制造業(yè)的新方向之增材制造

　　什么是增材制造

　　一般通俗地稱增材制造為3D打印，而事實上3D打印只是增材制造工藝的一種，它不是準確的技術(shù)名稱。增材制造指通過離散-堆積使材料逐點逐層累積疊加形成三維實體的技術(shù)。根據(jù)它的特點又稱增材制造，快速成形，任意成型等。

　　增材制造的優(yōu)勢

　　增材制造通過降低模具成本，減少材料，減少裝配，減少研發(fā)周期等優(yōu)勢來降低企業(yè)制造成本，提高生產(chǎn)效益。具體優(yōu)勢如下：

　　與傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式相比，小批量定制產(chǎn)品在經(jīng)濟上具有吸引力;
　　直接從3D CAD模型生產(chǎn)意味著不需要工具和模具，沒有轉(zhuǎn)換成本;
　　以數(shù)字文件的形式進行設(shè)計方便共享，方便組件和產(chǎn)品的修改和定制;
　　該工藝的可加性使材料得以節(jié)約，同時還能重復(fù)利用未在制造過程中使用的廢料(如粉末、樹脂)(金屬粉末的可回收性估計在95-98%之間);
　　新穎、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如自由形式的封閉結(jié)構(gòu)和通道，是可以實現(xiàn)的，使得最終部件的孔隙率非常低;
　　訂貨減少了庫存風(fēng)險，沒有未售出的成品，同時也改善了收入流，因為貨物是在生產(chǎn)前支付的;
　　分銷允許本地消費者/客戶和生產(chǎn)者之間的直接交互。

　　增材制造技術(shù)盤點

　　1.?光聚合成型技術(shù)增材制造

　　SLA：Stereolithography(立體印刷術(shù))是最早實用化的快速成形技術(shù)。具體原理是選擇性地用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料(例如液態(tài)光敏樹脂)表面，使之發(fā)生聚合反應(yīng)，再由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體。

　　2.?以燒結(jié)和熔化為基本原理

　　SLS：Selective Laser Sintering,(選擇性激光燒結(jié)) 工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平;用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面;材料粉末在高強度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接;當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。SLS工藝最大的優(yōu)點在于選材較為廣泛。

　　?3.以粉末-粘合劑為基本原理

　　3DP：三維打印技術(shù)(Three Dimensional Printing)和平面打印非常相似，連打印頭都是直接用平面打印機的。和SLS類似，這個技術(shù)的原料也是粉末狀的。與SLS不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來，而是通過噴頭用粘接劑將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

　　?4.FDM：熔融沉積造型

　　FDM(Fused Deposition Modeling)工藝熔融沉積制造(FDM)工藝具體原理是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算機的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度(即分層厚度)再成型下一層，直至形成整個實體造型。FMD是一種成本較低的增材制造方式，所用材料比較廉價，不會產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險。但是FDM打印成形后表面粗糙，需后續(xù)拋光處理。最高精度只能為0.1mm。由于噴頭做機械運動，速度緩慢，而且同樣需要支撐臺。很多人認為FMD價格低廉，因此在工業(yè)應(yīng)用不高，并且相對初級，但是隨著技術(shù)的不斷提高，現(xiàn)在FDM技術(shù)同樣能夠制造金屬零件。

　　?5.氣溶膠打印技術(shù)

　　(Aerosolprinting)這個技術(shù)主要用在精密儀器、電路板的打印上。UV固化介質(zhì)從10-100μm氣溶膠噴射系統(tǒng)分配并且瞬間完成。之后，一個金屬納米粒子油墨以精確的方式被分配/燒結(jié)在最近固化的材料，然后重復(fù)一遍又一遍，直到結(jié)構(gòu)形成。該過程具有快速材料凝固的特點，它依賴于本地沉積和局部固化，并且據(jù)說可以在空間中達到最高的變形。

　　6.細胞3D打印

　　(cellbioprinting)是快速成型技術(shù)和生物制造技術(shù)的有機結(jié)合，可以解決傳統(tǒng)組織工程難以解決的問題。在生物醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中有著廣闊的發(fā)展前景。主要以細胞為原材料，復(fù)制一些簡單的生命體組織，例如皮膚、肌肉以及血管等，甚至在未來可以制造人體組織如腎臟、肝臟甚至心臟，用于進行器官移植。