粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結，制造金屬材料、復合材料以及各種類(lèi)型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，均屬于粉末燒結技術(shù)，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它已成為解決新材料問(wèn)題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著(zhù)舉足輕重的作用。

增材制造)是20世紀80年代后期發(fā)展起來(lái)的新型制造技術(shù)。2013年美國麥肯錫咨詢(xún)公司發(fā)布的“展望2025”報告中，將增材制造技術(shù)列入決定未來(lái)經(jīng)濟的十二大顛覆技術(shù)之一。目前，增材制造成形材料包含了金屬、非金屬、復合材料、生物材料甚至是生命材料，成形工藝能量源包括激光、電子束、特殊波長(cháng)光源、電弧以及以上能量源的組合，成形尺寸從微納米元器件到10m以上大型航空結構件，為現代制造業(yè)的發(fā)展以及傳統制造業(yè)的轉型升級提供了巨大契機。增材制造以其強大的個(gè)性化制造能力充分滿(mǎn)足未來(lái)社會(huì )大規模個(gè)性化定制的需求，以其對設計創(chuàng )新的強力支撐顛覆高端裝備的傳統設計和制造途徑，形成前所未有的全新解決方案，使大量的產(chǎn)品概念發(fā)生革命性變化，成為支撐我國制造業(yè)從轉型到創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展模式的轉換。

? ?增材制造已經(jīng)從開(kāi)始的原型制造逐漸發(fā)展為直接制造、批量制造；從3D打印，到隨時(shí)間或外場(chǎng)可變的4D打??；從以形狀控制為主要目的的模型、模具制造，到形性兼具的結構功能一體化的部件、組件制造；從一次性成形的構件的制造，到具有生命力活體的打??；從微納米尺度的功能元器件制造到數十米大小的民用建筑物打印，等等，增材制造作為一項顛覆性的制造技術(shù)，其應用領(lǐng)域不斷擴展。

經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，增材制造技術(shù)面向航空航天、軌道交通、新能源、新材料、醫療儀器等戰略新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)展示了重大價(jià)值和廣闊的應用前景，是先進(jìn)制造的重要發(fā)展方向，是智能制造不可分割的重要組成部分。增材制造技術(shù)是滿(mǎn)足國家重大需求、支撐國民經(jīng)濟發(fā)展的“國之重器”，已成為世界先進(jìn)制造領(lǐng)域發(fā)展最快、技術(shù)研究最活躍、關(guān)注度最高的學(xué)科方向之一。發(fā)展自主創(chuàng )新的增材制造技術(shù)是我國由“制造大國”向“制造強國”跨越的必由之路，對建設創(chuàng )新型國家、發(fā)展國民經(jīng)濟、維護國家安全、實(shí)現社會(huì )主義現代化具有重要的意義

? 1.1創(chuàng )造能力在不斷提升

增材制造在相關(guān)國家科技計劃的持續支持下，已為我國航空航天、動(dòng)力能源領(lǐng)域高端裝備的飛躍發(fā)展和品質(zhì)提升作出了重要貢獻。目前我國已初步建立了涵蓋3D打印金屬材料、工藝、裝備技術(shù)到重大工程型號應用的全鏈條增材制造的技術(shù)創(chuàng )新體系，整體技術(shù)達到國際先進(jìn)水平，并在部分領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平，如我國采用激光熔覆沉積技術(shù)實(shí)現了世界上最大、投影面積達16m2的飛機鈦合金整體承力框的增材制造；制造出了長(cháng)達1.2m的世界最大單方向尺寸的激光選區熔化鈦合金制件，解決了傳統方法難以實(shí)現的極端復雜結構的多結構、功能集成整體制造難題。同時(shí)，我國在增材制造技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面已經(jīng)形成一定的規模，從增材制造前處理模塊產(chǎn)業(yè)到中游的設備制造和材料生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，再到下游的技術(shù)服務(wù)商和客戶(hù)群體，已形成小規模的產(chǎn)業(yè)鏈。

我國于2016年底建立了支撐增材制造技術(shù)發(fā)展的研發(fā)機構——國家增材制造創(chuàng )新中心，旨在開(kāi)發(fā)創(chuàng )新型增材制造工藝裝備，專(zhuān)注于服務(wù)產(chǎn)業(yè)的共性技術(shù)研究，推進(jìn)增材制造在各領(lǐng)域的創(chuàng )新應用，聚焦技術(shù)成熟度介于4—7級的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的孵化與開(kāi)發(fā)，為我國增材制造領(lǐng)域提供創(chuàng )新技術(shù)、共性技術(shù)以及信息化、檢測檢驗、標準研究等服務(wù)。同時(shí)一批省級增材制造創(chuàng )新中心也相繼成立或宣布籌建，形成了國家級、省級增材制造創(chuàng )新中心協(xié)同布局的發(fā)展格局，逐漸形成以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導向、政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同的“1+N”增材制造創(chuàng )新體系。

1.2產(chǎn)業(yè)規?？焖僭鲩L(cháng)

我國增材制造產(chǎn)業(yè)仍處于快速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規模逐步增長(cháng)。2018年，中國增材制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約為130億元，相較于2018年的100億元，同比增長(cháng)30%。根據中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對40家重點(diǎn)聯(lián)系企業(yè)的統計結果顯示，2018年，這些企業(yè)的總產(chǎn)值達40.63億元，比2018年的32.83億元增加7.8億元，同比增長(cháng)23.8%。2018年，中國增材制造裝備保有量占全球裝備保有量的10.6%，僅次于美國(美國的該參數為35.3%)，位居全球第二。

我國增材制造產(chǎn)業(yè)已初步形成了以環(huán)渤海地區、長(cháng)三角地區、珠三角地區為核心，中西部地區為紐帶的產(chǎn)業(yè)空間發(fā)展格局。其中，環(huán)渤海地區是我國增材制造人才培養中心、技術(shù)研發(fā)中心和成果轉化基地。長(cháng)江三角洲地區具備良好經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢、區位條件和較強的工業(yè)基礎，已初步形成了包括增材制造材料制備、裝備生產(chǎn)、軟件開(kāi)發(fā)、應用服務(wù)及相關(guān)配套服務(wù)完整的增材制造產(chǎn)業(yè)鏈。珠三角地區，隨著(zhù)粵港澳大灣區建設的推進(jìn)，增材制造產(chǎn)業(yè)將得到進(jìn)一步集聚。中西部地區，陜西、廣東、湖北、山東、湖南等省份是我國增材制造技術(shù)中心和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重點(diǎn)區域，集聚了一批龍頭企業(yè)和重點(diǎn)園區。

1.3應用領(lǐng)域持續拓展

增材制造技術(shù)應用已從簡(jiǎn)單的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向發(fā)展，各領(lǐng)域應用持續拓展，尤其在航空、航天、醫療等領(lǐng)域的應用更為深入。以北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、北京煜鼎增材制造研究院有限公司、西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司為代表的金屬增材制造產(chǎn)學(xué)研鏈條高校和企業(yè)，已初步建立了涵蓋3D打印金屬材料、工藝、裝備技術(shù)到重大工程型號應用的全鏈條增材制造的技術(shù)創(chuàng )新體系，整體技術(shù)達到了國際先進(jìn)水平，并在部分領(lǐng)域居于國際領(lǐng)先水平。除此之外，在航空航天領(lǐng)域，中國航空發(fā)動(dòng)機集團成立了增材制造技術(shù)創(chuàng )新中心，旨在推動(dòng)增材制造燃油噴嘴等零部件逐步走向規?；瘧?；2018年發(fā)射的嫦娥四號中繼衛星搭載了多個(gè)采用增材制造技術(shù)研制的復雜形狀鋁合金結構件。在醫療領(lǐng)域，目前已有5個(gè)3D打印醫療器械獲得CFDA(中國食品藥品監督管理總局)批準上市，尤其是2019年初，第二類(lèi)醫療器械定制式增材制造膝關(guān)節矯形器獲批上市，標志著(zhù)CFDA認證的增材制造醫療器械正從標準化走向個(gè)性化。在消費領(lǐng)域，先臨三維科技股份有限公司量產(chǎn)3D打印鞋的數量已超過(guò)一萬(wàn)雙，顯示了3D打印技術(shù)在制鞋行業(yè)中的應用前景。

二、問(wèn)題與挑戰

從總體研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，與大多數“一帶一路”新興國家相比，我國增材制造技術(shù)處于絕對領(lǐng)先地位，但與歐洲、美國、日本等發(fā)達地區和國家相比，我國在基礎理論、關(guān)鍵工藝技術(shù)以及高端裝備等方面仍存在較大的差距。在高端增材制造裝備商業(yè)化銷(xiāo)售市場(chǎng)，美國和德國還占據著(zhù)絕對優(yōu)勢；我國高端增材制造裝備的核心元器件和商用軟件還依賴(lài)進(jìn)口；系統級創(chuàng )新設計引領(lǐng)的規?；I(yè)應用還主要在美歐國家。歐美日等發(fā)達地區和國家借助資金、人才、技術(shù)和市場(chǎng)的優(yōu)勢，在增材制造與激光制造基礎理論、核心器件、工藝和裝備、產(chǎn)業(yè)應用等方面均處于領(lǐng)跑水平。我國增材制造研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問(wèn)題和挑戰主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1原始創(chuàng )新和變革性技術(shù)不足

近些年增材制造具有變革性的技術(shù)均來(lái)源于國外，一些顯著(zhù)影響增材制造全局的重大技術(shù)進(jìn)步都來(lái)自于美歐國家，如德國的電子束高效增材制造裝備、MIT和惠普的金屬粉末床黏結劑噴射打印技術(shù)、空客公司的增材制造專(zhuān)用鋁合金Scalmalloy等。國內相關(guān)技術(shù)仍然處于跟跑位置，原始創(chuàng )新能力有待加強和引導。

2.2自主創(chuàng )新和標準的體系尚待完善

從技術(shù)創(chuàng )新層面看，知識產(chǎn)權和專(zhuān)利技術(shù)一直是各國搶占戰略制高點(diǎn)的主要戰場(chǎng)。目前以歐、美、日等發(fā)達國家和地區構建的專(zhuān)業(yè)技術(shù)壁壘對我國企業(yè)在增材制造和激光制造領(lǐng)域的布局和研究產(chǎn)生了較大程度的沖擊。為打破國外技術(shù)壁壘和封鎖，擁有一套核心自主知識產(chǎn)權體系是我國發(fā)展增材制造產(chǎn)業(yè)的重中之重。標準層面來(lái)看，技術(shù)標準研究往往引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如何推行完善的行業(yè)準則，使增材制造和激光制造的產(chǎn)品符合商業(yè)化的應用是我國增材制造和激光制造標準化發(fā)展的瓶頸。因此，建立完善的專(zhuān)用材料、工藝和設備，以及產(chǎn)品的檢測和評價(jià)規范與標準也是未來(lái)所面臨的挑戰之一。

2.3增材制造形性主動(dòng)控制難度大

控形與控性是增材制造工藝的兩個(gè)重要考察指標。但是，增材制造過(guò)程中材料往往存在強烈的物理、化學(xué)變化以及復雜的物理冶金過(guò)程，同時(shí)伴隨著(zhù)復雜的形變過(guò)程，以上過(guò)程影響因素眾多，涉及材料、結構設計、工藝過(guò)程、后處理等諸多因素，這也使得增材制造過(guò)程的材料—工藝—組織—性能關(guān)系往往難以準確把握，形性的主動(dòng)、有效調控較難實(shí)現。因此，基于人工智能技術(shù)，發(fā)展形性可控的智能化增材制造技術(shù)和裝備、構建完備的工藝質(zhì)量體系是未來(lái)增材制造面臨的挑戰之一。

2.4生物增材制造器官功能化困難

生物制造是未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向?，F有生物墨水體系仿生度低、可打印性差、種類(lèi)少，打印工藝穩定性及效率低、與生物墨水匹配性差，打印組織結構存在營(yíng)養物質(zhì)輸送局限，因而無(wú)法實(shí)現真正功能化。未來(lái)需要攻關(guān)的關(guān)鍵核心技術(shù)包括：高精度微觀(guān)仿生設計及單細胞微納跨尺度建模與組裝；多尺度、多組織的生物3D打印高效調控技術(shù)；血管自組裝與網(wǎng)絡(luò )建立；保證打印大體積組織的維持、存活的生物反應器的制造。隨著(zhù)生物醫用材料從“非活體”修復到“活體”修復的趨勢轉變，生物制造面臨的戰略性前瞻性重大科學(xué)問(wèn)題包括：如何實(shí)現生物醫用材料的活性化、功能化構建，甚至構建功能性組織器官，滿(mǎn)足組織器官短缺、個(gè)性化新藥研發(fā)等重大需求。

三、方向發(fā)展

過(guò)去五年，增材制造實(shí)現了爆發(fā)式發(fā)展，從一個(gè)個(gè)的研究點(diǎn)發(fā)展為一個(gè)熱點(diǎn)的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。目前增材制造研究覆蓋了增材制造新原理、新方法、控形控性原理與方法、材料設計、結構優(yōu)化設計、裝備質(zhì)量與效能提升、質(zhì)量檢測與標準、復合增材制造等全系統，成為較為完整的學(xué)科方向。我國增材制造的發(fā)展要基于科學(xué)基礎的研究，面向國家戰略性產(chǎn)品和戰略性領(lǐng)域的重大需求，瞄準世界先進(jìn)制造技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)，抓住我國“換道超車(chē)”的歷史性發(fā)展機遇，從而為我國2035年成為世界制造強國的重大戰略目標提供支撐。為此，要以增材制造的多學(xué)科融合為核心，通過(guò)多制造技術(shù)融合、多制造功能融合，向制造的智能化、極端化和高性能化發(fā)展，必須通過(guò)自主創(chuàng )新重點(diǎn)掌握如下制造技術(shù)與裝備。

增材制造的發(fā)展將遵循“應用發(fā)展為先導，技術(shù)創(chuàng )新為驅動(dòng)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目標”的原則。應用方面需結合增材制造工藝特點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品設計和優(yōu)化、創(chuàng )新型應用的開(kāi)發(fā)、個(gè)性化定制生產(chǎn)等，以拓展增材制造的應用領(lǐng)域；利用增材制造云平臺等新模式拓展增材制造的應用路徑；結合增材制造設備和技術(shù)的高精高效發(fā)展特點(diǎn)，應提高增材制造批量化生產(chǎn)能力，拓展領(lǐng)域規?；瘧?；結合增材制造設備的多樣化生產(chǎn)特點(diǎn)，可推廣增材制造產(chǎn)品在社會(huì )各行各業(yè)的應用。同時(shí)，產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展方面，力求建立健全的增材制造產(chǎn)業(yè)標準體系，結合云制造、大數據、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)及其他基于工業(yè)4.0的智能集成系統，促進(jìn)增材制造設備和技術(shù)的全面革新，培育一批具有國際競爭力的尖端科技和制造企業(yè)，最終實(shí)現增材制造產(chǎn)業(yè)的快速可持續發(fā)展。生物增材制造需有效促進(jìn)先進(jìn)技術(shù)轉化應用落地，構筑總產(chǎn)值達千億元的生物增材制造創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)體系，培育生物增材制造產(chǎn)業(yè)國際性領(lǐng)軍企業(yè)，帶動(dòng)我國再生醫學(xué)、生物材料、醫學(xué)工程等多個(gè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。