增材制造技术课件
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《增材制造》课件—02增材制造技术的常见工艺方法及其装备
选择性激光烧结（Selective Laser Sintering ，SLS）是利用粉末状材料成型的。
该工艺的基本原理如图2- 1所示 。SLS工艺的原 理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或 非金属粉末） ，在计算机控制下 ， 按照界面轮廓信 息 ， 利用大功率激光对实心部分粉末进行扫描烧结， 然后不断循环 ， 层层堆积成型 ， 直至模型完成。
（1）高温烧结 高温烧结阶段形成大量闭孔 ， 并持续缩小 ， 使孔隙尺寸和孔
隙总数有所减少 ， 烧结体密度明显增加 。在高温烧结后 ， 坯体密 度和强度增加 ， 性能也得到改善。 （2） 热等静压烧结
热等静压烧结工艺是将制品放置到密闭的容器中 ， 使用流体 介质 ， 向制品施加各向同等的压力 ， 同时施以高温 ，在高温高压 的作用下 ，制品的组织结构致密化。 （3）熔浸
图2- 16 FDM工艺原理
2.4 熔融沉积（FDM）
· 2.4.2 FDM的成型过程
FDM成型工艺在原型制作同时需要制作支撑 ， 为了节省材料成本和提高制作效率 ， 新 型的FDM设备采用双喷头 ， 如图2- 17所示 。一个喷头用于成型原型零件 ， 另一个喷头用于 成型支撑 。
FDM的成型过程是在供料辊上 ， 将实心 丝状原材料进行缠绕 ， 由电动机驱动辊子旋 转 ， 辊子和丝材之间的摩擦力是丝材向喷嘴 出口送进的动力 。喷嘴在XY坐标系运动 ，沿 着软件指定的路径生成每层的图案 。待每层 打印完毕后 ， 挤压头再开始打印下一层 ， 直 至加工结束。
定的切片软件进行切片 ， 最后将切片数据输入烧结系统。 （2） 粉层激光烧结叠加
激光烧结的过程原理如图2- 1所示 。加热前对成型空间进行预热 ，然后将一层薄薄 的热可熔粉末涂抹在部件建造室 。在这一层粉末上用CO2激光束选择性地扫描CAD部 件最底层的横截面 。 当横截面被完全扫描后 ， 通过滚轴机将新一层粉末涂抹到前一层 之上 。这一过程为下一层的扫描做准备 。重复操作 ，每一层都与上一层融合 。每层粉 末依次被堆积 ， 重复上述过程直至打印完毕。
该工艺的基本原理如图2- 1所示 。SLS工艺的原 理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或 非金属粉末） ，在计算机控制下 ， 按照界面轮廓信 息 ， 利用大功率激光对实心部分粉末进行扫描烧结， 然后不断循环 ， 层层堆积成型 ， 直至模型完成。
（1）高温烧结 高温烧结阶段形成大量闭孔 ， 并持续缩小 ， 使孔隙尺寸和孔
隙总数有所减少 ， 烧结体密度明显增加 。在高温烧结后 ， 坯体密 度和强度增加 ， 性能也得到改善。 （2） 热等静压烧结
热等静压烧结工艺是将制品放置到密闭的容器中 ， 使用流体 介质 ， 向制品施加各向同等的压力 ， 同时施以高温 ，在高温高压 的作用下 ，制品的组织结构致密化。 （3）熔浸
图2- 16 FDM工艺原理
2.4 熔融沉积（FDM）
· 2.4.2 FDM的成型过程
FDM成型工艺在原型制作同时需要制作支撑 ， 为了节省材料成本和提高制作效率 ， 新 型的FDM设备采用双喷头 ， 如图2- 17所示 。一个喷头用于成型原型零件 ， 另一个喷头用于 成型支撑 。
FDM的成型过程是在供料辊上 ， 将实心 丝状原材料进行缠绕 ， 由电动机驱动辊子旋 转 ， 辊子和丝材之间的摩擦力是丝材向喷嘴 出口送进的动力 。喷嘴在XY坐标系运动 ，沿 着软件指定的路径生成每层的图案 。待每层 打印完毕后 ， 挤压头再开始打印下一层 ， 直 至加工结束。
定的切片软件进行切片 ， 最后将切片数据输入烧结系统。 （2） 粉层激光烧结叠加
激光烧结的过程原理如图2- 1所示 。加热前对成型空间进行预热 ，然后将一层薄薄 的热可熔粉末涂抹在部件建造室 。在这一层粉末上用CO2激光束选择性地扫描CAD部 件最底层的横截面 。 当横截面被完全扫描后 ， 通过滚轴机将新一层粉末涂抹到前一层 之上 。这一过程为下一层的扫描做准备 。重复操作 ，每一层都与上一层融合 。每层粉 末依次被堆积 ， 重复上述过程直至打印完毕。
增材制造技术分析ppt
05
增材制造技术在各领域的应用案例分 析
汽车制造业
减重设计
01
通过增材制造技术，汽车制造商可以更加灵活地设计出更加流
线型的车身，减少风阻和重量，从而提高燃油效率。
原型制作
02
增材制造技术可以快速地制作出汽车原型，方便制造商进行测
试和修改，减少开发时间和成本。
定制化零件
03
利用增材制造技术，汽车制造商可以生产出更加定制化的零件
定向能量沉积技术
通过高能束流（激光、电子束或离子束）将金属、非金属、 陶瓷等粉末或丝材熔化并沉积到基体上
定向能量沉积技术适用于大型复杂结构件、高性能功能件、 个性化定制件等制造
材料喷射技术
基于喷墨打印机原理，将金属、塑料等粉末材料以液滴形 式喷射到基体表面形成层，通过多层叠加实现零件制造
材料喷射技术适用于低成本、快速制造个性化或小批量零 件
02
技术创新不断涌现
增材制造技术的不断创新和发展，将带来更多的商业机会和发展空间
。
03
跨界融合与合作
增材制造技术将与互联网、人工智能、大数据等前沿技术融合，推动
制造业的转型升级。
技术发展方向预测
高精度打印能力提升
通过更精细的打印头、更精确的控制系统等技术的研发和应用 ，增材制造技术的打印精度将得到进一步提升。
03
增材制造材料及性能
金属材料
钛及钛合金
具有高强度、低密度和良好的 耐腐蚀性能，在航空航天、医
疗等领域得到广泛应用。
铝合金
具有良好的可加工性和相对较低 的成本，在汽车、航空航天等领 域应用广泛。
钢铁
强度高、成本低，主要用于结构件 制造。
非金属材料
增材制造技术ppt课件
三维实 体
三维数字化 仪
CAD模 型
数据文 件
分层切 片
逐层堆 积
后期处 理产品Fra bibliotek总之：“增材制造”=“3D打印”=“快速原型制 造技术”
增材制造的工艺方法
光敏液相固化法(SLA) 层叠实体制造法(LOM)
选区激光烧结法(SLS) 熔丝沉积成型法(FDM)
光敏液相固化法（SLA）
优点：
成形精度好(制造精度达+0.1mm)
成型材料：石蜡、金属、低熔点合金丝、塑料
增材制造的优势
可以制造复杂多样的产品 产品的多样化不增加生产成本 生产周期短（最大的优点） 零技能制造 节约材料 精确地实体复制
增材制造的应用领域
航空航天 汽车工业 医疗 工艺设备 产品原型 文物保护 建筑设计 工艺饰品
增材制造技术
（3D打印）
机械A1312 陈超超
1302010202
增材制造的概念
增材制造是集CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术和激光 技术等于一体的综合技术、是实现从零件设计到三维实体快速制造的一体化系 统技术，采用软件离散-材料堆积原理实现零件的成型过程。
基本工艺原理
设计师
CAD造型 系统
材料利用率高 适宜制造形状复杂、精度高的树脂
零件
材料：液态光敏材料
缺点： 材料昂贵 制造过程需要设计支撑 加工环境有气味
层叠实体制造法（LOM）
优点： 成形速度快 成型材料便宜 无相变、无热应力 形状和尺寸精度稳定
缺点： 成形后废料剥离费时 取材范围窄 层厚不可调整
材料：带有粘胶的纸材或箔材
选区激光烧结法（SLS）
优点： 材料的多样性 过程易操作 材料利用率高 无需支撑结构 模具的强度高
智能制造增材制造技术ppt课件
2、德国Frauhofer 研究所 2002 年该研究所在激光选区熔化技术方面取得巨大成功，
可一次性地直接制造出完全致密性的零件。利用高亮度激光直 接熔化金属粉末材料，无需粘结剂，由 3D 模型直接成形出与 锻件性能相当的任意复杂结构零件，其零件仅需表面光整即可 使用。
技术原理图
四、国外发展现状
3、美国AeroMet公司 该公司以激光、等离子束和电弧等能束增材制造再制造技术
塑料
光固 树脂、骨骼、 化 芯片
国家认可 国家技术发 明奖一等奖 国家技术发 明奖二等奖 C919应用
院士
国内增材制造主要研究机构
三、国内发展现状
1、北航王华明团队 该团队从事高性能金属材料快速凝固激光制备与大型金属构
件激光直接制造技术等方面的研究，以激光为热源，以钛合金粉 末为填充材料，增材制造出航空结构件，其成果在C919上取得了 良好的应用。
基本材料
热塑性塑料、金属粉末、陶瓷 粉末
几乎任何合金
热塑性塑料, 共晶系统 金属、可 食用材料
光硬化树脂（photopolymer）
液态树脂 聚乳酸（PLA）、ABS树脂 金属线、塑料线
纸、金属膜、塑料薄膜
钛合金 Thermoplastic powder
二、主要方法及优势
1.制造复杂物品。（目前已显现） 2.产品多样化不增加成本。 3.生产周期短。（最大的优点） 4.无需采用模具。 5.不占空间、便携制造。（战场、灾区） 6.节省材料 。
目录
1
起源及原理
2
主要方法及优势
3
国内发展现状
4
国外发展现状
5
应用与展望
一、起源及原理
起源：增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D打
可一次性地直接制造出完全致密性的零件。利用高亮度激光直 接熔化金属粉末材料，无需粘结剂，由 3D 模型直接成形出与 锻件性能相当的任意复杂结构零件，其零件仅需表面光整即可 使用。
技术原理图
四、国外发展现状
3、美国AeroMet公司 该公司以激光、等离子束和电弧等能束增材制造再制造技术
塑料
光固 树脂、骨骼、 化 芯片
国家认可 国家技术发 明奖一等奖 国家技术发 明奖二等奖 C919应用
院士
国内增材制造主要研究机构
三、国内发展现状
1、北航王华明团队 该团队从事高性能金属材料快速凝固激光制备与大型金属构
件激光直接制造技术等方面的研究，以激光为热源，以钛合金粉 末为填充材料，增材制造出航空结构件，其成果在C919上取得了 良好的应用。
基本材料
热塑性塑料、金属粉末、陶瓷 粉末
几乎任何合金
热塑性塑料, 共晶系统 金属、可 食用材料
光硬化树脂（photopolymer）
液态树脂 聚乳酸（PLA）、ABS树脂 金属线、塑料线
纸、金属膜、塑料薄膜
钛合金 Thermoplastic powder
二、主要方法及优势
1.制造复杂物品。（目前已显现） 2.产品多样化不增加成本。 3.生产周期短。（最大的优点） 4.无需采用模具。 5.不占空间、便携制造。（战场、灾区） 6.节省材料 。
目录
1
起源及原理
2
主要方法及优势
3
国内发展现状
4
国外发展现状
5
应用与展望
一、起源及原理
起源：增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D打
增材制造PPT课件
增材制造的分类
根据使用的材料类型，增材制造技术可分为金属 增材制造和非金属增材制造。金属增材制造包括 激光熔化、电子束熔化、粉末烧结等，非金属增 材制造包括立体光刻、喷墨打印等。
根据使用的工艺类型，增材制造技术可分为粉末 烧结、光固化、熔融沉积等。粉末烧结是最常用 的金属增材制造技术之一，而光固化则是最常用 的非金属增材制造技术之一。
知识产权问题
增材制造技术可能涉及到知识产权问题， 需要加强知识产权保护。
技术难度
增材制造技术的操作和维护需要专业知识 和技能，对人员要求较高。
质量控制难度
增材制造技术的质量控制难度较大，需要 加强质量控制。
增材制造的未来发展趋势
新材料应用
随着新材料的不断涌现， 增材制造技术的应用范围 将不断扩大。
制造技术的发展和应用。
THANKS
感谢观看
03 增材制造技术面临的挑战
增材制造技术还面临着一些挑战，如设备成本高 、材料选择有限、制造精度和稳定性有待提高等 。
展望
01
技术发展与趋势
随着技术的不断发展，增材制造技术将更加成熟和高效，制造精度和稳
定性也将得到进一步提高。同时，增材制造技术的材料选择范围也将更
加广泛，可以满足更多应用场景的需求。
案例四
总结词
直观性、降低成本
详细描述
某大学采用增材制造技术生产教学用具，可以更加直观地展示教学内容，同时相 较于传统的采购方式，降低了成本。
06
总结与展望
总结
01 增材制造技术的现状
增材制造技术目前已经广泛应用于航空航天、医 疗、建筑等领域，取得了显著的成果。
02 增材制造技术的优势
增材制造技术具有制造复杂形状的能力，提高了 制造效率，降低了制造成本，同时也为创新设计 提供了更多的可能性。
《增材制造技术》课件
弹性体
具有较好的弹性和耐磨性，常用于 制造橡胶制品、密封件和减震元件 等。
陶瓷材料
氧化铝
具有高硬度、良好的耐腐蚀性和 绝缘性能，常用于制造陶瓷制品
、耐火材料和电子元件等。
氮化硅
具有高硬度、良好的耐热性和化 学稳定性，常用于制造高温陶瓷
制品和耐磨元件等。
碳化硅
具有高硬度、良好的导热性和化 学稳定性，常用于制造高温陶瓷
设备成本
增材制造设备成本较高，对于小型企业和初创企业来说是一大挑战 。
成本挑战
材料成本
增材制造使用的特殊材料成本较高，增加了 制造成本。
运营成本
增材制造设备的维护、校准和操作需要专业 人员，增加了运营成本。
时间成本
增材制造的制造周期较长，增加了时间成本 。
市场前景
航空航天领域
增材制造技术在航空航天领域 的应用前景广阔，可制造出轻
《增材制造技术》 ppt课件
REPORTING
• 增材制造技术概述 • 增材制造技术原理 • 增材制造材料 • 增材制造的应用实例 • 增材制造技术的挑战与前景 • 增材制造技术发展趋势与展望
目录
PART 01
增材制造技术概述
REPORTING
定义与特点
定义
增材制造技术是一种通过逐层堆积材料来构 建物体的制造方法。
应用领域
航空航天
用于制造复杂零部件，减轻重量，提 高性能。
医疗领域
用于定制化假肢、医疗器械等。
汽车工业
用于快速原型制作和轻量化设计。
教育领域
用于创新教学和实验，帮助学生理解 复杂结构。
PART 02
增材制造技术原理
REPORTING
粉末床熔融
具有较好的弹性和耐磨性，常用于 制造橡胶制品、密封件和减震元件 等。
陶瓷材料
氧化铝
具有高硬度、良好的耐腐蚀性和 绝缘性能，常用于制造陶瓷制品
、耐火材料和电子元件等。
氮化硅
具有高硬度、良好的耐热性和化 学稳定性，常用于制造高温陶瓷
制品和耐磨元件等。
碳化硅
具有高硬度、良好的导热性和化 学稳定性，常用于制造高温陶瓷
设备成本
增材制造设备成本较高，对于小型企业和初创企业来说是一大挑战 。
成本挑战
材料成本
增材制造使用的特殊材料成本较高，增加了 制造成本。
运营成本
增材制造设备的维护、校准和操作需要专业 人员，增加了运营成本。
时间成本
增材制造的制造周期较长，增加了时间成本 。
市场前景
航空航天领域
增材制造技术在航空航天领域 的应用前景广阔，可制造出轻
《增材制造技术》 ppt课件
REPORTING
• 增材制造技术概述 • 增材制造技术原理 • 增材制造材料 • 增材制造的应用实例 • 增材制造技术的挑战与前景 • 增材制造技术发展趋势与展望
目录
PART 01
增材制造技术概述
REPORTING
定义与特点
定义
增材制造技术是一种通过逐层堆积材料来构 建物体的制造方法。
应用领域
航空航天
用于制造复杂零部件，减轻重量，提 高性能。
医疗领域
用于定制化假肢、医疗器械等。
汽车工业
用于快速原型制作和轻量化设计。
教育领域
用于创新教学和实验，帮助学生理解 复杂结构。
PART 02
增材制造技术原理
REPORTING
粉末床熔融
增材制造简介PPT课件
原理：液槽中会先盛满液态的光敏树脂，氦—镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计 算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描，这使扫描区域的树脂 薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个薄层。
当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一 层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。
增材制造的原理与方法
3D打印发展与现状
一、概述
原理：目前增材制造的主要方法就是3D打印技术（3D Printing），它的基本原理是， 把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一 层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。
优势：1.制造复杂物品。（没有传统加工的限制） 2.产品多样化不增加成本。（一台打印机，不需要改动模具） 3.生产周期短。（最大的优点） 4.零技能制造。（相对于传统制造所需要的操作技能很少） 5.不占空间，便携制造。（可应用于灾区，战场） 6.节省材料。（没有废料、回料等） 7.精确的实体复制。（3D照相馆）
二、增材制造的分类
关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念（如图所示），“狭义”的增材 制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系；而“广义”增材制 造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。如果按照加工材料 的类型和方式分类，又可以分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等（如图所示）。
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一 层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。
增材制造的原理与方法
3D打印发展与现状
一、概述
原理：目前增材制造的主要方法就是3D打印技术（3D Printing），它的基本原理是， 把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一 层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。
优势：1.制造复杂物品。（没有传统加工的限制） 2.产品多样化不增加成本。（一台打印机，不需要改动模具） 3.生产周期短。（最大的优点） 4.零技能制造。（相对于传统制造所需要的操作技能很少） 5.不占空间，便携制造。（可应用于灾区，战场） 6.节省材料。（没有废料、回料等） 7.精确的实体复制。（3D照相馆）
二、增材制造的分类
关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念（如图所示），“狭义”的增材 制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系；而“广义”增材制 造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。如果按照加工材料 的类型和方式分类，又可以分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等（如图所示）。
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
增材制造技术概要ppt
分类
根据使用的材料和工艺的不同，增材制造技术可以分为塑料 制品、金属制品、陶瓷制品等不同类型。
发展历程
1 2
1980年代初期
出现了第一台商业化的增材制造设备，主要造技术开始应用于金属制品的制造，并 逐渐发展出多种不同的工艺和技术。
3
2000年代至今
增材制造技术得到了广泛的应用，包括航空航 天、医疗、汽车等领域。
生物医学领域的应用
定制化医疗器械
通过增材制造技术，医生可以根据患者的情况定制医疗器械，提高治疗效果和舒适度。
药物载体
增材制造技术可以制造出具有特定形状和释放速率的的药物载体，从而更好地控制药物释 放。
组织工程
通过增材制造技术，生物学家可以制造出具有特定结构和功能的组织，从而为器官移植和 修复提供更好的解决方案。
技术创新与发展趋势
金属增材制造技术
金属增材制造技术是近年来发展最快的增材制造技术之 一，其发展趋势包括提高加工效率、降低成本、拓展应 用领域等。
生物增材制造技术
生物增材制造技术可用于生产定制化的生物材料和医疗 器械，发展趋势包括提高生物相容性和功能性、降低生 产成本等。
高分子增材制造技术
高分子增材制造技术可用于生产各种高分子材料和复合 材料，发展趋势包括提高材料性能和加工效率、拓展应 用领域等。
03
增材制造技术的实际应用
航空航天领域的应用
飞机零部件的快速定制
01
通过增材制造技术，航空公司可以根据需要快速定制飞机零
部件，提高维修和更换效率。
轻量化设计
02
增材制造技术使得零部件可以更加轻量化设计，从而提高飞
机的燃油效率和性能。
复杂结构制造
03
增材制造技术可以制造出传统制造无法完成的复杂结构，从
根据使用的材料和工艺的不同，增材制造技术可以分为塑料 制品、金属制品、陶瓷制品等不同类型。
发展历程
1 2
1980年代初期
出现了第一台商业化的增材制造设备，主要造技术开始应用于金属制品的制造，并 逐渐发展出多种不同的工艺和技术。
3
2000年代至今
增材制造技术得到了广泛的应用，包括航空航 天、医疗、汽车等领域。
生物医学领域的应用
定制化医疗器械
通过增材制造技术，医生可以根据患者的情况定制医疗器械，提高治疗效果和舒适度。
药物载体
增材制造技术可以制造出具有特定形状和释放速率的的药物载体，从而更好地控制药物释 放。
组织工程
通过增材制造技术，生物学家可以制造出具有特定结构和功能的组织，从而为器官移植和 修复提供更好的解决方案。
技术创新与发展趋势
金属增材制造技术
金属增材制造技术是近年来发展最快的增材制造技术之 一，其发展趋势包括提高加工效率、降低成本、拓展应 用领域等。
生物增材制造技术
生物增材制造技术可用于生产定制化的生物材料和医疗 器械，发展趋势包括提高生物相容性和功能性、降低生 产成本等。
高分子增材制造技术
高分子增材制造技术可用于生产各种高分子材料和复合 材料，发展趋势包括提高材料性能和加工效率、拓展应 用领域等。
03
增材制造技术的实际应用
航空航天领域的应用
飞机零部件的快速定制
01
通过增材制造技术，航空公司可以根据需要快速定制飞机零
部件，提高维修和更换效率。
轻量化设计
02
增材制造技术使得零部件可以更加轻量化设计，从而提高飞
机的燃油效率和性能。
复杂结构制造
03
增材制造技术可以制造出传统制造无法完成的复杂结构，从
增材制造产品性能预测技术 配套课件
金属增材产品性能表征
3.硬度测试
4.拉伸性能测试
5.金相观察
6.缺陷、断口及显微组织测试
7.静态力学性能 (国标GB/T 228.1-2010、GB/T 13239-2006、GB/T 24584-2009…)
8.疲劳性能
非金属增材产品性能表征
对于非金属增材制造产品而言，应尤其关注于其几何变形的考察。对于其性能参数而言，应考虑其力学性能参数，
用去离子水作为辅助液体，将装有水的烧杯放置于精密天平上并置零，利用细线将测试样品悬挂于水中
完全浸没不触碰烧杯底及烧杯壁，待精密天平示数稳定时，记录示数记为2 。此时实验样品的实际密度
可根据公式（2-1）计算得出，其中1 为水的密度， 为空气的密度，0 为试样实际密度。试样相对致
密度可由公式（2-2）计算得出，其中 K 为试样的相对致密度，理 为试样材料的理论密度。
等等。
概述
技术性能指标主要包含以下两方面：
1、技术参数，包括尺寸参数、运动参数与动力参数。
2、技术参数是其中的一部分，除此之外，还包括结构、工艺适应性、精度、使用可靠性和宜人性等方面。
对于尺寸参数而言，具有不同功能的产品，其涉及的尺寸参数也不尽相同。以汽车为例，汽车的主要尺寸参数
包括轴距、轮距、总长、总宽、前悬、后悬、接近角、最小离地间隙等。对于增材制造的产品而言，除了尺寸参
成产品（主体）的内在特征及其关系集合的量化描述，包括基本要素及其关系亦即结构方面的量化特征描述，主体
支撑条件或环境的描述，系统与外部接口特征的量化描述以及系统自身空间规模的描述等等。性能指标是产品（主
体）功能特质的量化描述，主要包括功能实现的程度，功能维持的持久度，以及功能适用的范围，功能的实现条件
增材制造技术基础课件第1章
SLS（选择性激光烧结）技术的起源
三、国内增材制造现状
• 我国增材制造行业的市场规模增速很快。如图所示，2013年国内增材制造产业规模仅 3.2亿美元，2018年规模达23.6亿美元，5年的复合增速达49.1%。预计2023年，我国 增材制造行业总收入将超过100亿美元。这种高1日，胡尔获得专利授权，也就是后来的立 体光固化技术——即利用紫外线催化光敏树脂，层层堆 叠然后成型。世界上最早的SLA类型3D打印打印机由此 诞生。
二、增材制造的起源
DLP（数字光学处理）技术的起源
• DLP技术是由美国德州仪器的拉里 ·霍恩贝克博士所研发成功 的。霍恩贝克博士于1987年将一种数字微镜器件（DMD） 研究成功，到了1993年这种以DMD为核心的光学系统才被 命名为DLP。最早的DMD芯片使用的是模拟技术驱动，反射 面是采用一种柔性材料，在当时被称为“变形镜器件 Deformable Mirror De-vice”。
谢谢学习
二、增材制造的起源
FDM（熔融沉积成型）技术的的起源
• 目前全球最大3D打印设备商是美国的Stratas ys ，其创始人斯科特 ·克伦普在为他女儿做一个玩具青蛙时， 学过机械工程、做过焊接工作的克伦普决定把聚乙烯、烛蜡混合物装进喷胶枪，一层一层堆叠做出青蛙形 状，Stratasys的3D打印技术FDM（熔融沉积成型）正是由此发展而来。而由此技术，也衍生出了如图所 示的早期FDM类型的3D打印机。
二、增材制造的起源
SLA（立体光固化）技术的起源
• 1983年，查尔斯 ·胡尔在紫外线设备生产商 UVP 公司 （Ultraviolet Products）担任副总裁，胡尔每天在公司 里拨弄着各种各样的紫外线灯，看着那些原本是液态的 树脂一碰到紫外线就凝固的过程。某一天他突然意识到， 如果能够让紫外线一层一层地扫在光敏聚合物的表面上， 使其变成固体，将这成百上千的薄层叠加在一起，他就 能够制造任何可以想象的三维物体了。
增材制造技术ppt课件
3D打印机，都是“分层制造，逐层叠加”。
3D打印的工艺
1.熔积成型 FDM(Fused Deposition Modeling)
石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝
2. 选择性激光烧结。SLS（Selective Laser Sintering）尼龙、腊、ABS、 金属和陶瓷粉末。
3.立体光固化成型法SLA(Stereo Lithography Appearance)液态光敏材
PBS塑料 树脂
高强钢 钴铬合金
木材
陶瓷 尼龙
铝 镍铝合金
细胞
不锈钢 玻璃 钛
青铜合金 黄金
纸 生物墨水
钛合金 ABS塑胶
钨
3D打印能制造的物品，常常令人惊叹！，但这些 打印件没有生产标准，没有质量检测，没有安全 认证，属于“三无”产品。大部分外观、质量、 性能都赶不上常规生产方法制造出的物品。
3D打印市场情况
但美国激光快速成型全都集中在小体积高价 值的零件，还包括表面修复，表面涂层。
1.激光一走，温度迅速下降，容易出缺陷，做不了 大零件。
2.由于力学性能差，激光成型再去热等静压，性能 不如锻件，激光成型再去锻造，还是不如锻件。
3.缺乏大型装备。
美国人没办法提出了“损伤容限”的概念。 在大尺寸复杂钛合金整体结构件在F18上做试验失败3 年后，Aeromet公司倒闭。
• Stratasys 公司 （占世界3D打印机销量的一半，2011 年为2万台）
• Objet公司（世界最大的商用3D打印机） • 3D systems 公司 • EOS 、 Arcam AB、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
3D打印的工艺
1.熔积成型 FDM(Fused Deposition Modeling)
石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝
2. 选择性激光烧结。SLS（Selective Laser Sintering）尼龙、腊、ABS、 金属和陶瓷粉末。
3.立体光固化成型法SLA(Stereo Lithography Appearance)液态光敏材
PBS塑料 树脂
高强钢 钴铬合金
木材
陶瓷 尼龙
铝 镍铝合金
细胞
不锈钢 玻璃 钛
青铜合金 黄金
纸 生物墨水
钛合金 ABS塑胶
钨
3D打印能制造的物品，常常令人惊叹！，但这些 打印件没有生产标准，没有质量检测，没有安全 认证，属于“三无”产品。大部分外观、质量、 性能都赶不上常规生产方法制造出的物品。
3D打印市场情况
但美国激光快速成型全都集中在小体积高价 值的零件，还包括表面修复，表面涂层。
1.激光一走，温度迅速下降，容易出缺陷，做不了 大零件。
2.由于力学性能差，激光成型再去热等静压，性能 不如锻件，激光成型再去锻造，还是不如锻件。
3.缺乏大型装备。
美国人没办法提出了“损伤容限”的概念。 在大尺寸复杂钛合金整体结构件在F18上做试验失败3 年后，Aeromet公司倒闭。
• Stratasys 公司 （占世界3D打印机销量的一半，2011 年为2万台）
• Objet公司（世界最大的商用3D打印机） • 3D systems 公司 • EOS 、 Arcam AB、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
3.1增材制造技术概述(精)PPT课件
.
22
应用案例
歼-15与歼-31飞机
.
23
结束
.
24
发展目标是实现增材层厚和增材单元尺寸减小10～100倍，从现有
的0.1mm级向0.01～0.001mm发展，制造精度达到微纳米级。
.
12
2．设备的再涂层技术
由于再涂层的工艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量， 因此，增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序之一。
目前，分层厚度向0.01mm发展，而如何控制更小的层厚及其稳定 性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。
.
6
例如：激光增材制造：通过计算机控制，以高功率或高亮度激光为热源， 用激光熔化金属合金粉末或丝材，并跟随激光有规则地在金属材料
上游走，逐层堆积直接“生长”，直接制造出任意复杂形状的零件， 其实质就是CAD软件驱动下的激光三维熔覆过程，其典型过程如图:
.
7
图 金属零件激光增材制造典型过程
.
8
电弧增材制造：
现阶段增材制造主要是制造单一材料的零件，如单一高分子材料 和单一金属材料，目前正在向单一陶瓷材料发展。随着零件性能 要求的提高，复合材料或梯度材料零件成为迫切需要发展的产品。
如：人工关节未来需要Ti合金和CoCrMo合金的复合，既要保证人 工关节具有良好的耐磨界面(CoCrMo合金保证)，又要与骨组织有 良好的生物相容界面(Ti合金)，这就需要制造的人工关节具有复 合材料结构。由于增材制造具有微量单元的堆积过程，每个堆积 单元可通过不断变化材料实现一个零件中不同材料的复合，实现 控形和控性的制造。
.
10
3.1.2 关键技术
增材制造技术的成熟度还远不能同传统的金属切削、铸造、锻造、焊 接、粉末冶金等制造技术相比，还有涉及到从科学基础、工程化应用 到产业化生产的质量，诸如激光成型专用合金体系、零件的组织与性 能控制、应力变形控制、缺陷的检测与控制、先进装备的研发等大量 研究工作。
增材制造技术ppt课件
+0.1mm)
材料利用率高
适宜制造形状复杂、精度高的
树材脂料零：件液态光敏材料
缺点： 材料昂贵 制造过程需要设计支撑 加工环境有气味
.
层叠实体制造法（LOM）
优点： 成形速度快 成型材料便宜 无相变、无热应力 形状和尺寸精度稳定
缺点： 成形后废料剥离费时 取材范围窄 层厚不可调整
材料：带有粘胶的纸材或箔材
增材制造技术
（3D打印）
机械A1312 陈超超
1302010202
.
增材制造的概念
增材制造是集CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术和激光 技术等于一体的综合技术、是实现从零件设计到三维实体快速制造的一体化系 统技术，采用软件离散-材料堆积原理实现零件的成型过程。
基本工艺原理
设计师
CAD造型 系统
详细见课 本P105
.
谢谢大家
.
缺点： 需要支撑材料 成型材料的限制大
成型材料：石蜡、金属、低熔点合金丝、塑料
.
增材制造的优势
可以制造复杂多样的产品 产品的多样化不增加生产成本 生产周期短（最大的优点） 零技能制造 节约材料 精确地实体复制
.
增材制造的应用领域
航空航天 汽车工业 医疗 工艺设备 产品原型 文物保护 建筑设计 工艺饰品
.
选区激光烧结法（SLS）
优点：
缺点：
材料的多样性 过程易操作 材料利用率高
原型制作易变形 后处理复杂 需要预热、冷却
无需支撑结构 模具的强度高
成型表面粗糙多孔 污染环境
材料：尼龙、蜡、金属和陶瓷粉末、ABS
.
熔丝沉积成形法（FDM）
优点： 工艺无需激光系统 设备组成简单 成本及运行费用低、易于推广
材料利用率高
适宜制造形状复杂、精度高的
树材脂料零：件液态光敏材料
缺点： 材料昂贵 制造过程需要设计支撑 加工环境有气味
.
层叠实体制造法（LOM）
优点： 成形速度快 成型材料便宜 无相变、无热应力 形状和尺寸精度稳定
缺点： 成形后废料剥离费时 取材范围窄 层厚不可调整
材料：带有粘胶的纸材或箔材
增材制造技术
（3D打印）
机械A1312 陈超超
1302010202
.
增材制造的概念
增材制造是集CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术和激光 技术等于一体的综合技术、是实现从零件设计到三维实体快速制造的一体化系 统技术，采用软件离散-材料堆积原理实现零件的成型过程。
基本工艺原理
设计师
CAD造型 系统
详细见课 本P105
.
谢谢大家
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缺点： 需要支撑材料 成型材料的限制大
成型材料：石蜡、金属、低熔点合金丝、塑料
.
增材制造的优势
可以制造复杂多样的产品 产品的多样化不增加生产成本 生产周期短（最大的优点） 零技能制造 节约材料 精确地实体复制
.
增材制造的应用领域
航空航天 汽车工业 医疗 工艺设备 产品原型 文物保护 建筑设计 工艺饰品
.
选区激光烧结法（SLS）
优点：
缺点：
材料的多样性 过程易操作 材料利用率高
原型制作易变形 后处理复杂 需要预热、冷却
无需支撑结构 模具的强度高
成型表面粗糙多孔 污染环境
材料：尼龙、蜡、金属和陶瓷粉末、ABS
.
熔丝沉积成形法（FDM）
优点： 工艺无需激光系统 设备组成简单 成本及运行费用低、易于推广
增材制造技术ppt课件
• Stratasys 公司 （占世界3D打印机销量的一半，2011 年为2万台）
• Objet公司（世界最大的商用3D打印机） • 3D systems 公司 • EOS 、 Arcam AB、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
增材制造（3D打印）
Additive Manufacturing（3-D printing）
钢铁研究总院 科技运营部 2013.4
背景:3D打印成为关注热点
• 奥巴马宣布美国“制造创新国家网络”计 划，成立15个制造创新中心组成网络，每 年投资10亿美元。经过5个多月的论证最 后选了“增材制造”作为第一个中心的研 究方向。
精密伺服驱动技术 伺服电机根据指令要精确控制打印头
的移动位置和平台移动，使每个时刻都在 精确的位置打印。精度要达到0.1mm。甚 至20um.
新材料技术 打印材料的研发目前还在初级阶段。
商用级3D打印机
• 打印材料：树脂、金属、石 膏、尼龙、玻璃等。
• 特点：结构复杂、精度高、 物品表面质量好、基本不考 虑力学性能。
2.设备贵。热锻用的3万吨水压机投资25亿。
3.材料浪费多，材料利用率5%-50%。 飞机零部件非常昂贵，这是飞机尤其是军用飞机贵的 原因。
金属材料增材制造的瓶颈
1.成本太高,而且不具备规模经济的优势。 2.材料研发滞后。 3.功率源开发滞后。 4.各种金属材料最佳烧结参数。 5.凝固组织、内部缺陷质量控制，及其无损检 验关键技术。 6.晶粒尺寸、晶粒形态和晶体取向的控制。 7.后续的热处理工艺。
• Objet公司（世界最大的商用3D打印机） • 3D systems 公司 • EOS 、 Arcam AB、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
增材制造（3D打印）
Additive Manufacturing（3-D printing）
钢铁研究总院 科技运营部 2013.4
背景:3D打印成为关注热点
• 奥巴马宣布美国“制造创新国家网络”计 划，成立15个制造创新中心组成网络，每 年投资10亿美元。经过5个多月的论证最 后选了“增材制造”作为第一个中心的研 究方向。
精密伺服驱动技术 伺服电机根据指令要精确控制打印头
的移动位置和平台移动，使每个时刻都在 精确的位置打印。精度要达到0.1mm。甚 至20um.
新材料技术 打印材料的研发目前还在初级阶段。
商用级3D打印机
• 打印材料：树脂、金属、石 膏、尼龙、玻璃等。
• 特点：结构复杂、精度高、 物品表面质量好、基本不考 虑力学性能。
2.设备贵。热锻用的3万吨水压机投资25亿。
3.材料浪费多，材料利用率5%-50%。 飞机零部件非常昂贵，这是飞机尤其是军用飞机贵的 原因。
金属材料增材制造的瓶颈
1.成本太高,而且不具备规模经济的优势。 2.材料研发滞后。 3.功率源开发滞后。 4.各种金属材料最佳烧结参数。 5.凝固组织、内部缺陷质量控制，及其无损检 验关键技术。 6.晶粒尺寸、晶粒形态和晶体取向的控制。 7.后续的热处理工艺。
《增材制造》课件—01增材制造的发展历程
第一章 增材制造的发展历程
1 增材制造的定义及特点 2 增材制造与减材制造的区别 3 增材制造的发展 4 增材制造的机遇与挑战
❖1.2 增材制造与减材制造的区别
❖ 按制造过程的形式分类可将制造过程分为增材制造、减材制造、等材制 造（合成制造）三种，图1-2所示为三种基本制造工艺。
❖ 增材制造工艺是通过不断增加材料来获得最终形状，增材制造过程的最 终产品与最初的原材料的质量相当，有时因为熔融凝固过程的化学反应 甚至会导致质量增加。
❖ 减材制造工艺是将多余材料去除以得到最终形状，如毛坯通过车刀进行 车削，得到与图样要求相符的合理工件。
❖ 等材制造工艺是将材料进行机械挤压或者形状约束以获得实际要求的形 状，在加工过程中，并未减少或增加材料用量。
a）减材制造 b）增材制造 c）等材制造（合成制造） 图1-2 三种基本制造工艺
❖ 常见的减材制造：大部分形式的机械加工、计算机数控加工（CNC） 、其他传统加工（如铣削、磨削、钻孔、刨削、锯、电火花、激光切割 等）。
❖ 常见的增材制造：光固化立体成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS ）、熔融沉积技术（FDM）、电子束熔融（EBM）等。
❖ 等材制造（合成制造）：有折弯、冲压成型、电磁成型、注塑成型、 钣金板材弯面及塑造熔融液体固化成型等。
❖ 增材制造技术可以快速实现一些设计概念，将设计模型真实化，得到 有形、可见的三维固体样品，称这种应用为快速成型技术。生产单件或 小批量样品的本质是在非常短的时间内，不使用工具、夹具、模具和辅 助材料来实现设计的实体化。快速原型技术主要用于新产品的快速开发
❖ （4）装配需要
❖ AM技术能够直接生产几何形状，如果按常规生产，则需要组装多个 部件。此外，可以使用AM生产具有集成机制的“单件组件”产品。
增材制造简介精品PPT课件
三是高效制造技术。增材制造在向大尺寸构件制造技术发展，例如金属激光直接制造 飞机上的钛合金框睴结构件，框睴结构件长度可达6m，制作时间过长，如何实现多激光束 同步制造，提高制造效率，保证同步增材组织之间的一致性和制造结合区域质量是发展的 难点。
此外，为提高效率，增材制造与传统切削制造结合，发展材料累加制造与材料去除制 造复合制造技术方法也是发展的方向和关键技术。
增材制造的原理与方法
工艺方法的大变革
△M＜0（减材）材料去除（车、铣、刨、磨） △M =0（等材）材料成型（锻、铸、焊、塑） △M＞0（增材）材料累加（3D打印、快速成型、快速制造、复材铺层工艺） 信息化制造的代表 全数字化制造 全柔性制造：任意形状和内部结构 控形柔性：材料与外形一体化 高度自动化、智能化、网络化 技术名称的变化
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
二是设备的再涂层技术。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序，再涂层的工 艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展，控制更小的层 厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。
优点： 1.成型过程自动化程度
高。 2.尺寸精度高。SLA原型
的尺寸精度可以达到±0.1mm。 3.表面质量优良。 4.系统分辨率较高，可
以制作结构比较复杂的模型 或零件。
缺点： 1.零件较易弯曲和变形，
需要支撑。 2.设备运转及维护成本
较高。 3.可使用的材料种类较
少。 4.液态树脂具有气味和
毒性，并且需要避光保护。 5.液态树脂固化后的零
此外，为提高效率，增材制造与传统切削制造结合，发展材料累加制造与材料去除制 造复合制造技术方法也是发展的方向和关键技术。
增材制造的原理与方法
工艺方法的大变革
△M＜0（减材）材料去除（车、铣、刨、磨） △M =0（等材）材料成型（锻、铸、焊、塑） △M＞0（增材）材料累加（3D打印、快速成型、快速制造、复材铺层工艺） 信息化制造的代表 全数字化制造 全柔性制造：任意形状和内部结构 控形柔性：材料与外形一体化 高度自动化、智能化、网络化 技术名称的变化
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
二是设备的再涂层技术。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序，再涂层的工 艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展，控制更小的层 厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。
优点： 1.成型过程自动化程度
高。 2.尺寸精度高。SLA原型
的尺寸精度可以达到±0.1mm。 3.表面质量优良。 4.系统分辨率较高，可
以制作结构比较复杂的模型 或零件。
缺点： 1.零件较易弯曲和变形，
需要支撑。 2.设备运转及维护成本
较高。 3.可使用的材料种类较
少。 4.液态树脂具有气味和
毒性，并且需要避光保护。 5.液态树脂固化后的零
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? 分层厚度：0.1mm-0.5mm ? 市场范围：市场80%的3D打
印机属于民用消费级。 ? 售价：3000-20000RMB ? 消费人群：设计爱好者、小
企业、学校
民用消费级采用的工艺主要为熔积成型FDM。
现代CAD/CAM 技术
CAD技术设计要打印的 各种物品的3D数字模 型。
计算机数控技术软件或系统 把3D数字模型切片。并根据每片的形状， 分解成一条条的打印指令传给伺服电机和 喷头，并保证各个伺服电机精确确配合。
2万台） ? Objet公司（世界最大的商用3D打印机） ? 3D systems 公司 ? EOS 、 Arcam AB 、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
? 分层厚度：0.1mm-0.5mm ? 市场范围：市场20%的3D打
印机属于商用级。
? 售价：100万-400万 RMB
? 消费人群：大中型生产制造 企业研发设计部门
打印出来的物品，一般不出售，只作外观设计、 模型研发用，缩短研发周期。
生物工程级3D打印机
? 打印材料：钛合金、特殊与活 体能相容的材料。
? 经济学人 “第三次工业革命”。南方周 末 “野蛮神器”要革制造业的命。
? 工信部副部长苏波表示将推动3D打印产业 化；科技部表示在制定3D打印的战略规划。
3D打印概念
? “增材制造” =“3D打印”=“快速原
型制造技术”
? 根据零件的形状，每次制做一个具有 一定微小厚度 和特定形状 的截面，然 后再把它们逐层粘结起来，就得到了 所需制造的立体的零件。
但美国激光快速成型全都集中在 小体积高价 值的零件，还包括表面修复，表面涂层。
1.激光一走， 温度迅速下降 ，容易出缺陷 ，做不了 大零件。
2.由于力学性能差 ，激光成型再去热等静压，性能 不如锻件，激光成型再去锻造，还是不如锻件。
3. 缺乏大型装备。
美国人没办法提出了“损伤容限”的概念。 在大尺寸复杂钛合金整体结构件在 F18上做试验失败 3 年后，Aeromet 公司倒闭。
增材制造（3D打印）
Additive Manufacturing（3-D printing）
钢铁研究总院 科技运营部 2013.4
背景:3D打印成为关注热点
? 奥巴马宣布美国“制造创新国家网络”计 划，成立15个制造创新中心组成网络，每 年投资10亿美元。经过5个多月的论证最 后选了“增材制造”作为第一个中心的研 究方向。
国内增材制造的研究机构
编 号
单位
代表 人物
1 北航 王华明
专业
铸造 材料
工艺
激光 熔融
产品 航空部件
国家认可
国家技术发 明奖一等奖
2
华中 科大
史玉升
3
西北 工大
黄卫东
4 清华 颜永年
材料 铸造 机械
激光 烧结
激光 熔融 容积 成型
航空部件、 汽车部件、 骨骼、牙齿
3D打印机的优势
1.制造复杂物品。（目前已显现） 2.产品多样化不增加成本。 3.生产周期短。（最大的优点） 4.零技能制造。 5.不占空间、便携制造。（战场、灾区） 6.节省材料 。 7.精确的实体复制。（ 3D照相馆）
民用消费级3D打印机
? 打印材料：塑料丝、少量金 属丝
? 特点：结构简单、精度低、 物品表面粗糙、不考虑力学 性能。
? 市场范围：打印机的用量很少。 ? 主要产品：人体植入物、假肢、
假牙、骨骼等。在欧美已经有 很广泛的应用。
? 消费人群：医疗保健企业和医 院。
? 特点：一对一满足有需求的人。
3D打印生产的假肢在欧美已经有30000人 以上在应用。
工业级3D打印机
涡轮引擎部件 钛合金
3D打印不是泡沫也非“神器”
PBS塑料 树脂 高强钢
钴铬合金 木材
陶瓷 尼龙 铝 镍铝合金 细胞
不锈钢 玻璃 钛 青铜合金 黄金
纸 生物墨水
钛合金 ABS塑胶
钨
3D打印能制造的物品，常常令人惊叹！，但这些 打印件没有生产标准，没有质量检测，没有安全 认证，属于“三无”产品。大部分外观、质量、 性能都赶不上常规生产方法制造出的物品。
3D打印市场情况
2011年全球3D打印产业产值为17亿美元， 国内为3亿人民币。年增长率25%。
目前3D打印产品的主要应用领域
1.快速模具制造（汽车） 2.高端零部件（航空零部件） 3.产品设计（电子消费品等，苹果手机） 4.医疗保健（牙科、假肢、骨骼）
这些应用集中在不计成本的设计行业、尖端制造、 以及一对一的个性化服务方面。
3D打印机，都是“分层制造，逐层叠加”。
3D打印的工艺
1.熔积成型 FDM(Fused Deposition Modeling)
石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝
2. 选择性激光烧结 。SLS（Selective Laser Sintering ）尼龙、腊、 ABS、金 属和陶瓷粉末。
3.立体光固化成型法SLA(Stereo Lithography Appearance) 液态光敏材料
精密伺服驱动技术 伺服电机根据指令要精确控制打印头 的移动位置和平台移动，使每个时刻都在 精确的位置打印。精度要达到0.1mm 。甚 至20um.
新材料技术 打印材料的研发目前还在初级阶段。
商用级3D打印机
? 打印材料：树脂、金属、石 膏、尼龙、玻璃等。
? 特点：结构复杂、精度高、 物品表面质量好、基本不考 虑力学性能。
金属零部件增材制造
Since 1985
国外金属材料增材制造的主要研究机构
? 美国Los Alamos ? 美国 Sandia ? AeroMet ? GE、罗罗(英国)、IBM 、波音、洛马、诺格 ? 西屋核电
------------------------------------------------------------------------------? Stratasys 公司 （占世界3D打印机销量的一半，2011年为
印机属于民用消费级。 ? 售价：3000-20000RMB ? 消费人群：设计爱好者、小
企业、学校
民用消费级采用的工艺主要为熔积成型FDM。
现代CAD/CAM 技术
CAD技术设计要打印的 各种物品的3D数字模 型。
计算机数控技术软件或系统 把3D数字模型切片。并根据每片的形状， 分解成一条条的打印指令传给伺服电机和 喷头，并保证各个伺服电机精确确配合。
2万台） ? Objet公司（世界最大的商用3D打印机） ? 3D systems 公司 ? EOS 、 Arcam AB 、 GmbH
美国国防部资助了一系列的计划。
这些研究机构做出了大量的飞机零部件。例 如：Sandia实验室做航空发动机叶片；泵壳体尺 寸300mm左右，Los alamos 作出高温合金管。 Aeromet利用激光快速成型技术制造的多个钛合 金关键大型承力结构件；如尺寸达到2.5m、重达 130kg的大型整体筋板加强钛合金发动机框、机 翼拼接接头等已经在F22及F-18E/F上得到批量应 用。
? 分层厚度：0.1mm-0.5mm ? 市场范围：市场20%的3D打
印机属于商用级。
? 售价：100万-400万 RMB
? 消费人群：大中型生产制造 企业研发设计部门
打印出来的物品，一般不出售，只作外观设计、 模型研发用，缩短研发周期。
生物工程级3D打印机
? 打印材料：钛合金、特殊与活 体能相容的材料。
? 经济学人 “第三次工业革命”。南方周 末 “野蛮神器”要革制造业的命。
? 工信部副部长苏波表示将推动3D打印产业 化；科技部表示在制定3D打印的战略规划。
3D打印概念
? “增材制造” =“3D打印”=“快速原
型制造技术”
? 根据零件的形状，每次制做一个具有 一定微小厚度 和特定形状 的截面，然 后再把它们逐层粘结起来，就得到了 所需制造的立体的零件。
但美国激光快速成型全都集中在 小体积高价 值的零件，还包括表面修复，表面涂层。
1.激光一走， 温度迅速下降 ，容易出缺陷 ，做不了 大零件。
2.由于力学性能差 ，激光成型再去热等静压，性能 不如锻件，激光成型再去锻造，还是不如锻件。
3. 缺乏大型装备。
美国人没办法提出了“损伤容限”的概念。 在大尺寸复杂钛合金整体结构件在 F18上做试验失败 3 年后，Aeromet 公司倒闭。
增材制造（3D打印）
Additive Manufacturing（3-D printing）
钢铁研究总院 科技运营部 2013.4
背景:3D打印成为关注热点
? 奥巴马宣布美国“制造创新国家网络”计 划，成立15个制造创新中心组成网络，每 年投资10亿美元。经过5个多月的论证最 后选了“增材制造”作为第一个中心的研 究方向。
国内增材制造的研究机构
编 号
单位
代表 人物
1 北航 王华明
专业
铸造 材料
工艺
激光 熔融
产品 航空部件
国家认可
国家技术发 明奖一等奖
2
华中 科大
史玉升
3
西北 工大
黄卫东
4 清华 颜永年
材料 铸造 机械
激光 烧结
激光 熔融 容积 成型
航空部件、 汽车部件、 骨骼、牙齿
3D打印机的优势
1.制造复杂物品。（目前已显现） 2.产品多样化不增加成本。 3.生产周期短。（最大的优点） 4.零技能制造。 5.不占空间、便携制造。（战场、灾区） 6.节省材料 。 7.精确的实体复制。（ 3D照相馆）
民用消费级3D打印机
? 打印材料：塑料丝、少量金 属丝
? 特点：结构简单、精度低、 物品表面粗糙、不考虑力学 性能。
? 市场范围：打印机的用量很少。 ? 主要产品：人体植入物、假肢、
假牙、骨骼等。在欧美已经有 很广泛的应用。
? 消费人群：医疗保健企业和医 院。
? 特点：一对一满足有需求的人。
3D打印生产的假肢在欧美已经有30000人 以上在应用。
工业级3D打印机
涡轮引擎部件 钛合金
3D打印不是泡沫也非“神器”
PBS塑料 树脂 高强钢
钴铬合金 木材
陶瓷 尼龙 铝 镍铝合金 细胞
不锈钢 玻璃 钛 青铜合金 黄金
纸 生物墨水
钛合金 ABS塑胶
钨
3D打印能制造的物品，常常令人惊叹！，但这些 打印件没有生产标准，没有质量检测，没有安全 认证，属于“三无”产品。大部分外观、质量、 性能都赶不上常规生产方法制造出的物品。
3D打印市场情况
2011年全球3D打印产业产值为17亿美元， 国内为3亿人民币。年增长率25%。
目前3D打印产品的主要应用领域
1.快速模具制造（汽车） 2.高端零部件（航空零部件） 3.产品设计（电子消费品等，苹果手机） 4.医疗保健（牙科、假肢、骨骼）
这些应用集中在不计成本的设计行业、尖端制造、 以及一对一的个性化服务方面。
3D打印机，都是“分层制造，逐层叠加”。
3D打印的工艺
1.熔积成型 FDM(Fused Deposition Modeling)
石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝
2. 选择性激光烧结 。SLS（Selective Laser Sintering ）尼龙、腊、 ABS、金 属和陶瓷粉末。
3.立体光固化成型法SLA(Stereo Lithography Appearance) 液态光敏材料
精密伺服驱动技术 伺服电机根据指令要精确控制打印头 的移动位置和平台移动，使每个时刻都在 精确的位置打印。精度要达到0.1mm 。甚 至20um.
新材料技术 打印材料的研发目前还在初级阶段。
商用级3D打印机
? 打印材料：树脂、金属、石 膏、尼龙、玻璃等。
? 特点：结构复杂、精度高、 物品表面质量好、基本不考 虑力学性能。
金属零部件增材制造
Since 1985
国外金属材料增材制造的主要研究机构
? 美国Los Alamos ? 美国 Sandia ? AeroMet ? GE、罗罗(英国)、IBM 、波音、洛马、诺格 ? 西屋核电
------------------------------------------------------------------------------? Stratasys 公司 （占世界3D打印机销量的一半，2011年为