自有了3D打印這個(gè)概念和技術(shù)以來，3D打印技術(shù)在航空航天、國防軍工和工業(yè)制造等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，尤其是高端產(chǎn)品中的研發(fā)和應(yīng)用更加突出，已在很多方面體現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢和技術(shù)成果。與之相比，其在傳統(tǒng)大型鑄鍛件制造行業(yè)中的投入、應(yīng)用、發(fā)展和研究表現(xiàn)出了明顯的欠缺，可是，恰恰這種出身高端的技術(shù)在這種傳統(tǒng)制造業(yè)中的前景是非常廣闊的，尤其是在全球大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保綠色發(fā)展的道路上，對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的高耗能、高污染、低效率的發(fā)展模式有了很大的沖擊，而快速成形技術(shù)的優(yōu)勢則更加凸顯。
1. 我國大型鑄鍛件的生產(chǎn)現(xiàn)狀和應(yīng)用
大型鑄鍛件制造業(yè)是一個(gè)非常特殊的行業(yè)，既是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、發(fā)展的關(guān)鍵行業(yè)，也是我國重大裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，更是我國國防建設(shè)必須的行業(yè)；是關(guān)系到國家安全和經(jīng)濟(jì)命脈的不可或缺的戰(zhàn)略性行業(yè)，也是國家能力的重要組成；大型鑄鍛件行業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家綜合國力的重要標(biāo)志。大型鑄鍛件產(chǎn)品是電力、冶金、石化、造船、鐵路、礦山、航空航天、軍工、工程等裝配的基礎(chǔ)部件，其經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)性強(qiáng)，輻射作用大，是產(chǎn)業(yè)鏈上不可缺少的重要一環(huán)節(jié)。大型鑄鍛件是重大裝備的典型關(guān)鍵部件，既可以是各大型設(shè)備的備件，也可以是受力部件，如軋機(jī)中的機(jī)架、支承輥、工作輥，發(fā)電汽輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子、大軸和轉(zhuǎn)輪體等。作為基礎(chǔ)行業(yè)，大型鑄鍛件的需求量是極大的。就拿我國能夠提供大型優(yōu)質(zhì)鑄鍛件的主要企業(yè)如一重、二重和上重來說，2007年一重鍛件產(chǎn)量11萬t、二重7萬t、上重5萬t，由此可知鑄鍛件的市場和需求非常大。但我國重型裝備制造的龍頭企業(yè)大鍛件制造的材料利用率還遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，我國鑄鍛鍛件材料利用率為50%～55%，而韓國為60%～65%，日本則為70%～75%。鑄鍛件材料的利用率是大型鑄鍛件生產(chǎn)的一個(gè)瓶頸，與此同時(shí)，一個(gè)大型鑄鍛件的成形過程也是極其復(fù)雜和繁瑣的。以下是某軋機(jī)機(jī)架簡略的鑄造加工過程和相關(guān)數(shù)據(jù)（見附表）。其鑄造過程主要有：鑄造工藝設(shè)計(jì)、模樣制作、造型、制芯、澆注、落砂、割冒口、熱處理、表面處理、粗加工、二次精整及精加工等。在此過程中由表中的數(shù)據(jù)中可知整個(gè)過程中的勞動(dòng)力、材料、能源等的大量消耗和過程之復(fù)雜，并且整個(gè)鑄件的生產(chǎn)周期長，最少也需要兩個(gè)月左右。
某軋機(jī)機(jī)架工藝參數(shù)
鋼液重/t
毛重/t
凈重/t
利用率（%）
270
162.5
138
51.1
2．3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀應(yīng)用和發(fā)展
3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，或現(xiàn)有的模型，比如動(dòng)物模型、汽車零部件、或者微縮建筑等。然后通過SD卡或者USB優(yōu)盤把模型拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把其打印出來，工作過程如圖1所示。3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理一樣，而3D打印就只是將傳統(tǒng)二維打印轉(zhuǎn)換成三維。由此可知，3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)勢是無需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生產(chǎn)任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率，降低成本。通過摒棄生產(chǎn)線而降低了成本，大幅減少了材料浪費(fèi)。同時(shí)也減少了因?yàn)樯a(chǎn)而設(shè)計(jì)的與功能無關(guān)的剩余物，使生產(chǎn)出來的零件更加精細(xì)輕盈，與機(jī)器制造出來的零件相比，打印出來的產(chǎn)品重量輕60%，并且其性能基本相似。3D打印技術(shù)是近形技術(shù)，排除了使用工具加工、機(jī)械加工和手工加工，從而大大減少了人力、生產(chǎn)周期，以及由于傳統(tǒng)制造帶來的各種自然資源浪費(fèi)和污染。但是，目前國內(nèi)3D打印在原材料、設(shè)備和應(yīng)用上仍有難題，成本較高，多用于實(shí)驗(yàn)，規(guī)模化應(yīng)用尚需時(shí)日，而目前我國3D打印主要應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、快速模具制造、航空航天、醫(yī)學(xué)等制造領(lǐng)域，其中消費(fèi)電子、汽車、醫(yī)療分別占20.3%、19.5%和15.1%，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已應(yīng)用于我國殲-15艦載機(jī)（見圖2）試制過程中。相較之，其在傳統(tǒng)大型鑄鍛件制造行業(yè)方面的投入和研究則明顯是沒有得到足夠的重視。
3．結(jié)語
隨著3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及所具有的極大技術(shù)優(yōu)勢，第三次工業(yè)革命悄然到來的說法也不絕于耳，而大型鑄鍛件作為工業(yè)制造裝備的基礎(chǔ)行業(yè)扮演的角色也是不言而喻的。在我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中，3D打印技術(shù)能否引領(lǐng)我國制造業(yè)走出一條發(fā)展之路，助推我國由制造大國向強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)顛覆性的革新，在未來的工業(yè)裝備市場搶占先機(jī)，是值得深究的。同時(shí)，在全球節(jié)能減排，降本增效，綠色環(huán)保方面體現(xiàn)出極大的潛力，為實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保型工業(yè)生產(chǎn)提供很好的基礎(chǔ)。雖然大型鑄鍛件結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡單，但由于其質(zhì)量重、體積大、性能要求高等特點(diǎn)，3D打印作為新型產(chǎn)業(yè)，在原材料金屬粉末、大型打印設(shè)備和輔助設(shè)備等的開發(fā)還有很多困境，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化推廣和應(yīng)用還任重道遠(yuǎn)。
