【簡(jiǎn)介：】增材制造技術(shù)(又稱3D打印技術(shù))出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，最早用于原形制造，呈現(xiàn)外觀結(jié)構(gòu)。這種制造方法的核心源于高等數(shù)學(xué)中微積分的概念，用趨于無(wú)窮多個(gè)截面的疊加構(gòu)成三維實(shí)體。增

增材制造技術(shù)(又稱3D打印技術(shù))出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，最早用于原形制造，呈現(xiàn)外觀結(jié)構(gòu)。這種制造方法的核心源于高等數(shù)學(xué)中微積分的概念，用趨于無(wú)窮多個(gè)截面的疊加構(gòu)成三維實(shí)體。增材制造技術(shù)集信息技術(shù)、材料技術(shù)、激光技術(shù)、精密器械等于一體，是一個(gè)橫跨眾多學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域?！　∷恍枰獋鹘y(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，只需利用三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在一臺(tái)設(shè)備上即可快速而精確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”，解決了許多過(guò)去復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件難以成形的問(wèn)題，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。根據(jù)材料成形原理的不同，可以將增材制造技術(shù)分為以下幾種工藝(見(jiàn)表1)：光固化式(SLA)、激光燒結(jié)式(SLS)、分層實(shí)體式(LOM)、熔融沉積式(FDM)和激光熔化式(SLM)?！　? 增材制造關(guān)鍵技術(shù)和瓶頸　　增材制造技術(shù)的發(fā)展必定會(huì)經(jīng)歷從原型件到結(jié)構(gòu)功能件、再到智能零部件制造的過(guò)程，但無(wú)論處于哪一個(gè)階段，其中的一些關(guān)鍵技術(shù)是共通的，需要不斷去突破?！　?.1 原材料制備技術(shù)　　現(xiàn)階段，除了SLA工藝所用原材料為液態(tài)的光敏樹(shù)脂，其余工藝大都采用絲材和粉末材料，尤以粉末材料居多。常用的光敏樹(shù)脂主要成分為丙烯酸樹(shù)脂，光敏樹(shù)脂的黏度略高，一次固化程度不足，還有一定的毒害性，這些都是需要改進(jìn)的地方。在粉末材料方面，顆粒形狀和粒度分布都有嚴(yán)格要求，金屬粉末成分中的含氧量和含碳量也會(huì)對(duì)成形件性能產(chǎn)生很大影響。霧化法制備金屬粉末可以獲得粒度分布較均勻的量產(chǎn)球形粉，市場(chǎng)上已普遍使用，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)還常用機(jī)械粉碎法和旋轉(zhuǎn)電極法來(lái)制造金屬粉末?！　?.2 材料成形控制技術(shù)　　增材制造實(shí)質(zhì)上是一個(gè)積少成多、化零為整的制造過(guò)程，在此過(guò)程中，原材料之間的結(jié)合是關(guān)鍵，在此過(guò)程中通常會(huì)發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化。在SLA工藝中，光源照射液態(tài)樹(shù)脂后會(huì)引發(fā)活性基團(tuán)的聚合、交聯(lián)和接枝反應(yīng)，反應(yīng)十分靈敏，最終使樹(shù)脂變成固態(tài)。金屬材料的成形是一個(gè)快速熔化和凝固的過(guò)程，過(guò)程中熔區(qū)的溫度梯度很大，已成形部分存在較大熱應(yīng)力，隨時(shí)可能出現(xiàn)孔洞、縫隙和開(kāi)裂的現(xiàn)象。所以，如何控制成形過(guò)程中溫度的分布是金屬材料增材制造的一大關(guān)鍵技術(shù)?！　?.3 高效制造技術(shù)　　成形件的大尺寸和高精度問(wèn)題一直是增材制造業(yè)內(nèi)兩個(gè)重要的技術(shù)突破方向，但事實(shí)上要做到兩者兼得并非容易。目前，市場(chǎng)上的鋪粉設(shè)備工作平臺(tái)一般都不大，主要原因在于光束經(jīng)過(guò)振鏡后只能精確控制在一定區(qū)域內(nèi)形成能量密度均勻分布的光斑，所以如何提升光學(xué)部件的精度或?qū)崿F(xiàn)多光束同步控制是一個(gè)發(fā)展方向。此外，增材制造與一般的涂層技術(shù)有所區(qū)別，它是在涂層上面再添加涂層，可稱之為“再涂層技術(shù)”。每一層的厚度、平整度以及層與層間的結(jié)合程度都直接影響成形件的穩(wěn)定性和精度，這些都需要通過(guò)調(diào)整設(shè)備和工藝參數(shù)來(lái)完善?！　?.4 支撐技術(shù)　　因?yàn)橹亓?chǎng)的存在，一些形狀復(fù)雜的成形件需要支撐結(jié)構(gòu)，支撐部分在后期處理中需要去除，所以如何設(shè)計(jì)是一門學(xué)問(wèn)。通常是在保證成形件制造過(guò)程中不失效的前提下，采用的支撐材料越少越好，例如設(shè)計(jì)成多孔結(jié)構(gòu)。在金屬材料增材制造技術(shù)中，支撐部分還會(huì)影響到整個(gè)部件的內(nèi)應(yīng)力分布，設(shè)計(jì)不當(dāng)可能會(huì)發(fā)生成形件翹曲變形的現(xiàn)象?！　?.5 軟件編程技術(shù)　　個(gè)性化定制是增材制造技術(shù)的一大特點(diǎn)，但要用到工業(yè)生產(chǎn)，仍然需要考慮如何控制每個(gè)零件的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，即生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性。在前已述及的硬件條件外，另一核一IL、,技術(shù)就是軟件編程。國(guó)外的一些設(shè)備都會(huì)附有部分材料的工藝參數(shù)包，基本不需要任何編程，可以保證成形過(guò)程的穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)設(shè)備在這方面還有待提高。其它的研究工作主要是如何依靠軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)任意結(jié)構(gòu)任意材料的預(yù)成形模擬，從而提升關(guān)鍵零部件的制造成功率?！　∧壳霸谶@些關(guān)鍵技術(shù)中，主要還存在如下技術(shù)瓶頸有待解決和突破?！　?1)成形材料主要依賴設(shè)備制造廠供應(yīng)，適用的成形材料范圍很有限，受制于設(shè)備廠商，難于適應(yīng)市場(chǎng)的迫切需求?！　?2)成形材料的局限性導(dǎo)致難于成形真實(shí)可用的功能構(gòu)件，從而使成形設(shè)備難于成為生產(chǎn)機(jī)械，市場(chǎng)需求量大大縮水。近兩年成形金屬功能部件在軍工、航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用已取得較大發(fā)展，但成形材料類型有待進(jìn)一步拓寬，尤其國(guó)產(chǎn)材料需加快開(kāi)發(fā)?！　?3)成形件的尺寸精度和表面品質(zhì)存在比較明顯的差距，難于與CNC機(jī)加工相媲美?！　?4)快速成形機(jī)的制造成本和成形用的耗材成本居高不下，推廣應(yīng)用大打折扣。增材制造中關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展能夠進(jìn)一步節(jié)省零件的制造時(shí)間和生產(chǎn)成本，必將帶動(dòng)增材制造技術(shù)在各行各業(yè)中的全面應(yīng)用。