攻克增材制造的关键技术：精度控制

增材制造有广阔的发展前景，但也存在巨大的挑战。目前最大的难题是材料。如在成形材料上，目前主要是有机高分子材料和金属材料。金属材料直接成形是近十多年的研究热点，正逐渐走向工业应用。新的研究方向是用增材制造技术直接把软组织材料（生物基质材料和细胞）堆积起来，形成类生命体，经过体外培养和体内培养来制造复杂组织器官。这一研究的难点在于如何提高精度。增材制造技术需攻克的关键技术有以下几点：

1.精度控制技术 增材制造工艺的精度由材料增加的层厚和增材单元的尺寸控制。增材制造最大的特点是一个材料逐层累加的过程，涂层的厚度直接决定了零件在累加方向的精度和表面粗糙度，增材单元的控制直接决定了制件的最小特征制造能力和制件精度。现在多采用激光束或电子束在材料上逐点形成增材单元进行材料累加制造，如金属直接成形中，制造精度和制件性能是由激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气温控制决定的。激光作用于金属粉末，金属粉末熔化形成的熔池对成形精度有着重要影响。提高制件精度的措施可以通过激光或电子束光斑直径、成形工艺、扫描速度、能量密度、材料性能的协调，有效控制增材单元尺寸。随着激光、电子束及光投影技术的发展，目标是实现增材层厚和增材单元尺寸从现有的0.1mm级向0.01～0.001mm发展，尺寸减小为1/100～1/10，制造精度达到皮（10^-12）米级。未来面对精度控制将发展两个方向的关键技术：一个方向是立体光刻成形技术的平面投影技术，投影控制单元随着液晶技术的发展，分辨率逐步提高，增材单元更小，可实现高精度和高效率制造；另一个方向是金属直接制造中控制激光光斑更细小，逐点扫描方式使增材单元能达到皮（10^-12）米级，提高制件精度。

2.大型零部件的高效制造技术 增材制造技术正在向大尺寸构件制造方向发展，为实现零件高效率制造，需要发展增材制造多加工单元的集成技术，并且要保证同步增材组织之间的连续性、一致性和结合区域的质量。例如对于大尺寸金属零件，关键是要实现多激光束同步制造，可以采用多激光束（4～6个激光源）进行同步加工，使成形效率大大提高。此外，为提高制造效率和质量，还要研究增材制造与材料去除制造（或切削制造）结合的复合制造技术，充分发挥各工艺方法的优势，提高制造效率。技术发展的目标是：扩大增材制造技术可制造零件尺寸，提高制造效率，形成增材制造与传统切削加工结合，使复杂金属零件的高效及高精度制造技术在工业生产上得到广泛应用。(www.xing528.com)

3.复合材料零件的制造 现阶段利用增材制造技术手段主要是进行单一材料零件的制造，如单一高分子材料和单一金属材料，并且在向单一陶瓷材料发展。随着零件性能要求的提高，未来将发展多材料的增材制造技术，多材料组织在成形过程中的同步性和结合性是关键技术，如如何在相近的温度范围控制不同材料进行物理或化学转变，如何控制增材单元的尺寸和增材层的厚度等。这种材料的复合，包括金属与陶瓷材料的复合、多种金属材料的复合、细胞与生物材料的复合等，为实现宏观结构与微观组织一体化制造提供了新的技术。复合材料或梯度材料零件成为迫切需要发展的产品，如人工关节既要保证具有良好的耐磨界面，又要与骨组织有良好的生物相容界面。发展目标是：实现不同材料在微小制造单元的复合，达到陶瓷与金属成分的主动控制，实现生命体单元的受控成形与微结构制造，从结构自由成形向结构与性能可控成形方向发展。