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增材製造

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增材製造技術(Additive Manufacturing Technology),英文縮寫為AM,又叫添材製造技術、3D列印技術。增材製造作為一種新型製造方式,其原理是通過將三維實物模型降維至二維平面模型,之後二維逐層疊加構建三維實體,即一個降維轉換和升維疊加的過程。

 

3D列印(3DP)即快速成型技術的一種,又稱增材製造,它是一種以數位模型檔為基礎,運用粉末狀金屬或塑膠等可粘合材料,通過逐層列印的方式來構造物體的技術。

 

3D列印通常是採用數位技術材料印表機來實現的。常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型,後逐漸用於一些產品的直接製造,已經有使用這種技術列印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程和施工(AEC)、汽車,航空航太、牙科和醫療產業、教育、地理資訊系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

 

具體描述該技術的實現方式是借助電腦進行實物CAD數位模型創建,並基於離散和堆積原理按照特定的垂直間距對模型進行水準分割,得到具有模型輪廓特徵的切片截面,重複加工切面截面,最終通過燒結、熔覆等手段將加工截面逐層疊加,完成製造過程。增材製造技術在多個領域都有廣泛的應用,並且隨著技術的不斷發展和成熟,其應用場景將會更加廣泛。

 

 

增材製造技術發展至今,已經形成了多種成熟的工藝技術,包括但不限於:

 

熔融沉積(FDM/FFF):使用熱塑性材料,如ABSPLA,通過加熱熔化後逐層擠出。

分層實體製造(LOM):使用紙、塑膠或金屬箔等薄片材料,通過鐳射切割和粘合來逐層構建。

選區鐳射熔化(SLM):使用金屬粉末,通過高能雷射光束熔化並融合粉末層,形成金屬零件。

電子束熔煉(EBM):類似於SLM,但使用電子束而非雷射光束來熔化金屬粉末。

 

 

增材製造的優勢

 

(1)極大的發揮設計者的創造性:不同於以減材為主的傳統機械加工,增材製造過程不需要任何刀具、模具或者其他加工工具,設計過程不考慮刀具干涉等因素帶來的局限,理論上能實現任意形狀零件的製造,因此增材製造技術可以很大程度上發揮設計者的創造性;

 

(2)節約資源增材製造過程是通過材料堆積的方式構建物體,材料利用率極高,基本上能實現零浪費,有利於資源節約;

 

(3)降低開發成本:通過借助電腦系統輔助,增材製造可以減少加工工序、實現快速回應,這將增加設計開發的靈活性,大大縮短生產週期、降低研發成本。

 

 

 

 

應用場景

 

1.航空航太領域:

製造複雜零件和結構件,如發動機部件、飛機框架等。

快速原型製作和測試,縮短研發週期。

輕量化設計,通過優化結構減少材料消耗。

 

2.汽車製造領域:

個性化定制汽車零部件,如車身面板、座椅等。

原型製造和工具製造,加速產品開發和反覆運算。

 

3.生物醫療領域:

製造醫療器械、假肢和人工關節等。

生物3D列印的細胞、組織和器官,用於醫療研究和治療。

定制醫療植入物,如牙科種植體和骨科植入物。

 

4.建築領域:

列印建築模型,用於設計和規劃。

直接列印建築結構件,如牆壁、柱子等,實現快速施工。

 

5.食品加工領域:

列印巧克力、餅乾、蛋糕等食品,實現個性化定制和創新設計。

 

6.教育領域:

製作教學模型和教具,説明學生理解複雜概念和結構。

促進教育創新和發展,提高學生的學習興趣和參與度。

 


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