增材制造技术的工艺介绍

2021-06-0614:30:08增材制造技术的工艺介绍已关闭评论

什么是增材制造?

增材制造,也称为 3D 打印,通过使用层层叠加材料的技术进行创建,直到您的产品完成。这种材料可以是任何塑料、金属、混凝土,有一天,甚至可能是人体组织。

增材制造技术的工艺介绍

在过去,如果我们想做点什么,我们必须从我们的材料开始,然后拿走我们不需要的一切。我们都听过米开朗基罗的名言:“我在大理石中看到了天使,我一直在雕刻,直到我让他自由。”

这是减材制造的基础。米开朗基罗从一块大理石开始,设想他想要什么,然后雕刻掉多余的大理石,直到他得到成品。

增材制造恰恰相反。您从一无所有开始,然后添加您需要的内容。

制造业已经走过了漫长的道路。就在几年前,在家里制造东西的想法还是闻所未闻的。如果你想要什么,你就必须买。或者,您必须与一家公司合作才能为您生产。

现在,您可以购买一台可以安装在家里的机器,并且有了您的计算机,您几乎可以生产任何您梦寐以求的东西。您唯一的限制是您的想象力和计算机上的软件。过去要花费公司数百甚至数千美元才能完成的工作,现在只需在您的起居室中花费一小部分价格即可完成。那么发生了什么变化?是什么让我们现在可以在客厅里创造以前没有的东西?本文将探讨这些问题以及更多问题。

要进行 3D 打印,您需要一台计算机、3D 打印软件(也称为计算机辅助设计或 CAD 软件)、一台 3D 打印机以及您选择用于项目的材料。一旦您使用 CAD 软件绘制了设计草图,您的机器就会读取草图,然后将材料一层一层地放置,直到将您的草图变成 3D 对象。

虽然 3D 打印是增材制造最常见的形式,但它还包含快速原型制作、直接数字制造、分层制造和增材制造等技术。增材制造的潜在用途是无穷无尽的。它最初是为公司制作原型的一种方式。他们可以在创纪录的时间内思考产品、绘制草图并拿到样品。

它最终可能会彻底改变医疗保健等行业,从而能够创造出真正的人体组织。这点考虑一下吧。我们或许能够生产人体组织。想想即将改变的生活。想想这将在多大程度上改善数百万人的生活质量。

这将不仅仅是原型设计。这是改变生活的技术。

增材制造工艺

增材制造中使用了几种不同的工艺。

材料挤压

材料挤压是最著名的工艺。这就是大多数 3D 打印机的工作方式。通过材料挤出,您的材料进入一个线轴,该线轴通过安装在可移动臂上的加热喷嘴被拉动。喷嘴水平移动,而喷嘴垂直移动,一层一层地沉积熔化的材料。机器中的精确温度可确保适当的附着力。

直接能量沉积

直接能量沉积与材料挤出非常相似,但它允许使用更多材料。塑料常见于材料挤出。通过直接能量沉积,您可以使用聚合物、陶瓷和金属。激光或电子束枪用于逐层熔化您的材料。

材料喷射

材料喷射使用与喷墨打印机非常相似的打印头。头部在 x、y 和 z 轴上移动以创建 3D 对象。这些层会在冷却时变硬,或者它们可以通过紫外线固化。

粘合剂喷射

粘合剂喷射与材料喷射极为相似,不同之处在于粘合剂喷射是打印头放置使用液体粘合剂的粉末。

增材制造的优势

首先,增材制造使人们和公司能够创造更轻、更复杂的设计,而这些设计使用传统方法难以生产。

增材制造非常适合快速原型制作。由于整个过程是数字化的,因此无需使用传统方法必须执行的几个步骤。它让公司可以在运行中制作原型,而不是为原型等待数天或数周。

无论您使用增材制造的原因是什么,您的交货时间通常都会显着缩短。例如,某些喷气发动机零件的交货时间已减少了一整年。这对航空航天业来说是巨大的。

传统上需要几个不同的部件和几个不同的中间体的设计,现在可以通过增材制造一次性完成。这里的交货时间和成本节约是显而易见的。

在提高强度的同时减轻物体的重量一直是工程师的目标。通过增材制造,这是可能的。在某些情况下,增材制造产品的重量比原来的同类产品轻 84%,但同样坚固。

增加了 复杂性

增材制造使工程师能够构建比以往任何时候都更复杂的结构。过去需要组装或焊接多个部件的物体现在可以通过增材制造工艺一次性完成。传统机械的能力不再限制设计师和工程师。

节约时间

整个过程节省了大量时间。您可以直接从 CAD 文件到您的机器,无需任何中间商或特殊机器。您甚至可以在此过程中进行更改,而无需等待发送更改并等待它们获得批准。

节约材料

通过增材制造,您不再需要从一大块材料开始,然后再丢弃不需要的材料。这会产生大量浪费的材料。通过增材制造,您可以从材料开始,逐层添加,直到设计完成——不会浪费材料。

 

世界最大的增材制造公司

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GE 是世界上最大的制造业,很快就会成为世界上最大的增材制造公司。他们的航空部门正准备使用增材制造为飞机发动机生产燃料喷嘴,而不是像以前那样铸造和焊接材料。

这有可能改变 GE 设计和制造从超声波机器中的零件到燃气轮机的所有产品的方式。

该公司已经在某些利基行业(如医疗植入物)中使用该工艺,但使用它来生产将用于数千个喷气发动机的金属合金部件是真正具有革命性的。

个人和小型企业使用的3D打印最近得到了很多宣传,但当跨国公司像GE一样采用它时,该技术将产生最显着的影响。

出于上述显而易见的原因,GE 选择对其燃料喷嘴使用添加剂工艺。它使用更少的材料,为公司节省了时间和金钱。

由于 GE 使用的材料比用于原始燃油喷嘴的材料更轻,因此也将为航空公司节省大量燃油。

它不仅会更轻,而且不是使用传统方法由 20 多个零件组成,而是使用增材制造技术制成一个统一的零件。

 

增材制造的未来前景

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增材制造显然不仅仅是您家中的 3D 打印玩具。它正在彻底改变事物的设计和制造方式,节省资源、时间和金钱。它已经对多个行业产生了影响。

教育

3D 打印机可以成为课堂上的有效学习工具。学习物理、化学和工程等学科的学生将能够使用打印机培养实际技能。

地理学生可以使用 3D 打印的地形图了解更多信息。生物学学生可以打印不同身体部位和器官的横截面。

工程和平面设计专业的学生是这项技术最明显的受益者,因为他们可以在创纪录的时间内将自己的想法变为现实。

卫生保健

这是受益于增材制造的最令人兴奋的行业。我们还不能打印功能性器官,但医疗保健行业的革命已经在进行中。

3D 打印将使医生能够获得时间并提高工作的精确度,帮助他们更好地为患者服务。

在牙科领域,牙医已经在使用 3D 打印为患者定制植入物。

甚至还有一种 3D 打印药物用于治疗癫痫。

防御

这里的潜力是巨大的,仅在于节省成本。美国海军已经计划将其船只变成装满 3D 打印机的“浮动工厂”。这里的目标是能够在船上制造某些零件和供应品,因此它们对潜在危险和不可预测的海上补给的依赖程度降低。

我们是革命的见证人

我们只是达到了增材制造所能做到的冰山一角。使用我们的电脑和 3D 打印机在家里创造东西的想法很有趣,但这项技术注定会改变世界。

航空航天、健康、汽车和教育只是变革时机成熟的几个行业。环境也将受益,因为我们减少了废物的产生,并淘汰了污染大气的技术。

在您知道之前,我们会想知道我们是如何在增材制造兴起之前幸存下来的。

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