增材制造實現了制造方式從等材、減材到增材的重大轉變，改變了傳統制造的理念和模式，將對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生深刻影響，被認為是制造業領域代表性的顛覆性技術。 

增材制造，人們最常見的，是3D打印，它是以數字模型為基礎，將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術。增材制造可節約制造材料和加工時間，制作形態千奇百怪的物品，實現制造的個性化和定制化，并有助于推動新材料、智能制造等領域的快速發展。增材制造近年研究較多的材料是陶瓷和金屬，可打印的金屬材料范圍不斷拓寬，石墨烯、復合材料等也獲得高度重視。增材制造技術的重點發展方向是混合材料打印、提高打印速度、實現大尺寸制造等。增材制造的應用日益廣泛，汽車制造、先進電池制備、航空航天零部件制造、人體生物仿生組織制備等都是發展熱點。

在3D打印的基礎上，科學家又提出了4D打印的概念，即3D打印出來的結構能夠在外界激勵下發生形狀或者結構的改變，讓物體自動組裝構型，從而實現產品設計、制造和裝配的一體化融合，未來在生活、藝術、航空航天、醫療、軍事等領域有巨大的應用潛力。

增材制造正在從專業化走向社會化，從產品開發的工具轉變為批量生產制造的手段，正處于技術發展的井噴期、產業發展的起步期，在醫療、文化教育、汽車、航空航天、能源與軍事領域取得了眾多亮點的研發及應用進展。例如，美國科學家以生物凝膠為材料，利用3D打印制成的人工卵巢能夠使老鼠受孕并產下健康的后代；英國科學家以供體干細胞、藻酸鹽和膠原蛋白為原料，創造出一種特制的“生物墨水”，并首次采用3D打印技術打印出人眼角膜。中國大飛機C919中采用增材制造技術，生產了目前國內飛機尺寸最大、結構最為復雜的鈦合金主承力關鍵構件以及長達3米的中央翼緣條。中國科學院空間應用工程與技術中心組織的空間增材制造技術拋物線飛機飛行試驗對五種材料和兩種制造工藝進行了微重力環境下的驗證與探索，取得了成功。

為搶占增材制造技術及產業發展先機，多個國家和地區將其列為重點發展方向，制定了相關規劃及扶持政策。2012年，美國國家科技委員會發布《國家先進制造戰略計劃》，提出要加強增材制造等平臺技術，強化美國工業基礎。同年，美國啟動“國家制造業創新網絡”（現更名為“制造業-美國”），其中首家成立的研究所“美國制造”（America Makes）即重點開展增材制造。歐盟早在第一研發框架計劃時期就開始資助增材制造技術，在地平線2020計劃中，增材制造屬于關鍵使能技術之一，并重點通過“未來工廠”項目實施。2016年，“創新英國”組織發布《英國增材制造研究和創新概況》報告顯示，2012年9月至2022年9月，英國將在增材制造研發上投入約1.15億英鎊，重點關注使能技術、航空航天、醫療、材料、教育、汽車、能源、電子和國防等領域，金屬是重點研發對象。日本政府2014年部署以三維成型技術為核心的制造計劃，開展新一代工業3D打印機技術和超精密三維成型系統技術開發。

我國高度重視增材制造產業，2015年，工信部、國家發改委、財政部聯合印發《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》，提出要著力突破增材制造專用材料、加快提升增材制造工藝技術水平、加速發展增材制造裝備及核心器件、建立和完善產業標準體系、大力推進應用示范。2017年，工信部等十二部門聯合印發《增材制造產業發展行動計劃（2017-2020年）》，提出聚焦重點制造（航空、航天、船舶、核工業、汽車、電力裝備、軌道交通裝備、家電、模具、鑄造等）、醫療、文化、教育等四大重點領域，實施五大重點任務，采取六項保障措施，實現五大發展目標。

經過多年發展，我國在高性能復雜大型金屬承力構件增材制造等部分技術領域已達到國際先進水平，成功研制出多種關鍵工藝裝備，相關技術及產品已經在航空航天、汽車、生物醫療、文化創意等領域得到了初步應用，涌現出一批具備一定競爭力的骨干企業，形成了若干產業集聚區，增材制造產業實現快速發展。

展望未來，世界各國將把增材制造作為未來產業發展的新增長點，推動增材制造技術與信息網絡技術、新材料技術、新設計理念的加速融合，增材制造技術及產業必將大有可為。


作者：韓淋，系中國科學院科技戰略咨詢研究院副研究員
來源：光明日報