• 增材制造是材料科學(xué)家的“夢想”，卻是工程師的“噩夢”
• 美國空軍實驗室材料制造局的科學(xué)家和工程師將增材制造（3D打印）視為一種強大的快速創(chuàng)新工具
• 傳統(tǒng)制造工藝的最大問題就是時間問題，而增材制造則提供了低成本和快速交付能力

增材制造的發(fā)展

• 20世紀80年代，美國空軍開始了對增材制造能力的研究。同一時期，快速原型概念在工業(yè)界興起。早期的快速原型技術(shù)，是在工程師有了想法之后，通過打印機使用塑料材料進行目標(biāo)原型打印，而這種原型側(cè)重的是創(chuàng)建功能原型。
• 早期的增材工藝是通過特定區(qū)域的光化學(xué)反應(yīng)構(gòu)建剛性的塑料部件，隨著技術(shù)的進步，逐漸演化出熔絲模塑成型，其材料仍然采用塑料絲線。此外，基于粉末的激光熔融塑料成型技術(shù)逐漸出現(xiàn)。20世紀90年代初，科學(xué)家開發(fā)出了采用金屬材料的類似增材工藝，但是，限于當(dāng)時的技術(shù)水平，制造部件的表面非常粗糙。直到21世紀，激光技術(shù)的足夠成熟終于使得增材制造工藝發(fā)生了質(zhì)的變化。而這帶動了整個航宇工業(yè)所追求的增材制造革命。

增材制造向生產(chǎn)型部件的應(yīng)用發(fā)展

• 激光和粉末冶金工藝的經(jīng)濟性提升，促進了科學(xué)家們對金屬增材制品的研制。
• 增材制造從開發(fā)原型應(yīng)用向?qū)嶋H生產(chǎn)方法的演化，為美國空軍帶來了很多好處和應(yīng)用機會。
• 定制部件及獨特、復(fù)雜幾何形狀部件的小批量制造有助于對老化機隊的維護。
• 定制工具、發(fā)動機部件和輕質(zhì)部件的應(yīng)用可以實現(xiàn)更好的飛機維護并延長壽命。
• 飛機后勤對增材制造的應(yīng)用潛力很大。
• 對幾十年前生產(chǎn)的、目前少量難供應(yīng)的部件快速生產(chǎn)非常有價值。
• 對增材制造的一致性、高質(zhì)量材料的開發(fā)仍是一種挑戰(zhàn)。

增材制造向功能材料的擴展

（1）應(yīng)用研究

• 當(dāng)前的增材制造材料應(yīng)用已經(jīng)超越了塑料和金屬部件。
• AFRL材料制造局的功能材料增材制造領(lǐng)軍人士Dan Berrigan博士，正在探索如何使用增材制造工藝將功能材料嵌入到結(jié)構(gòu)中，例如在非傳統(tǒng)表面添加電子電路或天線。隨著對有源跟蹤器及性能監(jiān)視器等柔性設(shè)備需求的增加，通過這種工藝方式對這些有源設(shè)備進行有機供電非常有必要。
• 增材制造工藝可以實現(xiàn)任意形狀或柔性的電子器件沉積， Berrigan博士正在研究在圓頂或補丁表面粘附電路的方法，以期在已有結(jié)構(gòu)表面實現(xiàn)新的功能。

（2）主要挑戰(zhàn)

• 3D打印電子產(chǎn)品，不像傳統(tǒng)工藝那樣要對一系列導(dǎo)電層和絕緣層進行層壓而形成剛性電路板，導(dǎo)電材料在3D打印工藝中要被分成數(shù)百萬個小塊并懸浮在液體材料內(nèi)，然后從打印機中進行分配，并且在印刷之后，還要保持這些獨立的導(dǎo)電片相互接觸，以使電子能夠在電路中運動而生電。
• 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝的缺乏、質(zhì)量保障方法、重大的材料變化以及材料性能的降低是AFRL研究人員需要克服的部分因素，例如增材制造電路的電子特性可能比傳統(tǒng)制造工藝的電子特性差
• 掌握零件的安全性、可靠性和耐用性對飛機至關(guān)重要，目前對增材制造部件的這些屬性還沒有掌握
• 基本的材料兼容性問題。確保材料的彼此粘附，或者使部件能夠支持一定的應(yīng)力或承受一定的溫度，這些都是需要解決的挑戰(zhàn)。

MQ-9“死神”無人機的嵌入式天線將使用增材制造技術(shù)進行制造。此外，柔性線圈、嵌入式天線以及傳感器都將探索采用增材制造技術(shù)進行制造