增材制造（又稱3D打印）是以數字模型為基礎，通過將材料逐層堆積來制造實體物品的新興技術，是引領制造業未來的顛覆性技術。增材制造憑借數字化技術，把三維CAD模型變成切片數據，把三維制造變成二維制造，把復雜的制備流程大大簡化。因此，在復雜零件的制造、在零件的首次試制、以及在材料利用率很低的制造任務方面具有巨大的優勢。

近日，中國粉體工業萬里行團隊走進了增材領域唯一的國家級創新中心——國家增材制造創新中心。今天就讓我們一起看看，增材中心是如何打造完整創新鏈、產業鏈，帶動整個制造業的轉型升級，探索3D打印技術的最前沿。

萬里行團隊與劉榮臻所長、黃娜副所長合影

產業現狀：蓬勃發展

非金屬所的劉榮臻所長暢談了增材制造的發展現狀。首先，增材制造的應用市場在不斷擴大。從過去認為增材制造只有在軍工及航天航空領域的產業化應用，到如今已走向民用市場，在電子、生物、醫療、文創等多領域展現活力。但也依然面臨上下游適配的客觀限制。其次，理念在進步。從科研到應用，包括傳統制造業都認識到3D打印的強大能力；最后，體量在增長。從業者及用戶數量均不斷增加，增材制造正在填補技術研究與產業化之間產業化技術缺失的空白，從幾年前的技術研究階段進入產業化階段。

產業化生產的“不可能三角”

在劉所長及黃副所長帶領下，我們參觀了研發生產和測試部門。測試部門以應用端為主，對工件的三維打印質量進行檢測，檢測工件的力學性能、微觀組織分析、無損檢測等。研發生產部門的3D打印設備有傳統的熔融沉積成型（FDM）打印、電子束熔融成型（EBM）、金屬3D打印機（SLM）等，配套有磨粒流拋光、電解拋光裝備等，不同設備具有不同的應用特點，比如磨粒流拋光處理大件，電解拋光處理小件（全部浸入電解液處理）。劉所總結：3D打印設備的種類可按材料投放形式、能量投放種類進行區分。

在產業化生產的過程中，成本、精度、效率三者形成“不可能三角”，三者無法同時達到最優，沒有完美的設備，只有適合產品性能與生產的設備。國家增材制造創新中心采用先進的技術和裝備，形成面向增材制造產業需求的創新能力，為用戶提供中試驗證、檢測測試、工藝技術解決方案等一站式服務。

機遇與挑戰

大眾對于增材制造的成本往往有一個核心誤區：認為其造價高昂，這其實是忽略了增材制造產業化過程中的規模化效應 —— 當規模擴大后，成本優勢會逐步凸顯。對比人工成本來看：傳統制造的人工分散在多個環節，不僅依賴人工操作，成本也難以壓縮；而增材制造中的人工僅起引導性作用，比如負責參數設定、設備監控等工作，即便在后處理環節，也能通過批量化提升效率，人工集約化優勢很顯著。再看增材制造的成本構成，核心在于材料采購、設備的運行及折舊費用。隨著后處理環節的智能化升級（如自動化拋光），再疊加設備集中化程度高、成品率高的特點，在結構功能一體化構件、復雜異形構件等領域，其實際單位成本比以往認為的更低，部分場景下已具備成本競爭力。

致力于引導大眾關注粉體原材料差異，組織行業企業開展增材制造技術國家標準、行業標準和團體標準的制定、實施與推廣。對于國內粉體一致性有所欠缺的現狀，增材中心目前通過對粉體進行后處理、表面改性以滿足增材制造需求，到未來大規模產業化生產階段，仍需粉體生產企業解決此問題。比如深入研究隱性指標參數，關注粉體的表面電荷、燒結活性等。

一體化解決方案

為復雜零件一體化設計制造提供先進技術。通過研發中試、公共測試、共性技術服務三大平臺,形成面向用戶提供工藝技術解決方案、中試驗證、檢驗測試等一站式服務能力，現擁有世界一流的大中小型增材制造和檢測設備230余臺,并積極開展設備能力檢測,全面提升服務水平。

·高精度、凈成形技術

·實現復雜精密構件整體成形

·使復雜構件“功能優先”設計成為可能

·性能超過鑄件、部分材料性能優于鍛件

航空發動機葉片  三維噴涂粘結金屬件

共性技術突破核心元器件

工業級3D微滴噴射打印頭  激光變焦熔覆頭

FDM工藝用螺桿打印頭 高精度長壽命新型電子槍

設備矩陣（部分）

一、金屬熔絲增減材一體化制造裝備

圍繞航空航天等領域增材制造大型復雜金屬結構件成型，開展電弧、等離子熔絲、電子束熔絲、激光熔絲等成型工藝研究，與熔絲增減材一體化設備開發，推進金屬熔絲增材制造產業化應用。

NIIAM-MWAM-H1500（左）NIIAM-MWAM-H5000（右）

二、激光增減材復合制造裝備

增減材復合制造技術結合了增材近凈成形和減材保證精度的優點，適合高精度復雜型面及具有內孔內腔零件的一體化制造和修復再制造，在航空、航天、核電、模具等領域具有廣泛的應用前景。

NIIAM-LMDH600A（左）NIIAM-LMDH600S（右）

三、激光選區熔化成形設備

自主成功研發了多款具有完全自主知識產權的SLM金屬3D打印機，可實現鈦基合金、不銹鋼、高溫合金、鋁基、鎳基合金、高熵合金、形狀記憶合金、金屬納米基復合材料、鈷鉻合金和貴重金屬等多種金屬及金屬基復合材料的高精度、高質量打印成形，適用于航空航天、汽車模具、生物醫療等行業。同時開發SLM工藝和控制軟件并已通過應用驗證。正在研發中小尺寸系列設備、教育版設備及雙激光SLM設備。

NIIAM-RC100-N1（左）NIIAM-RC100-N2（右）

四、高性能復合材料增材制造裝備

為解決目前桌面機打印效率低，成型尺寸小的問題，開發出適合工業應用的顆粒塑料打印機，研發的整套EDP打印設備。集成了增材制造技術、顆粒料擠出成形工藝、復合材料快速制造等技術，具備靈活的應用、多型號的產品結構和高動態響應的控制系統。

NIIAM-EDP-P006(左）NIIAM-EDP-P01（右）

五、增材制造后處理設備

為客戶提供：（1）復雜金屬構件內外表面精整加工服務，具體包括內外表面拋光、去毛刺、倒角、倒圓、除銹除油清洗、大長徑比超細 內孔/流道精整加工； （2）電解質等離子后處理設備定制服務增材制造后處理設備

流道處理設備（左）大尺寸拋光設備（右）

小結

國家增材制造創新中心瞄準重要材料、核心元器件、重大裝備、關鍵工藝、核心軟件等共性關鍵技術，進行自主研發與技術集成、突破行業技術瓶頸，打造完整的創新鏈，為用戶提供中試驗證、檢測測試、工藝技術解決方案等一站式服務。

未來，我們期待國家增材制造創新中心能夠給我們帶來更多技術突破與創新成果，持續賦能增材制造行業升級！

粉體工業萬里行