增材制造技术的定义、特点

增材制造技术的工艺方法

增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）是一种通过逐层添加材料构建三维物体的制造方法。相对于传统的减材制造方法，增材制造技术具有很多独特的优势，如可实现复杂的内部结构、灵活性高、节约材料、快速制造等。以下将介绍几种常见的增材制造技术及其工艺方法。

一、激光烧结制造技术

激光烧结制造技术（Selective Laser Sintering，SLS）是使用激光束将粉末材料局部熔化并烧结在一起来构建物体。其工艺方法主要包括：首先，准备粉末材料，将其均匀分布在工作台上；然后，使用激光束扫描和烧结每一层粉末，将其粘结在一起；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。在这个过程中，未被烧结的粉末可用于支撑和填充内部空腔。

二、熔融沉积制造技术

熔融沉积制造技术（Fused Deposition Modeling，FDM）是通过从喷嘴中挤出熔化的塑料丝线来构建物体。其工艺方法主要包括：首先，将塑料丝线装入机器中，并加热使其熔化；然后，通过喷嘴将熔化的塑料线一层层地挤压出来，形成物体的每一层；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。在这个过程中，使用一个可移动的工作台来保持物体的稳定。

三、光固化制造技术

光固化制造技术（Stereolithography，SLA）是通过使用紫外线激光束逐层固化液体光敏树脂来构建物体。其工艺方法主要包括：首先，将光敏树脂涂覆在一个工作台上，形成一个薄层；然后，使用紫外线激光束扫描和固化光敏树脂的特定区域，形成物体的每一层；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。在这个过程中，光敏树脂经过固化后可以形成物体的外部结构。

四、电子束熔化制造技术

电子束熔化制造技术（Electron Beam Melting，EBM）是使用高能电子束将金属粉末熔化并熔融在一起来构建物体。其工艺方法主要包括：首先，将金属粉末均匀分布在工作台上；然后，使用高能电子束扫描和熔化金属粉末，将其融化并与前一层熔融的金属相融合；最后，重复这个过程直到构建出完整的物体。在这个过程中，由于高能电子束具有较高的穿透力，因此EBM可以实现更深的熔融深度，适用于制造高温合金等特殊材料。

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浅析增材制造技术

作者：陈玉莲 吴敏娇

来源：《科技风》2019年第26期

摘 要：围绕3D打印，从技术层面上概要介绍了其发展历史，分析了其优劣和应用。主要包括3D打印的历史、原理、流程、特点和应用等方面，为广大新手和爱好者揭开3D打印的神秘面纱。

关键词：3D打印;略议;格式

3D打印目前被炒的“火热”，认为其“无所不能”，可以颠覆传统……毋庸置疑，作为一种黑科技，3D打印会给我们的未来带来极大的变革，主要有三个领域：工业生产（制造业）、科学技术（医学）和生活消费（民用化），相信3D打印必然会成为必需品。本文拟从三个方面简略论述3D打印。

1 概述

3D打印是近年来出现的一个新词，在专业领域有个好听的名称——快速成形技术或增材制造技术。通俗的讲就是以电脑设计（如3DMax、Maya、Blender等）的三维模型为基础，区别于我们所熟知的平面图形，然后采用塑料、金属粉末、液态树脂等原料，在3D打印机中一层一层打印，叠加成一个立体实物。

1.1 3D打印的历史

3D打印技术最早是由美国查尔斯·赫尔（3D打印之父）于1984年首次开发成功。1988年，斯科特·克伦普发明了熔融沉积快速成型3D打印技术，即目前最常用的FDM。1995年，3D打印被列为我国未来十大模具工业发展方向之一。2008年第一款开源的桌面级3D打印机RepRap发布。2012年，我国宣布掌握大型结构关键件激光成型3D打印技术。

1.2 3D打印的原理

3D打印的原理与传统打印机基本相同，不同之处在于材料传统打印机用墨水和纸张（平面），3D打印则采用金属、塑料、陶瓷、粉末、砂等（立体）;技术上实现了从液体在平面上喷涂转变到板子上逐层累积叠加成为一个完整的整体。

1.3 3D打印的流程（三步）

金属材料激光增材制造技术

孙峰、李广生金属材料增材制造技术是通过对CAD模型进行离散处理，以金属粉末、颗粒、金属丝材等为原材料，采用高功率激光束熔化/快速凝固逐层堆积生长，直

接从零件数模完成高性能零件的近终成形制造。

金属材料增材制造技术，可分为以送粉为技术特征的激光沉积制造（LaserDepositionMelting，LDM）技术和以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化

（SelectiveLaserMelting，SLM）技术。LDM技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原

材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息规划的

扫描路径，将送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整

个金属零件的直接制造。LDM系统主要包括：激光器及光路系统、水冷机及冷却系统、数控机床系

统、送粉器及送粉系统、惰性气体保护系统、激光熔化沉积腔及工艺监控系统等。

图1LDM激光沉积制造技术LDM技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点：

（1）无需大型设备与模具，零件近净成形，材料利用率高；工艺流程、制

造周期短，制造成本低；

（2）零件无宏观偏析，组织细小、致密，力学性能达到锻件水平；

（3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造；

（4）激光束能量密度高，可实现难熔、难加工材料的近净成形；

（5）可对失效和受损零件实现快速修复，并可实现定向组织的修复与制造。

主要缺点：

（1）制造成本较高；（2）制造效率较低；

（3）制造精度较差，悬臂结构需要添加相应的支撑结构。SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造

技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，

利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层

熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。SLM系统主要由激光器及光路系统、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4

在上个世纪，增材制造 ( Additive Manufacturing， AM) 的概念得到了显著的发展。依据美国试验材料学会(American

Society for Testing and Materials，ASTM) 的定义: 增材制造技术不同于传统的减法加工过程，是基于材料的增量制造，利用3D数据模型，将材料一层一层连接起来制造物体的过程。由于增材制造技术具有设计和制造一体化、加工精度高、制造周期短，产品物理化学性能优异等特点，美国《时代周刊》将增材制造列为 “美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工 业革命”。

金属材料增材制造技术作为整个增材制造体系中最具前沿和难度的技术，是先进制造技术的重要发展方向。对于金属材料增材制造技术，按照热源类型的不同主要可分为激光增材制造、电子束增材制造、电弧增材制造等。其中激光增材制造(Laser

Additive Manufacturing，LAM) 技术是一种兼顾精确成形和高性能成形需求的一体化制造技术，也是目前金属增材制造最可靠和可行的方法。国内外增材制造的研究也主要集中在激光增材制造技术，本文在总结增材制造的发展历史基础上，重 点介绍了激光增材制造的原理、激光选区熔化成形技术和直接沉积技术的发展现状，为激光增材制造在国内各个领域的应用提供支持。

一、增材制造的发展历史

1983 年，美国科学家查尔斯·胡尔( Charles Hull) 发明光固化成形技术( stereo lithograhy Appearance，SLA) 并制造出全球首个增材制造部件。1986 年，查尔斯·胡尔获得了全球第一项增材制造专利，同年成立3D Systems公司。1987 年，3D

Systems 发布第一台商业化增材制造设备-快速成型机立体光刻机 SLA-1，全球进入增材制造时代。1986年，美国的 Michael