增材制造技術(shù)較傳統(tǒng)工藝的優(yōu)勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)

1、增材制造技術(shù)較傳統(tǒng)工藝的優(yōu)勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)增材制造技術(shù)較傳統(tǒng)工藝的優(yōu)勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)1、增材制造技術(shù)的簡(jiǎn)介增材制造技術(shù)的簡(jiǎn)介增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技術(shù)是采用材料逐漸累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除一切削加工技術(shù)，是一種“自下而上”的制造方法。這一技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，在一臺(tái)設(shè)備上可快速而精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”，解決許多過(guò)去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)

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(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)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(jié)合形成了許多增材制造設(shè)備，目前已有的設(shè)備種類(lèi)達(dá)到20多種。該技術(shù)一出現(xiàn)就取得了快速發(fā)展，在消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車(chē)、航天航空、醫(yī)療、軍工、地理信息、藝術(shù)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)是單件或小批量的快速制造，這一技術(shù)特點(diǎn)決定了快速成形在產(chǎn)品創(chuàng)新中具有顯著的作用。2、增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)2.

3、1設(shè)計(jì)上的自由度——在機(jī)加工、鑄造或模塑生產(chǎn)當(dāng)中，復(fù)雜設(shè)計(jì)的代價(jià)高昂，其每項(xiàng)細(xì)節(jié)都必須通過(guò)使用額外的刀具或其它步驟進(jìn)行制造。相比而言，在增材制造當(dāng)中，部件的復(fù)雜度極少需要或根本無(wú)需額外考慮。增材制造可以構(gòu)建出其它制造工藝所不能實(shí)現(xiàn)或無(wú)法想像的形狀，可以從純粹考慮功能性的方面來(lái)設(shè)計(jì)部件，而無(wú)需考慮與制造相關(guān)的限制。2.2小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性——增材制造過(guò)程無(wú)需生產(chǎn)或裝配硬模具，且裝夾過(guò)程用時(shí)較短，因此它不存在那些需要通過(guò)大批量生產(chǎn)才能抵消的

4、典型的生產(chǎn)成本。增材工藝允許采用非常低的生產(chǎn)批量，包括單件生產(chǎn)，就能達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的打印生產(chǎn)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(jìn)行機(jī)加工。增材制造工序經(jīng)常不能達(dá)到關(guān)鍵性部件所要求的最終細(xì)節(jié)、尺寸和表面光潔度隨著激光、電子束及光投影技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)將發(fā)展兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：一是金屬直接制造中控制激光光斑更細(xì)小，逐點(diǎn)掃描方式使增材單元能達(dá)到微納米級(jí)，提高制件精度；另一個(gè)方向是光固化成形技術(shù)的平面投影技術(shù)，投影控制單元隨

5、著液晶技術(shù)的發(fā)展，分辨率逐步提高，增材單元更小，可實(shí)現(xiàn)高精度和高效率制造。發(fā)展目標(biāo)是實(shí)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(jí)向0.01～0.001mm發(fā)展，制造精度達(dá)到微納米級(jí)。3.2高效制造技術(shù)增材制造在向大尺寸構(gòu)件制造方向發(fā)展，如金屬激光直接制造飛機(jī)上的鈦合金框粱結(jié)構(gòu)件，框粱結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)度可達(dá)6m，目前制作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，如何實(shí)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(jié)合區(qū)域質(zhì)量是發(fā)展的關(guān)

6、鍵技術(shù)。此外，為提高效率，增材制造與傳統(tǒng)切削制造結(jié)合，發(fā)展增材制造與材料去除制造的復(fù)合制造技術(shù)是提高制造效率的關(guān)鍵技術(shù)。為實(shí)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(shù)。如：對(duì)于大尺寸金屬零件，采用多激光束(4～6個(gè)激光源)同步加工，提高制造效率，成形效率提高10倍。對(duì)于大尺寸零件，研究增材制造與切削制造結(jié)合的復(fù)合關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)揮各工藝方法的其優(yōu)勢(shì)，提高制造效率。發(fā)展目標(biāo)是：增材制造零件尺寸達(dá)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(jié)合，使復(fù)雜金屬零件的高效高精度制造技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。3.3復(fù)合材料零件增材制造技術(shù)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(fù)合材料或梯度材料零件成為迫切需要發(fā)展的產(chǎn)品。如：人工關(guān)節(jié)未來(lái)需要Ti合金和CoCrMo合金的復(fù)合，既要保證人工關(guān)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(guān)節(jié)具有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。由于增材制造具有微量單元的堆積過(guò)程，每個(gè)堆積單元可通過(guò)不斷變化材料實(shí)現(xiàn)一個(gè)零件中不同材料的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)控形和控性的制造。未來(lái)將發(fā)展多材料的增材制造，多材料組織之間在成形過(guò)程中的同步性是關(guān)鍵技術(shù)。如：不同材料如何控制相近的溫度范圍進(jìn)行物理或化學(xué)轉(zhuǎn)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(fù)合，包括金屬與陶瓷的復(fù)合、多種金屬的復(fù)合、細(xì)胞與生物材料的復(fù)合，為實(shí)現(xiàn)宏觀結(jié)構(gòu)與微觀組織一體化制