增材制造技术的工艺方法
增材制造技术主要工艺分类
增材制造技术主要工艺分类增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）是一种以逐层堆积材料来制造物体的制造技术。
通过该技术，可以直接将设计数据转化为实体，并且可以制造出复杂形状的物体，无需模具，使得设计和制造过程更加高效、灵活和个性化。
增材制造技术主要工艺分类能够描述不同的制造方法和材料。
1. 喷墨喷墨技术是增材制造技术中最常用的一种工艺。
它可以通过对液体材料的喷射来逐层堆积物体。
在喷墨技术中，打印头移动在工作平台上方，通过压力控制喷嘴中的液体材料的喷射，将材料层层堆积叠加。
常见的喷墨技术包括喷墨打印、光固化等。
•喷墨打印：喷墨打印是一种利用液体材料的喷射来逐层堆积物体的增材制造技术。
在喷墨打印中，材料以小滴的形式喷射到工作平台上，然后逐层叠加堆积。
喷墨打印常用于制造可视化模型、原型制作等。
•光固化：光固化是一种利用紫外线固化液态材料来逐层堆积物体的增材制造技术。
在光固化中，材料以液态的形式喷洒到工作平台上，然后通过紫外线照射，使得材料迅速固化，形成一层固态材料。
然后再次涂覆液态材料，进行下一层的固化，逐层堆积。
光固化常用于制造复杂结构、精细模型等。
2. 熔融熔融技术是增材制造技术中另一种常用的工艺。
它通过材料加热至熔点并逐层堆积来制造物体。
常见的熔融技术包括激光熔化、电子束熔化等。
•激光熔化：激光熔化是一种利用高能激光束将材料加热至熔点并逐层堆积物体的增材制造技术。
在激光熔化中，激光束聚焦在工作平台上的材料上，通过高能激光的照射，使得材料瞬间熔化，然后在工作平台上迅速凝固，形成一层固态材料。
然后再次熔化材料，进行下一层的凝固，逐层堆积。
激光熔化常用于制造金属零件、航空零件等。
•电子束熔化：电子束熔化是一种利用电子束将材料加热至熔点并逐层堆积物体的增材制造技术。
在电子束熔化中，电子束聚焦在工作平台上的材料上，通过电子束的照射，使得材料瞬间加热至熔点，然后在工作平台上迅速凝固，形成一层固态材料。
智能制造数字化增材制造 第2章 增材制造技术架构
图2-7 所示为整体式设计与传统设计的对比，传统工艺用三个零件组装成一个部件，为 了组装方便，每个零件的形状都有特殊的设计，存在一定的加工难度。如果运用增材制 造工艺，可把这三个零件合并成一个零件。设计过程也不复杂，通常使用CAD 软件里的 布尔运算即可完成。
全价值链软件集成
每个环节都需要相应的软件支撑, 以完成相应的任务。图2-9 所示为全价值链软件集成 的各个环节及其相应软件。
04
增材制造构型
增材制造构型
质量是通过设计产生的，效率也是通过设计 产生的，为了更好地运用增材制造模式来提高产 品质量和生产率，最终确立市场竞争优势，需掌 握相关的设计环节。
典型工艺
2. 材料挤压成型（FDM） 材料挤压成型又称为熔丝沉积（FFF），它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一 个微细孔的挤压头挤压出来。挤压头可沿着X 轴方向移动，而工作台可沿Y 轴方向移动 。图2-3 所示为材料挤压成型工艺。
典型工艺
3. 粉末喷射（3DP） 粉末喷射工艺类似于喷墨打印，喷头把液态树脂喷射到粉末加工台面，并将其固化。可 以喷射多种液体树脂，以形成不同材料性质的工件。图2-4 所示为粉末喷射工艺。
智能制造数字化增材制造
授课教师：XXXX
01
典型工艺
典型工艺
2.1 典型工艺 增材制造的典型工艺有三种, 分别为激光烧结、材料挤压成型和粉末喷射。下面逐一对 其进行简单介绍, 以便在实际应用中能根据生产任务的特性选择合适的工艺。图2-1 所 示为增材制造的三种典型工艺。
典型工艺
1. 激光烧结 激光烧结法是利用计算机控制快速移动的镜子来控制激光束移动，激光束一层一层地 烧结材料（如陶瓷粉末或金属粉末）成型。当一层烧结完成后，工作台下移，工作台表 面再敷上一层材料，进行下一个平面的烧结过程。图2-2 所示为激光烧结工艺。
智能制造-增材制造技术
人工打印心脏
古罗马城市模型
五、应用与展望
发展趋势展望
➢ 技术上：从快速成型、工艺辅助等间接制造发 展为零部件直接制造，新材料、新器件、新产 品不断出现；
➢ 设备上：向产品化、系列化和专业化方向发展； 从科研和工业等高端型向办公和个人消费等大 众化型拓展；
四、国外发展现状
1、德国EOS公司 该公司开发的选区激光烧结（SLS）增材制造装备可成形传
统工艺（注塑、挤塑）难加工的耐高温塑料。利用基于粉材的 激光烧结工艺可成形复杂高精度零部件，力学性能较尼龙 等塑料高出1倍（拉伸强度达95MPa，杨氏模量达4400MPa）
SLS增材制造出的复杂结构件
四、国外发展现状
技术原理示意图及成形部件
三、国内发展现状
2、华科史玉升团队 华中科技大学史玉升教授的研究团队开发的1.2米×1.2米的"立
体打印机"，是目前世界上最大成形空间的快速制造装备。 3、西工大黄卫东团队
该团队采用激光增材制造技术成形出C919 中央翼缘条，长 度超过3米，成形出飞机主承力梁长度5米，为C919首飞做出了 突出贡献。
国务院总理李克强主持国务院3D打印专题讲座
三、国内发展现状
编 号
单位
代表 人物
专业 工艺
产品
1
北航
王华明
铸造 材料
激光 熔融
航空部件
2
华中 科大
史玉升
材料
激光 烧结
航空部件、汽 车部件、骨骼、 牙齿
3
西北 工大
黄卫东
铸造
激光 熔融
航空部件
4
清华
浅析增材制造技术
浅析增材制造技术增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）是指通过不断将材料叠加在一起，逐层构建物体的一种制造方法。
与传统的减材制造技术相比，增材制造技术具有无需切割、无需装配的优势，可以实现高度个性化定制生产。
本文将就增材制造技术的定义、分类以及应用进行浅析。
增材制造技术的定义增材制造技术最早于20世纪80年代发展起来，最初用于制造简单的模型和原型，如快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）。
随着材料科学、计算机技术和机械制造工艺的不断发展，增材制造技术逐渐成为一种可实现工业化生产的重要技术。
增材制造技术的分类根据增材制造技术的不同原理和工艺流程，可以将其分为以下几个主要分类：1. 光固化技术：通过使用紫外线或激光光束照射可固化树脂，逐层构建物体。
例如光固化聚合物三维打印技术。
2. 喷墨技术：利用类似打印机的喷墨头将材料粉末喷射到底板上，形成一层，然后喷射材料粘合剂，重复该过程直到构建完整的物体。
例如喷射熔融层积技术。
3. 熔融沉积技术：通过熔化金属线或粉末，逐层熔融并固化形成物体。
例如选择性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）和电子束熔化（Electron Beam Melting，EBM）。
4. 电化学技术：利用电化学反应将材料逐层沉积在工作电极上。
例如电沉积三维打印技术。
5. 生物打印技术：通过生物材料、细胞和生物因子的叠加，构建仿生组织结构。
例如生物喷墨技术。
增材制造技术的应用增材制造技术在工业制造领域拥有广泛的应用前景。
以下是一些增材制造技术的主要应用：1. 制造定制化产品：增材制造技术可以根据个人需求快速制造定制化产品，如个性化的骨骼支架、义肢等。
2. 快速制造模型和原型：增材制造技术可以在短时间内制造出复杂的模型和原型，用于产品设计和评估。
3. 航空航天领域：增材制造技术可以制造出复杂的轻质结构件，提高飞机和航天器的性能。
增材制造的典型工艺技术
增材制造的典型工艺技术增材制造（Additive Manufacturing，AM）是指通过一种将材料逐层叠加的方法来制造实物产品的一种制造技术。
与传统的减材制造（Subtractive Manufacturing）相比，增材制造具有更多的优点和应用前景。
本文将介绍增材制造的典型工艺技术。
一、激光熔化成形技术（Laser Powder Bed Fusion，LPBF）激光熔化成形技术是增材制造中最常见的技术之一。
它使用一束激光将金属粉末层层熔化，通过不断的层叠堆叠形成所需的三维结构。
这种技术相比传统工艺具有很多优势，如生产速度快、材料浪费少、制造复杂结构等。
激光的热能可以精确地控制材料的熔化和凝固过程，使得制造的产品具有高精度和良好的机械性能。
二、电子束熔化成形技术（Electron Beam Melting，EBM）电子束熔化成形技术是一种类似于激光熔化成形技术的增材制造技术。
它使用电子束代替激光，将金属粉末熔化成固体。
相比激光熔化成形技术，电子束具有更高的熔化温度和能量密度，可以实现更快的制造速度和更高的制造质量。
这种技术常用于制造高温合金、钛合金等材料，在航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。
三、喷墨沉积技术（Inkjet Printing）喷墨沉积技术是一种类似于3D打印的增材制造技术。
它使用喷墨头将材料逐层喷射成形，通过不断地叠加形成所需的三维结构。
与其他技术相比，喷墨沉积技术具有制造速度快、成本低、材料种类多样等优势。
它可以制造复杂的结构、多种材料的组合以及功能性产品。
喷墨沉积技术在生物医学、电子器件等领域有着广泛的应用。
四、有机光固化技术（Stereolithography，SLA）有机光固化技术是一种使用紫外线光源固化液态光敏树脂的增材制造技术。
它采用一种特殊的光敏树脂材料，在受到紫外线照射后形成固体结构。
有机光固化技术具有制造速度快、制造精度高、制造材料种类多样等优点。
它广泛应用于模型制造、个性化产品制造等领域。
增材制造的基本知识点
增材制造的基本知识点一、增材制造的定义。
增材制造（Additive Manufacturing，AM），俗称3D打印，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
与传统的减材制造（如切削加工）不同，它是通过材料的累加来制造产品的。
二、增材制造的原理。
1. 分层制造原理。
- 首先将三维模型进行切片处理。
这就如同把一个立体的物体按照一定的厚度（层厚）切成一片片的薄片。
例如，对于一个复杂的机械零件模型，软件会根据设定的层厚（如0.1mm）将其分解成多个二维层面。
- 然后，增材制造设备根据每个层面的轮廓信息，通过特定的工艺手段（如激光烧结、熔融沉积等）将材料逐层堆积起来。
以熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）为例，喷头加热并挤出丝状的热塑性材料（如PLA塑料丝），按照每个层面的形状路径进行沉积，一层完成后，工作平台下降一个层厚的距离，喷头再进行下一层的沉积，如此反复，直到整个模型制造完成。
2. 不同工艺的特殊原理。
- 选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）- SLS使用高能量的激光束选择性地烧结粉末材料（如尼龙粉末）。
激光束按照每个切片层面的形状在粉末层上扫描，使粉末颗粒在激光的作用下烧结在一起形成固态结构。
烧结完成一层后，粉末供应系统会在已烧结层上铺上一层新的粉末，然后激光再烧结下一层，这样层层叠加构建出三维物体。
- 光固化成型（Stereolithography Apparatus，SLA）- SLA基于液态光敏树脂的光聚合原理。
在一个容器中装有液态光敏树脂，紫外激光束按照切片层面的形状在树脂表面进行扫描。
被激光照射到的树脂发生光聚合反应，由液态转变为固态。
每完成一层的固化后，工作平台下降一个层厚的距离，然后新的液态树脂覆盖已固化层，激光再进行下一层的固化，最终形成三维物体。
增材制造技术 课程知识点
增材制造技术课程知识点一、增材制造技术概述。
1. 定义。
- 增材制造（Additive Manufacturing，AM），俗称3D打印，是一种基于离散 - 堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。
它与传统的减材制造（如切削加工）和等材制造（如铸造、锻造）方法不同，通过材料逐层累加的方式来构建三维实体。
2. 发展历程。
- 早期概念的起源可以追溯到20世纪80年代，美国的Charles Hull发明了立体光刻（Stereolithography，SLA）技术，这是最早的商业化增材制造技术。
- 随后，多种增材制造技术相继发展，如选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）、熔融沉积建模（Fused Deposition Modeling，FDM）等，在不同的材料和应用领域不断拓展。
- 近年来，增材制造技术在航空航天、医疗、汽车等众多行业得到了广泛的应用，技术不断创新，朝着高精度、高性能、多材料复合等方向发展。
3. 增材制造技术的优势。
- 设计自由度高。
- 能够制造传统制造方法难以实现的复杂几何形状的零件。
例如，内部具有复杂流道结构的航空发动机零部件，通过增材制造可以一体成型，无需进行复杂的装配过程。
- 材料利用率高。
- 与传统切削加工相比，增材制造是逐层累加材料，减少了材料的浪费。
特别是对于一些昂贵的材料，如钛合金等，在航空航天领域可以大大降低成本。
- 快速原型制造。
- 可以快速将设计概念转化为实体模型，便于产品的设计验证、功能测试等。
在产品开发的早期阶段，能够快速迭代设计方案，缩短产品开发周期。
4. 增材制造技术的局限性。
- 制造精度相对较低。
- 虽然技术在不断进步，但与传统精密加工相比，目前部分增材制造技术的精度仍然有限。
例如，FDM技术在制造小型、精密零件时，可能会出现层间精度误差，需要进行后处理来提高精度。
- 生产效率较低。
- 对于大规模生产，增材制造的速度相对较慢。
《增材制造》课件—02增材制造技术的常见工艺方法及其装备
该工艺的基本原理如图2- 1所示 。SLS工艺的原 理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或 非金属粉末） ，在计算机控制下 ， 按照界面轮廓信 息 ， 利用大功率激光对实心部分粉末进行扫描烧结， 然后不断循环 ， 层层堆积成型 ， 直至模型完成。
（1）高温烧结 高温烧结阶段形成大量闭孔 ， 并持续缩小 ， 使孔隙尺寸和孔
隙总数有所减少 ， 烧结体密度明显增加 。在高温烧结后 ， 坯体密 度和强度增加 ， 性能也得到改善。 （2） 热等静压烧结
热等静压烧结工艺是将制品放置到密闭的容器中 ， 使用流体 介质 ， 向制品施加各向同等的压力 ， 同时施以高温 ，在高温高压 的作用下 ，制品的组织结构致密化。 （3）熔浸
图2- 16 FDM工艺原理
2.4 熔融沉积（FDM）
· 2.4.2 FDM的成型过程
FDM成型工艺在原型制作同时需要制作支撑 ， 为了节省材料成本和提高制作效率 ， 新 型的FDM设备采用双喷头 ， 如图2- 17所示 。一个喷头用于成型原型零件 ， 另一个喷头用于 成型支撑 。
FDM的成型过程是在供料辊上 ， 将实心 丝状原材料进行缠绕 ， 由电动机驱动辊子旋 转 ， 辊子和丝材之间的摩擦力是丝材向喷嘴 出口送进的动力 。喷嘴在XY坐标系运动 ，沿 着软件指定的路径生成每层的图案 。待每层 打印完毕后 ， 挤压头再开始打印下一层 ， 直 至加工结束。
定的切片软件进行切片 ， 最后将切片数据输入烧结系统。 （2） 粉层激光烧结叠加
激光烧结的过程原理如图2- 1所示 。加热前对成型空间进行预热 ，然后将一层薄薄 的热可熔粉末涂抹在部件建造室 。在这一层粉末上用CO2激光束选择性地扫描CAD部 件最底层的横截面 。 当横截面被完全扫描后 ， 通过滚轴机将新一层粉末涂抹到前一层 之上 。这一过程为下一层的扫描做准备 。重复操作 ，每一层都与上一层融合 。每层粉 末依次被堆积 ， 重复上述过程直至打印完毕。
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增材制造技术的工艺方法
增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）是一种通过逐层添加材料构建三维物体的制造方法。
相对于传统的减材制造方法，增材制造技术具有很多独特的优势，如可实现复杂的内部结构、灵活性高、节约材料、快速制造等。
以下将介绍几种常见的增材制造技术及其工艺方法。
一、激光烧结制造技术
激光烧结制造技术（Selective Laser Sintering，SLS）是使用激光束将粉末材料局部熔化并烧结在一起来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，准备粉末材料，将其均匀分布在工作台上；然后，使用激光束扫描和烧结每一层粉末，将其粘结在一起；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
在这个过程中，未被烧结的粉末可用于支撑和填充内部空腔。
二、熔融沉积制造技术
熔融沉积制造技术（Fused Deposition Modeling，FDM）是通过从喷嘴中挤出熔化的塑料丝线来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，将塑料丝线装入机器中，并加热使其熔化；然后，通过喷嘴将熔化的塑料线一层层地挤压出来，形成物体的每一层；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
在这个过程中，使用一个可移动的工作台来保持物体的稳定。
三、光固化制造技术
光固化制造技术（Stereolithography，SLA）是通过使用紫外线激光束逐层固
化液体光敏树脂来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，将光敏树脂涂覆在一个工作台上，形成一个薄层；然后，使用紫外线激光束扫描和固化光敏树脂的特定区域，形成物体的每一层；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
在这个过程中，光敏树脂经过固化后可以形成物体的外部结构。
四、电子束熔化制造技术
电子束熔化制造技术（Electron Beam Melting，EBM）是使用高能电子束将金属粉末熔化并熔融在一起来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，将金属粉末均匀分布在工作台上；然后，使用高能电子束扫描和熔化金属粉末，将其融化并与前一层熔融的金属相融合；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
在这个过程中，由于高能电子束具有较高的穿透力，因此EBM可以实现更深的熔融深度，适用于制造高温合金等特殊材料。
五、粘结剂喷射制造技术
粘结剂喷射制造技术（Binder Jetting）是通过喷射粘结剂在粉末层上固化来构建物体。
其工艺方法主要包括：首先，将粉末材料均匀分布在工作台上；然后，使用喷嘴喷射粘结剂在粉末上固化特定的区域；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。
在这个过程中，未固化的粉末可用于支撑和填充物体内部结构。
总结起来，增材制造技术的工艺方法包括激光烧结制造技术、熔融沉积制造技术、光固化制造技术、电子束熔化制造技术和粘结剂喷射制造技术等。
这些技术各自
具有独特的特点和适用范围，并在各个领域的制造和应用中发挥着重要作用。