增材制造的基本原理、优缺点及具体方法

增材制造的基本原理、优缺点及具体方法目前增材制造的主要方法就是3D打印技术（3DPrinting）。基本原理：把一个通过设计或者扫描等方式做好的30模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。优势：1.制造复杂物品。（没有传统加工的限制）2.产品多样化不增加成本。（一台打印机，不需要改动模具）3.生产周期短。（最大的优点）4.零技能制造。（相对于传统制造所需要的操作技能很少）5.不占空间，便携制造。（可应用于灾区，战场）6.节省材料。（没有废料、回料等）7.精确的实体复制。(3D照相馆）缺点：1.材料限制：目前可用材料有限，无法支持各种各样的材料。2.机器限制：对机器要求高，无法打印动态物体。3.花费负担：成本昂贵，暂时难以进入大众家庭。例子：1、SLA(光固化技术)：立体光固化成型工艺(StereolithogyaphyApparatus，SLA)，又称立体光刻成型。原理：液槽中会先盛满液态的光敏树脂，氮—镉激光器或氯离子激光器发射出的紫外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行遂行逐点扫描，这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个薄层。当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。优点：1).成型过程自动化程度高。2).尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以达到±0.lmm。3).表面质量优良。4).系统分辨率较高，可以制作结构比较复杂的模型或零件。缺点：1).零件较易弯曲和变形，需要支撑。2).设备运转及维护成本较高。3).可使用的材料种类较少。4).液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护。5).液态树脂固化后的零件较脆、易断裂。2、SLS(粉末烧结技术)：选择性激光烧结工艺(SelectiveLaserSintering,SLS)。原理：先采用压辊将一层粉末平铺到已成型工件的上表面，数控系统操控激光束按照该层截面轮廓在粉层上进行扫描照射而使粉末的温度升至熔化点，从而进行烧结并于下面已成型的部分实现粘合。当一层截面烧结完后工作台将下降一个层厚，这时压辊又会均匀地在上面铺上一层粉末并开始新一层截面的烧结，如此反复操作直接工件完全成型。优点：1).可直接制作金属制件(独有)；2).材料选择广泛；3).可制造复杂构件或模具；4).不需要增加基座支撑；5).材料利用率高。缺点：1).样件表面粗糙，呈现颗粒状；2).加工过程会产生有害气体。3、FDM(熔融沉积技术)：熔融沉积成型工艺(FusedDepositionModeling,FDM)是继LOM工艺和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。原理：将丝状的热恪性材料进行加热融化，通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿X轴的方向进行移动，工作台则沿Y轴和Z轴方向移动（当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样），熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降一个厚度，然后重复以上的步骤直到工件完全成型。优点：1).整个系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。可以使用无毒的原材料，设备系统可在办公环境中安装使用;2).工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾：3).独有的水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件；4).原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换：5).可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及医用ABS等。缺点：1).成型精度相对SLA工艺较低，精度0.178mm;2).成型表面光洁度不如SLA工艺；3).成型速度相对较慢。4、3DP(3D喷射打印技术)：聚合物喷射技术是以色列Objet公司于2000年初推出的专利技术，PolyJet技术也是当前最为先进的3D打印技术之一。原理：3D打印材料以超薄层被喷射到构建托盘上，用紫外线固化，并且可以同时喷射两种不同机械特性的材料。完成一层的喷射打印和固化后，设备内置的工作台会极其精准地下降一个成型层厚，喷头继续喷射光敏聚合材料进行下一层的打印和固化。就这样一层接一层，直到整个工件打印制作完成。优点：1).同时制作两种及以上材料组合件；2).皮革纹理清晰，尤其适合内饰件试制(方向盘、扶手、排档等);3).密封条、密封圈试制；4).一次性制作复杂分总成零件；5).更细致表现细节；6).内外饰小模型制作。缺点：材料强度受限制。5、PUG(真空注型技术)：真空注型技术基于硅胶模而翻制样件的技术，硅胶模制造工艺是一种比较普及的快速模具制造方法。原理：在真空状态下，将液态硅橡胶浇注到模框中，液态硅橡胶在真空负压的作用下，释放气泡并牢固地贴敷在原型表面，固化后形成硅橡胶模具；再次在真空状态下，将液态浇注料浇注到硅橡胶模具的空腔中，液态浇注料在真空负压的作用下，释放气泡并固化，最终形成所需的零件。优点：1.小批量生产；2.工艺相对简单，易操作；3.只需简易硅胶模，制作时间短；4.可选择多种材料。缺点：1.类批量材料在性能上受限制；2.易发生起泡、缺料等表面缺陷。