增材制造技術(shù)（AM，俗稱3D打?。┗凇半x散+堆積”的思路，利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建零件的三維模型，然后將該模型按制造工藝所需的設(shè)定厚度進(jìn)行切片分層，即將零件的三維數(shù)據(jù)離散成一系列的二維圖形，并根據(jù)二維圖形生成相應(yīng)的掃描路徑，最后通過數(shù)控系統(tǒng)將專用的材料按照熔化、燒結(jié)、擠壓、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出三維零件。AM原材料主要包括生物材料（細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA等）、非金屬材料（高分子聚合物、陶瓷材料等）和金屬材料（鋼、鈦合金、鋁合金、鎳基合金等）三大類，由此發(fā)展出三種主要的AM技術(shù)，其代表性產(chǎn)品如圖1所示。

圖1  幾種典型的AM產(chǎn)品

                                                                       （a）生物3D打印人耳

                                                                       （b）熔融沉積制造航空發(fā)動機(jī)模型

                                                                       （c）選區(qū)激光熔化人體骨骼多孔結(jié)構(gòu)

                                                                       （d）電子束選區(qū)熔化航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪葉片

AM技術(shù)與鍛造和鑄造等傳統(tǒng)金屬零件制造技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢：

（1）高性能材料制備與復(fù)雜構(gòu)件制造一步完成，其高度柔性的特質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)高性能非平衡材料與復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造，成形構(gòu)件具有無宏觀偏析、成分均、組織致密的快速凝固非平衡組織，綜合力學(xué)性能優(yōu)異；

（2）無需大型鍛造設(shè)備、大型鍛壓模材料利用率加工時(shí)間短、成本低、周期短，尤其適合高性能難加工金屬合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的快速低成本生產(chǎn)，此外其高度柔性的制造特點(diǎn)可廣泛應(yīng)用于金屬構(gòu)件的修復(fù)，還可以與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合，形成混合制造技術(shù)；

（3）AM技術(shù)為高效高性能的變革性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了可能，傳統(tǒng)的由多個(gè)構(gòu)件拼裝的系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成一個(gè)整體構(gòu)件，而且可以根據(jù)不同部位的服役條件需求采用不同的材料制備梯度材料。

金屬是AM領(lǐng)域最重要、最具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?，精密?fù)雜構(gòu)件和高性能大型整體構(gòu)件是AM領(lǐng)域內(nèi)附加值較高的兩類產(chǎn)品，也代表了行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的制造水平和能力。精密構(gòu)件成形多采用基于粉末床的激光/電子束選區(qū)熔化技術(shù)，主要包括選區(qū)激光熔化（SLM）和電子束選區(qū)熔化（EBSM）等，大型關(guān)鍵金屬構(gòu)件則主要依賴高能束熔化沉積AM技術(shù)，主要包括激光熔化沉積（LMD）、電弧增材制造（WAAM）和電子束熔絲沉積（EBF3）等。

目前工業(yè)上對小型金屬構(gòu)件（最大尺寸不超過1000mm）選區(qū)熔化直接制造相對較容易，歐美等國已經(jīng)比較成熟地實(shí)現(xiàn)了小尺寸不銹鋼、高溫合金等零件的激光直接成型，未來高溫合金、鈦合金材質(zhì)大型金屬構(gòu)件的激光快速成型作將成為主要技術(shù)的攻關(guān)方向。圖1（d）即為GE增材研究中心制備的TiAl低壓渦輪葉片，還制備出了薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的航空發(fā)動機(jī)燃油噴嘴，AM技術(shù)大幅加快了產(chǎn)品的研制并降低成本。美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的激光熔化沉積AM（LENSTM）技術(shù)制備的Ti-6Al-4V構(gòu)件，已應(yīng)用于洛克希德?馬丁公司F-22戰(zhàn)斗機(jī)大尺寸懸臂和波音公司F/A-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼拼接板。挪威Norsk Titanium公司采用等離子弧熔絲AM    （WAAM）技術(shù)，為波音787夢想客機(jī)制備了多種次承力結(jié)構(gòu)件（見圖2）。美國Sciaky公司電子束AM（EBF3）的鈦合金構(gòu)件最大成形速度可達(dá)18kg/h，力學(xué)性能滿足AMS4999標(biāo)準(zhǔn)要求，并與2014年完成了電子束AMF-35飛機(jī)副翼翼梁的示范性研究，對比傳統(tǒng)的制造技術(shù)，電子束AM成本降低一半，交貨期提前80%。

圖2 Norsk Titanium公司為波音787客機(jī)打印的金屬構(gòu)件

2015年以來，中國將3D打印納入國家工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重點(diǎn)方向，出臺《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016）》等扶持政策，設(shè)立“增材制造與激光制造”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科技專項(xiàng)。國內(nèi)北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校以及中國航發(fā)北京航空材料研究院、首都航天機(jī)械公司、中科院沈陽自動化所等研究所開展了大量AM技術(shù)研究，快速推動了中國AM產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，孵化出如杭州先臨三維、西安鉑力特（2019年科創(chuàng)板上市）、南京中科煜宸等產(chǎn)業(yè)化公司，積累了深厚的理論研究基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，部分技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平，例如，北京航空航天大學(xué)在國際上率先突破了鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等高性能難加工金屬大型復(fù)雜整體關(guān)鍵構(gòu)件激光AM關(guān)鍵技術(shù)，成果已應(yīng)用于多種航空航天裝備的研制中（見圖3）。

圖3  北京航空航天大學(xué)的飛機(jī)鈦合金主承力框和航空發(fā)動機(jī)整體葉盤

AM相對于減材制造和等材制造，具有設(shè)計(jì)制造一體、整體制造、無模具、無刀具、短周期、高柔性、近凈成形的優(yōu)點(diǎn)，可滿足高可靠、長壽命、短周期、輕量化、整體化和低成本的需求。盡管AM技術(shù)優(yōu)勢突出、在機(jī)械和材質(zhì)屬性上足以滿足商業(yè)用途，但AM技術(shù)在材料、工藝、裝備和檢測等方面缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和美國材料與試驗(yàn)協(xié)會（ASTM）是國際上最具權(quán)威性的AM標(biāo)準(zhǔn)制定與發(fā)布的機(jī)構(gòu)，世界各國都參與和開展了AM標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，如英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（BSI）、法國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（AFNOR/UN）、德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會（DIN）等。2002年美國汽車工程師協(xié)會（SAE）發(fā)布了第一份AM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——宇航材料規(guī)范AMS4999AMS 4999-2002《Titanium Alloy Laser Deposited Products 6Al-4V》，目前SAE已經(jīng)發(fā)布及正在制定標(biāo)準(zhǔn)30余項(xiàng)。美國ASTM成立了專門的AM技術(shù)委員會ASTM F42，涵蓋術(shù)語、設(shè)計(jì)、材料和工藝、試驗(yàn)方法、人員等子領(lǐng)域，包括10多個(gè)國家100多所成員單位，目前已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)30余項(xiàng)，在研標(biāo)準(zhǔn)20余項(xiàng)。ISO也成立了AM技術(shù)委員會TC 261，下設(shè)術(shù)語、方法、工藝和材料、試驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理等工作組，已發(fā)布ISO標(biāo)準(zhǔn)10余項(xiàng)，在研標(biāo)準(zhǔn)20余項(xiàng)。歐盟在其第七框架計(jì)劃的支持下提出了名為SASAM的項(xiàng)目，聯(lián)合ISO、ASTM以及CEN多方力量并于2015年6月發(fā)布了2015AM標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，提出了AM標(biāo)準(zhǔn)化研究計(jì)劃和歐洲AM產(chǎn)業(yè)優(yōu)劣勢與存在的問題。

中國AM標(biāo)準(zhǔn)化工作研究相對滯后，在AM材料、組織性能、尺寸精度、可靠性和穩(wěn)定性等方面缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，尚未形成明確的AM標(biāo)準(zhǔn)體系，導(dǎo)致國內(nèi)AM產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，一定程度上限制了AM產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2014年，中國成為ISO/TC 261的P成員國。2016年，全國AM標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 256）成立，承接ISO/TC 261相關(guān)工作，主要負(fù)責(zé)AM術(shù)語、工藝、測試、評價(jià)、軟件及相關(guān)技術(shù)服務(wù)等領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。目前已發(fā)行由中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心 、上海材料研究所 、西安交通大學(xué) 、西北工業(yè)大學(xué) 、清華大學(xué)和西安AM國家研究院有限公司等單位聯(lián)合制定的GB/T 35351-2017《增材制造術(shù)語》等國家標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng)，近10項(xiàng)仍在論證；以及由中國航空綜合技術(shù)研究所、北京煜鼎AM研究院有限公司和北京航空航天大學(xué)共同起草發(fā)布的HB 20450-2018《航空鈦合金零件激光直接沉積AM 粉末規(guī)范》等航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)。

隨著AM技術(shù)的成熟完善和多種類產(chǎn)品的應(yīng)用，AM標(biāo)準(zhǔn)化研究也呈現(xiàn)逐年遞增的態(tài)勢，在經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)、企業(yè)國際化的大背景下，學(xué)術(shù)交流日益緊密，AM標(biāo)準(zhǔn)化研究趨于統(tǒng)一。中國AM標(biāo)準(zhǔn)化研究處于初級快速發(fā)展階段，高性能大型金屬構(gòu)件激光AM、大尺寸多激光選區(qū)熔化和智能微鑄鍛等自主研發(fā)的技術(shù)已處于國際領(lǐng)先地位，為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化研究提供了具有競爭力的優(yōu)勢，未來需建立與美國材料與試驗(yàn)協(xié)會（ASTM）國際卓越增材制造中心（AM CoE）類似的AM標(biāo)準(zhǔn)化研究專業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)制定中國AM技術(shù)發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)研究路線圖，著力扶持國家重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵零部件的標(biāo)準(zhǔn)制定，重點(diǎn)關(guān)注即將上市但仍未通過行業(yè)認(rèn)定的產(chǎn)品，在AM發(fā)展的全球浪潮中把握主動權(quán)。