增材制造（又称3D打印）技能，是一种经由过程简略二维逐层增长质料间接完成三维繁杂布局制造的数字化、智能化、低本钱、短周期进步前辈制造的技能。它突破了传统整机成形以及加工制造技能的原理限定，从实践下去讲，不依赖于传统产业根本举措措施，仅仅经由过程简略的“二维数字打印”就能够间接制造出肆意外部布局以及形状、几何尺寸的高机能三维繁杂布局。
正由于相较于传统成形制造技能的变化性上风，3D打印技能成为当前设备进步前辈制造、布局设计以及新质料等技能畛域的热门标的目的，泰西等发达国度纷繁将其列进国度成长策略。而金属3D打印技能属于3D打印技能中的一个首要分支，其对高机能金属构件的制造有着首要的推进作用。
作为制造产业及国防重年夜设备年夜型关头承力布局的主体，高机能金属构件的制造将在这场制造业变化中泛起怎么的立异？金属3D打印技能又将若何完成普遍运用？就此，记者采访了中国工程院院士、年夜型金属构件增材制造国度工程试验室主任、北京航空航天年夜学传授王华明。
阐扬新技能“为所欲为”上风
记者：金属可以说是一样平常糊口中最多见的质料之一，就您的领会，传统金属制造技能还存在哪些关头性的制约问题？
王华明：因为相对于非金属质料具备特殊上风，金属被普遍运用于重年夜设备的年夜型关头承力布局中。但年夜型铸锭面对着晶粒粗年夜、组织蓬松、化学成份偏析紧张、塑性成形加工机能差等问题，会影响年夜型金属构件成形制造才能以及构件机能。可以认为，在曩昔几十年间，年夜型金属构件制造才能以及机能程度现实上没有奔腾性入铺。
记者：业内广泛认为3D打印技能将引起一场制造业的变化，您以为金属3D打印技能将若何解脱传统制造的原感性制约？
王华明：金属3D打印技能领有超低温、强对流的“微区超凡冶金”特色，并且能使金属的凝集寒却速率高达数十万摄氏度/秒，具备“激寒疾速凝集”的特色。这两种特色的连系可使金属3D打印技能完全解脱传统年夜型铸锭熔铸以及铸造的原感性制约，使增材制造年夜型/超年夜型、繁杂/超繁杂金属构件具备晶粒微小、成份平均、布局致密的疾速凝集组织，并能利便地合成制备出传统冶金制备技能没法制备的新一代金属布局新质料。
操纵金属3D打印技能制造的构件，其外部品质、晶粒布局、宏观组织及机能，不仅不受整机尺寸、壁厚、位置的影响，并且在金属构件逐层融化、逐层凝集的3D打印进程中，还可以“为所欲为”地节制3D打印合金熔池的熔体冶金状况、凝集寒却速率、温度梯度等金属结晶前提及固态寒却等进程中的3D打印情况物理、化学前提，完成对整机分歧部位质料的化学成份、晶粒尺寸、形态以及取向和宏观布局的自动节制，充实阐扬分歧质料的机能上风，扬长避短地把分歧质料“按需设计”，定制于整机的分歧部位，使增材制造梯度金属质料构件具备繁多质料没法具有的特殊机能。
记者：可否请您详细谈谈，金属3D打印技能将对一样平常糊口发生怎么的影响？
王华明：就飞机制造来讲，今朝一架年夜型客机的机体布局整机数目数以万计。将来若是操纵金属3D打印技能出产年夜型、繁杂、总体、高机能、轻量化构件，一架年夜型飞机的机身布局零部件数目可能仅需数百个，可变化性地下降飞机自身布局重量。并且，在传统环境下，飞机出产必要国度壮大的重产业才能支持，设计时间少则5年、多则十几年。而未来操纵金属3D打印技能共同摹拟仿真技能，可能会使飞机的研制出产周期显现数目级下降。
若能充实阐扬金属3D打印技能低本钱、短周期、数字化、智能化的上风，或者将对将来重年夜设备的高机能金属布局质料制备技能、高机能年夜型繁杂总体关头金属构件制造技能、布局设计技能，乃至对设备出产模式发生变化性影响。
还需在多方面完成突破
记者：正如您所说，金属3D打印技能确凿具备不少传统制造技能没法对比的上风，但从实际糊口来望，这些上风彷佛还未阐扬进去，在重年夜设备研制以及出产中的推行运用还未几。为推进普遍运用，我国还应在哪些方面出力？
王华明：金属3D打印技能的将来成长以及在重年夜设备中的作用，取决于对金属增材制造进程中关头迷信与合金技能等根本问题的研究程度。
今朝金属3D打印技能次要有“粉床选区融化”技能以及送粉/送丝“融化沉积”技能两类。“粉床选区融化”技能适宜小型、繁杂构件的制造，但若想在设备制造中得到年夜量运用，就必需在工艺、装备、质料、品质机能节制等方面有重年夜突破，完全解决打印整机尺寸受限、打印效率低、整机品质机能差、整机代价超低等瓶颈问题，不然该技能只能局限在颇有限的特殊设备制造中。
而“融化沉积”技能尽管适宜重年夜设备年夜型关头承力构件的制造，但其技能难度更年夜。是以，深刻研究融化沉积打印进程中的熔池冶金、凝集、暖物理、固态相变等超凡质料制备与成形根本问题，成长高效、高精度、高机能年夜型关头金属构件增材制造技能，研发基于增材微区冶金的新一代高机能金属布局新质料，是该技能的首要成长标的目的。
（原载于《前沿迷信》2019年第4期，内容有删减）