什麼是增材製造?
一般通俗地稱增材製造為3D列印,而事實上3D列印只是增材制造技術的一種,它不是準確的科技名稱。增材製造指通過離散-堆積使資料逐點逐層累積疊加形成三維實體的科技。根據它的特點又稱增材製造,快速成形,任意成型等。
增材製造的優勢
增材製造通過降低模具成本,减少資料,减少裝配,减少研發週期等優勢來降低企業製造成本,提高生產效益。具體優勢如下:
與傳統的大規模生產方式相比,小批量定制產品在經濟上具有吸引力;
直接從3D CAD模型生產意味著不需要工具和模具,沒有轉換成本;
以數位檔案的形式進行設計方便共亯,方便組件和產品的修改和定制;
該工藝的可加性使資料得以節約,同時還能重複利用未在製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、複雜的結構,如自由形式的封閉結構和通道,是可以實現的,使得最終部件的孔隙率非常低;
訂貨减少了庫存風險,沒有未售出的成品,同時也改善了收入流,因為貨物是在生產前支付的;
分銷允許本地消費者/客戶和生產者之間的直接互動。
增材製造技術盤點
1.光聚合成型科技增材製造
SLA:Stereolithography(立體印刷術)是最早實用化的快速成形技術。具體原理是選擇性地用特定波長與强度的雷射聚焦到光固化資料(例如液態光敏樹脂)表面,使之發生聚合反應,再由點到線,由線到面順序凝固,完成一個層面的繪圖工作,然後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。這樣層層疊加構成一個三維實體。
2.以燒結和熔化為基本原理
SLS:Selective Laser Sintering,(選擇性雷射燒結)工藝是利用粉末狀資料成形的。將資料粉末鋪灑在已成形零件的上表面,並刮平;用高强度的CO2雷射器在剛鋪的新層上掃描出零件截面;資料粉末在高强度的雷射照射下被燒結在一起,得到零件的截面,並與下麵已成形的部分粘接;當一層截面燒結完後,鋪上新的一層資料粉末,選擇地燒結下層截面。SLS工藝最大的優點在於選材較為廣泛。
3.以粉末-粘合劑為基本原理
3DP:三維列印科技(Three Dimensional Printing)和平面列印非常相似,連打印頭都是直接用平面打印機的。和SLS類似,這個科技的原料也是粉末狀的。與SLS不同的是資料粉末不是通過燒結連接起來,而是通過噴頭用粘接劑將零件的截面“印刷”在資料粉末上面。
4.FDM:熔融沉積造型
FDM(Fused Deposition Modeling)工藝熔融沉積製造(FDM)工藝具體原理是將絲狀的熱熔性資料加熱融化,同時三維噴頭在電腦的控制下,根據截面輪廓資訊,將資料選擇性地塗敷在工作臺上,快速冷卻後形成一層截面。一層成型完成後,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製造管道,所用資料比較廉價,不會產生毒氣和化學污染的危險。但是FDM列印成形後表面粗糙,需後續拋光處理。最高精度只能為0.1mm。由於噴頭做機械運動,速度緩慢,而且同樣需要支撐臺。很多人認為FMD價格低廉,囙此在工業應用不高,並且相對初級,但是隨著科技的不斷提高,現在FDM科技同樣能够製造金屬零件。
5.氣溶膠列印科技
(Aerosolprinting)這個科技主要用在精密儀器、電路板的列印上。UV固化介質從10-100μm氣溶膠噴射系統分配並且瞬間完成。之後,一個金屬納米粒子油墨以精確的管道被分配/燒結在最近固化的資料,然後重複一遍又一遍,直到結構形成。該過程具有快速資料凝固的特點,它依賴於本地沉積和局部固化,並且據說可以在空間中達到最高的變形。
6.細胞3D列印
(cellbioprinting)是快速成型科技和生物製造技術的有機結合,可以解决傳統組織工程難以解决的問題。在生物醫學的基礎和應用研究中有著廣闊的發展前景。主要以細胞為原材料,複製一些簡單的生命體組織,例如皮膚、肌肉以及血管等,甚至在未來可以製造人體組織如腎臟、肝臟甚至心臟,用於進行器官移植。