什么是增材制造，增材制造技术解析

很多朋友对什么是增材制造，增材制造技术解析不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

增材制造简介增材制造，俗称3D打印，是一种结合计算机辅助设计、材料加工和成形技术，以数字模型文件为基础，通过软件和数控系统，将特殊金属材料、非金属材料和医用生物材料逐层叠加，从而制造出实体物体的制造技术。

与传统的去除-切割、组装原材料的加工模式相比，它是一种通过材料积累，从无到有的“自下而上”的制造方式。这使得制造复杂的结构部件成为可能，这些部件受到传统制造方法的限制，在过去是无法实现的。

增材制造技术使用激光、电子束、紫外线等。并使用树脂、塑料、金属、陶瓷、蜡等。由于成型方式、成型材料和冷凝热源的不同，主要分为四类：分层实体制造(LOM)技术；立体光刻技术；选择性激光烧结技术：熔融沉积成形(FDM)技术。

增材制造技术的分类及特点(1)无模具快速自由成型，制造周期短，小批量零件生产成本低。增材制造技术只需要加工原材料和加工设备就可以加工产品，不需要机械加工和工装模具，可以实现一次成型，节省了不同工序零件加工装配所消耗的时间，小批量生产单件时增材制造成本低。

传统加工制造需要原材料采购和准备，还需要加工过程中不同工序的轮换加工，加工后的零件组装等。无形中延长了产品的生产周期，同时也不经济。

(2)零件近净形，加工余量小，材料利用率高。增材制造技术是一次成型，“自下而上”，“分层制造，分层叠加”形成的。大部分材料损耗用于支持模型的成型，大部分材料应用于模型的成型。所以增材制造比传统减材制造更节省原材料和能源，所以更经济，材料利用率更高。

(3)激光束能量密度高，可实现传统材料难以加工。激光具有相干性好、单色性好、方向性好、亮度高等特点，尤其是其高能光束能在短时间内将温度提高到几千度，大部分金属都能在此温度下熔化成形。因此，可以制造传统的难加工材料，如38CrMnSiA和TC4。

(4)加工出的零件具有较高的结构强度和较小的应力集中。增材制造技术采用整体制造成型技术，比零件组装成的整体零件具有更强的刚性和稳定性。此外，增材制造中采用的分层制造、层层叠加成型技术，在各层凝聚成型时已经释放了成型应力，因此制造出来的零件没有或很少有应力集中。

当然，增材制造技术还有很多其他优势，比如可以实现多种材料的任意复合制造，加工效率高，不受零件复杂形状的限制等。

增材制造技术的优势1、设计自由度——在机械加工、铸造或成型生产中，复杂的设计是昂贵的，每个细节都必须使用额外的工具或其他步骤来制造。相比之下，在添加制造中，组件的复杂性需要很少或不需要额外考虑。

增材制造可以构造出其他制造工艺无法实现或想象的形状，可以不考虑制造相关的限制，纯粹从功能角度设计部件。

2、小批量生产的经济性——增材制造工艺不需要生产或组装硬模具，装夹过程耗时短，因此不存在需要大批量生产抵消的典型生产成本。加成工艺允许很低的生产批量，包括单件生产，可以达到经济合理的印刷生产目的。

3、高材料效率——增材制造零件，尤其是金属零件，还是需要机加工的。增材制造工艺通常不能满足关键部件所需的最终细节、尺寸和表面光洁度的要求。但在所有的近净成形工艺中，增材制造是净成形水平最高的工艺，在其后续加工中必须切除的材料量非常少。

4、良好的生产可预测性——增材制造的建造时间往往可以根据零部件设计方案直接预测，也就是说生产时间可以准确预测。随着增材制造的发展，制造商将更加严格地控制他们自己的生产计划。

5、减总成——对于很多技术成熟的产品来说，这是增材生产技术引入的根本性变革的一个要素。通过增材制造构建的复杂形状可以进行集成，取代目前那些需要用很多零件组装的产品。

这意味着添加工艺带来的节约效果包括消除了之前需要投入到装配工艺中的工作量、需要涉及的实体零件、钎焊或焊接工艺，以及为装配操作简单添加的额外表面形状和材料。

关键技术

增材制造有广阔的发展前景，但也有很大的挑战。目前最大的问题是材料的物理化学性质制约了其实现技术。比如目前成型材料主要是有机高分子材料和金属材料。金属材料直接成形是近十年来的研究热点，并逐渐应用于工业。难点在于如何提高准确率。

新的研究方向是通过增材制造技术直接堆积软组织材料(生物基质材料和细胞)形成类生命体，然后通过体外和体内培养制造复杂的组织和器官。关键技术的研发将有力推动增材技术的发展。

1、精密控制技术

增材制造的精度取决于材料增加的层厚和增材单元的尺寸和精度控制。增材制造与切削制造的最大不同是材料需要一个逐层累加的系统，因此再涂层（recoating）是材料累加的必要工序，再涂层的厚度直接决定了零件在累加方向的精度和表面粗糙度，增材单元的控制直接决定了制件的最小特征制造能力和制件精度。

现有的增材制造方法中，多采用激光束或电子束在材料上逐点形成增材单元进行材料累加制造，如：金属直接成形中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制，直接影响制造精度和制件性能。激光光斑在0.10.2mm，激光作用于金属粉末，金属粉末熔化形成的熔池对成形精度有着重要影响。

通过激光或电子束光斑直径、成形工艺（扫描速度、能量密度）、材料性能的协调，有效控制增材单元尺寸是提高制件精度的关键技术。

随着激光、电子束及光投影技术的发展，未来将发展两个关键技术：一是金属直接制造中控制激光光斑更细小，逐点扫描方式使增材单元能达到微纳米级，提高制件精度；另一个方向是光固化成形技术的平面投影技术，投影控制单元随着液晶技术的发展，分辨率逐步提高，增材单元更小，可实现高精度和高效率制造。

发展目标是实现增材层厚和增材单元尺寸减小10100倍，从现有的0.1mm级向0.010.001mm发展，制造精度达到微纳米级。

2、 高效制造技术增材制造在向大尺寸构件制造方向发展，如金属激光直接制造飞机上的钛合金框粱结构件，框粱结构件长度可达6m，目前制作时间过长，如何实现多激光束同步制造、提高制造效率、保证同步增材组织之间的一致性和制造结合区域质量是发展的关键技术。

此外，为提高效率，增材制造与传统切削制造结合，发展增材制造与材料去除制造的复合制造技术是提高制造效率的关键技术。 为实现大尺寸零件的高效制造，发展增材制造多加工单元的集成技术。如：对于大尺寸金属零件，采用多激光束（46个激光源）同步加工，提高制造效率，成形效率提高10倍。

对于大尺寸零件，研究增材制造与切削制造结合的复合关键技术，发挥各工艺方法的其优势，提高制造效率。发展目标是：增材制造零件尺寸达到20m，制件效率提高10倍。形成增材制造与传统切削加工结合，使复杂金属零件的高效高精度制造技术在工业生产上得到广泛应用。

3、 复合材料零件增材制造技术

现阶段增材制造主要是制造单一材料的零件，如单一高分子材料和单一金属材料，目前正在向单一陶瓷材料发展。随着零件性能要求的提高，复合材料或梯度材料零件成为迫切需要发展的产品。

如：人工关节未来需要Ti合金和CoCrMo合金的复合，既要保证人工关节具有良好的耐磨界面（CoCrMo合金保证），又要与骨组织有良好的生物相容界面（Ti合金），这就需要制造的人工关节具有复合材料结构。由于增材制造具有微量单元的堆积过程，每个堆积单元可通过不断变化材料实现一个零件中不同材料的复合，实现控形和控性的制造。

未来将发展多材料的增材制造，多材料组织之间在成形过程中的同步性是关键技术。如：不同材料如何控制相近的温度范围进行物理或化学转变，如何控制增材单元的尺寸和增材层的厚度。这种材料的复合，包括金属与陶瓷的复合、多种金属的复合、细胞与生物材料的复合，为实现宏观结构与微观组织一体化制造提供新的技术。

发展目标是：实现不同材料在微小制造单元的复合，达到陶瓷与金属成份的主动控制，实现生命体单元的受控成形与微结构制造，从结构自由成形向结构与性能可控成形方向发展。

以上知识分享希望能够帮助到大家！