大學(xué)論文：增材制造

增材制造增材技術(shù)是根據(jù)3DCAD模型數(shù)據(jù)，通常用材料的層層連接制作物體的工藝，其核心是將所需要成型的工件復(fù)雜的3D形體通過切片處理轉(zhuǎn)化為簡單的2D截面的組合，因此不必要采用傳統(tǒng)的加工，而是根據(jù)工件的3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型，在計(jì)算機(jī)的控制的增材制造裝備上直接成型3D工件。成型過程如下：1、利用增材制造裝備的軟件，沿工件模型的高度方向?qū)δＰ瓦M(jìn)行分層切片，得到各層截面的2D輪廓；2、增材制造裝備按照這些輪廓圖，分層沉積材料，形成一系列2D截面薄片;3、增材制造裝備將片層與片層之間相互粘結(jié)，將這些片層順序堆積成3D實(shí)體來。a）減材制造法a）減材制造法卜）增材制造法才制苗的T.件精度高，表面品質(zhì)好,成形材料與加工機(jī)床之間通常不*增材制造的產(chǎn)品在制造使用中和傳統(tǒng)應(yīng)力的不同l=i增材制造的產(chǎn)品在制造使用中和傳統(tǒng)應(yīng)力的不同l=i在傳統(tǒng)的制造中，我們的成型方法大都是利用減材技術(shù)，即利用刀具從較大的毛坯上逐步切屑成型，傳統(tǒng)的車、銑、鉆、刨、磨等切削加工，這樣的加工必然會(huì)與增材制造的加工所承受的應(yīng)力有很大的不同。1、材料的致密性不同傳統(tǒng)的制造，無非就是鑄造、鍛造等，但這樣的產(chǎn)品會(huì)存在嚴(yán)重的生產(chǎn)缺陷，比如：砂眼、氣泡、空穴等，這樣必然影響產(chǎn)品的質(zhì)量，容易形成應(yīng)力集中，剛度和強(qiáng)度不足，引起斷裂等。而且由于金相組織的不一致，導(dǎo)致產(chǎn)品的整體性能下降。相對(duì)于傳統(tǒng)的不足，增材制造剛好消除了這樣的影響，由于3D變2D的制造，使得可以精確的計(jì)算出每個(gè)位置所需要的材料密度，不再出現(xiàn)傳統(tǒng)制造的缺陷，減少由于應(yīng)力集中在內(nèi)而導(dǎo)致的裂紋和斷裂，而且采用增材技術(shù)，使得每個(gè)層面的金相組織都能很好的保持我們所需要的性能，大大提高承受的強(qiáng)度和疲勞壽命。2、表面的抗性不同由于傳統(tǒng)的加工，表面會(huì)形成拉、車、銑等工序的刮傷，為達(dá)到精度要采用多步工序，表面的抗傷性大大降低，特別是表面的抗磨損和腐蝕的能力。對(duì)于增材制造來說，采用的表面融合涂層技術(shù)，使得表面的組織形成支晶微小的結(jié)構(gòu)，采用不同的材料，達(dá)到耐磨，耐腐蝕的性能。

圖9.31工藝曩數(shù)甜成形件精度的電響勇】圖9.31工藝曩數(shù)甜成形件精度的電響勇】u試樣催司潛度=1茂Jcnm：）MA試作L能缺盅度,<ii3F漆樣t能量密度=沌-3J.小時(shí)試樣（能鼠密度=/iAH?.己i_；i｛恨度=LW5Jmm2｝門6*試樣t.能麻密度&?M時(shí)邱〔―廢■網(wǎng)g^^||||3、產(chǎn)品的梯度應(yīng)力不同由于傳統(tǒng)的制造為了達(dá)到不同梯度的硬度、強(qiáng)度和剛度等，會(huì)對(duì)材料進(jìn)行多次的熱處理和預(yù)處理，但是這樣還是無法滿足不同梯度所需要的應(yīng)力指標(biāo)要求，由于不同的部位需要的組織不一樣，導(dǎo)致加工十分困難，所以會(huì)導(dǎo)致梯度應(yīng)力的不均勻性發(fā)現(xiàn)，由于應(yīng)力不同，就會(huì)導(dǎo)致局部疲勞，容易引起斷裂。增材制造剛好減小了這種情況發(fā)生，它可以根據(jù)不同的表層所需要的應(yīng)力梯度來采用不同的材料和不同的金相組織，這樣就達(dá)到產(chǎn)品的性能要求。4、剩余殘余應(yīng)力的不同傳統(tǒng)的機(jī)械加工中，由于加工繁瑣，工序較多，導(dǎo)致工件的內(nèi)部和外部會(huì)有剩余的殘余應(yīng)力的留下，而且需要較長的時(shí)間來消除才行，這時(shí)我們?yōu)榱丝焖龠m用，就需要進(jìn)行熱處理或者其他的加工處理方法來進(jìn)行消除。對(duì)于增材制造中，殘余應(yīng)力也是存在的，但相對(duì)于傳統(tǒng)的要少得多，這時(shí)只需要簡單的材料處理就可以消除，相對(duì)于傳統(tǒng)的后續(xù)加工要少得多。5、剪切應(yīng)力、正應(yīng)力、拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的不同由于增材制造的制造過程是分層制造組合成件，這樣層與層之間的致密性比

較好，受力較為均勻，所能承受的剪切應(yīng)力相對(duì)傳統(tǒng)要高的多，而且正應(yīng)力的承受能力也會(huì)加強(qiáng)。由于材料的均勻制造，金相組織的細(xì)小，其抗拉強(qiáng)度、拉伸模量、沖擊強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度都加強(qiáng)，這時(shí)的承受拉壓應(yīng)力的能力也會(huì)加強(qiáng)。增材制造的關(guān)鍵技術(shù)l=i量、沖擊強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度都加強(qiáng)，這時(shí)的承受拉壓應(yīng)力的能力也會(huì)加強(qiáng)。增材制造的關(guān)鍵技術(shù)l=i一是材料單元的控制技術(shù)。即如何控制材料單元在堆積過程中的物理與化學(xué)變化是一個(gè)難點(diǎn)，例如金屬直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界氣氛控制直接影響制造精度和制件性能。二是設(shè)備的再涂層技術(shù)。增材制造的自動(dòng)化涂層是材料累加的必要工序，再涂層的工藝方法直接決定了零件在累加方向的精度和質(zhì)量。分層厚度向0.01mm發(fā)展，控制更小的層厚及其穩(wěn)定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的關(guān)鍵。三是高效制造技術(shù)。增材制造在向大尺寸構(gòu)件制造技術(shù)發(fā)展，例如金屬激光直接制造飛機(jī)上的鈦合金框暉結(jié)構(gòu)件，框暉結(jié)構(gòu)件長度可達(dá)6m，制作時(shí)間過長，如何實(shí)現(xiàn)多激光束同步制造，提高制造效率，保證同步增材組織之間的一致性和制造結(jié)合區(qū)域質(zhì)量是發(fā)展的難點(diǎn)。此外，為提高效率，增材制造與傳統(tǒng)切削制造結(jié)合，發(fā)展材料累加制造與材料去除制造復(fù)合制造技術(shù)方法也是發(fā)展的方向和關(guān)鍵技術(shù)。

增材制造的具體實(shí)際應(yīng)用l=i增材制造在現(xiàn)實(shí)生活中有著一定的應(yīng)用，下面舉例說明。增材制造的具體實(shí)際應(yīng)用l=i1、金屬構(gòu)件的3D打印自由成型利用3D打印工藝成型金屬構(gòu)件是增材制造的重要發(fā)展方向，目前有多種可以實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)件的間接成型和直接成型的方法。金屬的間接打印成型是首先打印成型構(gòu)件的毛坯件，然后將毛坯件燒結(jié)成金屬構(gòu)件；金屬的直接打印成型是指打印得到的即為金屬構(gòu)件。在金屬構(gòu)件直接成型工藝中，熔化金屬的熱源可以是激光束、電子束、等離子弓瓜或者電加熱器等。熱源與金屬材料相互作用的位置，可以是在基板上預(yù)先鋪設(shè)的金屬粉層上、激光束或電子束在基板上產(chǎn)生的熔池中，或者基板之外的加熱器中。

2、生物醫(yī)學(xué)器件3D自由成型通過生物器件，比如：細(xì)胞，采用的是組織支架的打印成型，之后進(jìn)行支架粘結(jié)劑噴射式打印成型，有效的成型具有精確3D外形和內(nèi)在多微孔結(jié)構(gòu)的支架，通過計(jì)算機(jī)來確定細(xì)胞和水凝膠的含量，比例，位置的控制，逐層打印，層層堆積，然后進(jìn)行培養(yǎng)，之后遷移適用。3、建筑模型與構(gòu)件打印成型采用大型的3D打印機(jī)，它具有的噴頭有數(shù)百個(gè)噴嘴，噴射出來的粘結(jié)劑將硅石粉與鎂粉的混合物粘結(jié)起來，分層厚度為5-10mm，最終打印出來的建筑構(gòu)件的質(zhì)地類似于大理石，比混凝土的強(qiáng)度高，并且不需要內(nèi)置鋼筋進(jìn)行加固。增材制造的不足和改善措施增材制造的兩個(gè)缺陷：1、機(jī)器本身適用的成型材料有限性。由于機(jī)器的工作原理和結(jié)構(gòu)等原因，他們所能適用的成型材料很有限，只能適用相當(dāng)少的一部分材料，這樣就導(dǎo)致增材制造產(chǎn)品的性能的局限性，功能的期望性。2、制造成本的居高不下。由于增材制造采用較為昂貴的精密儀器，這樣就需要導(dǎo)致增材制造的適用范圍有限，不能滿足大范圍的推廣使用。為了克服增材制造的上述缺陷