论文《增材制造技术进展与技术分析》-仁创编译转载

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　　摘要:增材制造技术具有生产柔性广、材料利用率高、研发周期短等特点，近些年得到了飞速发展。综述了增材制造技术的发展历程，汇总了各类别增材制造工艺的成形原理、成形材料、工艺特点和应用领域，阐述了增材制造技术的技术优势，为进一步探索和研究增材制造技术奠定了基础。

　　关键词:增材制造;进展;技术优势

　　传统的制造方式为等材和减材制造，增材制造技术革新了传统制造的理念和模式，开创了产品设计与研发的新模式，增材制造技术依托计算机技术和智能控制技术，将产品设计和产品加工更加紧密的衔接在一起[1-2]。

　　1增材制造技术发展历程

　　增材制造技术是直接运用三维数据模型实现生产的技术总称[3]。1984年查尔斯.赫尔实现了数字资源和三维模型之间的转换，即立体光敏成型技术，自此层叠法快速成型技术(LOM)出现[4]。熔融沉积成型技术(FDM)问世于1988年，由斯科特.克伦普首次提出[5]。世界上首台叠层法快速成型(LOM)系统于1991年诞生，次年选择性激光烧结(SLS)系统便被推出。2005年ZCorp.成功制造出世界首台三维打印机[6]。2008年ObjetGeometries公司推出第一台能够同时打印不同原料的3D打印机。2010年Organovo公司第一次尝试将生物体血管打印出来并取得了成功[7]。2011年7月，世界首台可以打印食物材料的3D打印机问世[8]，同年8月第一架由增材制造技术制造的飞机在英国诞生[9]，美国政府在制造业也投入了巨额资金，2012年3月筹建了多达15家的制造业创新研究所[10]，与此同时维也纳科研工作者将二光子平板技术成功应用到增材制造技术中，制造出了小于0.3mm的模型，创造了运用增材制造技术所制造的模型最小记录[11]。增材制造技术发展至今，已经在市场层和技术层形成了完备的产业链，如图1、图2所示。

　　2增材制造技术工艺类别

　　增材制造技术工艺按成形原理可以分为光固化成型SLA、选择性激光烧结SLS、选区激光熔化技术SLM、熔融沉积制造FDM、电子束熔融EBM、激光近净成型LENS以及叠层实体成形LOM等类别。由于各工艺成形原理不同，成形材料、工艺特点和应用领域等也有所差异，如表1所示。

　　3增材制造技术的技术优势

　　1)工艺先进性增材制造技术依托数据化、智能化制造技术，适合于形状复杂、不规则零件的加工，实现从三维模型直接制造出实体产品，避免了毛坯制造、切削加工、部件装配等繁琐工序，也无需模具与刀具等工装，极大缩短了产品的生产周期，提高了生产效率，图3是用增材制造技术制造的飞机发动机复杂薄壁零件。2)材料先进性增材制造技术具有广泛的材料适应性，适用各种传统加工中难以加工的材料、轻型材料及复合材料，如钛合金、高温合金、铝合金、树脂类等。也适用于如碳纳米管、石墨烯、生物等碳纤维等特殊用途材料，图4为TiAL4V合金材料打印的工件。3)设计先进性增材制造技术设计全过程可视化、实物化，解决了计算机辅助设计“看得见，摸不着”的三维造型问题。制造产品完全定制化、个性化，适宜医疗领域及科研等全部的订单生产。增材制造技术还具有较高的柔性，当产品更新换代时，将计算机中的三维实体模型进行修改即可。增材制造技术集成多技术于一体，是实现并行设计和可持续发展制造战略的有效途径。4)物流先进性增材制造技术以云设计为技术，实现了网络制造，高度信息化生产。增材制造技术按需设计、就地制造，无需库存，减少了加工面积，制造成本低。产品可以随时加工，满足个性化需求。物流为材料、信息输送，减少实体流动成本，降低了人员技能要求及运输风险。5)响应快速增材制造技术不需要专用工装夹具或模具，大大缩短新产品试制时间。增材制造技术集成了设计评价、可制造性和可装配性检验、功能试验、快速制造金属零件、微型制造与快速反求工程等高新技术，有效缩短了研发周期。6)经济性强采用增材制造技术可实现快速制造模具，降低成本。在小批量、个性化生产中，增材制造技术可节省传统制造中模具制造、工艺设计等诸多成本。增材制造技术所涵盖的覆膜修复技术、再生产技术、无装配技术以及工具治具制作技术等都具有极好的经济性。

　　4总结

　　增材制造技术自80年代初至今经过三十多年的发展历程，在市场层和技术层形成了完备的产业链。不同类别增材制造工艺的成形原理、成形材料、工艺特点和应用领域存在差异。增材制造技术具有工艺先进性、材料先进性、设计先进性、物流先进性、响应快速以及经济性强等技术优势，具有广阔的发展前景和良好的发展态势。

　　参考文献:

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　　[3]陈超，刘李明，徐江敏.金属增材制造技术在船舶与海工领域中的应用分析[J].中国造船，2016，57(3):215-225.

　　[4]周长春，王科峰，肖占文，等.3D打印技术在生物医学工程中的研究及应用[J].科技创新与应用，2014(21):41-42.

　　[5]陈旭日，席桂清，辛元明，等.基于单片机的仓库无人值守系统设计[J].科技创新与应用，2014(21):40-41.

　　[6]陈贤明，陆国英.生物医用材料与3D打印技术的完美结合[J].中国医疗器械信息，2015，21(8):19-21.

　　[7]郭鹏，林慧宁，姜光瑶，等.3D生物打印技术与器官移植[J].四川解剖学杂志，2015，23(2):34-36.

　　[8]黄振海.3D打印机的运动结构分析[D].杭州:杭州电子科技大学，2018.

　　[9]孙雅琼，王小平.3D打印技术应用于建筑领域存在的问题及对策研究[J].河南科技，2018(11):110-111.

　　[10]吴士权.美国先进制造业的最新发展及其运行机制(下)[J].上海质量，2016(11):29-33.

　　[11]赵君.光固化快速成型用光敏树脂的制备及其增韧改性[D].镇江:江苏科技大学，

　　作者：韩彦龙 单位：承德石油高等专科学校

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