近(jin)幾年來，增(zeng)材(cai)(cai)制造(zao)在全球(qiu)范圍(wei)內迅速走熱，各國(guo)對(dui)于增(zeng)材(cai)(cai)制造(zao)技術又開始重新(xin)重視(shi)起來，美(mei)國(guo)總統奧巴馬將其視(shi)作制造(zao)業回歸升(sheng)級的重要方向(xiang)，中國(guo)也(ye)在金屬增(zeng)材(cai)(cai)制造(zao)領(ling)域(yu)一直處于世界領(ling)先水(shui)平。隨著技術不(bu)斷的進(jin)步(bu)，增(zeng)材(cai)(cai)制造(zao)已經(jing)在航(hang)空(kong)航(hang)天、模(mo)具(ju)以(yi)及汽(qi)車等領(ling)域(yu)獲得大規模(mo)應(ying)用(yong)，而走在應(ying)用(yong)前列的當屬美(mei)國(guo)NASA。

　　據美國(guo)國(guo)家航空航天局（NASA）官網近日報(bao)道，NASA工(gong)程人員正通過(guo)利用增材制造技(ji)術(shu)制造首個(ge)全(quan)尺(chi)寸銅(tong)合金火箭發動(dong)機(ji)零件以節約成本，NASA空間技(ji)術(shu)任務部負(fu)責人表示，這是航空航天領域3D打印技(ji)術(shu)應用的新里程碑。

　　增材制(zhi)造(zao)(zao)(zao)（AM）技(ji)術(shu)(shu)又稱為快(kuai)速原型、快(kuai)速成形、快(kuai)速制(zhi)造(zao)(zao)(zao)、3D打(da)印技(ji)術(shu)(shu)等(deng)，是指基(ji)于離散-堆積原理，由(you)零(ling)件三(san)維數據(ju)驅動直接制(zhi)造(zao)(zao)(zao)零(ling)件的(de)(de)(de)(de)(de)科(ke)學技(ji)術(shu)(shu)體系。基(ji)于不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)分類(lei)原則和理解(jie)方式，增材制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)涵仍(reng)在不(bu)斷深化，外延也不(bu)斷擴展。增材制(zhi)造(zao)(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)不(bu)需要傳統的(de)(de)(de)(de)(de)刀具(ju)和夾具(ju)以及復雜(za)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)序(xu)，在一臺設備上可(ke)快(kuai)速精密地制(zhi)造(zao)(zao)(zao)出任意復雜(za)形狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)零(ling)件，從而(er)實現(xian)了零(ling)件“自(zi)由(you)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)”，解(jie)決了許多復雜(za)結(jie)構零(ling)件的(de)(de)(de)(de)(de)成形，并大大減少了加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)序(xu)，縮(suo)短了加(jia)工(gong)(gong)周(zhou)期，而(er)且產(chan)品結(jie)構越復雜(za)，其制(zhi)造(zao)(zao)(zao)速度的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)就越顯著(zhu)。

　　歐美(mei)(mei)(mei)發(fa)達國(guo)(guo)家(jia)紛(fen)紛(fen)制定了發(fa)展和推動(dong)增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)(cai)制造技術(shu)的(de)(de)國(guo)(guo)家(jia)戰略和規劃，增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)(cai)制造技術(shu)已受到政府、研(yan)究機構、企業(ye)(ye)和媒體(ti)(ti)的(de)(de)廣泛關(guan)注。2012年3月，美(mei)(mei)(mei)國(guo)(guo)白(bai)宮宣布了振(zhen)興美(mei)(mei)(mei)國(guo)(guo)制造的(de)(de)新舉措，將投資10億(yi)美(mei)(mei)(mei)元幫助美(mei)(mei)(mei)國(guo)(guo)制造體(ti)(ti)系的(de)(de)改革(ge)。其中，白(bai)宮提(ti)出實(shi)現該(gai)項(xiang)計劃的(de)(de)三(san)大背(bei)景技術(shu)包括(kuo)了增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)(cai)制造，強(qiang)調了通過改善增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)(cai)制造材(cai)(cai)(cai)料(liao)、裝(zhuang)備及標準，實(shi)現創新設計的(de)(de)小批量、低成本數字化制造。2012年8月，美(mei)(mei)(mei)國(guo)(guo)增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)(cai)(cai)制造創新研(yan)究所成立，聯合了賓夕法尼亞州西部(bu)、俄(e)亥俄(e)州東部(bu)和弗吉尼亞州西部(bu)的(de)(de)14所大學、40余(yu)家(jia)企業(ye)(ye)、11家(jia)非(fei)營(ying)利機構和專業(ye)(ye)協會。

　　其他歐洲國(guo)(guo)家也(ye)在積極跟進增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的研發。英(ying)國(guo)(guo)政府自2011年開始(shi)持(chi)續增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)(da)對增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的研發經(jing)費(fei)。以(yi)前僅有(you)拉夫(fu)堡大(da)(da)(da)(da)(da)學(xue)一個增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)研究(jiu)中，諾丁漢大(da)(da)(da)(da)(da)學(xue)，謝菲爾德大(da)(da)(da)(da)(da)學(xue)、埃克塞特大(da)(da)(da)(da)(da)學(xue)和曼徹斯特大(da)(da)(da)(da)(da)學(xue)等(deng)相繼(ji)建立(li)了增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)研究(jiu)中心。英(ying)國(guo)(guo)工程與物理科學(xue)研究(jiu)委員會中設有(you)增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)研究(jiu)中心，參(can)與機構包括(kuo)拉夫(fu)堡大(da)(da)(da)(da)(da)學(xue)、伯明翰(han)大(da)(da)(da)(da)(da)學(xue)、英(ying)國(guo)(guo)國(guo)(guo)家物理實(shi)驗室、波音公(gong)司(si)以(yi)及(ji)(ji)德國(guo)(guo)EOS公(gong)司(si)等(deng)15家知(zhi)名大(da)(da)(da)(da)(da)學(xue)、研究(jiu)機構及(ji)(ji)企業(ye)。法國(guo)(guo)增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)協會致力于增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)標準的研究(jiu)。在政府資助下，西(xi)班牙啟動了一項發展增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)的專項，研究(jiu)內(nei)容(rong)包括(kuo)增(zeng)(zeng)(zeng)材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)共性(xing)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、材(cai)料、技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)交流及(ji)(ji)商業(ye)模式等(deng)四方面內(nei)容(rong)。

　　目前，除了美國(guo)(guo)外(wai)，其他一些發(fa)達(da)國(guo)(guo)家也(ye)在(zai)(zai)積極推動(dong)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)在(zai)(zai)航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天(tian)領(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)的應用(yong)。德國(guo)(guo)建立了直接(jie)制(zhi)造(zao)(zao)研(yan)究中心，主要研(yan)究和推動(dong)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)在(zai)(zai)航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天(tian)領(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)中結構輕量化方面(mian)的應用(yong)。澳(ao)大利亞(ya)政(zheng)府于(yu)2012年(nian)啟動(dong)“微型發(fa)動(dong)機(ji)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)”項(xiang)目，旨在(zai)(zai)使用(yong)增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)制(zhi)造(zao)(zao)航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天(tian)領(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)微型發(fa)動(dong)機(ji)零(ling)部件(jian)。日本政(zheng)府也(ye)很重視增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)的發(fa)展，通過優惠政(zheng)策和大量資金鼓勵(li)產學研(yan)用(yong)緊密結合，有力促(cu)進該技(ji)術(shu)(shu)在(zai)(zai)航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天(tian)等(deng)領(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)的應用(yong)。之所以會產生這一熱潮，是因(yin)為(wei)金屬3D打印增(zeng)材(cai)(cai)制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)對航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天(tian)領(ling)(ling)(ling)域(yu)(yu)帶(dai)來的效益是廣泛的。

　　第(di)一，加(jia)速(su)新型航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天器的研(yan)發(fa)。金屬3D打(da)印高(gao)性(xing)能增材制(zhi)造技術擺(bai)脫(tuo)了模具制(zhi)造這(zhe)一顯著延長(chang)研(yan)發(fa)時(shi)間的關鍵(jian)技術環節(jie)，兼顧高(gao)精度、高(gao)性(xing)能、高(gao)柔性(xing)，可以快速(su)制(zhi)造結構十分復雜的金屬零件，為先進航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天器的快速(su)研(yan)發(fa)提(ti)供了有力的技術手段。

　　第二，顯(xian)著減(jian)輕結(jie)(jie)構重(zhong)量(liang)。減(jian)輕結(jie)(jie)構重(zhong)量(liang)是航空航天(tian)器最重(zhong)要(yao)的技(ji)術(shu)(shu)需求，傳統制造(zao)技(ji)術(shu)(shu)已經被(bei)發揮到接近(jin)極限，難以再(zai)有更大的作為。而金屬3D打印高性能增(zeng)材制造(zao)技(ji)術(shu)(shu)則可以在獲得同樣性能或(huo)更高性能的前提(ti)下，通過(guo)最優化的結(jie)(jie)構設計來顯(xian)著減(jian)輕金屬結(jie)(jie)構件的重(zhong)量(liang)。

　　第三，顯著節約昂貴(gui)的(de)(de)戰略金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)(liao)。航空航天器(qi)由于(yu)對高(gao)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)需(xu)求，需(xu)要大(da)量使用(yong)鈦合金(jin)(jin)(jin)和(he)鎳基超合金(jin)(jin)(jin)等昂貴(gui)的(de)(de)高(gao)性(xing)(xing)(xing)能、難加工的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)(liao)。但很多(duo)零(ling)件(jian)的(de)(de)材料(liao)(liao)利(li)(li)用(yong)率(lv)非(fei)常低，一(yi)般(ban)低10%，有時甚至于(yu)僅為(wei)2%-5%。大(da)量昂貴(gui)的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)(liao)變成(cheng)了難以再利(li)(li)用(yong)的(de)(de)廢屑(xie)，同時伴隨著極(ji)大(da)的(de)(de)機械(xie)加工量。作為(wei)一(yi)種(zhong)高(gao)性(xing)(xing)(xing)能近凈成(cheng)型技術，金(jin)(jin)(jin)屬(shu)3D打印高(gao)性(xing)(xing)(xing)能增材制造技術可以把高(gao)性(xing)(xing)(xing)能金(jin)(jin)(jin)屬(shu)零(ling)件(jian)制造的(de)(de)材料(liao)(liao)利(li)(li)用(yong)率(lv)提(ti)高(gao)到60%-95%，甚至更高(gao)，同時也(ye)就顯著減少(shao)了機械(xie)加工量。

　　第四，制(zhi)造(zao)一些過(guo)去(qu)無法實現(xian)(xian)的(de)(de)(de)功能結(jie)構(gou)(gou)(gou)，包(bao)括(kuo)：最(zui)合(he)理(li)(li)(li)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)分布結(jie)構(gou)(gou)(gou)；通(tong)(tong)過(guo)最(zui)合(he)理(li)(li)(li)的(de)(de)(de)復雜內流道結(jie)構(gou)(gou)(gou)實現(xian)(xian)最(zui)理(li)(li)(li)想的(de)(de)(de)溫度(du)控制(zhi)手段；通(tong)(tong)過(guo)合(he)理(li)(li)(li)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)(gou)設計和材(cai)料(liao)分布實現(xian)(xian)振(zhen)動頻(pin)率特征的(de)(de)(de)調控，避免危險的(de)(de)(de)共振(zhen)效應(ying)；通(tong)(tong)過(guo)多材(cai)料(liao)任意復合(he)實現(xian)(xian)一個零件(jian)的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)部位分別滿足不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)技術需求(qiu)等(deng)。

　　第五，通(tong)過激(ji)光組(zu)合(he)(he)制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)改造(zao)(zao)提升傳統制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)，使鑄造(zao)(zao)、鍛(duan)造(zao)(zao)和機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)等(deng)傳統制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)手段更好地(di)發(fa)揮作(zuo)用。激(ji)光立體成(cheng)型技(ji)(ji)術(shu)(shu)可(ke)(ke)以實(shi)現(xian)異(yi)質材料(liao)的(de)高(gao)性能結合(he)(he)，從而可(ke)(ke)以在(zai)通(tong)過鑄造(zao)(zao)、鍛(duan)造(zao)(zao)和機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)等(deng)傳統技(ji)(ji)術(shu)(shu)制(zhi)造(zao)(zao)出來的(de)零件上任(ren)意添加(jia)精(jing)細結構(gou)，并且使其(qi)具(ju)有與整體制(zhi)造(zao)(zao)相當的(de)力學(xue)性能。這(zhe)就可(ke)(ke)以把增材制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)成(cheng)型復雜精(jing)細結構(gou)的(de)優勢與傳統制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)高(gao)效率、低(di)成(cheng)本的(de)優勢結合(he)(he)起來，形成(cheng)最佳(jia)的(de)制(zhi)造(zao)(zao)策略。

　　增(zeng)材制造(zao)(zao)技(ji)術(shu)是(shi)有助于NASA繼續探(tan)月行動，甚至維持火(huo)星(xing)探(tan)測人員(yuan)生(sheng)存的眾多(duo)技(ji)術(shu)之一。發動機是(shi)由大(da)量不同材料制成(cheng)的復雜零件組裝而成(cheng)，其提供的推(tui)力(li)為火(huo)箭(jian)提供動力(li)。增(zeng)材制造(zao)(zao)具有降(jiang)低火(huo)箭(jian)零件制造(zao)(zao)時間(jian)和成(cheng)本的潛能，如火(huo)箭(jian)燃燒(shao)室銅合(he)金內(nei)(nei)(nei)襯，在(zai)火(huo)箭(jian)燃燒(shao)室內(nei)(nei)(nei)超冷(leng)推(tui)進劑(ji)被混(hun)合(he)并(bing)加熱(re)到將火(huo)箭(jian)送到太空(kong)所需的極端溫(wen)度(du)。在(zai)紙一樣厚(hou)的銅合(he)金內(nei)(nei)(nei)襯壁里面(mian)，溫(wen)度(du)激(ji)增(zeng)到2760，通(tong)過氣體循(xun)環，將內(nei)(nei)(nei)襯壁外面(mian)的溫(wen)度(du)冷(leng)卻(que)到絕對(dui)零度(du)以(yi)上100以(yi)下，來(lai)防止熔(rong)化，銅合(he)金內(nei)(nei)(nei)襯是(shi)專為實現(xian)這(zhe)一目的而制造(zao)(zao)。為了(le)使氣體循(xun)環，在(zai)燃燒(shao)室內(nei)(nei)(nei)襯內(nei)(nei)(nei)、外壁之間(jian)建造(zao)(zao)了(le)200多(duo)條復雜通(tong)道(dao)。

　　這種(zhong)(zhong)具(ju)(ju)有復(fu)雜內部幾何(he)特征(zheng)的小(xiao)通道對(dui)(dui)NASA增(zeng)材(cai)制造(zao)團(tuan)隊帶(dai)來挑戰。馬歇爾(er)太空(kong)飛(fei)行中(zhong)心(xin)材(cai)料(liao)與加工(gong)實驗室采用(yong)其選擇性(xing)激光(guang)熔融(rong)設備融(rong)合(he)(he)了(le)8255層(ceng)銅(tong)合(he)(he)金(jin)粉(fen)末，在10天零18小(xiao)時的時間內制造(zao)了(le)燃燒(shao)室內襯。在制造(zao)燃燒(shao)室內襯之前，材(cai)料(liao)工(gong)程師(shi)建造(zao)了(le)幾個其他試驗件，對(dui)(dui)材(cai)料(liao)進(jin)行了(le)表(biao)征(zheng)，且設計創造(zao)了(le)銅(tong)合(he)(he)金(jin)增(zeng)材(cai)制造(zao)工(gong)藝。銅(tong)合(he)(he)金(jin)具(ju)(ju)有極好(hao)的導熱(re)性(xing)，這也是銅(tong)合(he)(he)金(jin)作(zuo)為(wei)發動機燃燒(shao)室及其他零件內襯理想材(cai)料(liao)的原(yuan)因。然而，這種(zhong)(zhong)屬性(xing)卻為(wei)銅(tong)合(he)(he)金(jin)增(zeng)材(cai)制造(zao)帶(dai)來挑戰，因為(wei)激光(guang)很難連續熔化(hua)銅(tong)合(he)(he)金(jin)粉(fen)末。

　　目前，僅有少量銅(tong)合金火(huo)箭(jian)零件(jian)的(de)可采(cai)用(yong)(yong)增(zeng)材制(zhi)造(zao)技(ji)術來制(zhi)造(zao)。因此，NASA正在通過3D打印一(yi)個(ge)火(huo)箭(jian)零件(jian)來開(kai)辟技(ji)術新天地，這一(yi)組件(jian)必須經受極端(duan)高(gao)溫和低溫，且(qie)具有復(fu)雜的(de)冷卻通道(dao)，該通道(dao)是(shi)建造(zao)在內壁(bi)厚度(du)為鉛筆(bi)斑痕(hen)的(de)外部上的(de)。該零件(jian)是(shi)由NASA格倫(lun)研究(jiu)中(zhong)(zhong)心的(de)材料(liao)科學家創造(zao)的(de)GRCo-84銅(tong)合金建造(zao)而成。格倫(lun)研究(jiu)中(zhong)(zhong)心廣(guang)泛(fan)的(de)材料(liao)表征有助于驗(yan)證3D打印的(de)工藝參數，確保(bao)建造(zao)質量。格倫(lun)研究(jiu)中(zhong)(zhong)心將開(kai)發(fa)材料(liao)機械性(xing)能的(de)廣(guang)泛(fan)數據庫(ku)，用(yong)(yong)于指導未來的(de)3D打印火(huo)箭(jian)發(fa)動機設(she)計(ji)。

　　制造銅合(he)(he)金發(fa)(fa)動(dong)機(ji)燃燒室內襯僅僅是(shi)低成本火箭上面級推進(jin)項(xiang)目(mu)的(de)(de)第一(yi)步，該項(xiang)目(mu)由NASA空間(jian)技術任(ren)務部的(de)(de)顛(dian)覆(fu)性(xing)開(kai)發(fa)(fa)計劃(hua)資(zi)助。NASA的(de)(de)顛(dian)覆(fu)性(xing)計劃(hua)資(zi)助那些將變革未來太空活動(dong)的(de)(de)技術開(kai)發(fa)(fa)，包括NASA的(de)(de)探(tan)月計劃(hua)。對于工程人員而(er)言，項(xiang)目(mu)的(de)(de)下一(yi)步是(shi)將銅合(he)(he)金內襯運送(song)到NASA的(de)(de)蘭(lan)利研究中(zhong)心(xin)，采(cai)用電子束自由成形在(zai)銅合(he)(he)金內襯外部直接沉積鎳合(he)(he)金結(jie)構外殼。之后，預計于今年夏季在(zai)馬歇爾飛(fei)行(xing)中(zhong)心(xin)進(jin)行(xing)發(fa)(fa)動(dong)機(ji)部件的(de)(de)熱點(dian)火測試(shi)，以確(que)定在(zai)模(mo)擬的(de)(de)極端溫度(du)和壓力條件下，發(fa)(fa)動(dong)機(ji)的(de)(de)運行(xing)情況(kuang)。