1981年，日本名古屋市工業(yè)研究所的小玉秀男發(fā)明了利用光硬化聚合物制造三維塑膠模型的方法，原理是利用液態(tài)的光敏樹脂即UV 樹脂，在一定波長的紫外光（250-300納米）照射下會立刻發(fā)生聚合反應(yīng)，完成固化。
這種用紫外線按照一定軌跡照射一堆光敏樹脂，硬化其中一部分的技術(shù)還是非常原始。3年后，美國人查克·赫爾引入噴射的方式將光敏樹脂層疊起來，每次薄薄地噴上一層，再用紫外線固化一層。
到了90年代，3D打印機的工藝方法已經(jīng)從單一的光敏感材料擴展到丁二烯-苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯烯。這種顛覆的制造工藝開始引起金屬加工行業(yè)的關(guān)注。
一直以來，所有金屬產(chǎn)品都需要經(jīng)過澆鑄、制造、沖壓、加工等程序，雖然引入了大量的自動化加工技術(shù)，但這些工序并無減免。3D打印機的出現(xiàn)為金屬加工打開了一扇全新的大門，如果金屬材料也能像樹脂一樣被熔融進行沉積，那么前面所有的工序都可以省略。
巨大的收益前景，很快讓金屬加工的3D打印技術(shù)成真，技術(shù)人員用激光、電子束和摩擦攪拌的方法將金屬材料熔融，再進行噴涂沉積。
這其中激光幾乎能涵蓋一切金屬材料，包括熔點高達上千度的鎳基高溫合金都能熔融；電子束略遜一籌，能覆蓋不銹鋼、鈦、鋁、銅、工具鋼、不銹鋼等；摩擦攪拌主要用在一些熔點較低的金屬 材料，如鋁、鈉、鉀等，摩擦攪拌的最大好處是成本低。
除了熱噴涂打印，還有一種不需要熱源的冷噴涂技術(shù)，這是一種將固態(tài)粒子高速噴射到基材表面，產(chǎn)生劇烈的塑性變形而沉積形成涂層的方式。冷噴涂增材對薄壁件的加工最佳，薄壁件很容易變形，冷噴涂對基體不產(chǎn)生熱影響，沒有熱變形。
3D打印技術(shù)的好處既然有如此多，因自然被各國軍方給盯上了：
第一，它精簡了制造過程，讓加工設(shè)備體積小，且便于攜帶；
第二，能自主掌控和變更幾何形狀，制造空心零件如探囊取物，非常簡單，更輕的重量意味著飛行器能獲得更快的速度和更低的總體燃料成本，這讓航空業(yè)如何不愛；
第三，能實現(xiàn)多種材料的任意組合和搭配，讓金屬材料的混搭和疊加如同縫衣服，簡單明了，讓強度和韌性兼顧，實現(xiàn)魚和熊掌兼得。
第四，大幅降低武器裝備的造價成本。傳統(tǒng)的生產(chǎn)是做“減”法，將大小遠超零件尺寸的原材料通過切割、磨削等工序，除去多余部分，大約有90%的原材料會被浪費掉。與傳統(tǒng)工藝不同，3D打印技術(shù)做的是“加”法，從無到有，無需原胚和模具，通過層層增加材料的方法“打印”出來，整個生產(chǎn)過程幾乎沒有任何浪費。
最早將3D打印技術(shù)應(yīng)用到實戰(zhàn)的是美國，這不僅是因為美國的技術(shù)最先進，而且美國人不是在打仗，就是在打仗的路上。
阿富汗戰(zhàn)爭持續(xù)了20年之久，塔利班正面打不過美軍，就指著美軍的后勤保障攻擊，讓美軍頭疼不已，為了確保補給暢通和保障人員的安全，美軍在這方面付出的傷亡不比正面戰(zhàn)場少。
2010年，美軍一支車隊在阿富汗山區(qū)行進時，遭遇塔利班的突然圍攻，死傷慘重，無力突圍，無奈之下利用火力優(yōu)勢固守待援。在等待救援的時間里，救治傷員的繃帶很快用完，如果不采取措施，剩下的傷員將因流血過多喪命。
危急關(guān)頭，美軍利用護送的3D打印機就地取材，利用塑料水杯和水瓶融化，獲得聚對苯二甲酸乙二醇酯，作為打印機的原材料，制成塑料繃帶為傷員止血，大大降低了傷亡。后續(xù)，美軍在全球各地大量配置3D打印機，用來就地打造設(shè)施和裝備，減少后勤需求和運輸。
有了美軍的示范作用，法國很快有樣學樣。2018年法國海軍的一次軍事演習中，其一艘航母損壞了一個螺旋槳葉片。按照常規(guī)流程，制造廠會先制作葉片模型，然后再開模、澆鑄、應(yīng)力釋放、機械加工，進行熱處理及打磨，最后安裝。這一套流程全部走完至少需要兩個月的時間。結(jié)果法國海軍使用金屬3D打印技術(shù)，僅用時一周就完成修復(fù)。
俄烏戰(zhàn)爭，無人機首次進行大規(guī)模實戰(zhàn)，折損數(shù)量巨大，如何在戰(zhàn)場上實現(xiàn)快速補充，及時恢復(fù)戰(zhàn)斗力？修復(fù)破損的無人機無疑是最好的辦法之一。
俄羅斯利用桌面型碳纖維3D打印技術(shù)，取代模壓碳纖維和金屬部件，輔以微米級激光檢測系統(tǒng)，用碳纖維和凱夫拉作為增強材料，在戰(zhàn)地實現(xiàn)了零部件的快速打印和無人機修復(fù)。
那么我國在3D打印技術(shù)方面，處于全球的哪個位置？
中國在3D打印技術(shù)這一領(lǐng)域很早就布局，并不落后于其他發(fā)達國家，相反，在一些高精尖的軍工領(lǐng)域甚至還處于領(lǐng)先地位。
2012年，我國首次把3D打印列入國家863計劃，2015年取得突破，開始在飛機研制上投入使用，取得了迅猛發(fā)展。給大家一組數(shù)據(jù)對比，依靠傳統(tǒng)研制方式的殲-10從立項到裝配部隊用了近10年時間，而運用了3D打印技術(shù)的艦載機殲-15研發(fā)，我國僅用時3年。
如今中國的第六代戰(zhàn)機成飛的“銀杏葉”殲-36和沈陽的“雨燕”更是用到了中國獨創(chuàng)的3D鍛件打印技術(shù)。
這項技術(shù)有多強？從2016年發(fā)明出來，到我國明令嚴禁出口的2018年期間，美國屢敗屢戰(zhàn)，向我國數(shù)次提出采購請求，表示錢不是問題欲購買3D鍛件打印技術(shù)，被拒后美國又表示：“不出售技術(shù)沒有問題，出售設(shè)備也行?！痹诒晃覈B續(xù)拒絕三次后，美國詞窮，最終喊出了：“科學無國界”。
同一時間，日本和德國機床企業(yè)大大松了一口氣，暗暗感謝中國的不殺之恩。這是因為中國的這項3D鍛件打印技術(shù)能替代鑄造、焊接、機加，如果對供應(yīng)，可以讓全球絕大多數(shù)機床企業(yè)破產(chǎn)。
一直以來，3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍都是普通金屬零部件，不含使用環(huán)境惡劣，強度要求高的鍛件加工零件，例如核電站、深水潛航器、軍艦和飛機發(fā)動機內(nèi)部高溫高壓的轉(zhuǎn)子等部件。
鍛件比同樣材質(zhì)的金屬晶體更加細化、均勻、密度，疲勞壽命、強度、可靠性和韌性等更強。古代制造鍛件的方法是把鐵燒紅，然后用鐵錘不斷敲擊，那真是千錘百煉，至少敲擊3000次。
古人號稱“削鐵如泥”的寶劍其實就是靠鍛造制成，而這里的“鐵”指的是其他制造方式，強度高下立見。
現(xiàn)代傳統(tǒng)的鍛造方法是用一個幾萬到幾十萬噸壓力的液壓機，將燒紅的金屬像揉面一樣多方捶打，把晶體間的雜質(zhì)硬生生擠出來，然后在特殊型面的模具中，用幾萬噸的壓力壓制而成，冷卻后再進行機加。這種加工方式制造的產(chǎn)品品質(zhì)沒得說，但費時費力。
為了打破這種桎梏，我國耗時10年，利用加速、慣性和激光粒子加強的方式在3D打印技術(shù)上實現(xiàn)了史無前例的鑄鍛銑一體化，將原本需要鑄造、鍛造、銑削的三個工序一次完成，實現(xiàn)制造時間縮短80%，材料利用率達到80%，制造成本下降90%。
原理是首先將金屬材料離子化，離子化是指一個分子（或原子）獲得一個負電荷或者正電荷形成離子的過程，說直接點就是從材料的分子或原子開始堆積；接著利用高速將離子發(fā)射到基材表面，層層疊加，當速度達到一定速度，這些分子或原子會形成相互交接，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，強度和韌性大大增加，這還不夠，最難的技術(shù)出現(xiàn)了——那就是利用激光粒子沖擊疊加層的表面，每疊加一層就沖擊一層。
我們都知道光是波粒二象性，激光也是如此，先用光束消除離子的帶電性，中性離子消除了同性相斥的可能，再用激光粒子不斷沖擊表面，將這些中性的分子或原子壓實。目前能實現(xiàn)這種技術(shù)的只有中國。
在軍工中，鍛造技術(shù)不可替代和或缺。如今我國各種軍事裝備迭代又快又好，震驚全球，與全球僅我國掌握的鑄鍛銑一體化3D打印技術(shù)分不開，它讓我們的研發(fā)實踐時間比美國縮短了80%，美國已經(jīng)明顯跟不上，哀嘆：“我太難了，他們的工作時間還至少是996，讓我怎么跟?！?/p>
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