張在玉

（安順學(xué)院， 貴州 安順 561099）

增材技術(shù)使上個世紀(jì)八十年代中期所發(fā)展起來的一種高新技術(shù)，其實利用材料堆積法制造實物產(chǎn)品的一項快速成型技術(shù)。其技術(shù)需要借助計算機、激光和數(shù)控等科學(xué)手段相互作用完成，相較于以往傳統(tǒng)的加工模式，金屬增材制造縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期并且可以任意實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)等產(chǎn)品的快速制造。而我國也開展了對于金屬材料增材制造技術(shù)的應(yīng)用研究并在一定程度上取得了發(fā)展和進(jìn)步，本文將對其進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 技術(shù)原理

激光金屬沉積是利用激光能量使金屬粉末融化，而是融化的金屬粉末生成熔池在基底材料上，并根據(jù)激光光斑的使其進(jìn)入熔池和粉末凝固后的基底材料進(jìn)行有機合成，通過一步步堆積而生成的3D物質(zhì)實體[1]。另外，為了防止基底材料的氧化對于金屬材料增材制造技術(shù)的開展過程中，必須要使用一定的化學(xué)元素例如氦氣等惰性氣體保證材料的質(zhì)量。

2 研究進(jìn)展

2.1 國外研究進(jìn)展

（1）航天領(lǐng)域研究。目前，在航天、汽車制造等行業(yè)中，金屬材料增材制造技術(shù)受到了青睞并得到了廣泛的使用。德國目前對于選擇性激光燒結(jié)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的成就，主要表現(xiàn)在航空領(lǐng)域?qū)τ跍u輪發(fā)動機方面滲入了金屬增材制造技術(shù)的應(yīng)用主要包括渦輪葉片和發(fā)動機的燃燒部分；在電子束熔融技術(shù)方面的研發(fā)和應(yīng)用位于世界前列的是瑞典，瑞典利用高能電子制造出高度密集和高精度的三維幾何模型，其技術(shù)原理是將金屬粉末通過高能電子得到了束融，并且一步一步積攢堆積而成；同時意大利和俄羅斯也分別在金屬材料增材制造技術(shù)中取得了頗為杰出的成就，它們分別利用該技術(shù)的科學(xué)技術(shù)制造出了葉片和發(fā)動機機匣。美國的3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)生產(chǎn)零件的弊端，不僅大大提高了其耐久性能而且還省去零部件使用的數(shù)量從而進(jìn)一步節(jié)省了材料制造成本花銷。3D打印技術(shù)可以將以往復(fù)雜的設(shè)計趨向于簡單化，不僅縮短了交貨的時間而且還保障了產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。據(jù)統(tǒng)計可知，惠普公司利用3D打印技術(shù)不僅為發(fā)動機的零部件制造了高達(dá)數(shù)百個零件，而且已經(jīng)制造了超過十萬個的原型部件。在很大程度上節(jié)省了材料使其更好的進(jìn)行成本控制，并且提高了工作效率和工作質(zhì)量。

（2）零部件修復(fù)領(lǐng)域。金屬材料增材技術(shù)不僅在航天領(lǐng)域方面取得了巨大的成就，而且在零部件修復(fù)領(lǐng)域方面也有很大的優(yōu)勢。目前很多國家已經(jīng)利用3D打印技術(shù)進(jìn)行零部件的修復(fù)，并且這種技術(shù)手段相比較以往傳統(tǒng)的修復(fù)手段不僅僅可以節(jié)省時間和人力，在很大程度上還可以節(jié)省材料成本從而推動發(fā)展。惠普公司對3D打印技術(shù)進(jìn)行了預(yù)測，其認(rèn)為3D打印技術(shù)在修復(fù)領(lǐng)域上會取得巨大的成就不僅僅在于零部件的修復(fù)，未來的大型設(shè)備的維護(hù)和修理可能都要依靠于金屬增材技術(shù)。

2.2 國內(nèi)研究進(jìn)展

目前我國對于3D打印技術(shù)的研究也取得了一定的進(jìn)展，其進(jìn)展要得益于我國科技的不斷發(fā)展和國內(nèi)科研機構(gòu)和相關(guān)企業(yè)對于3D打印技術(shù)引起了高度重視和廣泛的深入研究工作。其體現(xiàn)在以下方面：

（1）航天領(lǐng)域方面。在1995年西北大學(xué)就展開了對于金屬材料增材制造的研究和分析，并且在國內(nèi)首先提出了激光立體成型的發(fā)展構(gòu)思，借此贏得了社會各界人士的一致表揚，更是榮獲了陜西省科技一等獎。并于2012年為國產(chǎn)飛機制造出了中央翼緣條，其制造出的中央翼緣條不僅長達(dá)3m精準(zhǔn)度極高，而且最大限度發(fā)揮了3D打印技術(shù)的優(yōu)勢。

（2）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面。西安交通大學(xué)與第四軍醫(yī)大學(xué)共同合作展開對“下頜骨溶解修復(fù)”手術(shù)的研究并取得了成功，利用金屬材料增材制造技術(shù)定制了人工脛骨半關(guān)節(jié)大段骨重建手術(shù)等研究并且都取得了一定的研究成果；另外昆明軍區(qū)醫(yī)院同西安交通大學(xué)一起合作研究擴展個性化永久植入物的醫(yī)學(xué)手術(shù)，不僅取得了一定的進(jìn)步而且還積極開展了基于光固化圓形的支架制作人工活性骨支架的研究。而3D打印技術(shù)的發(fā)展是一個漫長和復(fù)雜的過程，需要我們每個人的共同努力，我國要加大科研的投資使金屬材料增材制造技術(shù)可以再上一層樓。

3 發(fā)展趨勢

目前，金屬增材制造技術(shù)雖然取得了一定的發(fā)展和進(jìn)步，但是仍在某些方面具有很多的問題和弊端，例如材料方面的限制，成型的精準(zhǔn)度和質(zhì)量問題和成型質(zhì)量和成型速度之間的問題，另外價格昂貴是導(dǎo)致金屬材料增材制造不能發(fā)展的重要原因之一，成本化消費用較高而且容易造成損失將會導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失，廣泛應(yīng)用也具有一定的難度。另外金屬增材制造技術(shù)要突破瓶頸在最大限度上發(fā)揮其價值，主要表現(xiàn)在：

一方面3D打印技術(shù)雖然在航天領(lǐng)域方面取得了一定的成就，但是其只能局限于生產(chǎn)較小的零部件，對于大型的部件的制造問題來說還存在很長的距離。另一方面金屬增材制造技術(shù)雖然已經(jīng)在零部件修復(fù)問題上取得了很大的進(jìn)步，但是對于大型部件的修復(fù)問題還是未能取得進(jìn)展。因此科研人員應(yīng)當(dāng)將3D打印技術(shù)和修復(fù)技術(shù)完美的融合在一起以保障大型部件的修復(fù)技術(shù)可以得到進(jìn)一步的進(jìn)展；最后一方面在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面，科研人員應(yīng)當(dāng)積極和醫(yī)院進(jìn)行合作分析，共同進(jìn)行3D技術(shù)滲入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面的研究。

4 結(jié)語

目前，中國十分重視金屬材料增材技術(shù)并且加大了資金的投入，雖然我國已經(jīng)在3D打印技術(shù)方面取得了一定的進(jìn)步但是與國外發(fā)達(dá)國家相比還存在了一定的差距。因此我國要堅持自主研發(fā)3D技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，在航天航空方面和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面進(jìn)行專門的研究，在市場競爭中要學(xué)習(xí)西方先進(jìn)的技術(shù)思想以發(fā)展我國的技術(shù)從而促進(jìn)我國金屬材料增材技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，從而進(jìn)一步推動我國科學(xué)技術(shù)的大繁榮。