探索 7 项关键增材制造技术

增材制造是指通过添加材料逐步构建零件来创建零件的过程。这种材料可以是金属、陶瓷、塑料、光聚合物，甚至食物！ ISO/ASTM 将所有不同类型的增材制造技术分为七类。

本文将介绍每种类型的增材制造工艺的工作原理，以及它们的用途、优点和差异。

1。粘合剂喷射

Xometry 通过粘合剂喷射制造的不锈钢部件。

粘合剂喷射是一种基于粉末床的增材制造技术，通过选择性地将粘合剂沉积到粉末材料薄层上来制造零件。当打印机在构建平台上铺设一层均匀的粉末（通常是塑料、金属、沙子或陶瓷）时，该过程开始。重涂刀片用于确保粉末层精确分布在构建平台上。这通常是通过重涂刀片完成的，从打印区域旁边的粉末存储箱转移材料。存储箱中的材料被提升，重涂器刀片将粉末从存储箱中以所需的层高扫过构建平台。接下来，喷墨头在粉末上移动，并将粘合剂以当前层的部分横截面的形状分配在粉末上。对于全色塑料部件，粘合剂还包含着色剂以创建多色部件。

然后打印床向下移动一层高度。重涂刀片将另一层粉末分布在前一层粉末上，然后该过程继续进行。当粘合剂喷射金属时，部件必须在打印后进行烧结，以消除孔隙并提高机械强度。或者，可以将低熔点金属粉末（如青铜）与主要材料混合。当打印部件被加热时，青铜会熔化并填充初级金属合金粉末颗粒之间的空间。

下面的表1显示了粘合剂喷射的典型材料、应用和优点：

表 1. 粘合剂喷射摘要

材料 应用程序 优点

材料

• 沙子
• 塑料（PMMA、ABS、PA、PC）
• 陶瓷
• 金属（不锈钢、钛合金）

应用领域

• 砂型铸造模具
• 多色原型
• 与其他金属印刷工艺相比，金属部件价格便宜

优点

• 构建量大
• 多色部件
• 无需支撑
• 未使用的粉末可回收
• 有更多塑料可供选择

2。粉床融合 (PBF)

粉床熔融 (PBF) 是指一系列使用高功率聚焦能源熔融粉末的增材制造技术。能量源可以是激光（SLM 或 DMLS）或电子束（EBM）。金属粉末和塑料粉末均可与 PBF 一起使用。该过程的工作原理是首先将一层薄薄的粉末（通常是预热的）放置在构建平台上。这是通过重涂刀片实现的，以确保层高的一致性。然后，聚焦能量束熔化粉末颗粒，形成零件的当前横截面层。然后构建平台向下移动一层。添加另一层粉末，然后重复该过程。

金属需要更高功率的能量束，DMLS 和 SLM 打印需要惰性气氛。对于 EBM，构建体积必须保持在真空下。 PBF 机器可以快速打印，特别是在使用多光束打印机时。 EMB仅使用一根光束，但光束可以极快地重定向，从而模拟多光束功能。

下表2列出了粉床熔融的典型材料、应用和优点：

表 2. 粉床融合总结

材料 应用程序 优点

材料

• 金属（铝、钛、铜、钴铬合金等）
• 尼龙
• 陶瓷

应用领域

涡轮叶片、火箭发动机燃烧室、热交换器等功能金属部件

优点

• 未使用的粉末可以回收
• 多种金属选择

3。定向能量沉积

定向能量沉积 (DED) 是一种专门用于金属的增材材料工艺。它通常用于修复现有的金属零件。这种修复能力之所以成为可能，是因为 DED 可以在五个运动轴上进行打印，而其他打印工艺则仅限于三个。 DED 打印机可以围绕具有复杂几何形状的现有零件进行操作。

这种增材制造不仅限于修复，还可以打印全新的零件。 DED 的工作原理是将粉末或金属丝引导至打印喷嘴。然后激光或电子束熔化材料并将其与基材熔合。任何可焊接金属都可以用 DED 制造或修复。与焊接工艺一样，DED 打印需要保护气体（激光束）或真空（电子束）。气体只会覆盖正在被光束熔化的区域。或者，整个构建体积可以充满惰性气体，这需要密封的构建体积。

下表3列出了DED的典型材料、应用和优点：

表 3. 定向能量沉积总结

材料 应用程序 优点

材料

金属（钴铬合金、钛合金、铬镍铁合金合金、钽合金、铌合金、不锈钢）

应用领域

• 零件维修
• 先进航空航天组件

优点

• 可以打印大型零件 (1000 mm3)
• 可以修理现有零件
• 可以打印多种金属和合金

4。材料喷射

具有抛光和透明涂层表面的全彩部件，使用 Xometry 的 PolyJet 服务制成。

材料喷射利用一系列喷墨喷嘴将材料沉积到构建平台上，从而创建零件。该工艺需要使用光聚合物作为原材料。它的工作原理是首先在构建平台上沉积一层光聚合物。接下来，紫外光源移动到光聚合物上以将其固化。然后构建平台向下移动，重复该过程。

由于打印材料的紫外光固化是该增材制造工艺的一个组成部分，因此只有塑料（其中许多是光聚合物）可以通过材料喷射进行打印。通过材料喷射成功打印零件需要支撑结构。

下表4列出了材料喷射的典型材料、应用和优点：

表 4. 材料喷射摘要

材料 应用程序 优点

材料

• 光聚合物树脂
• 数字材料（复合光聚合物）
• 蜡

应用领域

• 功能性产品原型
• 全彩解剖模型

优点

• 浪费极低
• 可以使用多种材料和多种颜色的部件
• 高速流程
• 高分辨率

5。片材层压

片材层压是一种分层增材制造工艺，通过堆叠和粘合材料片材来制造零件，而不是沉积或熔化粉末或液体。它可用于多种材料，包括纸张、聚合物片材、复合材料和一些金属。虽然该工艺通常生产低分辨率零件，但它提供高生产速度和低成本，使其有利于某些原型设计和工业应用。 

该过程的工作原理是依次放置薄片，每次切割以匹配该层零件的横截面。然后根据材料使用各种技术将这些片材粘合到前一层。在一些系统中，在粘合之前或之后，激光或刀具从板材上切割出零件的几何形状。零件周围多余的材料可以在构建期间或之后去除。 

金属板通常使用超声波增材制造 (UAM) 进行粘合，该技术在压力下施加超声波振动来融合金属层而不熔化。塑料片通常通过热和压力来粘合，可以是热粘合，也可以是粘合剂粘合。复合材料（例如芳纶纤维、玻璃纤维或碳纤维增强层）和纸张通常使用粘合剂和压缩进行层压。片材层压还用于创建近净形状零件，随后可以使用 CNC 或其他减材技术对其进行机加工或后处理，以实现更严格的公差和表面光洁度。

下表5列出了片材层压的典型材料、应用和优点：

表 5. 片材层压摘要

材料 应用程序 优点

材料

• 纸
• 陶瓷
• 碳纤维复合材料
• 金属（铝、铜、不锈钢、钛）

应用领域

• 全彩原型
• 近净形零件

优点

• 成本低
• 高速
• 全彩部件

6。材料挤压

Xometry 制造的 FDM 打印部件的特写。

材料挤出是最著名的增材制造类型之一，主要是因为它被消费市场所采用。材料挤出通常称为 FDM（熔融沉积成型）或 FFF（熔丝制造）。该过程的工作原理是从供应线轴引导塑料丝，使其穿过加热室，然后从打印喷嘴中流出。当材料离开喷嘴时，它会以当前零件横截面的形式沉积在构建平台上。一旦完成一层，打印头就会向上移动一层厚度。重复该过程直到零件完成。

热塑性塑料和填充热塑性塑料是该技术最典型的原材料。然而，金属粉末/聚合物基体材料可用于制造金属零件。它们必须在熔炉中进行后处理，以形成最终的机械性能。

下表6列出了材料挤出的典型材料、应用以及优点：

表 6. 材料挤出摘要

材料 应用程序 优点

材料

• 解放军
• ABS
• 电脑
• PETG
• 尼龙
• 超透射电镜

应用领域

• 装配夹具
• 功能原型
• 低产量组件

优点

• 成本低
• 易于使用
• 真正的热塑性塑料

7。 VAT光聚合

VAT 光聚合是一种增材制造工艺，通过使用光源选择性固化液体光聚合物树脂来制造零件。该类别下的两项主要技术是：

• SLA（立体光刻）- 使用紫外激光逐层追踪并固化零件的横截面。
• DLP（数字光处理）- 使用数字投影仪一次性闪光整个层，同时固化整个层上的树脂。

这两个过程都涉及一桶液体光聚合物树脂。构建平台从树脂表面下方开始。在 SLA 中，激光束扫描树脂表面以固化当前层所需的形状。在 DLP 中，光投影仪在单次曝光中闪烁整个层图像。一旦一层固化，构建平台就会垂直移动（通常向上），使未固化的树脂在部件下方流动，下一层在上一层之上固化。这个过程一直持续到零件完全成型。由于部件逐渐从桶中出现，因此看起来好像构建平台正在将物体从液体树脂中拉出。

下表7列出了VAT光聚合的典型材料、应用和优点：

表7. VAT光聚合总结

材料 应用程序 优点

材料

• 解放军
• ABS
• 电脑
• PETG
• PA
• 碳纤维填充 ABS
• 聚醚醚酮

应用领域

• 视觉原型/模型
• 用于制作模具的珠宝模型

优点

• 高速
• 可以实现非常精细的细节

什么是增材制造？

增材制造是指通过一次构建一层来创建零件的增材过程。这与减材制造形成鲜明对比，减材制造从一块固体材料开始，去除多余的材料来制造零件。 CNC加工是减材制造的一个例子。

要了解更多信息，请参阅我们的增材制造完整指南。

增材制造代表了生产的转折点，有七个核心工艺：粘合剂喷射、粉末床融合、定向能量沉积、材料喷射、片材层压、材料挤出和还原光聚合。无论是在精度、规模、速度还是材料的多功能性方面，每种工艺都有自己的优势。引人注目的是从浪费性的材料去除转向受控的、逐层创建，开辟了从修复重要的航空航天零件到打印详细的原型和功能组件的可能性。该技术不是作为单一解决方案，而是作为一个工具包，其中正确的流程可以与正确的挑战相匹配，从而使制造更加高效、适应性强和创新。

有关增材制造类型的常见问题

最常用的增材制造类型是什么？

最常用的增材制造类型是：材料挤出 (FDM/FFF)、片材层压、VAT 聚合和粉末床熔融 (PBF)。值得注意的是，每种增材制造技术的采用程度取决于其所使用的行业。例如，航空航天工业大量使用DED和粉末床融合。

什么组织对增材制造工艺进行分类？

ASTM 国际组织和 ISO 共同负责增材制造工艺的分类。 ASTM 和 ISO 创建了本文中描述的七个类别。

增材制造工艺如何分类？

增材制造工艺属于 ISO/ASTM 52900，该国际标准定义了增材制造的关键术语和类别。它将技术根据层的形成和材料的粘合方式分为七种工艺类型。这些类别包括材料挤出、还原光聚合和粉末床熔融等方法。这种分类有助于确保跨行业和应用程序的一致性。

3D 打印是增材制造的一个例子吗？

是的，3D 打印是增材制造的一种形式。事实上，这是最广为人知和最常用的示例。 “3D 打印”一词通常被非正式地用来指代所有增材制造过程，其中涉及从数字模型逐层构建对象。

要了解更多信息，请参阅我们关于 3D 打印与增材制造的完整指南。

摘要

本文回顾了 7 种不同类型的增材制造工艺，并描述了它们的工作原理、优点和缺点。要详细了解不同的增材制造类型以及每种类型如何最适合您的特定应用，请立即联系 Xometry 专家。

Xometry 提供广泛的制造能力，包括满足您所有原型设计和生产需求的 3D 打印和增值服务。请访问我们的网站了解更多信息或索取免费、无义务的报价。

免责声明

此网页上显示的内容仅供参考。 Xometry 对信息的准确性、完整性或有效性不作任何明示或暗示的陈述或保证。任何性能参数、几何公差、特定设计特征、材料或工艺的质量和类型均不应被推断为代表第三方供应商或制造商将通过 Xometry 网络交付的产品。寻求零件报价的买家负责确定这些零件的具体要求。请参阅我们的条款和条件以获取更多信息。

迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

阅读 Dean McClements 的更多文章