增材制造(AM)，也被称为3D打印，通过CAD生成的3D模型，通过添加单层材料和融合层来制造零件。AM最早出现于1987年，此后一直稳步增长，近年来更是突飞猛进。当公司发明和引进新的AM技术时，他们倾向于为他们的过程创造独特的营销术语，即使核心技术是相似的。对于相似的方法使用不同的名称很容易导致市场上的混乱。在本文中，我们将介绍这些核心技术及其优缺点。
每ISO / ASTM标准AM将用于创建层的技术分为七类，其中前四类适用于金属。
1.粘结剂喷射
AM的独特之处在于它在材料熔化过程中不使用热量。有选择地沉积粘合剂或粘合剂，将粉末材料连接在一起以形成3D部分。根据粉末的类型，所使用的系统，或客户应用要求，决定粘结剂的种类的选择。这一过程从使用滚轮将粉末材料散布在构建平台上开始，打印头将粘合剂沉积在指定的粉末上。构建平台降低以允许下一层进入，并且重复这个过程，直到项目完成。任何未结合的粉末都被除去。
粘结剂喷射的优点
- 能够使零件与一系列不同的颜色
- 使用一系列材料:金属、聚合物和陶瓷
- 更快的是过程
- 零件不翘曲或收缩
- 通过重新利用未使用的粉末来减少浪费
- 特点是两种材料的方法，允许不同的粘合剂-粉末组合
粘结剂喷射的缺点
- 零件需要后期处理，这给整个过程增加了大量的时间
- 零件强度低，不总是适用于结构件
- 不如材料喷射准确
2.定向能沉积(DED)
d创建通过从聚焦热能源熔化和沉积基于粉末或基于导线的材料，包括激光，电子束或等离子弧来熔化和沉积3D对象。虽然该过程可以制造金属，陶瓷和聚合物零件，但它主要用于金属部件，并且在更杂化的制造中，基板床可移动以产生复杂的形状。由于不同的能源使用和最终使用，DED也称为激光金属沉积（LMD），3D激光包覆或直接光制造。最后，基于该过程的工作原理，它主要用于通过在需要的地方添加材料来修复或恢复现有部件。
d的优点
- 强而密的部分
- 快速构建利率
- 减少物料浪费
- 材料选择范围:金属、陶瓷、聚合物
- 换材料很容易
- 能够用定制的合金制造零件
- 靠近净形状的零件
- 能够建造更大的部件
d的缺点
- 系统的资本成本很高
- 零件具有较低的分辨率，导致表面光洁度较差，需要二次处理
- 在构建过程中，支持结构无法使用
3.粉床融合(PBF)
PBF有激光熔接、电子束熔接、介质与能量熔接和热熔接四种能源。这种能源可以融化塑料或金属粉末颗粒，这些颗粒凝固并融合在一起，形成一种图案，从而制造出这个物体。粉末床熔合工艺使用两个室，即构建室和粉末室，以及涂覆辊。为了创造这些物体，涂层辊移动并将粉末材料扩散到整个建造室，以沉积一层薄薄的粉末。有些PDF工艺会用刮板、刮刀或调平辊在涂膜辊后，以保证材料表层的厚度是均匀的。接着，能量源将金属粉末基体的熔敷层熔化。当该层被扫描和熔接后，构建平台逐渐降低，同时粉室升高，重复这个过程，直到物体完成。
PBF的优点
- 机器成本低
- 建造不需要或最低限度的支撑结构
- 材料选择的多样性
- 可使用多种材料
- 可回收粉末
PBF的缺点
- 打印速度慢，打印时间长
- 额外的后处理时间
- 较弱的结构属性
- 表面纹理质量的变化
- 可能需要支撑构建板，以避免翘曲
- 印刷过程的速度可以决定粉末是否可回收
- 热变形，主要用于聚合物零件
- 机器需要消耗大量的能源来制造零件
4.表纹理
通过焊接、超声波焊接或钎焊，将材料薄片堆叠和叠层，从而构建3D物体。为了创造物体的最终形状，激光切割或数控加工使用。在所有的AM技术中，它生产的部件具有最小的附加分辨率或细节量，但提供了低成本和更快的制造时间，快速原型使用现成的，低成本的材料。
床单层压可以分为七种类型：
- 层压物体制造（LOM）
- 选择性层合复合材料物体制造(SLCOM)
- 塑胶薄片贴合(PSL)
- 复合工程材料的计算机辅助制造(CAM-LEM)
- 选择性沉积分层(SDL)
- 复合材料增材制造(CBAM)
- 超声增材制造(UAM)
虽然板材分层的类型略有不同，但总体原理是相同的。这一过程开始时，从滚轮上送出一薄片材料，或放置在构建平台上。下一层可能与上一层粘接，也可能不粘接，这取决于工艺。继续分层，直到达到完整的高度。去掉印版和所有不需要的外缘，物体就完整了。
板材分层的优点
- 相对较低的成本
- 更大的工作区域
- 全彩色印刷
- 集成为混合制造系统
- 物料处理方便
- 多层材料的能力
- 不需要支撑结构
- 在一些板材上贴合
- 根据所使用的技术类型，材料状态保持不变
- 更快的打印时间，但确实需要后期处理
板材分层的缺点
- 不改变板材厚度，就不能改变层高
- 表面处理可以根据材料的不同而不同，可能需要后期处理
- 有限的材料选择
- 在贴合阶段之后，去除多余的材料可能是困难和耗时的
- 与其他AM方法相比，会产生更多的浪费吗
- 在某些类型的薄板层合中，空心零件的生产具有挑战性
- 粘接强度取决于所使用的层压技术
5.材料挤压
就一般消费者需求和质量而言，最流行的AM工艺是使用连续的热塑性纤维或复合材料来构建3D零件。这种材料以塑料丝的形式通过挤压喷嘴，在那里加热，然后一层一层地沉积在构建平台上。
材料挤压的优点
- 广泛的印刷材料
- 简单易懂的打印技术
- 人性化的印刷材料更换方法
- 低初始和运行成本
- 小而薄的零件打印时间更快
- 印刷公差±0.1(±0.005″)
- 不需要监督
- 小型设备尺寸
- 低温过程
材料挤压的缺点
- 可见层线
- 挤出头在连续运动或物料碰撞
- 可能需要支持
- 沿z轴方向零件强度较弱
- 增加打印时间，更好的分辨率和更宽的区域
- 易翘曲和其他温度波动问题
- 有毒的印刷材料
6.材料喷射
蜡状材料的液滴被选择性地沉积在一个构建平台上的过程。这种材料冷却并凝固，使得一层层的材料相互叠加。建造完成后，支撑结构要么被机械拆除，要么被熔化。
材料喷射的优点
- 材料喷射可实现卓越的精度和表面饰面
- 零件适合用于铸造模具
材料喷射的缺点
- 有限数量的蜡样材料可用
- 因为像蜡一样的材料，部件是脆弱的
- 缓慢的构建过程
7.增值税照片聚合
该工艺用于将光致聚合物液体树脂一层一层地固化，利用紫外激光将其转变为硬塑料部件。这种技术最常见的三种类型包括立体光刻、数字光处理(DLP)和连续数字光处理(CDLP)。
还原光聚合的优点
- 精度高，光洁度好
- 相对快速的过程
- 大建设领域
还原光聚合的缺点
- 相对昂贵
- 长时间的后处理和去除树脂
- 只限于光树脂材料
- 打印后还能受紫外线的影响吗
- 可能需要支撑结构和后固化的部分，以足够坚固的结构使用
结论
随着增材制造机器变得更加廉价，设计和材料性能的灵活性正导致其提供了广泛的实际应用和用途。航空航天、汽车和医疗行业都从增材制造中获益。快速原型、低批量生产和维修零件的能力是这种类型的制造增长的一些原因。
