作為第三次工業革命制造領域的典型代表技術，3D打印的發展時刻受到各界的廣泛關注。而金屬高性能增材制造技術(金屬3D打印技術)被行內專家視為3D打印領域高難度、高標準的發展分支，在工業制造中有著舉足輕重的地位。現如今，世界各國工業制造企業都在大力研發金屬增材制造技術，尤其是航空航天制造企業，更是不惜耗費大量財力、物力加大研發力度，以確保自己的技術領先優勢。
3D打印在航空航天領域的發展優勢
1. 縮短新型航空航天裝備的研發周期
航空航天技術是國防實力的象征，各國之間競爭異常激烈。因此各國都試圖以更快的速度研發出更新的武器，確保在國防領域處于不敗之地。而金屬3D打印技術讓高性能金屬零部件的制造流程大幅縮短，無需研發零件制造過程中使用的模具，極大地縮短產品研發制造周期。
2. 提高材料利用率、降低成本
航空航天制造領域多采用價格昂貴且較難加工的戰略材料，如鈦合金、鎳基高溫合金等金屬材料。傳統制造方法材料使用率低、機械加工程序復雜、生產周期長、成本高。3D打印技術可將材料的使用率普遍提升到60%，甚至高達90%以上，從而降低制造成本、節約原材料。
3. 優化零件結構、增加使用壽命
對于航空航天、武器裝備而言，減輕重量是永恒不變的主題。波音737約重65公噸，若減重1磅（約0.45千克），每年則能為航空公司節省幾十萬美元。據GE航空白皮書所述，將此數字延伸到全球所有航空器和其節省的資金，將超過一千萬美元。
傳統制造方法已經將零件減重發揮到了極致，但3D打印技術的應用可以優化復雜零部件的結構，在保證性能的前提下，將復雜結構變換成簡單結構，從而起到減輕重量的效果。3D打印技術通過優化零件結構，使零件的應力呈現出最合理化的分布，減少疲勞裂紋產生的危險，從而增加使用壽命。
4. 修復零件、減少損失
目前，金屬3D打印技術在修復成型方面所表現出的潛力高于生產制造方面。以高性能整體渦輪葉盤零件為例，當某一葉片受損，整個渦輪葉盤將報廢，直接經濟損失高達百萬元。而使用3D打印技術在受損部位進行激光立體成型，就可以恢復零件形狀，且性能滿足使用要求，甚至是高于基材的使用性能。
我國發展差距淺析
目前我國從政府、科研、企業層面都對3D打印應用于航空航天領域給予高度重視，也取得了部分成就。但與國外發達國家相比，目前國內行業發展主要存在以下幾方面的問題：
1. 技術差距
技術上的差距如復雜薄壁精密零件結構-性能一體化制造技術，航空航天發動機葉片、渦輪等復雜精密零件的成形技術等，一定程度上制約了航空航天裝備技術水平的提高。
目前國內的3D打印企業普遍缺乏核心技術、生產效率低、材料種類缺失，因此很難實現產業化。我國3D打印在軍工應用的領域發展最為先進，如部分復雜合金零部件成形等，但產業化進程緩慢。
2. 材料差距
材料上的差距主要體現在國內材料種類不全、質量良莠不齊。3D打印金屬粉末質量與國外存在一定差距，高分子材料（PEEK和PAEK等）和陶瓷材料種類缺失、體系不全。目前國內多數的廠家可以生產幾十微米到幾百微米的金屬顆粒，但這種顆粒國內生產的品質與國外仍有較大差距。
在“中國制造2025”戰略規劃中，前沿材料中就包含3D打印材料，研究方向主要集中在金屬球形粉末成形與制備技術；突破高轉速旋轉電極制粉、氣霧化制粉裝備；開發空心粉率低、顆粒形狀規則、粒度均勻、雜質含量低的高品質鈦合金、高溫合金、鋁合金等金屬粉末；研究氧化鋁、氧化鋯、碳化硅等陶瓷粉末、片材制備方法；建立生物3D打印體系；開發“3D打印友好型”生物墨水。
3. 設備差距
目前國外的3D打印設備無論是桌面級還是工業級的價格相對都比較高；國內的一些設備雖然價格較低但質量難以保證。同時設備的精度以及生產效率等方面還需要進一步的優化，這也是阻礙產業化的主要問題。
我國雖已有一些企業能自主制造3D打印設備，但企業規模普遍較小，研發力量不足。在加工流程穩定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等環節，存在較大缺陷，難以完全滿足產品制造的需求。
而占據3D打印產業主導地位的美國3Dsystems、Stratasys等公司，每年都投入千萬級美元研發新技術，研發投入占銷售收入的10％左右。兩家公司不僅研發設備、材料和軟件，還通過簽約開發、直接購買等方式獲得大量來自企業外部的相關細分技術、專利，掌握大量關鍵核心技術。
此外，3D打印的核心是數字化驅動。目前，我國3D打印的數字化程度還不高，軟件高度依賴國外。未來發展中，應重視3D打印流程中相關的軟件設計、數控能力等軟實力。
4. 宏觀差距
3D打印產業上游包括材料技術、控制技術、光機電技術、軟件技術，中游是立足于信息技術的數字化平臺的3D打印解決方案，下游涉及國防科工、航空航天等行業，其發展將深刻影響先進制造業、工業設計業、生產性服務業、文化創意業、電子商務業及制造業信息化工程。
由于3D打印行業技術門檻較高，上中下游所用核心技術涉及材料學、計算機學、機械設計等多學科多領域，屬于技術綜合性較強的領域，需要我國科研、企業等多方協力配合提升我國3D打印綜合實力。同時，在我國制造業轉型升級中，3D打印逐步代替了很多傳統工藝，發揮的作用逐步增大，其造成的差距也會在下游終端應用產品的性能和價格方面被放大。
3D打印在航空航天領域的發展優勢
1. 縮短新型航空航天裝備的研發周期
航空航天技術是國防實力的象征，各國之間競爭異常激烈。因此各國都試圖以更快的速度研發出更新的武器，確保在國防領域處于不敗之地。而金屬3D打印技術讓高性能金屬零部件的制造流程大幅縮短，無需研發零件制造過程中使用的模具，極大地縮短產品研發制造周期。
2. 提高材料利用率、降低成本
航空航天制造領域多采用價格昂貴且較難加工的戰略材料，如鈦合金、鎳基高溫合金等金屬材料。傳統制造方法材料使用率低、機械加工程序復雜、生產周期長、成本高。3D打印技術可將材料的使用率普遍提升到60%，甚至高達90%以上，從而降低制造成本、節約原材料。
3. 優化零件結構、增加使用壽命
對于航空航天、武器裝備而言，減輕重量是永恒不變的主題。波音737約重65公噸，若減重1磅（約0.45千克），每年則能為航空公司節省幾十萬美元。據GE航空白皮書所述，將此數字延伸到全球所有航空器和其節省的資金，將超過一千萬美元。
傳統制造方法已經將零件減重發揮到了極致，但3D打印技術的應用可以優化復雜零部件的結構，在保證性能的前提下，將復雜結構變換成簡單結構，從而起到減輕重量的效果。3D打印技術通過優化零件結構，使零件的應力呈現出最合理化的分布，減少疲勞裂紋產生的危險，從而增加使用壽命。
4. 修復零件、減少損失
目前，金屬3D打印技術在修復成型方面所表現出的潛力高于生產制造方面。以高性能整體渦輪葉盤零件為例，當某一葉片受損，整個渦輪葉盤將報廢，直接經濟損失高達百萬元。而使用3D打印技術在受損部位進行激光立體成型，就可以恢復零件形狀，且性能滿足使用要求，甚至是高于基材的使用性能。
我國發展差距淺析
目前我國從政府、科研、企業層面都對3D打印應用于航空航天領域給予高度重視，也取得了部分成就。但與國外發達國家相比，目前國內行業發展主要存在以下幾方面的問題：
1. 技術差距
技術上的差距如復雜薄壁精密零件結構-性能一體化制造技術，航空航天發動機葉片、渦輪等復雜精密零件的成形技術等，一定程度上制約了航空航天裝備技術水平的提高。
目前國內的3D打印企業普遍缺乏核心技術、生產效率低、材料種類缺失，因此很難實現產業化。我國3D打印在軍工應用的領域發展最為先進，如部分復雜合金零部件成形等，但產業化進程緩慢。
2. 材料差距
材料上的差距主要體現在國內材料種類不全、質量良莠不齊。3D打印金屬粉末質量與國外存在一定差距，高分子材料（PEEK和PAEK等）和陶瓷材料種類缺失、體系不全。目前國內多數的廠家可以生產幾十微米到幾百微米的金屬顆粒，但這種顆粒國內生產的品質與國外仍有較大差距。
在“中國制造2025”戰略規劃中，前沿材料中就包含3D打印材料，研究方向主要集中在金屬球形粉末成形與制備技術；突破高轉速旋轉電極制粉、氣霧化制粉裝備；開發空心粉率低、顆粒形狀規則、粒度均勻、雜質含量低的高品質鈦合金、高溫合金、鋁合金等金屬粉末；研究氧化鋁、氧化鋯、碳化硅等陶瓷粉末、片材制備方法；建立生物3D打印體系；開發“3D打印友好型”生物墨水。
3. 設備差距
目前國外的3D打印設備無論是桌面級還是工業級的價格相對都比較高；國內的一些設備雖然價格較低但質量難以保證。同時設備的精度以及生產效率等方面還需要進一步的優化，這也是阻礙產業化的主要問題。
我國雖已有一些企業能自主制造3D打印設備，但企業規模普遍較小，研發力量不足。在加工流程穩定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等環節，存在較大缺陷，難以完全滿足產品制造的需求。
而占據3D打印產業主導地位的美國3Dsystems、Stratasys等公司，每年都投入千萬級美元研發新技術，研發投入占銷售收入的10％左右。兩家公司不僅研發設備、材料和軟件，還通過簽約開發、直接購買等方式獲得大量來自企業外部的相關細分技術、專利，掌握大量關鍵核心技術。
此外，3D打印的核心是數字化驅動。目前，我國3D打印的數字化程度還不高，軟件高度依賴國外。未來發展中，應重視3D打印流程中相關的軟件設計、數控能力等軟實力。
4. 宏觀差距
3D打印產業上游包括材料技術、控制技術、光機電技術、軟件技術，中游是立足于信息技術的數字化平臺的3D打印解決方案，下游涉及國防科工、航空航天等行業，其發展將深刻影響先進制造業、工業設計業、生產性服務業、文化創意業、電子商務業及制造業信息化工程。
由于3D打印行業技術門檻較高，上中下游所用核心技術涉及材料學、計算機學、機械設計等多學科多領域，屬于技術綜合性較強的領域，需要我國科研、企業等多方協力配合提升我國3D打印綜合實力。同時，在我國制造業轉型升級中，3D打印逐步代替了很多傳統工藝，發揮的作用逐步增大，其造成的差距也會在下游終端應用產品的性能和價格方面被放大。
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