材料加成制造有著廣闊的發(fā)展前景，但也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。目前*困難的問題是材料的物理化學(xué)性質(zhì)制約了其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。例如，在成型材料中，目前主要是有機(jī)高分子材料和金屬材料。金屬材料的直接成形是近十年來的研究熱點(diǎn)。它逐漸在工業(yè)上得到應(yīng)用。難點(diǎn)在于如何提高精度。新的研究方向是通過添加材料制造技術(shù)，直接堆積軟組織材料(生物基質(zhì)材料和細(xì)胞)，形成類似生命的生物體，并通過體外和體內(nèi)培養(yǎng)制造復(fù)雜的組織和器官。關(guān)鍵技術(shù)的研究和開發(fā)將有力地推動(dòng)材料添加技術(shù)的發(fā)展。
幾種主流快速成型工藝的成型原理及優(yōu)缺點(diǎn)
1. 激光光固化（SLA——Stereolithography）
該技術(shù)以光敏樹脂為原料，將計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態(tài)樹脂連點(diǎn)掃描，便被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個(gè)薄層截面。當(dāng)層固化完畢，移動(dòng)工作臺，在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便進(jìn)行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)零件原型制造完畢。美國3DSYSTEMS 公司是*早推出這種工藝的公司。該項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)是精度和光潔度高，但是材料比較脆，運(yùn)行成本太高，后處理復(fù)雜，對操作人員要求較高。適合驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)過程中用。
2. 三維打印成型（3DP——3Dimension Printer）
其*大特點(diǎn)是小型化和易操作，多用于商業(yè)、辦公、科研和個(gè)人工作室等環(huán)境。而根據(jù)打印方式的不同，3DP三維打印技術(shù)又可以分為熱爆式三維打?。ù恚好绹?D Systems公司的 Zprinter系列——原屬ZCorporation公司，已被3D Systems公司收購）、壓電式三維打?。ù恚好绹?D Systems公司的ProJet系列和前不久被Stratasys公司收購的以色列Objet公司的三維打印設(shè)備）、DLP投影式三維打?。ù恚旱聡鳨nvisiontec公司的Ultra、Perfactory系列）等。

工業(yè)對3D金屬打印機(jī)的強(qiáng)烈需求，將幫助3D Systems挽回一些股市中的損失。當(dāng)然，市場也看到了這種需求。一些大公司正在考慮收購3d打印公司，這可能很快會迎來3d打印的收購浪潮?；萜諏⒂诮衲晖硇r(shí)候開始3D打印，但它能否在短期內(nèi)生產(chǎn)3D金屬打印機(jī)仍是個(gè)疑問。如果考慮收購一些成熟的3D打印公司，比如3D系統(tǒng)，那么發(fā)展3D打印業(yè)務(wù)可能會容易得多。3D系統(tǒng)不一定會受益于其產(chǎn)品線的優(yōu)勢，但它仍然可以得益于HP的快速印刷技術(shù)。如果惠普對3D系統(tǒng)不感興趣，還有其他公司在等著，比如沃爾瑪(Wal-Mart)，沃爾瑪正在考慮收購一家3D打印公司，以加速涉足3D打印行業(yè)。3D系統(tǒng)已經(jīng)證明，它是一個(gè)連續(xù)盈利的3D打印公司，擁有大量的客戶可以保持30年，因此3D系統(tǒng)將成為許多公司的主要收購目標(biāo)。批評3d系統(tǒng)的人士不能否認(rèn)，該公司繼續(xù)實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的收入增長，并在過去五年一直盈利。3d系統(tǒng)值得長期投資者購買，其高波動(dòng)性可能是痛苦的，但短期痛苦是長期回報(bào)的一個(gè)小代價(jià)。

并不是每個(gè)人都能負(fù)擔(dān)得起自己的3D打印機(jī)， 工業(yè)級高精度3d打印機(jī)造價(jià)昂貴，所以許多公司在他們的產(chǎn)品中增加了3D打印點(diǎn)播服務(wù)。3D打印服務(wù)將您的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為完全實(shí)現(xiàn)的3D打印模型，而無需您自己的設(shè)備。
即使您希望體驗(yàn)大小、材質(zhì)和復(fù)雜性，3D打印服務(wù)也允許您嘗試更多的類型，而不是單一設(shè)置。因此，如果你想要打印又不想自己投資，那么3D打印服務(wù)將是你不錯(cuò)的選擇。
盡管時(shí)間、價(jià)格和能力的細(xì)節(jié)會因您選擇的服務(wù)而有所不同，但所有3D打印服務(wù)都遵循以下一般步驟：
1。在個(gè)人CAD程序或3D打印服務(wù)的網(wǎng)站上創(chuàng)建您的設(shè)計(jì)。
2、選擇要使用的服務(wù)并發(fā)送您的設(shè)計(jì)。
3。根據(jù)您的需要選擇您的材料（每個(gè)服務(wù)將提供不同的材料）。
4、等待3D模型的到來！3D打印服務(wù)將打印您的設(shè)計(jì)，后期處理，并發(fā)送到您的家門口了。

在過去的幾年里，F(xiàn)-ILT的科學(xué)家們一直在開發(fā)添加激光粉末床融合技術(shù)，從原型技術(shù)到小型復(fù)雜零件的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。LPBF已被用于航空航天、渦輪機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備等工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜的功能部件。然而，一個(gè)缺點(diǎn)是不可能打印三維硬化零件（金屬零件表面強(qiáng)化工藝）和熱處理鋼：在LPBF工藝中，可以額外制造合適的合金和鍛件，而不會產(chǎn)生裂紋或缺陷。目前，沒有足夠的材料用于工業(yè)制造。
正是由于這個(gè)原因，由NRW的Leitmark支持項(xiàng)目支持的四家工廠工程公司SMS集團(tuán)，德國Eelstahlwerke特鋼，Kreeld，F(xiàn)raunhofer ILT分裂錐和F-ILT，啟動(dòng)了AddSteel項(xiàng)目，以開發(fā)新的鋼鐵材料。AddSteel項(xiàng)目合作伙伴選擇在迭代過程中開發(fā)合金，并對LPBF工藝和設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。之后，將為制造將用于測試和驗(yàn)證性能和成本效益的新組件和備件而構(gòu)建技術(shù)抗議者。
新型合金前景
沃格爾波特說：“短信集團(tuán)已經(jīng)建立了一個(gè)工廠，可以噴嘴正確的金屬粉末。"在合金被轉(zhuǎn)化為粉末后,德國EdelasthlWerke特殊鋼目前正在供應(yīng)新的合金,"Fraunhofer ILT"不久將在其LPBF系統(tǒng)上進(jìn)行測試。
任何有興趣的人都有機(jī)會在11號展廳的Fraunhofer聯(lián)合展覽D51上了解更多關(guān)于AddSteel項(xiàng)目的信息。FormNext 2019將于2019年11月19日至22日在法蘭克福舉辦關(guān)于材料制造和下一代工業(yè)生產(chǎn)的展覽和會議。
1.金屬材料3D打印技術(shù)
三維打印的鈦合金大整體主軸承結(jié)構(gòu)等大型零件的金屬材料性能可以達(dá)到或接近鍛件的水平。利用三維打印技術(shù)對渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)了三維打印和零件基體結(jié)合區(qū)域的性能，以滿足零件的要求。與傳統(tǒng)焊接相比，金屬3D打印修復(fù)具有以下特點(diǎn)：
主要結(jié)果如下：(1)熱影響區(qū)小，不影響基體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布；
（2）無需加熱及后續(xù)熱處理;
（3）3D打印結(jié)構(gòu)緊湊，與基體冶金結(jié)合，性能接近零件原始結(jié)構(gòu)。
(4)三維打印區(qū)的組織和性能達(dá)到鍛件的水平；
（5）自動(dòng)化控制，加工余量少。
1.1 大型鍛件局部3D打印成形
以AP 1000核電主管線為例，要求超低碳氮控不銹鋼整體鍛造。鍛件生產(chǎn)的主要難點(diǎn)是形成兩個(gè)噴嘴，鍛件的材料利用率低于15%。受渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)葉片三維打印修復(fù)技術(shù)的啟發(fā)，核電主管道的成形可以簡化為鍛造或擠壓不銹鋼管+三維打印噴嘴。該方法可大大降低核電主管道的生產(chǎn)難度和成本。
具有局部難成形特性的大型鍛件，如核電主管線和多噴嘴頭，可通過三維打印成形。該方法在保證鍛件整體質(zhì)量的前提下，大大降低了鍛件的生產(chǎn)難度、成本和周期。此外，大鍛件局部三維打印的思想還可以擴(kuò)展到大鍛件的三維打印拼焊技術(shù)。如果三維打印區(qū)、三維打印區(qū)和基體鍵合區(qū)的金屬材料性能能夠滿足鍛件的要求，說明三維打印焊接鍛件可以替代整體大型鍛件。
1.2 大型鍛件缺陷修復(fù)
大型鍛件表面和內(nèi)部的超標(biāo)缺陷，以及由于材料不足而造成的加工余量不足，可能導(dǎo)致整個(gè)鍛件報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和能源浪費(fèi)。由于焊接組織的性能低于鍛件，鍛件一般不允許補(bǔ)焊，但金屬三維打印技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種情況。目前，金屬3D打印的一些材料性能已達(dá)到鍛造水平。如果三維打印結(jié)構(gòu)與鍛造基體的結(jié)合能夠滿足鍛造的要求，可以采用三維打印技術(shù)對大鍛件的缺陷區(qū)域進(jìn)行局部修復(fù)，提高鍛造合格率。未來，隨著3D打印技術(shù)的改進(jìn)，與大型鑄件的允許補(bǔ)焊類似，大型鍛件也允許3D打印和修復(fù)，這將是大型鍛件生產(chǎn)工藝的革命性突破。
1.3 大型零件在線修復(fù)
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、渦輪葉片、船用曲軸等大型零部件在使用過程中會出現(xiàn)局部裂紋、磨損和變形。傳統(tǒng)的補(bǔ)焊方法只能通過機(jī)加工、預(yù)熱、焊接、機(jī)加工、熱處理等工藝進(jìn)行修復(fù)。維修工作需要在大型專業(yè)設(shè)備上進(jìn)行，但維修面積的性能低于原零部件組織的性能，增加了維修成本，維修周期和維修效果不理想。由機(jī)器人和3D打印技術(shù)組成的便攜式金屬3D打印設(shè)備，可以改變這種狀況，實(shí)現(xiàn)大型零件的現(xiàn)場維修，甚至在線維修。機(jī)器人金屬三維印刷技術(shù)修補(bǔ)大部件的具體操作步驟如下：
（1）確定修理方案，對修理區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理；
(2)利用三維成像技術(shù)對修復(fù)區(qū)進(jìn)行三維逆向建模；
(3)將修復(fù)區(qū)域的三維模型轉(zhuǎn)化為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡。
(4)確定3D打印參數(shù)，定位機(jī)器人，修復(fù)；
（5）修補(bǔ)區(qū)域的表面處理和檢查。