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（完整版）增材制造技术较传统工艺的优势与关键技术

增材制造技术较传统工艺的优势与关键技术

一、增材制造技术的简介

增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累

加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除一切削加工技

术，是一种“自下而上”的制造方法。这一技术不需要传统的刀具、

夹具及多道加工工序，在一台设备上可快速而精密地制造出任意复杂

形状的零件，从而实现“自由制造”，解决许多过去难以制造的复杂

结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且越

是复杂结构的产品，其制造的速度作用越显著。

增材制造原理与不同的材料和工艺结合形成了许多增材制造设备，

目前已有的设备种类达到20多种。该技术一出现就取得了快速发展，

在消费电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息、艺术设

计等多个领域都得到了广泛的应用。其特点是单件或小批量的快速制

造，这一技术特点决定了快速成形在产品创新中具有显著的作用。

二、增材制造技术的优势

2.1设计上的自由度——在机加工、铸造或模塑生产当中，复杂设

计的代价高昂，其每项细节都必须通过使用额外的刀具或其它步骤进

行制造。相比而言，在增材制造当中，部件的复杂度极少需要或根本

无需额外考虑。增材制造可以构建出其它制造工艺所不能实现或无法

想像的形状，可以从纯粹考虑功能性的方面来设计部件，而无需考虑

与制造相关的限制。

2.2小批量生产的经济性——增材制造过程无需生产或装配硬模具，

且装夹过程用时较短，因此它不存在那些需要通过大批量生产才能抵

消的典型的生产成本。增材工艺允许采用非常低的生产批量，包括单

件生产，就能达到经济合理的打印生产目的。

2.3高材料效率——增材制造部件，特别是金属部件，仍然需要进

行机加工。增材制造工序经常不能达到关键性部件所要求的最终细节、

尺寸和表面光洁度的要求。但是所有近净成形工艺当中，增材制造是

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净成形水平最高的工艺，其后续机加工所必须切削掉的材料数量是很

微量的。

2.4生产可预测性好——增材制造的构建时间经常可以根据部件设

计方案直接

预测出来，这意味着生产用时可以预测得很精确。随着增材制造

业的拓展，制造商对于自己的制造时间表编制将拥有严密得多的控制

力。

2.5减少装配——对于许多技术成熟的产品来说，这是一项由增材

生产工艺所引进的根本性变革的要素。通过增材制造所构建的复杂形

状可以一体成形，取代那些目前还需采用众多部件装配而成的产品。

这意味着增材工艺所带来的节省效果包括了省去了之前需投入到装配

工序的工作量、需涉及的坚固件、钎焊或焊接工序，还有单纯为了装

配操作而添加的多余表面形状和材料。

三、关键技术

增材制造有广阔的发展前景，但也存在巨大的挑战。目前最大的

难题是材料的物理与化学性能制约了其实现技术。如：在成形材料上，

目前主要是有机高分子材料和金属材料。金属材料直接成形是近十多

年的研究热点，正逐渐向工业应用，难点在于如何提高精度。新的研

究方向是用增材制造技术直接把软组织材料（生物基质材料和细胞）

堆积起来，形成类生命体，经过体外培养和体内培养去制造复杂组织

器官。关键技术的研发将有力地推动增材技术的发展。

3.1精度控制技术

增材制造的精度取决于材料增加的层厚和增材单元的尺寸和精度

控制。增