（图片来源：Sergi Lopez Roig|Shutterstock.com） 增材制造仅仅是一种制造稀奇古怪的小玩意儿和样品的方法，还是能作为一种新的工业化生产的工艺？ 本系列的第一篇文章探索了一种名为增材制造（AM）或通常所称的3D打印的一种令人兴奋的技术。虽然增材制造工艺自从1970年代就开始应用，但在最近5年的时间才被重视起来。2013年奥巴马所做的国情咨文将人们对3D打印的关注提升到前所未有的高度。 奥巴马：下一个工业革命 在大约40秒钟的演讲中，奥巴马认可了3D打印的能力，法国数字艺术家Gilles Azaro用一种极具独创性的方式将总统的发言化为永恒。Gilles Azaro用他的台式3D打印机将总统讲话的声波进行了物理可视化。 这件名叫《奥巴马：下一个工业革命》的作品，展示了一件5英尺长的3D打印声波模型，参观者可从中看出演讲中奥巴马总统在哪里抬高了声音，进行了停顿或者作出了强调。 2014年6月，史密森学会将奥巴马的形象进行了扫描，用于制造首个3D打印的总统肖像，奥巴马对AM的代言再次得到了加强。虽然对总统的扫描工作花费了7分钟完成，用选择性激光烧结（SLS）制作的真实尺寸的半身像耗时42小时。 在增材制造中使用金属 在本系列的前面所有的文章中，所有3D打印的方法都使用热塑性塑料、树脂或者陶瓷粉末作为3D打印的原材料。当要在工业环境中使用增材制造时就会受到限制，因为这些材料的机械性能与金属材料相比，就会表现出明显的劣势。 然而，有些使用金属的增材制造技术已经出现。尽管传统的制造工艺，比如铣和车，在制造最终产品过程中仍然是首选工艺，增材制造开始在辅助性产品如夹具、工具等的开发中扮演重要角色。 铸造打印 铸造是一种制造注塑工具并与粉末状不锈钢模压的3D打印工艺。首先，这种工艺以分成多层状的3D模型开始，接着，一种液体粘合剂被喷进不锈钢粉末，选择性地粘结每一层。当一层结束后，活塞降低粉末库，来制造下一层。 当部件制造完成后，剩余的粉末必须去掉，然后用热处理工艺将金属烧结在一起。烧结后的金属接着被渗入铜，用于增加强度和填充孔隙。然而，对于模压件的使用来说，第二次表面处理是必须的。 层压件的制造 当用层压件制造（LOM）时，第二次处理过程就不需要了。这种工艺结合了增材和减材技术，目的是制造一种多层构件。 材料以薄片的形式提供，用压力、焊接和热黏胶涂层将之结合在一起。 用激光将材料切成每层所需的形状。这种工艺的优势包括低成本、没有后处理、工艺过程中没有相转变并有制造大型部件的潜能。 LOM的缺点包括浪费材料，表面分辨率低，部件的力学性能具有各向异性，复杂内腔成型困难。 激光工程化净成形 工业上使用的另外一种增材制造技术叫做激光工程化净成形（LENS）。用这种技术制造一个部件的过程是融化金属粉末，然后注射到特定区域。材料在可以降温固化之前，用一种高能激光束将材料溶解。这种工艺可以使用多种金属。 有一点非常重要，用其他工艺修理部件很困难且成本很高，LENS工艺就可以克服上述缺点用于修理部件。然而，这种工艺的一个缺点是不均匀受热和降温导致的残余应力，在关键部件的修理上非常重要，例如涡轮叶片。 选择性激光烧结 选择性激光烧结（SLS），也叫做直接金属激光烧结（DMLS），是一种3D打印工艺，其中粉末被施加的二氧化碳激光束烧结或熔融。 激光将CAD模型中每层的特定区域的粉末用激光熔融。颗粒在基座上松散放置，并由活塞控制，当一层完成后，活塞降低的高度与每层的厚度相同。 这种工艺提供了多种可用的材料，如塑料和金属，以及聚合物与金属的混合物。这项技术的主要优势是可用的材料类型广泛。 然而， SLS的缺点是这种工艺的精确度受材料颗粒粒径的影响，且必须要用充气的方法防止材料氧化，而且工艺必须在恒温下进行。氧化问题已经用一项相对更新的称为电子束熔化（EBM）的技术解决。EBM与DMLS非常接近，不同点是EBM在一个高真空腔中进行，以避免氧化。 连续液态界面制造 然而，所有这些AM技术，以及与之对应的非金属工艺，都有两个共同的缺点：制造一个部件所消耗的时间和制造部件所用的多层材料导致的力学性能的各向异性。 这种各向异性的主要问题是，材料在一个方向上可以承受一定的载荷，而在另一个方向上在同样的载荷下就会破坏。 为了克服这些缺点，北卡罗来纳大学的研究人员开发了一种新的3D打印技术，叫做连续液态界面制造（CLIP ）。 尽管这项突破性的技术使用一种液态树脂作为原材料，实际生产过程可使部件相比使用其他AM技术更快速地成型。一个需要10小时制造的部件用这种技术可以在7分钟内制造出来。 制成的部件同时比现有3D打印系统制造的部件强度更高。这种优势来源于完全不同的AM技术。这种工艺不是基于片层材料，而是用连续法制造。 树脂储存在一个特质的储罐内，储罐底部有可以使氧气透过的窗口。这会导致储罐底部有一层不到1毫米厚的富氧隔离带。氧气组织树脂的固化，及时有紫外光照射，这意味着固化仅仅发生在隔离带以上。 固化的形状由透光窗口射入的光进行控制，因此没有必要等待新树脂流入，它们会被平稳的吸上来。 增材制造的未来 尽管增材制造技术离在工业生产中扮演核心角色还有很多年时间，它们在制造工具和其他附件中的影响已经比较明显。 增材制造能够制造复杂到传统制造工艺无法制造的部件，在前沿技术的研究上，AM已经可以与传统制造工艺竞争。 考虑到AM领域进行的研究的数量，以及可使终端用户制造他们自己的创新部件的新型台式3D打印系统的发展，不难发现，AM会是将来新工业革命的一部分。（来源：新材料在线）
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发表于 2015-5-19 10:41:50
