深度：增材制造與傳統(tǒng)制造技術(shù)的融合與發(fā)展

來(lái)源：中國(guó)機(jī)械工程
作者：宋波  文世峰  劉潔  閆春澤  魏青松  史玉升*
華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

導(dǎo)讀：增材制造（Additive Manufacturing, AM）技術(shù)與傳統(tǒng)的等材制造技術(shù)（鑄、鍛,、焊等）和減材制造技術(shù)（切削加工等）相比，雖然發(fā)展歷史不到30年，但已顯示出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿�,。目前�?lái)看,，增材制造技術(shù)不是對(duì)傳統(tǒng)制造技術(shù)的替代，而是彌補(bǔ)傳統(tǒng)制造技術(shù)的缺陷,，從而促進(jìn)和提升傳統(tǒng)制造業(yè),。本文主要介紹華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在AM技術(shù)與熔模鑄造、熱等靜壓,、注塑模具等與傳統(tǒng)制造結(jié)合技術(shù)的研究成果及其應(yīng)用情況,。在改造和提升傳統(tǒng)熔模鑄造技術(shù)上，主要介紹了AM熔模的材料,、復(fù)合成形的應(yīng)用案例等,；在與等靜壓的結(jié)合方面，主要介紹了金屬件的AM/等靜壓復(fù)合成形工藝與過(guò)程模擬等,；在與注塑模具結(jié)合方面,，主要介紹了AM成形隨形冷卻流道注塑模與傳統(tǒng)工藝成形注塑模的性能對(duì)比等。

1增材與鑄造復(fù)合制造
熔模鑄造生產(chǎn)的金屬零件具有表面粗糙度,、尺寸精度高,、形狀復(fù)雜等特性。該方法特別適合于近凈成形制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件,，然而,，熔模鑄造模具的質(zhì)量是決定鑄造零件性能的一個(gè)重要的因素，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的整體鑄造,，熔模模具的制造對(duì)于傳統(tǒng)加工方法是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題,，將決定原材料的消耗及時(shí)間成本，因此,，有必要探索和發(fā)展制造復(fù)雜鑄造模具新工藝路線,，而激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)(selective laser sintering,SLS)對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熔模具備強(qiáng)大的制造能力。

當(dāng)前,，人們已開(kāi)展對(duì)多種聚合物粉末激光選區(qū)燒結(jié)研究,，如尼龍（PA）、聚碳酸酯（PC）,、聚苯乙烯（PS）,、ABS、蠟等的激光選區(qū)燒結(jié)方法,。然而,，對(duì)于熔模鑄造使用的蠟?zāi)２牧希�不僅要考慮激光選區(qū)燒結(jié)制造原型件的強(qiáng)度和精度,，更要考慮結(jié)殼或石膏型的脫蠟工藝,，因此,，激光選區(qū)燒結(jié)制造過(guò)程中所用的材料最好能夠在脫蠟過(guò)程中完全脫除或燒失，留下的殘留物越少越好（滿足精密鑄造的要求）,。蠟是熔模鑄造中用得最多的一種優(yōu)良模料,，雖然國(guó)內(nèi)外都對(duì)蠟的激光選區(qū)燒結(jié)成形過(guò)程進(jìn)行了大量的研究,，但激光選區(qū)燒結(jié)從蠟材料制作熔模的變形問(wèn)題 一直沒(méi)有得到很好的解決,。PC材料具有良好的激光燒結(jié)性能，制件的部件強(qiáng)度較高,，是最早用于鑄造熔模和塑料功能件的聚合物材料,。但PC的熔點(diǎn)很高，流動(dòng)性不佳,，需要較高的焙燒溫度,，因而現(xiàn)已被PS所取代。綜合來(lái)看,，激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)制備PS材料具有一定的優(yōu)勢(shì),，然而，其成形件強(qiáng)度較低,、易斷,，不適合制備具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜薄壁大型鑄件的熔模。然而,，當(dāng)前PS仍然是增材制造技術(shù)制作熔模鑄造用蠟?zāi)５淖畛Ｓ貌牧�,。增材制造蠟�(zāi)０�含兩個(gè)過(guò)程，首先,，基于SLS技術(shù)用PS粉末制造原型模具,，然后，通過(guò)滲蠟處理改善原型模具的孔隙率和表面完整性,。針對(duì)PS力學(xué)性能差的問(wèn)題,，華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究了以高抗沖聚苯乙烯（HIPS）為基體的高強(qiáng)度蠟?zāi)２牧希琀IPS是經(jīng)改性的PS,，該材料在大幅提高PS沖擊強(qiáng)度的同時(shí)對(duì)材料其他性能的影響較小,，較適合激光選區(qū)燒結(jié)成形熔模鑄造所需的模具原型件。

整體化和短流程是鑄造工藝發(fā)展趨勢(shì),，但傳統(tǒng)方法很難滿足這些要求,。為此，本實(shí)驗(yàn)室將增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造方法相結(jié)合,，不但解決了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣（蠟型）,、高溫合金葉片（陶瓷型）、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋（砂型）等復(fù)雜件的整體鑄造難題,，而且也將鑄件交貨時(shí)間由傳統(tǒng)方法的3個(gè)月以上縮短為1周左右,。通過(guò)這種復(fù)合制造，許多實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題被解決。圖1展示了飛機(jī)艙門(mén)及十字連接件的成功應(yīng)用實(shí)例,。該類(lèi)零件具有外形尺寸大（接近1 m）,、壁薄（厚度為3~5 mm）,、多筋,、曲面等特殊尺寸和形狀特征，傳統(tǒng)機(jī)加工和模具方法制作蠟?zāi)４嬖诩庸�時(shí)間長(zhǎng),、難以整體成形和精度難控等難題,。增材制造與熔模鑄造相結(jié)合對(duì)飛機(jī)部件的整體鑄造提供了一個(gè)可行的解決方案。高抗沖聚苯乙烯（HIPS）部件采用SLS制造原型,，然后通過(guò)滲蠟處理得到用于鑄造的蠟?zāi)�,，采用傳統(tǒng)的精密鑄造技術(shù)制造目標(biāo)零件，如圖2所示,。另外,，關(guān)于制造成本，開(kāi)展了增材與鑄造復(fù)合制造和傳統(tǒng)金屬注射制造之間的比較,。研究發(fā)現(xiàn),，艙門(mén)和十字接頭部分的兩蠟?zāi)＃�設(shè)計(jì),、處理時(shí)間約為一周,，而采用傳統(tǒng)的金屬注塑，模具設(shè)計(jì)制作,，加工和蠟將花費(fèi)大約9周的時(shí)間,，是復(fù)合制造時(shí)間的9倍。

（a）飛機(jī)艙門(mén)HIPS原型件

（b）十字接頭HIPS原型件

圖1  SLS制作的大型蠟?zāi)?/div>

（a）飛機(jī)艙門(mén)

（b）十字接頭

圖2  熔模鑄造鈦合金零件

總的來(lái)說(shuō),，增材與鑄造復(fù)合制造模式,，對(duì)于整體化和短流程鑄造工藝，起到了改造和提升作用,。

2AM與傳統(tǒng)熱等靜壓結(jié)合
粉末熱等靜壓(hot isostatic pressing,HIP)成形是一種粉末冶金技術(shù),，其原理就是將粉末用金屬包套封裝后放置在熱等靜壓爐中，升溫到材料熔點(diǎn)的三分之二左右,，通過(guò)溫度和壓力的作用,，使粉末發(fā)生冶金結(jié)合，形成的零件致密度高,，性能均勻,。熱等靜壓過(guò)程需要一個(gè)控制零件形狀及盛裝粉末的密封容器，即包套,，這個(gè)包套實(shí)際上就是一個(gè)模具,。熱等靜壓近凈成形包括包套的設(shè)計(jì),、包套成形與拼接、粉末的封裝,，最后進(jìn)行熱等靜壓成形,。根據(jù)最終部件所用材料，采用AM技術(shù)制成一個(gè)完整的同質(zhì)包套,，不用其他輔助工藝,，熱等靜壓后包套和內(nèi)部粉末形成一個(gè)致密的實(shí)體，完成后就不必除去包套,。因此,，AM和熱等靜壓結(jié)合的復(fù)合加工技術(shù)可以降低生產(chǎn)成本和縮短交貨時(shí)間,。此外,，采用AM和熱等靜壓結(jié)合制備的部件可以達(dá)到接近100%的致密度。雖然包套中不可避免會(huì)有一些孔隙的存在,，但是由于孔洞都是非連通的,，且孔洞較少，在包套壁厚度大于2 mm的情況下,，可以保證包套的氣密性,。

在熱等靜壓近凈成形技術(shù)中，包套與控形型芯的設(shè)計(jì)與制造是關(guān)鍵技術(shù)之一,，其成本占總成本的60%以上,，且零件越復(fù)雜越難制造，所占成本越高,。使用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法來(lái)制造包套和型芯,，對(duì)特別復(fù)雜的零件，加工難度非常大,，有的甚至無(wú)法加工,。針對(duì)該問(wèn)題，華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新性提出應(yīng)用AM技術(shù)快速,、低成本成形無(wú)需去除的熱等擠壓復(fù)雜同質(zhì)包套,，用熱等靜壓致密包套中金屬粉末來(lái)直接整體成形零件，研究采用AM/熱等靜壓復(fù)合成形方法,，來(lái)實(shí)現(xiàn)熱等靜壓用復(fù)雜控形包套和控形型芯快速低成本制造,，以克服傳統(tǒng)方法制造復(fù)雜包套和型芯的工藝難題。大大降低了設(shè)計(jì)與制造不兼容性,，可以制造傳統(tǒng)制造方式無(wú)法加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu),，是能夠有效應(yīng)用的快速成形技術(shù)之一。

圖3為AM/HIP復(fù)合成形的工藝路線示意圖,。傳統(tǒng)熱等靜壓工藝一般是用軟鋼作為包套,，熱等靜壓后通過(guò)酸洗去除包套,。而采用選擇性激光熔化技術(shù)直接成形包套，包套在熱等靜壓之后無(wú)需去除則有望可以達(dá)到目標(biāo)零件的最終尺寸,。

圖3   AM/熱等靜壓復(fù)合成形工藝過(guò)程

AM和熱等靜壓結(jié)合近凈成形部件的致密化過(guò)程為：（1）在初始階段,，隨著壓力的增加，粉末之間的間隙減少,，有的粉末被擠壓進(jìn)粉末之間的間隙,。由于粉末形狀呈球形，根據(jù)球體的堆積原理,，粉末之間只有點(diǎn)接觸,，相同粒徑的粉末最大堆積密度只能達(dá)到53%。在不同粒徑粉末的混合下,，其最大堆積密度也只能接近60%,。但是隨著壓力的進(jìn)一步增大，粉末發(fā)生塑性變形,，點(diǎn)接觸逐漸變成面之間的接觸,，減少了球體之間的孔隙。（2）當(dāng)溫度和壓力進(jìn)一步升高的時(shí)候,，粉末顆粒已經(jīng)完全發(fā)生了塑性變形,，顆粒之間發(fā)生擴(kuò)散蠕變，形成冶金結(jié)合,，孔隙進(jìn)一步消失,，最終形成致密的實(shí)體。


圖4是在計(jì)算機(jī)使用Marc軟件模擬零件在熱等靜壓過(guò)程中的密度變化,。在建立模型時(shí)充分考慮了模型的對(duì)稱性,，在不影響分析精度的前提下，利用模型的對(duì)稱性可以大幅度減少網(wǎng)格的單元和節(jié)點(diǎn)數(shù),，減少計(jì)算時(shí)間,。由于包套形狀的軸對(duì)稱以及兩端對(duì)稱性，在建立模型是選取整體的1/4進(jìn)行分析,。包套材料為316L不銹鋼,，內(nèi)部填充粉末材料為316L不銹鋼粉末。通過(guò)模擬研究包套封閉下的金屬粉末在壓力和溫度作用下,，包套收縮引起的密度變化,。圖中5個(gè)過(guò)程可以清楚的看到零件隨著時(shí)間的推進(jìn)，包套在不斷收縮,，內(nèi)部粉末致密度不斷提高,，最后達(dá)到致密的狀態(tài)。由圖可以看出,，在HIP后,，包套和內(nèi)部粉末在壓力和溫度的作用下,，充分融合在一起。由于包套是由AM成形而成,，在高溫作用下,，由AM成形形成的細(xì)小晶粒長(zhǎng)大后形成大的晶粒。內(nèi)部粉末在高溫高壓下,，經(jīng)歷了塑性變形及蠕變過(guò)程,，粉末顆粒之間完全冶金結(jié)合，粉末顆粒邊界已經(jīng)完全消失,，晶粒經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)和延伸,，穿過(guò)粉末顆粒邊界，形成較大的晶粒,。

圖4  計(jì)算機(jī)模擬零件熱等靜壓過(guò)程中密度變化云圖

在熱等靜壓后,，試樣的致密度均有所提高。由于AM成形的試樣致密度在97%以上,，所以其內(nèi)部孔隙較少,，且均為封閉的孔洞，在高溫高壓下,，孔洞被進(jìn)一步壓縮，有的孔洞被壓縮后,，內(nèi)部氣體逸出,，孔洞閉合，形成致密區(qū)域,。有的孔洞在該壓力下不能完全閉合,，形成較小的孔隙。由于孔洞的減少,，試樣的致密度得到提升,。處理后的試樣致密度最高達(dá)到98.4%。

圖5是AM試樣在不同HIP溫度處理后的拉伸曲線 ,。在三種HIP處理溫度下,，AM試樣的強(qiáng)度都相差無(wú)幾，均在650 MPa左右,。只是隨著HIP溫度的升高,，AM試樣的延伸率隨著增加，在1200℃時(shí),，其延伸性能最好,。由于AM試樣中或多或少的會(huì)存在一些孔隙，這些孔隙的存在導(dǎo)致零件的致密度不高,。在AM成形零件中,，致密度是影響其強(qiáng)度的一個(gè)重要因素,。在三種HIP溫度處理后，零件的致密度接近,，所以其強(qiáng)度也基本相同,。

圖5  壓力為120 MPa，不同HIP溫度下的SLM試樣拉伸曲線

3AM技術(shù)改造和提升傳統(tǒng)注塑模具性能
模具作為成形的基礎(chǔ)工藝裝備,，直接決定著成形件質(zhì)量,，但模具的復(fù)雜隨形冷卻流道無(wú)法用機(jī)加工完成。對(duì)于注塑模具,，由于注射的塑料溫度高達(dá)250℃,，如果沒(méi)有冷卻系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的使用,，模具溫度會(huì)升到同熔融的塑料一樣高,，無(wú)法保證冷卻效果和成形產(chǎn)品質(zhì)量。為了給模具降溫,，則需要在模具的凸模和凹模上設(shè)置冷卻水道,。由于傳統(tǒng)加工方法的限制，冷卻水道只能加工為直的圓孔或者其他形狀,，而模具表面的形狀多呈復(fù)雜曲面,，這樣便導(dǎo)致了冷卻水道和模具表面的距離不一致，模具各部分散熱效果不同,，引起模具表面溫度不一致,。模具表面溫度差距大導(dǎo)致冷卻不均勻，注射成形的塑料產(chǎn)品容易發(fā)生翹曲變形,，且由于冷卻效果不佳,，也導(dǎo)致了冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降低了生產(chǎn)效率,。而采用AM技術(shù)成形金屬模具或者鑲塊,，根據(jù)模擬結(jié)果，可以隨意地設(shè)計(jì)出隨著產(chǎn)品形狀而改變的冷卻水路,，在熱量集中的地方可以加粗冷卻管路或者加快水流速度,，以達(dá)到最佳的冷卻效果。華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了“一種直接制造金屬零件的增材制造系統(tǒng)”,，可直接利用增材制造技術(shù)加工緊附于模具型腔表面的冷卻水道,，成形出隨形冷卻流道的模具，取得了很好的效果,。極大提升了模具冷卻的效率和均勻性,，使注塑模具制造的成本和周期分別降低15%和30%，注塑時(shí)間縮短30%,。成果在深圳兆威和廣東科龍等模具廠得到應(yīng)用,。

3.1注塑模具材料與方法
本實(shí)驗(yàn)室前期研究了采用AM技術(shù)間接成形,，設(shè)計(jì)出隨形冷卻流道的方法，取得了很好的效果,，但由于間接成形周期長(zhǎng),，成本較高，因此,，本實(shí)驗(yàn)室研究出采用AM技術(shù)直接成形隨形冷卻模具的方法,。

如圖6a所示，擬成形一個(gè)塑料杯子的模芯,，采用螺旋式的隨形冷卻流道,，水道截面為圓型，直徑為4 mm,。采用316L不銹鋼粉末材料成形金屬模具,，粉末粒徑為36 μm，增材制造設(shè)備采用本實(shí)驗(yàn)室的HRPM-Ⅱ型AM快速成形設(shè)備,，圖6b所示為增材制造直接成形金屬模具,。

圖6 隨形冷卻流道模型和實(shí)物

3.2冷卻效果模擬
圖7展示的是采用商用注塑模擬軟件MPI（moldflow plastic insight）進(jìn)行注塑過(guò)程模擬的結(jié)果。圖8a采用的傳統(tǒng)直流道,，圖8b采用的隨形冷卻流道,。由模擬結(jié)果可以看出，隨形冷卻流道模具的冷卻時(shí)間約為7 s,，采用傳統(tǒng)直流道的冷卻時(shí)間約為9 s,，隨形冷卻流道的冷卻效率較直流道提高了接近30%，具有較高的冷卻效率,，冷卻均勻性也好于傳統(tǒng)直流道。

(a)傳統(tǒng)直流道

(b)隨形冷卻流道

圖7  傳統(tǒng)直流道與隨形冷卻流道冷卻時(shí)間的模擬

圖8為利用MPI模擬軟件模擬的模具模型在不同冷卻條件下的變形結(jié)果,。由圖9可以看出,，采用隨形冷卻流道杯子小于采用傳統(tǒng)直流道的翹曲和變形。采用隨形冷卻流道方法成形的零件變形小,，且各部分比較均勻,。

(a)傳統(tǒng)直流道

(b)隨形冷卻流道

圖8  傳統(tǒng)流道與隨形冷卻流道冷卻均勻性對(duì)比

3.3硬度及可加工性測(cè)試
對(duì)于潛伏式澆口，傳統(tǒng)加工方法是采用機(jī)加工方法加工成形后對(duì)澆口各瓣進(jìn)行拼接 ,。這樣在拼接處會(huì)存在縫隙,，注塑時(shí)，塑料會(huì)進(jìn)入縫隙內(nèi),，導(dǎo)致澆口表面不光滑,，澆口退出時(shí)遇到阻力，容易斷在模具內(nèi),，且加工時(shí)間較長(zhǎng),。采用AM成形整體式潛伏澆口,，然后用電火花進(jìn)行精細(xì)加工的方法，既節(jié)約了時(shí)間,，又保證了澆口表面的完整性和光滑度,。實(shí)物圖如圖9所示。

圖9  精密注塑的小型潛伏式澆口實(shí)物圖

對(duì)AM成形的注塑模具用的潛伏式澆口零件進(jìn)行硬度測(cè)試發(fā)現(xiàn)其硬度較低,，只有25HRC,。分析表明，在AM成形過(guò)程中,，上層激光掃描時(shí),，會(huì)對(duì)下層已經(jīng)熔化凝固的金屬加熱，形成一個(gè)退火效應(yīng),，導(dǎo)致零件的硬度較低,。通過(guò)對(duì)成形零件進(jìn)行硬化后處理，其硬度可達(dá)到40HRC,，基本符合成形模具零件的要求,。

選用日本牧野AF3 EDM機(jī)床，采用石墨電極對(duì)潛伏澆口的表面進(jìn)行光潔處理,。先對(duì)零件進(jìn)行粗加工,，該工件需要采用C軸旋轉(zhuǎn)加工，由于該工件的預(yù)留量只有0.15 mm,，粗加工時(shí)采用石墨電極加工,，加工參數(shù)跟標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)一樣，粗加工時(shí)間為35min/件,。放電過(guò)程同常規(guī)加工沒(méi)有區(qū)別,，加工過(guò)程比較穩(wěn)定。粗加工完成后進(jìn)行精加工,，精加工時(shí),，由于放電加工過(guò)程極不穩(wěn)定，因此積碳現(xiàn)象頻繁,。加工難度較常規(guī)材料加工難度大一些,。

3.4導(dǎo)熱性能
采用 TC-7000H型激光熱導(dǎo)率測(cè)量?jī)x器對(duì)試樣進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)定，測(cè)試結(jié)果如表3所示,。其中1號(hào)為全致密的不銹鋼固體樣品,，2號(hào)和3號(hào)樣品為SLM成形的試樣。其中2號(hào)試樣測(cè)試的導(dǎo)熱方向?yàn)閦軸方向,，3號(hào)樣品測(cè)試方向?yàn)樗�平方��,。由�?可以看出，由SLM制備的零件熱導(dǎo)率稍微低于致密樣品的熱導(dǎo)率，這是由于在SLM樣品中,，存在一些微小的不連通的小孔,，這些小孔阻止了熱量的傳導(dǎo)，導(dǎo)致金屬零件的熱導(dǎo)率降低,。2號(hào)和3號(hào)樣品熱導(dǎo)率相差不大,，不過(guò)2號(hào)樣品的熱導(dǎo)率稍高于3號(hào)樣品的熱導(dǎo)率，這是由于在成形過(guò)程中,，基板沒(méi)有采取加熱措施,，基板溫度始終處于較低的溫度，而且基于激光熔池本身的傳熱特征, 凝固始終自熔池底部向熔池頂部進(jìn)行, 而在凝固過(guò)程中液態(tài)金屬與其固相基底始終保持接觸, 熔池與基底界面處的形核過(guò)冷最低, 提供了很好的形核基底, 從而導(dǎo)致熔池隨后的冷卻凝固過(guò)程呈現(xiàn)出典型的外延柱狀生長(zhǎng)特點(diǎn),。在上層激光熔化過(guò)程中,，熱量從上向下形成一個(gè)梯度，導(dǎo)致金屬在結(jié)晶時(shí),，形成垂直基板的方向,，導(dǎo)致金屬零件在z軸方向上，熱導(dǎo)率要高于水平方向的熱導(dǎo)率,。

表1  SLM成形的316L的導(dǎo)熱性能

3.5注射成形
將處理好的模具進(jìn)行裝配,，裝配好的模具裝在注塑成形機(jī)上進(jìn)行注塑成形試驗(yàn)（圖10）。塑料采用ABS,，注射壓力為120 MPa,，保壓時(shí)間為10 s，冷卻時(shí)間設(shè)為5 s,，注射完成后取出產(chǎn)品,，產(chǎn)品表面光潔，無(wú)缺陷,。經(jīng)過(guò)30次注射后測(cè)量模芯溫度為46°,，模具各部分溫差在1°左右。

圖10 SLM制備的模具與模具注塑現(xiàn)場(chǎng)

4結(jié)語(yǔ)
增材制造與傳統(tǒng)制造技術(shù)復(fù)合,，可以在優(yōu)勢(shì)上進(jìn)行互補(bǔ),。對(duì)于我國(guó)航空航天、模具等關(guān)鍵領(lǐng)域,，復(fù)雜化與個(gè)性化零部件整體制造已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)制造方法中需要使用模具或機(jī)械加工制造,，其周期長(zhǎng)且成本高,，利用AM技術(shù)可以無(wú)需模具直接制造出空間形狀非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)鑄造,、熔模以及等靜壓工藝結(jié)合,，可以在短時(shí)間內(nèi)制造出航空航天、模具等領(lǐng)域所需的關(guān)鍵零部件，大大地節(jié)約了傳統(tǒng)技術(shù)中成形所需關(guān)鍵零部件的的制作時(shí)間,，縮短了生產(chǎn)周期,。但是，目前AM技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)互補(bǔ)并不深入,，還有待更深入的研究,。首先，應(yīng)加大產(chǎn)研合作,，加快商業(yè)化材料與設(shè)備的研發(fā),，提升原材料的品質(zhì)與性能，解決材料與設(shè)備對(duì)增材制造與傳統(tǒng)工業(yè)相結(jié)合的限制,，促進(jìn)增材制造在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域中的應(yīng)用,。其次開(kāi)發(fā)增材制造與傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合的新領(lǐng)域，為增材制造與傳統(tǒng)制造業(yè)的結(jié)合帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)與應(yīng)用場(chǎng)合,。最后,，應(yīng)完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)工業(yè)在引進(jìn)增材制造工藝后應(yīng)加入新的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),，有利于更好地規(guī)范行業(yè)和促進(jìn)行業(yè)發(fā)展,。目前增材制造在實(shí)際生產(chǎn)中多用于小批量復(fù)雜構(gòu)件，還尚未形成較大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,，而與傳統(tǒng)制造業(yè)相結(jié)合將會(huì)給增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)�,；瘞���(lái)契機(jī)。

單位簡(jiǎn)介：
材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國(guó)家在材料成形,、新材料和模具技術(shù)領(lǐng)域建設(shè)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,。面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的重大需求，圍繞材料制備與成形領(lǐng)域的基本科學(xué)問(wèn)題和學(xué)科前沿,，開(kāi)展應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新,，突破關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，促進(jìn)成果應(yīng)用,，在引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展,、以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮不可替代的作用。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有固定研究人員71人,，其中教授62人,，副教授6人。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已擁有中國(guó)工程院院士2名,、杰出青年基金獲得者5名,、長(zhǎng)江特聘教授2名、青年長(zhǎng)江1名,、優(yōu)秀青年基金獲得者2名,、教育部新世紀(jì)人才10名,，教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)2個(gè)，湖北省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)4個(gè),。近年來(lái),，共投資近億元建設(shè)了先進(jìn)的材料測(cè)試分析平臺(tái)、精密成形研究平臺(tái),、材料制備研究平臺(tái),、快速成形研究平臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)室已在材料成形過(guò)程模擬理論與方法,、數(shù)字化模具設(shè)計(jì)制造技術(shù),、快速成形與快速制模技術(shù)、精密成形工藝與裝備,、先進(jìn)材料制備與應(yīng)用等主要研究方向上形成了鮮明的特色和優(yōu)勢(shì),，取得了一系列突出成果。先后獲得了國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng),、技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)和科技進(jìn)步獎(jiǎng)10余項(xiàng),，省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)50余項(xiàng)。其中,，激光燒結(jié)成形技術(shù)方面的研究成果還被兩院院士評(píng)為2011年中國(guó)科技十大進(jìn)展,。近幾年來(lái)，共發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文1500余篇,，獲授權(quán)發(fā)明專利200余項(xiàng),。研究成果已在國(guó)內(nèi)2000余家企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)或高校中獲得應(yīng)用,，解決了航空航天,、汽車(chē)、家電,、機(jī)械等領(lǐng)域的成形制造技術(shù)難題,，促進(jìn)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用,。與此同時(shí),，實(shí)驗(yàn)室的國(guó)際影響力也在不斷增強(qiáng)，研究成果被國(guó)際學(xué)術(shù)界評(píng)價(jià)為相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展歷史上的里程碑,，研究團(tuán)隊(duì)被譽(yù)為是一支富有創(chuàng)新能力的研究隊(duì)伍,，并被國(guó)際知名公司評(píng)選為“全球最佳創(chuàng)新合作伙伴”。

快速制造中心主要開(kāi)展塑性成形制造技術(shù)與裝備,、增材制造（亦稱為“3D打印”）技術(shù)與裝備,、三維測(cè)量技術(shù)與裝備、等靜壓近凈成形技術(shù),、生物制造技術(shù)與裝備等六個(gè)方面的教學(xué)和科研工作，并取得了一系列成果。獲國(guó)家獎(jiǎng)5項(xiàng),、省部級(jí)一等獎(jiǎng)10余項(xiàng),、省部級(jí)二等獎(jiǎng)10項(xiàng)余、專利獎(jiǎng)4項(xiàng),、團(tuán)隊(duì)人才獎(jiǎng)10余項(xiàng),、研究生學(xué)位論文獎(jiǎng)10余項(xiàng)；獲發(fā)明專利60多項(xiàng),；發(fā)表論文800多篇,，被三大索引收錄500多篇；出版專著教材10余部,；培養(yǎng)博士80多人,、碩士400多人。有關(guān)研究成果被兩院院士評(píng)為“2011年中國(guó)十大科技進(jìn)展”,，并入選“2017年全國(guó)十大高校重大成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目”,、“2016年湖北高校十大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目”。

通信作者簡(jiǎn)介：
史玉升,，1962年生,，華中科技大學(xué)華中學(xué)者領(lǐng)軍崗特聘教授。現(xiàn)任數(shù)字化材料加工技術(shù)與裝備國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室（湖北）主任,，國(guó)防科技創(chuàng)新特區(qū)主題專家組首席科學(xué)家,，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會(huì)委員，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造分會(huì)副主任委員,，世界3D打印聯(lián)盟副理事長(zhǎng),、湖北省3D打印聯(lián)盟理事長(zhǎng)等職務(wù)。獲中國(guó)十大科技進(jìn)展1項(xiàng),、國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng),、科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各5項(xiàng),、國(guó)際發(fā)明專利獎(jiǎng)2項(xiàng),、湖北省優(yōu)秀專利獎(jiǎng)1項(xiàng)、湖北高校十大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目1項(xiàng),。獲中國(guó)發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)暨當(dāng)代發(fā)明家,、中國(guó)科學(xué)十大杰出創(chuàng)新人物、十佳全國(guó)優(yōu)秀科技工作者提名獎(jiǎng),、國(guó)家政府特殊津貼,、武漢市科技重大貢獻(xiàn)個(gè)人獎(jiǎng)、湖北省五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)碌确Q號(hào),。領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)分別入選湖北省和教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),，指導(dǎo)的研究生獲全國(guó)優(yōu)秀博士論文提名獎(jiǎng)1篇,、湖北省優(yōu)秀博士論文5篇、湖北省優(yōu)秀碩士論文3篇,。