增材制造产业的现状研究
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2024-02-15
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增材制造（3D 打印）
摘要：增材制造技术，也被称为 3D 打印技术，是一种新型的制造技术。其核心思想是采用
材料逐层堆积的方式来构建物体。相较于传统的减材制造方法，增材制造技术无需经过繁
琐的切削和模具制作过程，因此可以大幅缩短产品研发周期，降低生产成本，并实现复杂
结构的制造。增材制造技术的概念可以追溯到上世纪 80 年代，但直到近年来，随着计算机
技术、材料科学和精密制造技术的发展，增材制造技术才得到了广泛应用。目前，增材制
造技术已经广泛应用于航空、医疗、汽车、建筑等领域，成为制造业创新的重要驱动力。
增材制造技术的原理是将三维模型进行切片处理，得到一系列的二维层面。然后，根据这
些层面的信息，通过打印头或激光等手段将材料逐层堆积，最终形成三维实体。在这个过
程中，每一层的堆积厚度和精度都会影响到最终产品的质量和性能。增材制造技术的优点
在于可以实现复杂结构的制造，避免了传统的加工难度大、耗时长的缺点。同时，由于增
材制造技术采用数字化生产方式，可以实现个性化定制和小批量生产，满足市场的多样化
需求。此外，增材制造技术还可以减少材料浪费，降低环境污染。然而，增材制造技术也
存在一些挑战和限制。例如，对于大型复杂结构的制造，增材制造技术的效率可能会受到
影响。同时，对于某些特殊材料，如金属等，增材制造技术的成本和难度也较高。总的来
说，增材制造技术是一种具有广阔应用前景的新型制造技术。随着技术的不断发展和完善，
相信未来会有更多的领域和行业受益于这种技术。
主要产业应用
(1)制造业：增材制造在制造业中应用广泛，可以用于生产零部件、模型、工装、夹具等工
业产品。在航空航天领域，由于航空航天领域的机器零件, 外形复杂多变, 材料硬度强度
和性能较高, 难以加工且零件加工成本较高, 而新生代飞行器正在向长寿命、高可靠性、
高性能以及低成本的方式发展, 采用整体结构模式, 趋向复杂大型化是其发展趋势。正是
基于此发展趋势, 增材制造技术中的电子束或激光的熔融沉积以及选择性烧结成型等加工
技术越来越受到航空航天业加工制造商的青睐。例如, 2015 年美国霍尼韦尔公司交付给空
客的 A350 采用了部分 3D 打印部件后, 空客计划在 2016 年将把 3D 打印的客舱隔板装入客
舱, 并计划 2018 年为飞机机翼装上 3D 打印的扰流罩。2016 年 1 月 29 日, 美国波音公司
最新的机型 737MAX 在波音雷顿工厂的测试机场成功完成了首飞。这架飞机的动力来源是一
对由 GE 航空与法国飞机制造商 Snecma 的合资公司 CFM 国际开发的 LEAP-1B 引擎, 不仅采
用了单晶镍合金压气机叶片和非常轻质的陶瓷复合材料 (CMCS) , 它还安装了 19 个 3D 打
印的燃油喷嘴。2016 年 3 月 31 日俄罗斯在拜科努尔航天发射场发射了“进步-MS-02”号
宇宙飞船, 飞船搭载了世界上第一个 3D 打印的“Tomsk-TPU-120”号微型卫星。在我国,
西北工业大学黄卫东教授团队利用 3D 打印技术, 利用钛合金原料成功地“打印”出长 5 m
的飞机机翼前缘, 并通过了相关标准测试。国产大飞机 C919 制造的中央翼缘条, 便是西北
工业大学 3D 打印技术在航空领域应用的典型。北京航空航天大学的王华明教授主持的“飞
机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目研制生产出了我国飞机装备中迄今尺寸最
大、结构最复杂的钛合金高性能难加工金属关键整体构件。在汽车制造领域，汽车工业是
国家经济发展的支柱产业, 汽车零件同样也是形状复杂, 加工制造难度大, 增材制造技术
同样也能应用于其中。2014 年的奥迪 R18E-Tron Quattro 模型是遥控赛车就是 3D 打印作
品, 这款遥控车车身和底盘是用 Fusion360 软件设计出数字 3D 模型, 然后通过用普通 FDM
打印机以 0.2 mm 层厚打印而成的。2016 年 6 月 16 日, 来自美国亚利桑那州的 3D 打印汽
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