增材制造技術較傳統(tǒng)工藝的優(yōu)勢與關鍵技術

1、增材制造技術較傳統(tǒng)工藝的優(yōu)勢與關鍵技術增材制造技術較傳統(tǒng)工藝的優(yōu)勢與關鍵技術1、增材制造技術的簡介增材制造技術的簡介增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統(tǒng)的材料去除一切削加工技術，是一種“自下而上”的制造方法。這一技術不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，在一臺設備上可快速而精密地制造出任意復雜形狀的零件，從而實現(xiàn)“自由制造”，解決許多過去難以制造的復雜結構

2、零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且越是復雜結構的產品，其制造的速度作用越顯著。增材制造原理與不同的材料和工藝結合形成了許多增材制造設備，目前已有的設備種類達到20多種。該技術一出現(xiàn)就取得了快速發(fā)展，在消費電子產品、汽車、航天航空、醫(yī)療、軍工、地理信息、藝術設計等多個領域都得到了廣泛的應用。其特點是單件或小批量的快速制造，這一技術特點決定了快速成形在產品創(chuàng)新中具有顯著的作用。2、增材制造技術的優(yōu)勢增材制造技術的優(yōu)勢2.

3、1設計上的自由度——在機加工、鑄造或模塑生產當中，復雜設計的代價高昂，其每項細節(jié)都必須通過使用額外的刀具或其它步驟進行制造。相比而言，在增材制造當中，部件的復雜度極少需要或根本無需額外考慮。增材制造可以構建出其它制造工藝所不能實現(xiàn)或無法想像的形狀，可以從純粹考慮功能性的方面來設計部件，而無需考慮與制造相關的限制。2.2小批量生產的經濟性——增材制造過程無需生產或裝配硬模具，且裝夾過程用時較短，因此它不存在那些需要通過大批量生產才能抵消的

4、典型的生產成本。增材工藝允許采用非常低的生產批量，包括單件生產，就能達到經濟合理的打印生產目的。2.3高材料效率——增材制造部件，特別是金屬部件，仍然需要進行機加工。增材制造工序經常不能達到關鍵性部件所要求的最終細節(jié)、尺寸和表面光潔度隨著激光、電子束及光投影技術的發(fā)展，未來將發(fā)展兩個關鍵技術：一是金屬直接制造中控制激光光斑更細小，逐點掃描方式使增材單元能達到微納米級，提高制件精度；另一個方向是光固化成形技術的平面投影技術，投影控制單元隨

5、著液晶技術的發(fā)展，分辨率逐步提高，增材單元更小，可實現(xiàn)高精度和高效率制造。發(fā)展目標是實現(xiàn)增材層厚和增材單元尺寸減小10～100倍，從現(xiàn)有的0.1mm級向0.01～0.001mm發(fā)展，制造精度達到微納米級。3.2高效制造技術增材制造在向大尺寸構件制造方向發(fā)展，如金屬激光直接制造飛機上的鈦合金框粱結構件，框粱結構件長度可達6m，目前制作時間過長，如何實現(xiàn)多激光束同步制造、提高制造效率、保證同步增材組織之間的一致性和制造結合區(qū)域質量是發(fā)展的關

6、鍵技術。此外，為提高效率，增材制造與傳統(tǒng)切削制造結合，發(fā)展增材制造與材料去除制造的復合制造技術是提高制造效率的關鍵技術。為實現(xiàn)大尺寸零件的高效制造，發(fā)展增材制造多加工單元的集成技術。如：對于大尺寸金屬零件，采用多激光束(4～6個激光源)同步加工，提高制造效率，成形效率提高10倍。對于大尺寸零件，研究增材制造與切削制造結合的復合關鍵技術，發(fā)揮各工藝方法的其優(yōu)勢，提高制造效率。發(fā)展目標是：增材制造零件尺寸達到20m，制件效率提高10倍。形成

7、增材制造與傳統(tǒng)切削加工結合，使復雜金屬零件的高效高精度制造技術在工業(yè)生產上得到廣泛應用。3.3復合材料零件增材制造技術現(xiàn)階段增材制造主要是制造單一材料的零件，如單一高分子材料和單一金屬材料，目前正在向單一陶瓷材料發(fā)展。隨著零件性能要求的提高，復合材料或梯度材料零件成為迫切需要發(fā)展的產品。如：人工關節(jié)未來需要Ti合金和CoCrMo合金的復合，既要保證人工關節(jié)具有良好的耐磨界面(CoCrMo合金保證)，又要與骨組織有良好的生物相容界面(Ti

8、合金)，這就需要制造的人工關節(jié)具有復合材料結構。由于增材制造具有微量單元的堆積過程，每個堆積單元可通過不斷變化材料實現(xiàn)一個零件中不同材料的復合，實現(xiàn)控形和控性的制造。未來將發(fā)展多材料的增材制造，多材料組織之間在成形過程中的同步性是關鍵技術。如：不同材料如何控制相近的溫度范圍進行物理或化學轉變，如何控制增材單元的尺寸和增材層的厚度。這種材料的復合，包括金屬與陶瓷的復合、多種金屬的復合、細胞與生物材料的復合，為實現(xiàn)宏觀結構與微觀組織一體化制