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什么是增材制造? 整個流程如何運作?

 更新時間:2018-05-02 點擊量:7930

增材制造是一種相對較新的制造方式,由于其無限的潛力,吸引了眾多人士和行業的關注。 在這篇博客中,我們將介紹什么是增材制造(AM)以及它的工作原理,并且在后續博客中,我們將解釋掃描電鏡如何幫助提高AM流程的質量。

 

什么是增材制造?

 

根據ASTM標準 ,增材制造又稱為3D打印或快速成型,是“ 通過層疊而成的三維模型數據連接材料來制作物體的過程,與傳統加工的減法制造方法相反”。 如今,術語“增材制造”主要用于工業市場,而3D打印主要指消費市場。

 

增材制造的好處

 

通過ASTM標準對AM的定義,增材制造的主要優勢已經被展現出來了。 傳統的減法制造需要從較大件中提取材料以形成zui終3D成像的過程,而AM過程僅在需要時才添加材料。  

 

后者與物質再利用結合在一起,減少了物質浪費,創建3D物體,降低其對環境的影響。

 

迄今為止,與傳統制造工藝相比,AM的另一個主要優勢是開放式設計。 原則上,所有使用CAD設計的產品都可以通過增材制造生產。  

 

當然,還可以定制,為設計師的每個應用提供特定解決方案的機會。 AM還能夠提供更廣泛的多樣性,創建復雜的結構。 通過添加新設計,更改或修訂產品版本,為開拓創新提供機會。例如,創建新的,重量輕的產品,以替代笨重的產品,因為AM在零件設計時,材料可以僅存在于需要的地方。 圖1中可以看到這方面的一個例子。

 

圖1:由William Root用鈦設計的3D打印肢體。

 

此外,AM縮短生產周期,不需要特殊的制造工具,除了AM機器,減少勞動時間和能源成本 。

 

增材制造的局限性

 

當然,AM也有其局限性,主要是因為它仍處于開發階段,因此,還在不斷創新。 首先,到目前為止,AM并不適用于大規模生產,并且在縮放比例,材料尺寸和選擇方面存在限制。  

 

而且,已經表明,在某些情況下,產品的后處理需要實現的表面光潔度和尺寸精度。  

 

然而,AM已經吸引了許多行業的興趣,這些行業一直致力于尋找解決這些限制的方法,并改進產品的工藝和質量。

 

另一個對AM發展產生負面影響的因素是制造業潛在的失業。 當然,這是新技術的常規現象,需要大家能夠適應和發展新技能,這些新技能對于創造新工作至關重要。

 

AM:應用領域

 

由于其巨大的潛力,AM顯示出對各種各樣的應用有利。 在某些領域,AM產品目前用于小批量生產,而其他領域的研究仍在繼續優化流程。  

 

作為*步,增材制造可應用于在產品開發階段生產模型和原型,以及之后可用作特定應用的試生產系列,直至某些產品的小批量生產。

 

作為*個應用領域,研究人員正在對醫療和牙科應用增材制造工藝。這些包括醫療和外科植入物,假肢,生物制造零件,甚至藥丸。  

 

很明顯AM對于這種應用的主要優勢在于其多功能性和可定制性,可以在每個應用案例中定制解決方案。  

 

目前為止,AM設計在汽車(例如電機部件和冷卻管道),航天(如渦輪葉片和燃油系統部件)和工裝中應用。可以在圖2中看到這些產品的示例。

 

圖2:a)航空航天,b)汽車和c)醫療應用中的AM產品示例。

 

當然,還有更多的領域已經應用3D打印或將來會需要。 設計目前用于教育和研究,建筑,藝術和珠寶,傳感器,甚至服裝。

 

顯然,隨著越來越多的人參與AM產品的研發和質量控制,新的應用領域將會出現,AM將成為各種應用和產品的常見做法。

 

AM&SEM

 

與每一項新興技術一樣,整個過程的質量控制是一項重要任務。 材料特性(如顆粒)和成品的質量控制 - 以及其間的流程控制都是*的 – 都為了確保制造過程的質量。

 

在后續博客中,我們將介紹掃描電鏡(SEM)如何成為增材制造工藝中材料表征和質量控制的強大工具。

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