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什么是增材制造? 整个流程如何运作?

 发布时间:2018-05-02 点击量:4878

增材制造是一种相对较新的制造方式,由于其无限的潜力,吸引了众多人士和行业的关注。 在这篇博客中,我们将介绍什么是增材制造(AM)以及它的工作原理,并且在后续博客中,我们将解释扫描电镜如何帮助提高AM流程的质量。

 

什么是增材制造?

 

根据ASTM标准 ,增材制造又称为3D打印或快速成型,是“ 通过层叠而成的三维模型数据连接材料来制作物体的过程,与传统加工的减法制造方法相反”。 如今,术语“增材制造”主要用于工业市场,而3D打印主要指消费市场。

 

增材制造的好处

 

通过ASTM标准对AM的定义,增材制造的主要优势已经被展现出来了。 传统的减法制造需要从较大件中提取材料以形成zui终3D成像的过程,而AM过程仅在需要时才添加材料。  

 

后者与物质再利用结合在一起,减少了物质浪费,创建3D物体,降低其对环境的影响。

 

迄今为止,与传统制造工艺相比,AM的另一个主要优势是开放式设计。 原则上,所有使用CAD设计的产品都可以通过增材制造生产。  

 

当然,还可以定制,为设计师的每个应用提供特定解决方案的机会。 AM还能够提供更广泛的多样性,创建复杂的结构。 通过添加新设计,更改或修订产品版本,为开拓创新提供机会。例如,创建新的,重量轻的产品,以替代笨重的产品,因为AM在零件设计时,材料可以仅存在于需要的地方。 图1中可以看到这方面的一个例子。

 

图1:由William Root用钛设计的3D打印肢体。

 

此外,AM缩短生产周期,不需要特殊的制造工具,除了AM机器,减少劳动时间和能源成本 。

 

增材制造的局限性

 

当然,AM也有其局限性,主要是因为它仍处于开发阶段,因此,还在不断创新。 首先,到目前为止,AM并不适用于大规模生产,并且在缩放比例,材料尺寸和选择方面存在限制。  

 

而且,已经表明,在某些情况下,产品的后处理需要实现的表面光洁度和尺寸精度。  

 

然而,AM已经吸引了许多行业的兴趣,这些行业一直致力于寻找解决这些限制的方法,并改进产品的工艺和质量。

 

另一个对AM发展产生负面影响的因素是制造业潜在的失业。 当然,这是新技术的常规现象,需要大家能够适应和发展新技能,这些新技能对于创造新工作至关重要。

 

AM:应用领域

 

由于其巨大的潜力,AM显示出对各种各样的应用有利。 在某些领域,AM产品目前用于小批量生产,而其他领域的研究仍在继续优化流程。  

 

作为*步,增材制造可应用于在产品开发阶段生产模型和原型,以及之后可用作特定应用的试生产系列,直至某些产品的小批量生产。

 

作为*个应用领域,研究人员正在对医疗和牙科应用增材制造工艺。这些包括医疗和外科植入物,假肢,生物制造零件,甚至药丸。  

 

很明显AM对于这种应用的主要优势在于其多功能性和可定制性,可以在每个应用案例中定制解决方案。  

 

目前为止,AM设计在汽车(例如电机部件和冷却管道),航天(如涡轮叶片和燃油系统部件)和工装中应用。可以在图2中看到这些产品的示例。

 

图2:a)航空航天,b)汽车和c)医疗应用中的AM产品示例。

 

当然,还有更多的领域已经应用3D打印或将来会需要。 设计目前用于教育和研究,建筑,艺术和珠宝,传感器,甚至服装。

 

显然,随着越来越多的人参与AM产品的研发和质量控制,新的应用领域将会出现,AM将成为各种应用和产品的常见做法。

 

AM&SEM

 

与每一项新兴技术一样,整个过程的质量控制是一项重要任务。 材料特性(如颗粒)和成品的质量控制 - 以及其间的流程控制都是*的 – 都为了确保制造过程的质量。

 

在后续博客中,我们将介绍扫描电镜(SEM)如何成为增材制造工艺中材料表征和质量控制的强大工具。

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