重磅！3D打印即将迎来新变革

增材制造（又称3D打印）是一种先进的制造技术，通过逐层加料，直接实现三维复杂结构制造。理论上，它不相互依赖于传统式的工业生产基础设施建设。

由于与传统成形工艺相比具有更大的优势，3D打印技术已成为先进设备制造、结构设计和新材料领域的研究热点。金属3D打印技术是3D打印技术的一个重要分支，对促进高性能金属零件的生产具有重要作用。

问：作为制造业和国防主要装备大型关键承载能力结构的主体，高性能金属零部件制造在这一制造转型中将如何创新？如何广泛应用金属3D打印技术？

王华明教授由于其与非金属材料相比具有特殊的优势，金属广泛应用于主要设备的大型临界轴承结构中。然而，大型钢锭面临着晶粒尺寸大、结构松散、化学成分偏析严重、塑性成形性能差等问题，这些问题将影响大型金属零部件的成形和制造能力。可以认为，在过去几十年里，大型金属零件的生产能力和性能几乎没有任何飞跃。

问：行业普遍认为3D打印技术将导致制造业的转型。金属3D打印技术将如何摆脱传统的制造约束？

王华明教授：金属3D打印工艺具备高温高压和微区超冶金工业热对流的特性，可使金属的凝固和制冷速率做到数十万摄氏/秒。这两种特性的结合，使金属3D打印技术摆脱了传统大型铸造和锻造的主要制约，使超大/超大、复杂/超复杂的金属零件晶粒小、成分均匀、结构紧凑，能够很容易地合成出新一代的金属结构材料，而传统的冶金工艺无法制备。

三维金属打印技术的内部质量、晶粒结构、显微组织和性能不仅受零件尺寸、厚度和位置的影响，而且可以在三维金属熔化过程中逐层凝固。

问：金属3D打印技术将如何影响日常生活？

王华明教授就飞机而言，一架大型飞机上有数万个结构部件。未来，如果采用金属三维打印技术生产大型、复杂、整体、高性能、轻量化的部件，大型飞机的结构件数量可能只有数百件，可以减轻飞机的结构重量。而且，在传统情况下，飞机生产需要国家强大的重工业能力的支持，设计时间不到5年，超过10年。未来，采用金属3D打印技术结合仿真技术，可以减少飞机生产周期的发展。

如果充分发挥低成本、短期、数字化、智能化的金属3D打印技术的优势，将对未来高性能金属结构材料制备技术、高性能大型化、复杂的整体关键金属元件制造技术、结构设计技术，甚至对设备生产方式产生革命性的影响。

问：在主要设备的开发和生产中的推广和应用不多。为了促进广泛的应用，我国应注重什么？

王华明教授金属3D打印技术的未来发展及其在主要设备中的作用取决于金属制造过程中关键科学和合金技术的研究水平。

目前，金属3D打印技术主要有两种：粉末床熔融沉积和熔融沉积。粉末床熔炼技术适用于小型复杂零件的制造，但要在设备制造中得到广泛应用，必须在技术、设备、材料、质量控制等方面取得重大突破。

然而，熔沉技术适用于大型关键轴承构件的制造，但难度较大。因此，研究熔融沉积印刷过程中熔池冶金、凝固、热物理和固相变化等超常规材料的制备型基础具有重要意义。