增材制造

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增材制造(Additive Manufacturing,AM)

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什么是增材制造

  增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除-切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。近二十年来,AM技术取得了快速的发展,“快速原型制造Rapid Prototyping)”、“三维打印(3D Printing )”、“实体自由制造(Solid Free-form Fabrication) ”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。

增材制造的优势

  增材制造不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序,在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件,从而实现了零件“自由制造”,解决了许多复杂结构零件的成形,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。而且产品结构越复杂,其制造速度的作用就越显著。

  一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一个难点,例如金属直接成型中,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。

  二是设备的再涂层技术。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序,再涂层的工艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展,控制更小的层厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。

  三是高效制造技术。增材制造在向大尺寸构件制造技术发展,例如金属激光直接制造飞机上的钛合金框睴结构件,框睴结构件长度可达6m,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难点。

  此外,为提高效率,增材制造与传统切削制造结合,发展材料累加制造与材料去除制造复合制造技术方法也是发展的方向和关键技术。

增材制造的应用领域

  以激光束、电子束、等离子或离子束为热源,加热材料使之结合、直接制造零件的方法,称为高能束流快速制造,是增材制造领域的重要分支,在工业领域最为常见。

  在航空航天工业的增材制造技术领域,金属、非金属或金属基复合材料的高能束流快速制造是当前发展最快的研究方向。

  经过20多年的发展,增材制造经历了从萌芽到产业化、从原型展示到零件直接制造的过程,发展十分迅猛。美国专门从事增材制造技术咨询服务的Wohlers协会在2012年度报告中,对各行业的应用情况进行了分析。在过去的几年中,航空零件制造和医学应用是增长最快的应用领域。2012年产能规模将增长25%至21.4亿美元,2019年将达到60亿美元。增材制造技术正处于发展期,具有旺盛的生命力,还在不断发展;随着技术发展,应用领域也将越来越广泛。

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