3D打印（yìn）技術，又稱（chēng）增材製造(Additive Manufacturing)技術，是有別於減材製（zhì）造(如（rú）切削加工)及等（děng）材製造(如（rú）鑄造、粉末冶金)的一（yī）種全新的快速成型技術，是計（jì）算機、精密機械、高（gāo）能束流、材料等多種學科在加工工藝（yì）上的集成，被英國（guó）著名雜誌《經濟學人》描述為全（quán）球第三（sān）次工（gōng）業（yè）革命中一項具有（yǒu）代表（biǎo）性的技術，美國《時代》周刊也將之列為“美國十大增長最（zuì）快的工業”之一。

      2015年，為落實國務院關於發展戰（zhàn）略性新興產業的決策部署，搶（qiǎng）抓新一輪科技革（gé）命和產業變革（gé）的重大機遇，加快推進我國3D打印產業健康有序發（fā）展，工信部、發改委、財政部研究製定了《國家增材（cái）製造產業發展推進計劃(2015-2016年)》。根據計劃提出的目標，到（dào）2016年，初步建立較為完善的增材製造產（chǎn）業體係，整體技術水（shuǐ）平保持與國際同步，在航空航（háng）天（tiān）等直接製造領（lǐng）域達到（dào）國際先（xiān）進水平，在國際市場上占有較（jiào）大的（de）市場份額（é）。

核工業

3D打印的優勢

    與傳統的加（jiā）工方式相比較，3D打印在幾個（gè）方麵具有較為明顯的優勢。

一、數字製造，借助（zhù）CAD等軟（ruǎn）件將產品結構數字（zì）化，驅動機（jī）器設備加工製造成器件，數字化文件還可借助網絡進行傳遞，實現異地分（fèn）散化製造（zào）的生（shēng）產模式。

二、降維製造（zào），也就是“分層製造（zào），逐層疊加”，即把三維結構的（de）物體先分解（jiě）成二（èr）維層狀結構，逐層累加形成三維物品。因此，原理上3D打印技術可以製造（zào）出傳（chuán）統工藝難以完（wán）成的複雜結構，而且製造過程更（gèng）柔性化。

三、直接製（zhì）造，即對一些結構複雜、加工（gōng）工序多、需要先進行分離零件加工然後再（zài）組合的部件（jiàn），3D打印可實現（xiàn）一次加工完成。

四、快速製造，3D打印製造工藝（yì）流程（chéng）短、全自動、可實現現場（chǎng）製造（zào），因此，製造更快速、更高效。

    目前已經發展起（qǐ）來3D打印的技術比較多，命名的（de）方（fāng）式也各不相同。從材料來說，有塑料、金屬等;從能量形式上來說，主要有激光和電子束;從材料形態來說，主要有粉末和絲材等。近年來，3D打印在（zài）技術、設備、材料等方麵（miàn）的發展勢頭都（dōu）十分迅猛，其主要應用領域包括模具製造(汽車)、高端零部件(航空零部件)、產品（pǐn）設計(電子消費品等如蘋果手機)、醫療保健(牙科、假肢、骨骼)等方麵，其主要特征（zhēng）是不計成（chéng）本的設計行業、尖端製造以及一（yī）對一的個性化服務方麵，其中汽車行業應用規模最大，2014年的統計顯示（shì）其占到全（quán）部應用市場（chǎng）的31.7%。

     在核行業中也引入了3D打印，卻麵臨比消費領（lǐng）域更多的問題。一方麵，無論是電站、反應堆，還是核（hé）燃料組件，其構件多是金（jīn）屬。由於金屬的熔點比較高，3D打印涉及到了金屬的固液相變、表麵（miàn）擴散以及熱傳導等多種物理過程，而且還需要考慮生成的晶體組織是否良好、整個試件是否均勻、內部雜質和孔隙的大小、快速加熱和冷卻引起的應力等。另（lìng）一方麵，核領（lǐng）域中，構件的運（yùn）行工況比較複雜，維護不方便，對可靠性要求非常高，而且有的構件還必須考慮輻照性能問（wèn）題（tí）。因此，在麵對3D打印（yìn）這樣一（yī）個新事物時，多數人（rén）還是持保守態度。

但無論如何，3D打印以其快速靈活的特性，終究會在一定程度（dù）上（shàng）取代切（qiē）削加（jiā）工成為一種不可或缺的加工方式之一。在核行業內，最具應用前景的3D打印技（jì）術，如同步送粉激光立體成形(LSF)、電（diàn）子（zǐ）束熔絲沉積成（chéng）形技術(EBF3)等適用（yòng）於大型承力結構（gòu）成形技術，激光選區熔化技術（shù）(SLM)和電子束選區熔（róng）化技術（shù）(EBM)等適用於小型精密件的成形（xíng）技術。隨著研（yán）究的進一步深入，必將會（huì）有更多更成熟的技（jì）術應用於工程實際。

核行業的3D打印之路

     那麽，核行業的3D打印之路應當怎樣走呢?筆者認（rèn）為，應用至少要經過三（sān）個階段。

第一個階（jiē）段是“形似”。這（zhè）基本上是當前各行業在運用3D打印時都走過的路，就是要打印出外觀尺寸與現有部件相近的部件（jiàn）或部件組合（hé），先解決（jué）從無到有的問題。在這一階段中，用於3D打印（yìn）的材料，可以采用現（xiàn）在市麵（miàn）上現成的粉末（mò）或絲材。目前，國內（nèi）主要的核燃料廠（chǎng）已經邁出了第一步，如中核北方核燃（rán）料元件有限公（gōng）司完成了CAP1400型燃料組件的管座（zuò）樣品打印，中核建中核燃料元件有限公司成功打印出了CF3型燃料組（zǔ）件的下管座樣品及鎳基合金格架樣品。

     3D打印對於設計院（yuàn）所來說，也是一個非常得力（lì）的（de）幫手。一種新堆型（xíng）、新燃料元件，從設計到定（dìng）型，需要經過一係列的論證、驗證過程，有時（shí）還需要製（zhì）作（zuò）模型進行（háng）試驗。拿燃料組件來說，很多關鍵部件的新設計或改進，都（dōu）需要加工試驗件（jiàn），進行熱工水力及其（qí）它相關的試驗。當（dāng）前的做（zuò）法是，由核燃料廠按照設計要求在（zài）生產線上進行試製，試製的過程涉及到生產（chǎn）線的設備、人員等方麵的調配，有時還需要研製（zhì）專用的設備或工裝，不但研製周期長，成本還（hái）非常高。如果采用3D打（dǎ）印（yìn）的方（fāng）式（shì）進行加工，則（zé）可以用較低的成本、較短的（de）時間獲得（dé）試驗結果，省時省（shěng）力，還便於修改。

第二個階段是“神似”。即在前期打印試驗的（de）基礎上，通過細致深入的性能分析，掌握打印部件的力（lì）學性能、微觀結構、應力狀（zhuàng）態、缺陷，乃至輻照性能等特性。如果這些性能都能夠滿足設計技術條件（jiàn）的要求，3D打印的部件就可以進入到實際應用階段。這種實際應用也必（bì）然會（huì）經（jīng）曆從簡單到（dào）複雜、從輔助部（bù）件到重要部件、從堆外（wài）到（dào）堆內這麽（me）一個（gè）過程。今年9月，有報道稱，中廣核利用3D打印技術成功製造出核電站複雜流道儀表閥閥體，並證實了其化（huà）學成分和基礎（chǔ）力學性能滿足國際核電標準RCC-M的要求，該部件的工程應用將實現金（jīn）屬3D打印製造部件在核電領域（yù）應用（yòng）“零”的突破。

在這一階段，再使（shǐ）用普通的冶金粉末等材料（liào）可能（néng）就（jiù）無法滿足要求了，需要針對核行業的特點，研製核行業3D打印專用粉末或絲材，優化（huà）其物理及化（huà）學特（tè）性，從根本（běn）上解決原材料的來源問題。

第三個階段，是實現完全意義上的3D打印的工程化設計和應用。

     3D打印目前麵臨的最大問題是，這些打印件沒（méi）有生產標準，沒有質（zhì）量檢測標（biāo）準，沒有安全認證，屬於“三無”產品。

    一（yī）套完整的標準體係，應當包（bāo）含設計、製造、檢（jiǎn）測、試驗、運行、維護（hù）的全過程，尤其是質量技術評價體係，必須全麵而科學，以確保3D打印在核方麵的應用的腳步能夠走得（dé）穩（wěn），走得紮（zhā）實（shí），做到（dào）設計有依據、檢測（cè）有（yǒu）標準、試驗有規範、評價有準則（zé）。到了這個階段，核能（néng）行業不（bú）會再滿足於用3D打印的方式來實現既有的（de）設（shè）計，而是基於3D打印的特點進行（háng）的全過程適應。

     但（dàn）有一點必須要清醒認識到，3D打（dǎ）印是一劑良（liáng）藥，但它不能包治百病，它隻有跟傳統製造業改造與提升相結合（hé）， 才有更大（dà）生存空間。