第四部分-减材制造与增材制造
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）是一种利用数字模型和逐层叠加材料的制造方法，也被称为3D打印技术。
它已经在许多领域得到广泛应用，包括航空航天、医疗保健、汽车、船舶、电子设备等。
与传统的减材制造技术相比，增材制造技术具有许多优势。
它可以实现设计的自由度，使得制造出的产品可以具有更加复杂的结构和形态。
增材制造技术可以节约材料和能源，因为它不需要像传统的减材制造技术那样大量浪费原材料。
增材制造技术还可以快速制造出产品，极大地提高了生产效率。
增材制造技术可以根据需要实现定制化生产，满足不同客户的个性化需求。
一种常见的增材制造技术是熔化沉积法，又称为熔融沉积法。
这种技术通过控制熔化金属丝或粉末的熔点，将其一层层地叠加在一个基底上，形成一个三维物体。
该技术有很多变种，如激光熔化沉积、电子束熔化沉积、电弧沉积等，它们使用的能源和加热方式略有不同，但基本原理都是一样的。
激光熔化沉积技术是利用高能量激光束熔化金属粉末的方法，该粉末被喷射到底板或前一层构件表面上，形成新的一层。
通过重复这个过程，可以逐层叠加金属材料，最终形成一个完整的三维零件。
这种技术可以制造出具有优良性能的复杂结构零件，广泛应用于航天航空、汽车制造、医疗等领域。
电弧沉积技术是通过电弧加热金属丝或粉末，将其熔化在底板或前一层构件表面上，形成新的一层。
这种技术所用的能源是燃气火焰或等离子弧，它可以适用于加工高熔点金属材料，如钢、铁等。
电弧沉积技术也具有高生产效率和性能优越性的特点。
除了金属增材制造技术，还有塑料增材制造技术。
塑料增材制造技术是通过控制3D打印机喷射熔化塑料丝或粉末，逐层叠加在一个基底上，形成一个三维物体。
这种技术可以制造出轻质、柔韧、密封性好的产品，广泛应用于医疗保健、家电、玩具等领域。
到目前为止，增材制造技术已经在许多领域取得了成功的应用。
在航空航天领域，增材制造技术可以制造出轻质、高强度的航空零件，大大提高了飞机的性能和经济性。
浅谈制造（增材与减材）
浅谈制造（增材与减材）
制造业是社会的基⽯，本⼈从事制造业已四年有余，今天就将⾃⼰对于制造的浅显理解记录⼀⼆。
制造前提是设计，此⽂就谈⼀谈设计时就该考虑的增材制造与减材制造。
还记得设计⼀个三通时，发现三通出⼝管与管基座需要进⾏倒圆⾓处理，⽽此处在三维设计软件中会直接⽣成直⾓，需要进⼀步进⾏倒圆⾓设计，此处便有了疑问，那我在现场加⼯时该如何设计⼯艺，该处让我很是迷惑，后来经过研究，查阅⽂献，发现三通的加⼯⽐较复杂，有的是铸造，有的是在加⼯中⼼⼀次进⾏的加⼯，还有的是经过注塑机后注塑⽽成，后来经过⼀番思考后，有了增材与减材的思路。
⼀般零件的加⼯有增材与减材两种⽅式，增材就是⼀个⾃底向上的加⼯过程，现有⼀个基底，然后进⾏相应的拼接⼯作，⽐如焊接，铆接或者粘接，最后最终形成⼀个可⽤的零件，⽽减材就是通过各种⼑具将⼀个完成的⽑坯进⾏各种各样的加⼯，最终形成产品。
⼀个这么简单的道理尽然让我思考了很久，但是想通以后甚是明朗，突然对于该怎么设计⼀个产品，怎么让⼯艺与制造更好的实现有了很好的理解并形成了⾃⼰的思路，感觉甚好。
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。
增材制造技术原理及分类
增材制造技术原理及分类增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）是一种将数字化模型直接转换成三维物体的制造方法。
与传统的减材制造相比，增材制造技术采用层层堆积材料的方法，逐步构建出物体的三维结构。
其原理是通过逐层添加材料的方式，将原材料直接加工成所需物体，而不需要经过传统制造方法的雕刻、削减或剥离等步骤。
1.喷墨式增材制造技术（Inkjet-based AM）：这种技术使用喷墨头将液体材料逐层喷射在底板上，然后经过固化或干燥使其变为实体物体。
喷墨式增材制造技术通常用于打印生物材料或功能性材料。
2.光固化增材制造技术（Photopolymerization-based AM）：这种技术使用光敏材料，通过定向照射紫外线或其他可见光源，在特定区域固化材料，逐层堆积形成物体。
常见的光固化增材制造技术包括光固化树脂（Stereolithography，SLA）、光固化立体层析法（Digital Light Processing，DLP）和多光子聚合技术等。
3.粉末烧结增材制造技术（Powder Bed Fusion，PBF）：这种技术先将粉末材料均匀地撒在底板上，然后使用热源（激光束、电子束等）精确加热一层材料，使其熔化并与前一层粘合，随后再撒一层粉末继续加热，逐层烧结形成物体。
常见的粉末烧结增材制造技术包括选择性激光烧结（Selective Laser Melting，SLM）、电子束熔化（Electron Beam Melting，EBM）等。
4.挤出增材制造技术（Extrusion-based AM）：这种技术通过将材料从喷头中挤出，逐层堆积形成物体。
常见的挤出增材制造技术包括熔融沉积建模（Fused Deposition Modeling，FDM）、糊状挤出打印（Paste Extrusion Printing，PEP）等。
5.线材增材制造技术（Wire-based AM）：这种技术使用金属线材或塑料线材作为原始材料，通过加热材料使其熔化，并通过机械手臂等方式逐层堆积形成物体。
第四部分 减材制造与增材制造ppt课件
2.1 航空制造业总体特点 3 大量采用整体构件
6
随着航空制造工业的快速发展，由 于现代飞机性能要求和设计水平不断提 高，为了进一步提升结构效率，大型航 空整体结构件逐渐替代了传统的螺栓连 接和铆接的飞机组合件，且使用整体制 造水平的普遍提升，使得整体结构件成 为广泛采用的主要承力构件。
相对于传统拼接的结构，它不但可 减少零件数目，降低结构重量，而且接 缝少，密封性好，装配简单，使飞机等 的结构效率和可靠性成倍甚至数十倍地 提高。
我国中航工业集团民用飞机转包合作生产中，飞 机座舱前、后侧骨架数控加工后会发生弯曲变形．整 体梁、接头等加工后出现弯曲和扭转变形。
2.1 航空制造业总体特点 6 性能要求较高
加工精度 形位精度 重量控制 使用寿命
2.2 铝合金的在飞行器上的应用
近年来，随着航空材料的快速发展，钛合金、铝合金和复合材料成为航 空整体结构件的主要结构材料，且在战斗机等高机动性飞行器中所占比重越 来越大，但是航空铝合金仍然是应用最为广泛的金属材料，尤其是在民用大 飞机中更是如此。在各种民用大飞机系列机型中，铝合金使用量基本在70% 以上，其中，波音747中的铝合金使用量高达到81%，有＂空中巨无霸＂之 称的A380飞机的结构材料中铝合金占66%。其中，铝合金主要用来制作航空 航天产品的受力结构件，如隔框、大梁、翼肋、巧条、起落架等零件。
2)约束面的加工 在一部分筋中，存在约束面需要单独加 工， 1，为了精加工约束面 2，在筋顶面上加工出足够的空间，为 之后筋顶面加工的进刀做准备。
3)筋侧面的加工 往往在铣槽腔内壁面或铣轮廓面时顺带 完成 (只有在开口筋或独立筋中，若筋的强 度不够，筋的侧面才需要单独加工)。
航空制造业总体特点
构件特点
减材制造与增材制造方法
减材制造与增材制造方法说实话减材制造与增材制造方法这事，我一开始也是瞎摸索。
减材制造嘛，我印象特别深的一次尝试就是想做个小木雕。
我就找了一块木头，那时候就知道用刀把不要的部分削掉就可以，这其实就是减材制造最直观的体现。
我一开始啊，拿起刀就乱砍，结果木头像被狗啃了一样，乱七八糟的。
后来我就明白了，这减材制造得有个规划。
就像是盖房子，你得先知道要拆哪堵墙一样。
我重新开始，先在木头上简单画了个图案，就是我想要的最终模样，然后从边缘开始，一点点地把多余的木材去掉。
这过程中啊，刀具的选择也很重要，大一点的刀适合大面积的削减，小一点的刀就可以用来处理细节部分。
增材制造就更有意思了。
我之前尝试过3D打印，这就是一种很典型的增材制造方法。
刚开始的时候，我完全不懂那个3D建模软件是怎么回事。
就随便画个草图就往打印机里送，结果打印出来的东西完全不是我想要的。
这才晓得，3D建模就是增材制造的灵魂所在。
就好比你要造个雕塑，你得先在脑子里想好各种形状和结构，然后用软件构建出来。
后来我就慢慢学软件，从最简单的形状开始，像搭积木一样把各个部件组合起来。
我还犯过一个错误呢，在打印的时候，没有好好设置打印参数。
我直接用默认的参数，结果打印得特别慢，质量还不好。
后来才知道，不同的材料啊，就得用不同的参数，就像不同的菜谱适合不同的食材一样。
对于减材制造，如果是金属的减材制造，像车削这种工艺，我听说要精准确定切削的位置和深度。
这就好比你削苹果，要是不小心削多了，苹果可就不完整了。
在减材制造的时候，材料的硬度也很影响操作方式。
太硬的材料，刀具可能就很难削动，得用专门的硬材质刀具。
而对于增材制造啊，除了3D打印这种常见的，还有像堆焊这种。
但堆焊我只是了解一点，不是特别精通。
做增材制造的时候，我感觉材料的选择和分层厚度对成品质量都有很大影响。
材料不好，可能会导致成品很脆弱，分层太厚了呢，表面就不光滑。
反正这两者的区别呢，减材制造是从整体上把多余部分剔除，增材制造就是一点一点累加材料做出成品。
增材制造 等材制造 减材制造
增材制造等材制造减材制造英文回答：Additive manufacturing (AM), also known as 3D printing, is a process of creating a three-dimensional object from a digital file. AM works by building up the object layer by layer, using materials such as plastic, metal, or ceramic. This process is in contrast to subtractive manufacturing (SM), which involves removing material from a block of material to create the desired object.AM offers a number of advantages over SM, including:Design flexibility: AM allows for the creation of complex geometries that would be difficult or impossible to produce using SM.Reduced waste: AM produces very little waste material, as it only uses the material that is needed to create the object.Faster production times: AM can be much faster than SM, as it does not require the creation of molds or tooling.However, AM also has some limitations, including:Material properties: AM materials can be weaker than materials used in SM, and they may not be suitable for all applications.Cost: AM can be more expensive than SM, especially for large-volume production.Accuracy: AM parts may not be as accurate as parts produced using SM.中文回答：增材制造，也称为 3D 打印，是一个从数字文件中创建三维对象的工艺。
第四部分减材制造与增材制造
利用数字化双胞胎技术，实现产品设计、制造和服务的全生命周期管 理。
绿色制造技术
环保材料
采用环保可降解材料，减少对环境的影响。
节能减排
优化制造工艺和设备，降低能源消耗和排放 。
循环利用
实现废料和废弃物的回收和再利用，提高资 源利用率。
未来展望
新材料应用
探索新材料的应用，为减材制造和增材制造 提供更广阔的空间。
等离子体切割
利用高温高速的等离子弧为热源 ，将被切割的金属局部熔化并吹 掉形成切口的一种加工方法。
化学腐蚀加工
通过化学反应将金属表面的部分 材料去除以达到加工目的的一种 加工方法。
04
增材制造技术与工艺
3D打印技术
SLA（立体光固化成型）
利用激光束逐层扫描液态光敏树脂，使其固化形成三维实体。
FDM（熔融沉积成型）
水切割技术
高压水射流切割
利用超高压水泵将普通水加压到 数百至数千大气压力，然后通过 特殊设计的喷嘴以极高的速度喷 出，实现对各种材料的切割。
水刀切割
采用超高压技术将水流增压至极 高压力，并通过细小喷嘴喷射出 高速水流进行切割。
其他减材制造技术
电火花加工
利用脉冲放电对导电材料进行电 蚀去除的一种加工方法，适用于 加工各种硬脆材料和复杂形状零 件。
高精度制造
提高打印精度和表面质量，实现更精细的制造和更广泛的 应用。
应用领域与前景
多材料打印
01
实现多种材料的混合打印和梯度材料打印，以满足更复杂的应
用需求。
大规模生产
02
提高打印速度和效率，降低制造成本，实现增材制造技术在批
量生产中的应用。
智能化和自动化
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目录
1 航空制造业特点 2 航空增材制造分析
1 航空制造业特点
1.0 引言
对于一个国家来说，航空航天工业是制造业最为重要的组成部分 之一，也是科技含量最高的制造领域之一，体现了国防科技工业现代 化水平和国家现代制造业实力，在国防现代化和国民经济发展中有着 举足轻重的作用。
为了对所加工零件有更深入的了解，现对其进行分析。
我国中航工业集团民用飞机转包合作生产中，飞 机座舱前、后侧骨架数控加工后会发生弯曲变形．整 体梁、接头等加工后出现弯曲和扭转变形。
2.1 航空制造业总体特点 6 性能要求较高
6
加工精度 形位精度 重量控制 使用寿命
2.2 铝合金的在飞行器上的应用
近年来，随着航空材料的快速发展，钛合金、铝合金和复合材料成为航 空整体结构件的主要结构材料，且在战斗机等高机动性飞行器中所占比重越 来越大，但是航空铝合金仍然是应用最为广泛的金属材料，尤其是在民用大 飞机中更是如此。在各种民用大飞机系列机型中，铝合金使用量基本在70% 以上，其中，波音747中的铝合金使用量高达到81%，有＂空中巨无霸＂之 称的A380飞机的结构材料中铝合金占66%。其中，铝合金主要用来制作航空 航天产品的受力结构件，如隔框、大梁、翼肋、巧条、起落架等零件。
从外观的角度，为了减轻结 构重量并增强结构性能，在飞行 器构件设计时应进行等强度设计， 其直接结果就是往往需要在结构 上形成各种复杂型腔，其中型腔 靠近外形的槽腔常为直纹曲面， 而且具有复杂的槽腔、筋条、凸 台和减轻孔等特征。
我们在数控加工车间参观了 我国某大型运输机的翼肋成型及 歼击机的机翼构件成型过程。
2)约束面的加工 在一部分筋中，存在约束面需要单独加 工， 1，为了精加工约束面 2，在筋顶面上加工出足够的空间，为 之后筋顶面加工的进刀做准备。
3)筋侧面的加工 往往在铣槽腔内壁面或铣轮廓面时顺带 完成 (只有在开口筋或独立筋中，若筋的强 度不够，筋的侧面才需要单独加工)。
侧拓扑面：
1，指筋的侧面 2，通常由平面、圆柱面或曲面 组成 3，构成槽腔侧面、或轮廓侧面， 其加工受到所处部位的影响
筋底面： 1，筋的底面 2，通常多为平面 3，筋底面在筋的侧面加工中限定了筋侧 面加工的范围
2.3 带筋件的分析 1 加工内容
5
1)顶面的加工 筋特征都需要加工筋顶部分 1，筋特征加工中最主要的部分， 2，飞机结构件筋特征的数控编程中编 程占很大的比例。 3，是筋特征加工中情况最多，工艺最 复杂的部分。
航空制造业总体特点
构件特点
带筋件的分析 自由曲面
1.1 航空制造业总体特点 1 大量采用自由曲面形式
6
从形式的角度，为了到良好的气动性能，结构上大量采用自由曲 面形式，其准确成型难度较大。
我们在钣金车间参观了部分军机的钣金复杂曲面的成型过程
2.1 航空制造业总体特点 2 较多形成各种复杂型腔
6
某型战斗机构件型腔图
2.1 航空制造业总体特点 3 大量采用整体构件
6
随着航空制造工业的快速发展，由 于现代飞机性能要求和设计水平不断提 高，为了进一步提升结构效率，大型航 空整体结构件逐渐替代了传统的螺栓连 接和铆接的飞机组合件，且使用整体制 造水平的普遍提升，使得整体结构件成 为广泛采用的主要承力构件。
相对于传统拼接的结构，它不但可 减少零件数目，降低结构重量，而且接 缝少，密封性好，装配简单，使飞机等 的结构效率和可靠性成倍甚至数十倍地 提高。
从制造的角度，模锻件和预拉伸板材是铝合金整体结构件毛坯材料的 两种主要形式。随着金属板制造水平的提高，平面类整体结构件、板、框、 肋、梁的铝合金零件已普遍采用预拉伸板，在沈飞车间中也大量使用。
预拉伸板材通过在专用板材拉伸机上预先给材料少量的塑性变形，改 变板材内部原有应力分布状态，减小与均匀化内部固有应力状态。航空铝合 金超厚板（>40mm）是一种用量较大，需要采用先进加工技术的新型关键 结构材料。如德国生产的厚280mm，长20mm的铝合金预拉伸板材，由其制 造的整体结构件壁厚为2-3ｍｍ，广泛应用于波音军事运输机C-17和波音777、 737飞机上。
01 课题目的
特征
2.3
约束面：
1，约束面为筋 主拓扑面：
带筋两2，件端约的的束总端面体面通特常点分析12，，指通筋常顶由面平，ຫໍສະໝຸດ 为槽腔的侧壁面， 面、圆柱面或
一般为一些平面 自由曲面组成，
或直纹面
3，筋特征的
3，常常需要单 主要加工区域
独进行加工
拓扑边： 1，指筋边 2，由主拓扑面与侧拓扑面相 交的两条凸边列组成， 3，筋顶面加工刀轨计算的原 始驱动几何元素，也是筋特征 合并的依据）
2.1 航空制造业总体特点
5 加工变形问题严重 6
从加工产品的良品率的角度，飞行器上的结构件 往往由于其设计水平较高而加工变形问题严重，影响 加工效率，而当面临如尺寸大、材料去除率高、刚性 差等特点时，这些问题更更加凸显，当工件从夹具上 取下后，往往产生弯曲、扭曲、弯扭组合等加工变形， 使零件难以达到设计要求。由于不同飞机结构件采用 不同材料毛坯和不同加工方式，它们产生变形的方式 与程度也不尽相同。
2.3 带筋件的总体特点分析
种数丰富：飞机结构件中的筋形状各异， 数量多，常位于槽腔、轮廓之间或槽腔 内部
结构常见：从工艺知识、编程经 验、形状的角度分析飞机结构件 中的筋这类形状零件，可得知， 筋是飞机结构件中最常见的形状 之一。 综合性强： 筋通常起提高结构件 强度的作用，也有部分筋有一些 特殊的功用。其形状是由结构件 本身的设计，以及工艺等诸多因 素决定的。 薄壁结构：由于飞机结构件本身 要求零件在保证强度的情况下尽 可能轻，因而通常情况下筋的宽 度只有3-4mm，属于薄壁结构。
2.1 航空制造业总体特点
4 制造过程中材料去除率大 6
为了降低飞机等飞行器的自身结构重量，增大携 带负载的能力和实现更远的飞行距离，飞行器制造过 程中其航空整体结构件由整块大型毛坯直接“掏空” 加工而成，其通常去除量能达到70%，加工周期长。
美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加 强框，所需毛坯模锻件重达 2796千克， 而实际成形零 件重量不足144千克， 材料的利用率不到4. 90%。