【解析】基于激光的金屬增材制造技術(shù)評(píng)述與展望

激光增材制造是依據(jù)CAD/CAE軟件將材料模型的數(shù)字化數(shù)據(jù)分層，然后通過激光加工，逐層生成三維實(shí)體的加工過程。以3D打印技術(shù)為代表的數(shù)字化制造技術(shù)將對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝、裝備制造、材料制備、制造企業(yè)形態(tài)乃至整個(gè)傳統(tǒng)工業(yè)體系帶來全面而深刻的變革。 當(dāng)前，全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮，發(fā)達(dá)國家面對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)競爭力的下降，提出智能機(jī)器人、人工智能及3D打印三大數(shù)字化制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“再工業(yè)化、再制造化”。

2012年，奧巴馬向國會(huì)提議建立全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，提升美國整體競爭力。同年，奧巴馬宣布將在俄亥俄州建立一所由政府部門和私營部門共同出資的美國國家增材制造創(chuàng)新協(xié)會(huì)，專業(yè)研發(fā)3D打印新技術(shù)與應(yīng)用。 目前，我國制造業(yè)大而不強(qiáng)，處于轉(zhuǎn)型升級(jí)、加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的歷史關(guān)鍵時(shí)期。我國政府已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了增材制造技術(shù)對(duì)整個(gè)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要性，并作出了相關(guān)的戰(zhàn)略規(guī)劃。2012年，中國工程院撰寫題為“中國增材制造技術(shù)工程科技發(fā)展戰(zhàn)略”的咨詢報(bào)告。同年，中國工程院在武漢華中科技大學(xué)召開了主題為“2012年增材制造技術(shù)國際論壇暨第六屆全國增材制造技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議”。

2015年工信部、國家發(fā)展改革委和財(cái)政部印發(fā)《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》，提出到2016年，初步建立較為完善的增材制造產(chǎn)業(yè)體系，產(chǎn)業(yè)銷售收入實(shí)現(xiàn)快速增長，年均增長速度30%以上，整體技術(shù)水平與國際同步。 本文介紹了基于激光的金屬增材制造技術(shù)的原理和特點(diǎn)，在分析國內(nèi)外增材制造技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，提出了未來發(fā)展的方向和需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1基于激光的金屬增材制造技術(shù)原理及特點(diǎn)
鑒于激光快速直接制造技術(shù)的先進(jìn)性和巨大的發(fā)展前景，世界各國相關(guān)的重要研究機(jī)構(gòu)紛紛進(jìn)行研究，尤其是美國政府對(duì)快速原型制造十分重視，投入大量人力和經(jīng)費(fèi)進(jìn)行深入研究。在80年代末，美國能源部同時(shí)資助了桑地亞國家實(shí)驗(yàn)室、洛斯阿拉姆斯國家實(shí)驗(yàn)室和密歇根大學(xué)三個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行基于激光熔覆的增材制造研究。到90年代末和21世紀(jì)初，各種不同名稱的快速制造技術(shù)得到深入研究和快速發(fā)展。按粉末材料輸送方式的不同，金屬增材制造技術(shù)可分為鋪粉和送粉兩種累積制造方式。 鋪粉方法是先利用刮刀鋪平粉末，然后利用激光進(jìn)行加工，以鋪粉系統(tǒng)為代表的加工方法主要有：

（1）美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校發(fā)展的SLS系統(tǒng)（SelectiveLaserSintering）；
（2）德國夫瑯和費(fèi)學(xué)院與F&SStereolithographietechnik合作發(fā) 展的SLM系統(tǒng)（SelectiveLaserMelting）；
（3）德國EOS公司開發(fā)的DMLS系統(tǒng)（DirectMetalLaserSintering）。

送粉方法是激光加工與輸送粉末同時(shí)工作，以送粉系統(tǒng)為代表的加工方法主要有：
（1）美國桑地亞國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了激光工程化凈成型即LENS系統(tǒng)（LaserEngineeringNetShaping）；
（2）美國密歇根大學(xué)機(jī)械工程系發(fā)展了直接金屬沉積即DMD系統(tǒng)（DirectMetalDeposition）；
（3）加拿大國家科學(xué)院集成制造技術(shù)研究所發(fā)展了激光合成即LC系統(tǒng)（LaserConsolidation）；
（4）清華大學(xué)機(jī)械工程系發(fā)展了激光快速柔性制造即LRFM系統(tǒng)（LaserRapid&FlexibleManufacturing）。
雖名稱各有不同，但原理類似，成熟的技術(shù)催生了一批具有國際影響力的企業(yè)，3DSystems、EOS、Stratasys、ConceptLaser等已經(jīng)成為增材制造浪潮中的先行者。

1.1選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)
1989年，美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 CarlDechard博士和JoeBeaman博士合作研究成功 了SLS工藝(U.S.Patent4863538)，技術(shù)原理如圖1所示。首先在粉床鋪一層粉末材料，利用刮刀或者軋輥壓平，激光器依據(jù)掃描路徑在粉末平面上有選擇地進(jìn)行掃描，使粉末溫度升至粘結(jié)劑的熔點(diǎn)（此溫度低于金屬熔點(diǎn)），然后燒結(jié)形成黏結(jié)；接著不斷重復(fù)鋪粉、燒結(jié)的過程，直至成型。 SLS工藝形成的三維實(shí)體類似粉末冶金燒結(jié) 的坯件，內(nèi)部存在一定比例的孔隙，不能達(dá)到100%密度，精度低（為0.1～0.2mm），力學(xué)性能較差。如果想獲得性能較高的SLS零件，需要進(jìn) 行高溫?zé)�結(jié)、熱等靜壓等提高致密度，降低零件孔隙的方法。

1.2選區(qū)激光熔化技術(shù)
SLM加工設(shè)備主要由激光器、光路系統(tǒng)、成 形缸、粉料缸、保護(hù)氣體、除塵器、冷卻系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)等組成，其技術(shù)原理如圖2所示[1]。打印前，需要運(yùn)用軟件建模得到零件的三維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入STL文件后，根據(jù)材料的屬性和打印機(jī)的規(guī)格對(duì)其進(jìn)行分層切片，并且添加必要的支撐結(jié)構(gòu)。打印時(shí)，按照預(yù)定的掃描路徑，高能激光熔化預(yù)先鋪設(shè)好的金屬粉末，凝固后成型，未被激光照射的粉末仍保持鋪粉前的狀態(tài)，待本層打印完成后，刮板重新鋪粉，進(jìn)行下一層打印，直至最后一層打印完成。 相對(duì)于SLS技術(shù)來說，SLM技術(shù)成形的零件精度較高（可達(dá)0.02mm），可得到密度接近100%的金屬實(shí)體。在打印過程中，金屬粉末經(jīng)歷固態(tài)--液態(tài)--固態(tài)的過程。這種加工方式適合 制造形狀復(fù)雜的工件，尤其適合傳統(tǒng)機(jī)械加工很難成形的內(nèi)部有復(fù)雜形狀的異型結(jié)構(gòu)（如冷卻裝置的冷卻管道）。SLM最大的問題在于熔化金屬粉末時(shí)，零件內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，容易開裂。特殊結(jié)構(gòu)例如懸垂結(jié)構(gòu)、與平面成較小傾角、垂直孔等都需要添加支撐體以輔助成形，而支撐體的去除也是現(xiàn)今后續(xù)處理所面臨的難題。

1.3激光凈成形制造技術(shù)
激光凈成形制造技術(shù)最初是由Sandia國家實(shí)驗(yàn)室和惠普（PrattWhitney）公司合作研發(fā)的技術(shù)，1997年，OptomecDesign公司獲得應(yīng)用的許可（專利U.S.Patent6046426）。Sandia國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的LENS系統(tǒng)主要由YAG固體激光器、可以調(diào)整氣體成分的手套箱、數(shù)控系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)這四部分組成。該設(shè)備的加工精度在X和Y方向上達(dá)到0.05mm，在Z方向上是0.4mm，最優(yōu)化的零件表面粗糙度為6.25。激光凈成形制造技術(shù)原理如圖3所示。激光器產(chǎn)生高能激光束，高能激光照射到送至的粉末上使粉末熔化，隨著送粉系統(tǒng)與激光光路的同步移動(dòng)，粉末進(jìn)入熔池熔化后凝固，逐層堆積成型。由于激光凈成形是直接在基板上堆積成形，所以后續(xù)的處理需要使用線切割設(shè)備將制件與基板分離。同樣由于在加工過程中不斷有激光能量的輸入，熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱應(yīng)力也需要后續(xù)的熱處理方式消除。

2增材制造的金屬材料
金屬3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，例如航空航天、醫(yī)療、石化工程、汽車制造、注塑模具、輕金屬合金鑄造、首飾等。國內(nèi)外金屬增材制造采用的金屬材料有：工具鋼、馬氏體鋼、不銹鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。 從3D打印技術(shù)及其市場的發(fā)展趨勢看，國外幾家主要的增 材制造公司已經(jīng)將增材制造產(chǎn)業(yè)上游的原材料市場從塑料、樹脂 轉(zhuǎn)向了金屬�？萍佳芯抗�司Technavio近日發(fā)布了一份2016-2020年全球3D打印材料市場的研究報(bào)告。該報(bào)告預(yù)測在未來五年中，全球3D打印材料市場的年復(fù)合增長率會(huì)超過25%。德國EOS公司是全球DMLS(直接金屬激光燒結(jié))市場的領(lǐng)導(dǎo)者，該公司研發(fā)了一系列以金屬材料為基礎(chǔ)的打印機(jī)，同時(shí)也為其機(jī)器開發(fā)了相應(yīng)的打印粉末如鋁、鈷鉻合金和鋼。瑞典Hoganas是世界領(lǐng)先的金屬粉末制造商，1797年開始就已經(jīng)為化工、零部件制造、焊接和冶金等行業(yè)的客戶開發(fā)應(yīng)用的材料，最近向市場推出了17-4PH馬氏體不銹鋼的3D打印粉末材料。 此外，還有美國ArgenCorporation、美國Car⁃ penterTechnology、德國ConceptLaser、英國 CPM、意大利LegorGroup、英國LPWTechnolo⁃gy、美國Pyrogenesis、瑞典Sandvik。國內(nèi)的金屬3D打印粉末大多依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，這也促使 國內(nèi)致力于3D打印金屬材料的企業(yè)和機(jī)構(gòu)自主研發(fā)金屬3D打印材料，最具代表性的企業(yè)有西安鉑力特、銀邦股份、上海材料研究所、上�？邓俳饘俨牧�、鑫烯三維科技等。

3增材制造的應(yīng)用領(lǐng)域
增材制造技術(shù)通過基礎(chǔ)理論研究、工藝技術(shù)開發(fā)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，在若干領(lǐng)域逐步進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，顯示出獨(dú)特的應(yīng)用前景。同時(shí)設(shè)備昂貴、材料價(jià)格高、工藝復(fù)雜以及性能評(píng)估體系不完善也制約著其應(yīng)用范圍。當(dāng)今增材制造方法主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在航空航天、生物醫(yī)療、汽車制造、石化工程等。

3.1航空航天
增材制造技術(shù)非常適用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)中具有輕量化要求的復(fù)雜構(gòu)件。為 實(shí)現(xiàn)特定的功能，零部件需要設(shè)計(jì)成具有復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)或空間立體結(jié)構(gòu)（如空心葉片等）。一方面采用傳統(tǒng)制造方法，研發(fā)周期長，過程復(fù)雜，工藝難度大，制造成本很高；另一方面，目前的工藝方法，還無法滿足具有特殊結(jié)構(gòu)和性能零部件制造要求。此時(shí)應(yīng)用增材制造技術(shù)可以有效減少研制周期，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，極大地釋放產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 在航空航天領(lǐng)域，鈦合金、鈷鉻合金及鋁合金等使用量大，材料價(jià)格高。采用傳統(tǒng)加工方法，材料利用率低，成本高。相比傳統(tǒng)制造工藝（鑄、鍛、焊、車削、銑削等），增材制造技術(shù)節(jié)省原材料，用料只有原來的1/3到1/2，制造速度卻快3～4倍。 美國GE公司正在大力推進(jìn)增材制造技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造上的應(yīng)用，并且已經(jīng)取得了初步成功。其正在研制中的最先進(jìn)的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴已進(jìn)入批量生產(chǎn)，如圖4（a），GE航空集團(tuán)計(jì)劃到2020年3D打印10萬個(gè)LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴嘴。原技術(shù)工藝生產(chǎn)這種噴嘴需要18個(gè)零件焊接在一起，而采用3D打印技術(shù)可以直接成型， 該零件重量減重四分之一，但是使用壽命卻比以前提高了5倍。

此外，美國GE公司還利用直接金屬激光熔化技術(shù)（DMLM）打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪葉片如圖4（b），材料為鈷-鉻合金。這個(gè)葉片包含若干個(gè)復(fù)雜的冷卻凹槽，普通加工方法難以制造，利用增材制造自由成形的特點(diǎn)，能夠很好地達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖4(c)是GE公司利用直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)（DMLS）打印的渦輪進(jìn)氣口，可以看出，它具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 2000年，美國波音公司應(yīng)用增材制造技術(shù) 于飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件制造，并制定了專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(AMS4999)。圖5是F/A-l8E/F翼根吊環(huán)（900mm×300mm×150mm），該部件的疲勞壽命 是設(shè)計(jì)要求的4倍，靜力加載到原最大拉力的2.25倍也未被破壞。

2015年6月，德國MTU航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司已開 始使用EOS的增材制造機(jī)器生產(chǎn)鎳合金管道鏡內(nèi)窺鏡套筒（圖6），這是A320neo上的GTF發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)殼體的一部分，可以讓維護(hù)人員通過內(nèi)窺鏡來檢查渦輪葉片的磨損和損壞程度，在航空航天行業(yè)這被稱為管道鏡。在MTU應(yīng)用增材制造技術(shù)之前，這些套筒通常是使用鑄造和銑床加工的方式制造的，成本高昂而且費(fèi)時(shí)。國內(nèi)在激光立體成形技術(shù)（LSF）方面的研究起步較早，并且取得了不錯(cuò)的成果。


1997年時(shí)，西北工業(yè)大學(xué)和中航集團(tuán)北京航空工藝研究所就曾合作承擔(dān)過題為“金屬粉材激光立體成形”的航空科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目。我國自主設(shè)計(jì)并研制的國產(chǎn)大型客機(jī)C919上就有增材制造技術(shù)的應(yīng)用，圖7（a）是LSF技術(shù)制造的C919主風(fēng)擋整體窗框，激光成形周期為55天，國外訂購周期需要兩年，大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間；國外訂購模具費(fèi)高達(dá)200萬美元，而國內(nèi)激光成形成本僅為模具費(fèi)的1/10。圖7（b）是LSF制造的C919飛機(jī)中央翼緣條，材料為TC4，零件尺寸：450×350×3000（mm×mm×mm），成形后長時(shí)間放置后的最大變形量小于10mm，靜載荷力學(xué)性能的穩(wěn)定性優(yōu)于1%，疲勞性能也優(yōu)于同類鍛件性能。

3.2醫(yī)療植入
增材制造技術(shù)因其能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，在生物醫(yī)療領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。主要應(yīng)用于外科手術(shù)治療、口腔牙齒的修正與治療。此外，由于材料技術(shù)的發(fā)展，生物組織制造及其應(yīng)用將是增材制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。 2016年8月，河南省腫瘤醫(yī)院成功實(shí)施了一 例“3D打印胸骨置入手術(shù)”，患者因腫瘤覆蓋率大，需要大面積切除胸骨，針對(duì)患者的情況如果應(yīng)用傳統(tǒng)骨水泥或者鈦板，不能完全擬合患者被 切除的胸骨的形狀，患者在術(shù)后運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)感覺不適，所以應(yīng)用3D打印的胸骨，這種胸骨可以完全契合患者胸骨的形狀，保證與原有的身體結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)。圖7（c）為打印的鈦合金胸骨，目前 患者已康復(fù)出院。 3D打印可以用于患者頜面、頭頸部缺損修復(fù) 重建技術(shù)。傳統(tǒng)做法是截取患者自身小腿上的腓骨，將豎直的腓骨依據(jù)醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)重新塑造成相對(duì)符合頜骨Ｌ型的結(jié)構(gòu)，這種方法實(shí)際應(yīng)用中不能完全符合患者口腔的形貌，對(duì)于術(shù)后患者的咀嚼，面部形態(tài)都會(huì)有較大的影響。

2016年3月，在中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院成立了“3D數(shù)字化精準(zhǔn)修復(fù)重建中心”。中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院，李勁松教授團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用3D打印技術(shù)修復(fù)頜面骨已經(jīng)超過了50例。 醫(yī)療領(lǐng)域3D打印技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失是現(xiàn)今醫(yī)療行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)，截止到現(xiàn)在美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)通過了一種治療癲癇的3D打印處方藥——SPRITAM以及3D打印技 術(shù)制造的醫(yī)療設(shè)備，這些設(shè)備主要包括骨科植入物和外科手術(shù)器械，在今年５月份發(fā)布了一份《3D打印醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)準(zhǔn)則草案》，在草案中已經(jīng)對(duì)原型設(shè)計(jì)、軟件使用、材料選擇、加工參數(shù)、設(shè)備環(huán)境的相關(guān)問題進(jìn)行了探 討，相關(guān)的醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提上制定的議程。國內(nèi)醫(yī)療行業(yè)目前僅通過了一個(gè) 關(guān)于髖臼窩的植入認(rèn)證，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，3D打印在醫(yī)療的應(yīng)用進(jìn)程將會(huì)遇到很多阻礙。

3.3汽車零部件
在個(gè)性化汽車定制銷售中，因?yàn)閭�(gè)性化汽車零件的獨(dú)特應(yīng)用無法使用傳統(tǒng)方式的大規(guī)模生產(chǎn)，這時(shí)3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域顯示了其獨(dú)特應(yīng)用前景。設(shè)計(jì)者可以將自主設(shè)計(jì)的汽車保險(xiǎn)杠、后視鏡等內(nèi)外裝飾件制造出來，然后組裝自己的定制化汽車。 汽車領(lǐng)域的3D打印技術(shù)現(xiàn)今已經(jīng)獲得了應(yīng)用，2013年3月，世界上首款3D打印的汽車Ur⁃bee2問世，它是一款混合動(dòng)力車，所有的零部件均采用了3D打印的加工方法。其開發(fā)的初衷是用 最少的能耗行駛最遠(yuǎn)的距離，把生產(chǎn)、使用、回收過程的污染降到最低，盡可能用汽車產(chǎn)地附近的原材料生產(chǎn)汽車，使汽車生產(chǎn)更節(jié)能、環(huán)保，生產(chǎn)過程更便捷。這輛車的整個(gè)制造過程中只需要將汽車的每部分部件傳到相應(yīng)的打印機(jī)上，2500小時(shí)后，這臺(tái)車就組裝完成可以行駛了，其底盤和引擎使用的都是鋼鐵材料。

3.4石化工程
2016年5月，中科院蘭州化學(xué)物理研究所材 料表面界面課題組將3D打印技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的表面工程當(dāng)中，成功研制了疏水、親油性的油水分 離撇油器。傳統(tǒng)加工無法實(shí)現(xiàn)這種微納米空洞結(jié)構(gòu)，而利用3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，這種微結(jié)構(gòu)的加工實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的疏水、親油性能，從而實(shí)現(xiàn)汽油、食用油、礦物油等各種不同類型的油進(jìn)行分離。 根據(jù)3D打印世界2016年9月20的新聞報(bào)道，中國廣核集團(tuán)應(yīng)用SLM技術(shù)設(shè)計(jì)制造的復(fù)雜流道儀表閥閥體現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)行了基礎(chǔ)性能的測試，閥體的材料化學(xué)成分和基礎(chǔ)力學(xué)性能滿足國際核電標(biāo)準(zhǔn)RCC-M的要求。這次試制的閥體長140mm，寬76mm，高56mm，材料是316L不銹鋼。因其內(nèi)部有復(fù)雜的管道結(jié)構(gòu)，如果采用傳統(tǒng)制造方法需要整體鑄造、部分精密加工，使得加工周期長，而采用SLM技術(shù)閥體的制造時(shí)間將大大縮短。

4激光增材制造的發(fā)展方向

4.1材料、設(shè)備及工藝
盡管最近幾年3D打印已成為多方關(guān)注的焦點(diǎn)，但在材料、設(shè)備和工藝方面，我國與歐美發(fā)達(dá)國家還存在差距，急需在這些方面深入系統(tǒng)的研究。材料上，提高靜態(tài)性能和抗疲勞性能，使增材制造零件優(yōu)于鑄造和鍛造零件，開發(fā)新型材料，降低成本；設(shè)備上，需要提高增材制造速度，在短時(shí)間內(nèi)可以制造出性能優(yōu)良的成型件，滿足客戶的需要；工藝方面，提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程可靠性、力學(xué)性能和表面質(zhì)量，探究減少支撐、設(shè)計(jì)易于去除的支撐的工藝方法。在金屬激光3D打印技術(shù)中，材料制備、尺寸精度和加工精度及控制、材料與性能的關(guān)系、激光器、應(yīng)用拓展等共性問題一直是設(shè)備升級(jí)的制約因素，是急需攻克的共性技術(shù)。

4.2多方協(xié)同發(fā)展
金屬激光增材制造技術(shù)是一種最能體現(xiàn)現(xiàn)代信息社會(huì)制造特征的革命性技術(shù)，它融合了激光、機(jī)械、電子三個(gè)領(lǐng)域的尖端技術(shù)，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果的最新體現(xiàn)。增材制造技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，需要高等院校、研究院所、設(shè)備制造商、材料制造商和應(yīng)用客戶等多方共同協(xié)作，互利共贏，共同促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)發(fā)展。上游企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良的打印材料，中游設(shè)備制造企業(yè)提高加工質(zhì)量，下游銷售服務(wù)企業(yè)及時(shí)反饋客戶要求，這樣進(jìn)行整體上的科學(xué)規(guī)劃，協(xié)同研發(fā)。

4.3云制造
構(gòu)建面向金屬激光3D打印云制造產(chǎn)業(yè)鏈的云平臺(tái)技術(shù)，建立數(shù)字化工廠模式，與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)傳輸手段相結(jié)合。通過價(jià)值鏈及云服務(wù)實(shí)現(xiàn)3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)的橫向集成，實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)、云服務(wù)等新的生產(chǎn)方式和服務(wù)業(yè)態(tài)。

4.4評(píng)價(jià)體系的標(biāo)準(zhǔn)化
與傳統(tǒng)制造方法生產(chǎn)的零件一樣，金屬增材制造零件的評(píng)價(jià)體系也包括三大類，即材料工藝、機(jī)械加工類、表面處理及改性類評(píng)價(jià)。3D打印標(biāo)準(zhǔn)主要有三個(gè)方面：材料標(biāo)準(zhǔn)，包括材料尺寸、化學(xué)成分、材料粘度等；工藝標(biāo)準(zhǔn)，包括工藝過程、性能測試方法、系統(tǒng)組成測試方法等；應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用領(lǐng)域的范圍及零件的技術(shù)規(guī)范等。 目前，增材制造的檢測評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)還很少，許多冶金性能分析和評(píng)價(jià)還沒有可循的標(biāo)準(zhǔn)，今后迫切需要加強(qiáng)對(duì)3D打印零件材料性能的相關(guān)研究，推進(jìn)3D打印產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。歐洲已經(jīng)著手制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，SASAM增材制造標(biāo)準(zhǔn)化小組參考了ISOTC261、ASTMF42、CEN/TC43多種標(biāo)準(zhǔn)，并且將增材制造的主要廠家聯(lián)合起來，基于共同標(biāo)準(zhǔn)草案，歐洲標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)共同啟動(dòng)，發(fā)布2015增材制造標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。我國在3D打印標(biāo)準(zhǔn)制定方面還相對(duì)滯后，今后需要加緊制定并完善，實(shí)現(xiàn)金屬激光3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，開發(fā)不同領(lǐng)域的金屬激光3D激光打印工藝技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，并研究產(chǎn)品成形性能的檢測手段和方法。

5總結(jié)與展望
歐美發(fā)達(dá)國家的增材制造技術(shù)發(fā)展較早，市場化的時(shí)間也早于國內(nèi)，想要更快的發(fā)展本國增材制造產(chǎn)業(yè)，借鑒發(fā)達(dá)國家的發(fā)展模式，規(guī)避已有的錯(cuò)誤是本土產(chǎn)業(yè)化加速發(fā)展的模式。借鑒傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，增材制造也應(yīng)該從原材料研發(fā)、裝備制造、軟件開發(fā)、服務(wù)培訓(xùn)、人才培養(yǎng)等方面形成一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，瞄準(zhǔn)高端制造業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的發(fā)展機(jī)會(huì)，多點(diǎn)布局，多線發(fā)展，從上游開發(fā)到下游服務(wù)，創(chuàng)新現(xiàn)有的運(yùn)營模式，使得增材制造的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快。在開展產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用時(shí)，要著重注意知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，美國、日本已經(jīng)在專利技術(shù)方面領(lǐng)先于其他國家，如果開發(fā)的新技術(shù)沒有專利制度的保證，對(duì)于將來的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將是很大的阻礙。成熟的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，一定有自主的核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)、核心裝備器件作為保證。我國正面臨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，把握住未來發(fā)展的方向?qū)��?huì)對(duì)未來中國在國際制造市場的地位產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。


作者：陳忠旭，姚錫禹，郭 亮，張慶茂 （華南師范大學(xué)廣東省微納光子功能材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）