制造业的新方向之增材制造

　　什么是增材制造

　　一般通俗地称增材制造为3D打印，而事实上3D打印只是增材制造工艺的一种，它不是准确的技术名称。增材制造指通过离散-堆积使材料逐点逐层累积叠加形成三维实体的技术。根据它的特点又称增材制造，快速成形，任意成型等。

　　增材制造的优势

　　增材制造通过降低模具成本，减少材料，减少装配，减少研发周期等优势来降低企业制造成本，提高生产效益。具体优势如下：

　　与传统的大规模生产方式相比，小批量定制产品在经济上具有吸引力;
　　直接从3D CAD模型生产意味着不需要工具和模具，没有转换成本;
　　以数字文件的形式进行设计方便共享，方便组件和产品的修改和定制;
　　该工艺的可加性使材料得以节约，同时还能重复利用未在制造过程中使用的废料(如粉末、树脂)(金属粉末的可回收性估计在95-98%之间);
　　新颖、复杂的结构，如自由形式的封闭结构和通道，是可以实现的，使得最终部件的孔隙率非常低;
　　订货减少了库存风险，没有未售出的成品，同时也改善了收入流，因为货物是在生产前支付的;
　　分销允许本地消费者/客户和生产者之间的直接交互。

　　增材制造技术盘点

　　1.光聚合成型技术增材制造

　　SLA：Stereolithography(立体印刷术)是最早实用化的快速成形技术。具体原理是选择性地用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料(例如液态光敏树脂)表面，使之发生聚合反应，再由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。

　　2.以烧结和熔化为基本原理

　　SLS：Selective Laser Sintering,(选择性激光烧结) 工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平;用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面;材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接;当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛。

　　3.以粉末-粘合剂为基本原理

　　3DP：三维打印技术(Three Dimensional Printing)和平面打印非常相似，连打印头都是直接用平面打印机的。和SLS类似，这个技术的原料也是粉末状的。与SLS不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来，而是通过喷头用粘接剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

　　4.FDM：熔融沉积造型

　　FDM(Fused Deposition Modeling)工艺熔融沉积制造(FDM)工艺具体原理是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型。FMD是一种成本较低的增材制造方式，所用材料比较廉价，不会产生毒气和化学污染的危险。但是FDM打印成形后表面粗糙，需后续抛光处理。最高精度只能为0.1mm。由于喷头做机械运动，速度缓慢，而且同样需要支撑台。很多人认为FMD价格低廉，因此在工业应用不高，并且相对初级，但是随着技术的不断提高，现在FDM技术同样能够制造金属零件。

　　5.气溶胶打印技术

　　(Aerosolprinting)这个技术主要用在精密仪器、电路板的打印上。UV固化介质从10-100μm气溶胶喷射系统分配并且瞬间完成。之后，一个金属纳米粒子油墨以精确的方式被分配/烧结在最近固化的材料，然后重复一遍又一遍，直到结构形成。该过程具有快速材料凝固的特点，它依赖于本地沉积和局部固化，并且据说可以在空间中达到最高的变形。

　　6.细胞3D打印

　　(cellbioprinting)是快速成型技术和生物制造技术的有机结合，可以解决传统组织工程难以解决的问题。在生物医学的基础和应用研究中有着广阔的发展前景。主要以细胞为原材料，复制一些简单的生命体组织，例如皮肤、肌肉以及血管等，甚至在未来可以制造人体组织如肾脏、肝脏甚至心脏，用于进行器官移植。