3D打印又稱“增材制造”，美國材料與試驗協會（ASTM）F42國際委員會將其明確定義為“采用打印頭、噴嘴或其他打印技術沉積材料來制造物體的技術”。因此，3D打印是一類制造技術的總稱，從內涵至外延包含了廣泛的原材料應用和增材工藝方法。自1892年基于疊層制造原理的立體地形模型制造專利發布起，3D打印技術的原始創新活動蓬勃發展，近30年來國內外大量學者將增材工藝與數字化制造技術結合起來，并進一步深化了基礎理論體系，真正將3D打印發展成為一種可以工業化應用的技術門類。金屬零部件是工業體系中占比最大、應用最為廣泛的產品類型，隨“工業4.0”進程的加快，快速開發、定制化制造、輕量化等需求面臨著緊迫的壓力。而3D打印技術具備成自由形度高、用材范圍廣、制件性能優異及制造環節少的特點，很好地契合了金屬零部件產品的未來發展趨勢，并已開始進入實用性階段。

一、間接制造現狀及其發展趨勢

鑄造成形是獲得金屬零部件的一種重要而又廣泛的技術方式，在傳統的鑄造工業中大多包含模具制造的工序，而模具設計、開發和修正是一個漫長而昂貴的過程，3D打印技術中的快速原型（RapidPrototyping）技術可以有效解決這一問題而獲得大量應用。其中，代表性的技術包括選區激光燒結（SLS）、激光立體光固化（SLA）和樹脂微滴噴射（3DP）技術。采用選擇性激光燒結技術可以省去模具制造過程，直接用來制作酚醛樹脂覆膜砂鑄型、熔模芯殼等產品，用于澆注金屬零部件產品；激光立體光固化技術是通過特定波長的激光光束來固化光敏樹脂的成形方式，具備成形自由度高、制件粗糙度低、尺寸精度好的特點，用來制作剛性高分子模具，強度可達50MPa，適用于呋喃樹脂砂、水玻璃砂及潮模砂的砂型翻模制造，模具壽命和尺寸精度水平可滿足小批量鑄造產品的生產，且制造時間和成本低于傳統金屬模具；樹脂微滴噴射技術采用陣列噴頭動態控制的方式，獲得了較快的面層掃描速度，適用于呋喃樹脂自硬砂型的高效率制造。

筆者認為，鑄型的適用范圍和設備制造效率能否有效兼顧，是影響3D打印技術在鑄造批量化生產模式中獲得應用的關鍵因素。目前，可動態關閉的大功率半導體激光器技術已實現實質性突破，未來各研究機構和制造企業會開發出陣列掃描燒結酚醛覆膜砂材料的設備，并實現低維護成本下寬幅應用砂型的高速制造，能真正使 3D 打印成為傳統鑄造的必備工序。

二、直接制造現狀及其發展趨勢

直接制造金屬零部件的3D打印技術，充分發揮了金屬熔體在遠離平衡態凝固過程中晶粒細化、溶質偏析傾向小的作用，可獲得細密均勻的基體組織，并使金屬零部件呈現出良好的力學性能；此外，現代結構設計理念中的點陣結構、拓撲優化技術可以通過3D打印的自由成形能力得到充分發揮，極大提高金屬制件的輕量化水平。這些優勢的協同作用為3D打印的應用奠定了基礎，已在航空、航天等高端裝備的極致輕量化和高可靠性部件上獲得了大量應用，此外，隨金屬粉材牌號、規格的不斷擴展和設備核心器件的價格持續降低，直接制造金屬零部件3D打印技術的應用成本正在趨近于合理的區間。軌道交通、船舶等民用高端裝備產品具備與航空、航天產品相似的批量特點，并包含自身特有的結構特點和輕量化、安全性指標需求，將會為選擇性激光熔化技術、激光立體成形技術提供新的應用空間。

三、組合制造現狀及其發展趨勢

四、結語