環(huán)。

再次，增材制造技術(shù)能夠改造現(xiàn)有的技術(shù)形態(tài)，促進制造技術(shù)提升。利用增量制造技術(shù)提升現(xiàn)有制造技術(shù)水平的典型的應用是鑄造行業(yè)。利用快速原型技術(shù)制造蠟?？梢詫⑸a(chǎn)效率提高數(shù)十倍，而產(chǎn)品質(zhì)量和一致性也得到大大提升；利用快速制模技術(shù)可以三維打印出用于金屬制造的砂型，大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在鑄造行業(yè)采用增量制造快速制模已漸成趨勢。

3D打?。?DP）即快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設計等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應用。

日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品，而所謂的3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備，比如打印一個機器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術(shù)原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。

3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。