增材制造技術的現狀和產業前景

摘 ?要：隨著我國人民的生活水平顯著提高，因為增材制造的特有的優點，在制造業領域越來越重要并且越來越被社會各界人士重視，增材制造技術能使損傷零部件得受損部位及時恢復并且提升零部件性能，以促進產業高質量發展，本文將從增材制造技術的發展現狀、增材制造技術發展中存在的問題以及增材制造技術的產業前景進行探討研究，為人們全面系統地了解增材制造技術提供指導意義。

關鍵詞：增材制造技術;發展;前景

引言

增材制造技術已經在航空航天等高新技術領域得到了應用，同時還在電力、汽車模具設計制造行業、鋼鐵冶金、船舶、交通、模具、醫學研究及醫療器械等行業也有一定的應用[1]。我國是世界上的工業大國，工業上的不斷發展為增材制造產業的發展提供了新的思路，如果能在發展的同時不僅僅能節約資源、保護環境，還能發揮著巨大的經濟效益。

1.增材制造技術的發展現狀

增材制造技術簡稱為AM，是一種可以利用計算機來逐層添加材料的方式，主要是通過 CAD等計算機建模軟件建模，將建成的三維模型進行分層切片處理，將三維物體轉換為二維，之后規劃打印軌跡，進行逐點逐層堆積成型，最終打印出所需的工件[2]，實際工作生活中通常稱為3D printing（3D打印）技術。除此之外，增材制造技術的工作原理可以看作是噴墨打印機，但是與之不同的是增材制造技術噴出的是樹脂、絲材等材料。然而我國的增材制造技術與發達國家相比較，我國仍然存在很多的不足，我國還沒有形成完備的增材制造技術產業鏈，其中關鍵核心技術的零件和高強度非金屬材料等還需要從國外進口，為了減少這種不足，我們通常在增材制造技術的研究中對于精度等問題提出了優化方案，從而使我國的增材制造技術在制造過程中更加成熟。現如今我國多個制造領域被廣泛應用到增材制造技術，主要被廣泛地應用在航空航天、汽車、船舶、機械工程制造等工業制造領域。

2.增材制造技術發展中存在的問題

在發展增材制造技術時，依然面對以下科學難題無法解決

2.1技術方面存在問題

內應力是相當難以控制的，當材料的溫度劇烈循環變化時便會產生熱應力的現象，當發生循環非均勻固態相變會產生組織應力，當材料凝固時會產生凝固收縮應力。所以說產生的內應力會導致構件變形甚至開裂，難以制造大型構件。并且在冶金、凝固和固態相變的過程也是非常復雜，當構件“內部質量”會難以控制時，便產生了構件力學性能及穩定性差的情況，打印后的構件再經后續致密化加工后，關鍵力學性能會低于鍛件，因此難以用作關鍵主承力構件。

2.2自主創新體系不夠完善

增材制造技術的技術往往可以引領制造產業持續向前發展，為了使增材制造的產品符合商業化，成為我國增材制造持續向前發展的動力。因此我們必須要逐步推行并完善的行業準則，建立起專用的材料、產品的檢測評價規范與標準。

2.3增材制造控制難度大

在增材的制造過程中影響材料的因素有很多，絕大多數是因為增材制造過程受材料、工藝過程以及后處理等方面的影響，從而難以把握去實現準確操作，加以有效的進行調控。所以我們能否結合最新的技術，并且能夠熟練使用人工智能技術的智能化增材制造技術和裝備，積極面對增材制造面臨的挑戰。

2.4增材制造的支撐技術不夠完備

在增材制造的制造過程中，由于形狀復雜的成型件需要優一定的支撐，但是往往在操作過程中難以優良好的支撐結構進行支撐，多數情況下我們并不少使用那些支撐結構的形狀復雜的成型件。并且因為在部分制造過程中，支撐部分會影響部件的內應力分布，從而產生成型件變形的現象[3]。

2.5 增材制造技術中軟件編程技術不夠完善

增材制造技術是可以通過軟件編程技術制作出的軟件來對各結構復雜的零件進行專業的制作與檢查，從而使增材工作符合生產的關鍵需求，除此之外，我們還需要讓軟件編程技術制作出的軟件還可以充分考慮到增材制造過程中的零部件的質量問題，使用有著可靠的生產質量的零件，能夠有效保證零件質量的穩定性，所以我們接下來我們要進一步提高增材制造技術中的軟件編程技術及應用能力[3]。

3.增材制造技術的產業前景

制造業是國民經濟的主體并且可以提高制造業資源利用，提升制造業轉型與升級，我國政府高度重視增材制造技術的發展，并且采取一系列措施去有力地促進增材再制造相關產業的發展，增材制造技術對于未來裝備制造和材料制備有深遠的影響，發展好增材制造技術可以促進資源節約型的生態文明建設。

3.1增材制造共性技術

在關鍵基礎材料方面，材料的成分設計與制備，因為中國的技術水平受限于美國，導致國外的制粉設備出口限制，增材制造技術在刪除制造中出現“卡脖子”的困難。并且在工藝研究方面，對增材制造的工藝研究不足，在制造過程中，控形對最終產品質量有著重要的影響。所以在所加工的材料涉及物理、化學以及物理冶金等復雜的過程，增材再制造全產業鏈條涉及再制造前處理技術、制造修復技術和再制造后處理技術。

3.2增材制造技術裝備發展方向

增材制造技術的裝備向多功能、智能化、移動式方向發展。為了實現修復制造部件的特定性能，必須對修復制造后的材料進行控形，多種加工場綜合利用，提高材料的內部/表面組織性能和力學性能。通過人工智能技術，對增材制造加工進行實時反饋，智能識別診斷和決策，達到柔性化制造，實現再制造質量和精度控制。

3.3行業標準存在差距

標準是產品質量的基礎，增材制造技術所涉及的原材料，從制造、產品質量檢測、銷售和維護服務等全生命周期都相對缺失，制約了增材制造的產業化應用。而且增材制造工藝與性能數據庫還存在短板，建立增材制造技術的專用數據庫系統，可以推動增材修復制造的產業發展應用。

3.4實現低成本的綠色制造

對于高性能大型、超大型構件或結構系統實現高效快速制造，為了使增材制造技術在制造業市場中有長遠的發展，我們必須要研發出一種新型的針對于增材制造技術的高能材料，并且還要進一步的降低增材制造過程中的成本，盡可能地減小生產制造增材制造材料過程中的其他影響因素，努力在增材制造加工制造過程中去積極響應我國的“綠色制造”的理念，進而促進增材制造的可持續發展。

4小結

綜上所述，增材制造技術可以和同傳統技術相互補充，但與傳統制造的加工方式相比起來，增材制造技術能有效地縮短各個零件的生產周期并且還能有效地提高材料的利用率，進一步地拓寬了廣大制造業的新方向，成為具有前沿性技術的潛力。并且增材制造技術在航空航天、鋼鐵冶金、船舶、船舶、交通、模具等制造中有著獨特的優勢。隨著增材再制造裝備技術的突破以及行業標準的建立，這必將有力地促進工業朝著綠色化、低耗化、生態化的發展，推動再制造技術與傳統產業融合發展和制造業的轉型升級，涌現出高能級的產業集群和產業生態，實現經濟跨越式發展。

參考文獻

[1] 周偉民，夏張文，馬劍雄，周建，司君平，劉宏業，李小麗.增材再制造產業的現狀與發展[J].自動化儀表，2021，42（02）：1-5+15.

[2] 王碩，宋勝利.增材制造技術及其應用現狀分析[J].科學技術創新，2020（17）：170-171. [3]盧秉恒. 增材制造技術——現狀與未來[N]. 中國信息化周報，2020-04-20（007）.

作者簡介

張藝瀟（1982.04-），女，回族，河北滄州人，本科，高級講師，研究方向：數控車削加工，增材制造