了解增材制造的七种类型
增材制造 (AM)，也称为 3D 打印，通过添加单层材料并将各层融合在一起，通过 CAD 生成的 3D 模型构建零件。 AM 于 1987 年首次出现，此后一直稳步增长，近年来取得了更大的飞跃。随着公司发明和引入新的增材制造技术，他们倾向于为他们的流程创造独特的营销术语，即使核心技术是相似的。对相似的方法使用不同的名称很容易导致市场混乱。在这篇文章中，我们将确定核心技术及其优缺点。
根据 ISO/ASTM 标准，AM 将用于创建层的技术分为七类，其中前四类适用于金属。
- 粘合剂喷射
- 定向能量沉积
- 粉床融合
- 片材层压
- 材料挤压
- 材料喷射
- 还原光聚合
1.粘合剂喷射
AM 的独特之处在于它在材料熔合过程中不使用热量。选择性地沉积粘合液体或粘合剂，将粉末材料连接在一起以形成 3D 零件。根据粉末的类型、所使用的系统或客户的应用要求，决定了粘合剂种类的选择。该过程首先使用滚筒将粉末材料散布在构建平台上，然后打印头将粘合剂沉积在指定的粉末顶部。构建平台降低以允许下一层，并且该过程重复直到项目完成。任何未结合的粉末都会被去除。
粘合剂喷射的优点
- 能够制作各种不同颜色的零件
- 使用多种材料：金属、聚合物和陶瓷
- 更快的 AM 流程
- 零件无翘曲或收缩
- 通过重复使用任何未使用的粉末来减少浪费
- 采用两种材料的方法，允许不同的粘合剂-粉末组合
粘合剂喷射的缺点
- 零件需要后处理，这会为整个过程增加大量时间
- 零件强度低，并不总是适用于结构零件
- 不如材料喷射准确
2。定向能量沉积 (DED)
DED 创建 通过从聚焦热能源（包括激光、电子束或等离子弧）熔化和沉积粉末基或线基材料来生成 3D 对象。虽然该工艺可以制造金属、陶瓷和聚合物零件，但它主要用于金属零件和更多混合制造，其中基板床可移动以形成复杂的形状。由于能源用途和最终用途不同，DED 也称为激光金属沉积 (LMD)、3D 激光熔覆或直接光制造。最后，根据流程的工作原理，它主要用于通过在需要的地方添加材料来修复或重新调整现有零件。
DED 的优势
- 强而致密的部分
- 快速构建速度
- 减少材料浪费
- 材料选择范围：金属、陶瓷和聚合物
- 材料很容易更换
- 能够使用定制合金制造零件
- 零件制造成接近最终形状
- 能够构建更大的零件
DED 的缺点
- 系统的资本成本很高
- 零件分辨率较低，导致表面光洁度较差，需要二次加工
- 支撑结构在构建过程中不可用
3.粉末床融合 (PBF)
PBF有四类能源，激光熔合、电子束熔合、药剂和能量熔合、热熔合。能源会熔化塑料或金属粉末颗粒，它们会凝固并以某种图案融合在一起以制成物体。粉末床熔合工艺使用两个腔室，即构建腔室和粉末腔室，以及一个涂布辊。为了创建对象，涂布辊移动并将粉末材料散布在构建室中以沉积一层薄薄的粉末。一些 PDF 工艺会在涂布辊之后使用刮刀、刀片或矫平辊，以确保材料顶层的厚度均匀。接下来，能源熔化金属粉末基底的沉积顶层。当该层被扫描和融合后，构建平台逐渐降低，同时粉末室被抬高，重复该过程直到物体完成。
PBF 的优点
- 机器成本低
- 构建不需要或需要最少的支撑结构
- 多种材料选择
- 可以使用多种材料
- 能够回收粉末
PBF的缺点
- 慢而长的打印时间
- 额外的后处理时间
- 结构属性较弱
- 表面纹理质量的变化
- 可能需要支撑构建板以避免翘曲
- 打印过程的速度可以决定粉末是否可回收
- 热变形，主要用于聚合物部件
- 机器需要大量能源来制造零件
4.片材层压
AM 通过粘合、超声波焊接或钎焊将薄片材料堆叠和层压来构建 3D 对象。为了创建对象的最终形状，使用激光切割或 CNC 加工。在所有增材制造技术中，这可以生产出具有最少附加分辨率或细节量的零件，但使用现成的低成本材料进行快速原型制作时成本低、制造时间短。
片材层压可分为七种类型：
- 层压物体制造 (LOM)
- 选择性层压复合物体制造 (SLCOM)
- 塑料片层压 (PSL)
- 层压工程材料的计算机辅助制造 (CAM-LEM)
- 选择性沉积层压 (SDL)
- 基于复合材料的增材制造 (CBAM)
- 超声波增材制造 (UAM)
虽然片材层压的类型略有不同，但总体原理是相同的。该过程从从辊筒送入或放置在构建平台上的薄片材料开始。取决于工艺，下一层可能会或可能不会粘合到前一张纸上。分层继续，直到达到全高。移除打印块和所有不需要的外边缘就完成了对象。
片材层压的优点
- 成本相对较低
- 更大的工作区域
- 全彩打印
- 集成为混合制造系统
- 易于材料处理
- 能够对多种材质进行分层
- 无需支撑结构
- 在某些片材层压中
- 根据使用的技术类型，材料状态保持不变
- 更快的打印时间，但确实需要后期处理
片材层压的缺点
- 不改变板材厚度就无法改变层高
- 表面处理可能因材料而异，可能需要后处理
- 提供有限的材料选项
- 在层压阶段后去除多余材料可能既困难又耗时
- 与其他增材制造方法相比，会产生更多的浪费
- 在某些类型的片材层压中生产中空零件具有挑战性
- 粘合强度取决于所使用的层压技术
5.材料挤压
就一般消费者需求和质量的可用性而言，最受欢迎的增材制造工艺使用热塑性塑料或复合材料的连续长丝来构建 3D 零件。塑料长丝形式的材料通过挤出喷嘴送入，在此处加热，然后逐层沉积到构建平台上。
材料挤压的优势
- 多种印刷材料可供选择
- 易于理解的印刷技术
- 用户友好的打印材料更换方法
- 初始和运行成本低
- 小而薄零件的打印时间更快
- 打印公差为 +/- 0.1 (+/- 0.005″)
- 无需监督
- 设备体积小
- 低温工艺
材料挤压的缺点
- 可见层线
- 挤出头连续运动或材料凸出
- 可能需要支持
- 沿 Z 轴的弱零件强度
- 通过更精细的分辨率和更宽的区域延长打印时间
- 容易出现翘曲和其他温度波动问题
- 有毒印刷材料
6.材料喷射
一种将蜡状材料液滴选择性地沉积在构建平台上的过程。材料冷却并固化，允许材料层彼此叠放。构建完成后，支撑结构要么被机械移除，要么被熔化掉。
材料喷射的优点
- 材料喷射可以实现出色的精度和表面光洁度
- 零件适用于铸造模型
材料喷射的缺点
- 可用的蜡状材料数量有限
- 由于蜡状材料，零件很脆弱
- 构建过程缓慢
7.还原光聚合
该工艺用于在大桶中逐层固化光敏聚合物液体树脂，使用紫外线 (UV) 激光将其变成硬塑料部件。该技术最常见的三种类型包括立体光刻、数字光处理 (DLP) 和连续数字光处理 (CDLP)。
还原光聚合的优点
- 精度高，光洁度好
- 比较快的过程
- 大型建筑区域
还原光聚合的缺点
- 相对昂贵
- 较长的后处理时间和从树脂中去除
- 仅限于光树脂材料
- 打印后仍会受到紫外线的影响
- 可能需要支撑结构和后固化部件才能足够坚固以供结构使用
结论
随着增材制造机器对机械车间来说变得更加实惠，设计和材料特性的灵活性正在导致其自身提供广泛的实际应用和用途。航空航天、汽车和医疗行业都从增材制造中受益。快速原型制作、小批量生产和维修零件的能力是此类制造增长的一些原因。
工业技术