增材制造(Additive manufacturing，AM，俗称3D打印)是一种以激光、电子束或电弧等高能束为热源，以数字模型为基础，运用粉末状、丝状材料，通过逐层堆叠的方式来构造实体的技术。增材制造作为先进制造技术的代表，与传统制造工艺相比，在成形原理、原料形态、制件性能等方面发生了根本性转变，被认为是制造技术的一次革命性突破。

基于逐点熔凝、分层制造的工艺特征，增材制造一方面可以实现三维复杂结构零件的快速制造；另一方面由于其快速非平衡凝固过程，有望实现材料的高性能化，进而推动材料技术的发展。

在复杂结构快速制造方面，例如：拓扑优化设计(先进设计技术)与增材制造(先进制造技术)相结合，极大地释放了创新设计空间。通过拓扑优化方法对零件进行多目标优化，使应力分布更加均匀，刚度、强度性能更优，可满足多种工况条件下不同的应力、刚度等要求。但拓扑优化后的结构常常是不易采用传统方法制造的复杂结构，增材制造技术则为这类理想结构提供了可行的制造方法。欧洲RUAG Space与Altair公司合作实现了拓扑优化铝合金天线支架的增材制造与应用，美国Sandia国家实验室、NASA等也均采用了增材制造技术来实现拓扑优化结构的制备。

在材料高性能化方面，采用激光熔化沉积(Laser melting deposition, LMD)制备的TC4钛合金、GH4169镍基高温合金以及300M钢等材料在拉伸强度、屈服强度、延伸率等方面均都能达到锻件标准，高周疲劳性能与退火态锻件相当。激光选区熔化成形(Selective laser melting, SLM)的TC4钛合金、GH4169镍基高温合金等材料的拉伸强度、屈服强度和延伸率同样可以达到锻件标准。SLM成形的AlSi10Mg合金(与ZL104相当)的力学性能相比T6态铸造ZL104合金强度提高约80%，塑性提高3倍以上。此外，采用电子束熔丝沉积(Electron beam formation, EBF)、电子束选区熔化成形(Electron beam melting, EBM)、电弧增材制造技术(Wire and arc additive manufacturing, WAAM)制备的TC4钛合金的室温静载力学性能同样能满足锻件标准。

基于增材制造技术在复杂结构及高性能材料制备领域的巨大技术优势与应用前景，中国航发北京航空材料研究院的研究人员刘伟、李能、周标、张国栋、梁家誉、郑涛和熊华平在《机械工程学报》2019年20期发表了《复杂结构与高性能材料增材制造技术进展》一文，在文中他们综述了增材制造技术在典型复杂结构，如点阵结构、大型薄壁结构、复杂曲面结构、一体化结构，以及在铁基合金、镍基合金、钛基合金、铝基合金、金属间化合物、功能梯度材料、陶瓷材料等高性能材料方面的研究现状与技术进展，分析了目前增材制造在复杂结构和高性能材料方面所面临的困难与解决途径，并对该技术未来的重点发展方向进行了展望。

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点阵结构示意图

增材制造点阵结构

激光扫描间距对SLM制备点阵结构孔径尺寸的影响

研究展望

增材制造以其制造原理的巨大优势，已成为最具发展潜力的先进制造技术。随着制造精度的提高和材料适用范围的扩大，增材制造技术必然给制造业带来革命性的发展，但目前增材制造技术仍需要在以下几个方面重点开展研究。

提高增材制造设计自由度

建立增材制造专用材料体系

通过增材制造方法开发新型材料

高附加值产品修复与再制造

建立数据库与相关标准