增材制造（又称3D打印）是以数字模型为基础，通过将材料逐层堆积来制造实体物品的新兴技术，是引领制造业未来的颠覆性技术。增材制造凭借数字化技术，把三维CAD模型变成切片数据，把三维制造变成二维制造，把复杂的制备流程大大简化。因此，在复杂零件的制造、在零件的首次试制、以及在材料利用率很低的制造任务方面具有巨大的优势。

近日，中国粉体工业万里行团队走进了增材领域唯一的国家级创新中心——国家增材制造创新中心。今天就让我们一起看看，增材中心是如何打造完整创新链、产业链，带动整个制造业的转型升级，探索3D打印技术的最前沿。

万里行团队与刘荣臻所长、黄娜副所长合影

产业现状：蓬勃发展

非金属所的刘荣臻所长畅谈了增材制造的发展现状。首先，增材制造的应用市场在不断扩大。从过去认为增材制造只有在军工及航天航空领域的产业化应用，到如今已走向民用市场，在电子、生物、医疗、文创等多领域展现活力。但也依然面临上下游适配的客观限制。其次，理念在进步。从科研到应用，包括传统制造业都认识到3D打印的强大能力；最后，体量在增长。从业者及用户数量均不断增加，增材制造正在填补技术研究与产业化之间产业化技术缺失的空白，从几年前的技术研究阶段进入产业化阶段。

产业化生产的“不可能三角”

在刘所长及黄副所长带领下，我们参观了研发生产和测试部门。测试部门以应用端为主，对工件的三维打印质量进行检测，检测工件的力学性能、微观组织分析、无损检测等。研发生产部门的3D打印设备有传统的熔融沉积成型（FDM）打印、电子束熔融成型（EBM）、金属3D打印机（SLM）等，配套有磨粒流抛光、电解抛光装备等，不同设备具有不同的应用特点，比如磨粒流抛光处理大件，电解抛光处理小件（全部浸入电解液处理）。刘所总结：3D打印设备的种类可按材料投放形式、能量投放种类进行区分。

在产业化生产的过程中，成本、精度、效率三者形成“不可能三角”，三者无法同时达到最优，没有完美的设备，只有适合产品性能与生产的设备。国家增材制造创新中心采用先进的技术和装备，形成面向增材制造产业需求的创新能力，为用户提供中试验证、检测测试、工艺技术解决方案等一站式服务。

机遇与挑战

大众对于增材制造的成本往往有一个核心误区：认为其造价高昂，这其实是忽略了增材制造产业化过程中的规模化效应 —— 当规模扩大后，成本优势会逐步凸显。对比人工成本来看：传统制造的人工分散在多个环节，不仅依赖人工操作，成本也难以压缩；而增材制造中的人工仅起引导性作用，比如负责参数设定、设备监控等工作，即便在后处理环节，也能通过批量化提升效率，人工集约化优势很显著。再看增材制造的成本构成，核心在于材料采购、设备的运行及折旧费用。随着后处理环节的智能化升级（如自动化抛光），再叠加设备集中化程度高、成品率高的特点，在结构功能一体化构件、复杂异形构件等领域，其实际单位成本比以往认为的更低，部分场景下已具备成本竞争力。

致力于引导大众关注粉体原材料差异，组织行业企业开展增材制造技术国家标准、行业标准和团体标准的制定、实施与推广。对于国内粉体一致性有所欠缺的现状，增材中心目前通过对粉体进行后处理、表面改性以满足增材制造需求，到未来大规模产业化生产阶段，仍需粉体生产企业解决此问题。比如深入研究隐性指标参数，关注粉体的表面电荷、烧结活性等。

一体化解决方案

为复杂零件一体化设计制造提供先进技术。通过研发中试、公共测试、共性技术服务三大平台,形成面向用户提供工艺技术解决方案、中试验证、检验测试等一站式服务能力，现拥有世界一流的大中小型增材制造和检测设备230余台,并积极开展设备能力检测,全面提升服务水平。

·高精度、净成形技术

·实现复杂精密构件整体成形

·使复杂构件“功能优先”设计成为可能

·性能超过铸件、部分材料性能优于锻件

航空发动机叶片  三维喷涂粘结金属件

共性技术突破核心元器件

工业级3D微滴喷射打印头  激光变焦熔覆头

FDM工艺用螺杆打印头 高精度长寿命新型电子枪

设备矩阵（部分）

一、金属熔丝增减材一体化制造装备

围绕航空航天等领域增材制造大型复杂金属结构件成型，开展电弧、等离子熔丝、电子束熔丝、激光熔丝等成型工艺研究，与熔丝增减材一体化设备开发，推进金属熔丝增材制造产业化应用。

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

二、激光增减材复合制造装备

增减材复合制造技术结合了增材近净成形和减材保证精度的优点，适合高精度复杂型面及具有内孔内腔零件的一体化制造和修复再制造，在航空、航天、核电、模具等领域具有广泛的应用前景。

NIIAM-LMDH600A（左）NIIAM-LMDH600S（右）

三、激光选区熔化成形设备

自主成功研发了多款具有完全自主知识产权的SLM金属3D打印机，可实现钛基合金、不锈钢、高温合金、铝基、镍基合金、高熵合金、形状记忆合金、金属纳米基复合材料、钴铬合金和贵重金属等多种金属及金属基复合材料的高精度、高质量打印成形，适用于航空航天、汽车模具、生物医疗等行业。同时开发SLM工艺和控制软件并已通过应用验证。正在研发中小尺寸系列设备、教育版设备及双激光SLM设备。

NIIAM-RC100-N1（左）NIIAM-RC100-N2（右）

四、高性能复合材料增材制造装备

为解决目前桌面机打印效率低，成型尺寸小的问题，开发出适合工业应用的颗粒塑料打印机，研发的整套EDP打印设备。集成了增材制造技术、颗粒料挤出成形工艺、复合材料快速制造等技术，具备灵活的应用、多型号的产品结构和高动态响应的控制系统。

NIIAM-EDP-P006(左）NIIAM-EDP-P01（右）

五、增材制造后处理设备

为客户提供：（1）复杂金属构件内外表面精整加工服务，具体包括内外表面抛光、去毛刺、倒角、倒圆、除锈除油清洗、大长径比超细 内孔/流道精整加工； （2）电解质等离子后处理设备定制服务增材制造后处理设备

流道处理设备（左）大尺寸抛光设备（右）

小结

国家增材制造创新中心瞄准重要材料、核心元器件、重大装备、关键工艺、核心软件等共性关键技术，进行自主研发与技术集成、突破行业技术瓶颈，打造完整的创新链，为用户提供中试验证、检测测试、工艺技术解决方案等一站式服务。

未来，我们期待国家增材制造创新中心能够给我们带来更多技术突破与创新成果，持续赋能增材制造行业升级！

粉体工业万里行