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因3D打印机兴起而备受关注的增材制造技术

2014-05-20 14:23
魏丁小陆
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  佛像等艺术性立体造形物大致分为“塑像”和“雕像”。塑像用粘土等材料制成,雕像则用石材、木材或金属材切削制造。换言之,塑像在制作时材料要不断添加,而雕像则要不断减少。造型技术也可以大致分为这两种。

  现代工业产品在少量生产复杂形状的部件时,大多会使用切削加工机等设备制造。但近年来,随着3D打印机的出现,象塑像那样堆叠硬质材料来制造产品成为可能。增材制造(Additive Manufacturing)是指象塑像一样边添加材料边制作的造型方法,或者采用这种方法的加工技术。

  塑像一般使用粘土,而3D打印机可以使用树脂或金属材料。最近,可利用铝合金或钛合金造形的装置也开发出来。其目标是使造形物可以直接成为产品。

  七种增材制造技术

  1980年代开发出了像3D打印机那样能够层叠很薄水平层来造形的装置。采用的造型技术是使用以紫外线固化的液状树脂,用紫外线在其液面上描绘出截面形状来制作各层。1990年前后,利用激光使树脂粉末局部熔融并固化的选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)技术,以及在热可塑性树脂加热变软的状态下边挤出边造型的熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)技术也开发出来了。

  早期的造型装置的主要目的是,使计算机内以数据形式定义的立体形状快速变成实体,造型物的强度及物性都是次要的。这些装置在工业产品领域的用途也仅限于用来试制,确认形状(Prototype),这些技术和装置被称为“快速成型(Rapid Prototyping,RP)”。但是,随着近些年装置的不断进步,造型对象也不再仅限于试制品。于是,2009年民间非盈利性国际标准化规格制定机构——材料试验国际协会(ASTM International)决定将RP装置的造型技术称为增材制造。

  目前材料试验国际协会对增材制造技术的分类共有七种。分别为向粉末材料喷射液状粘结剂(胶水)后使其凝固的“粘结剂喷射”;边加入材料边通过热能量使其熔融结合的“定向能量沉积”;从喷嘴挤出材料的“材料挤出”;喷射液状材料的“材料喷射”;利用热能量使平铺的粉末材料熔融结合的“粉末床熔化”;将切成截面形状的片材粘合在一起的“片材层叠”;采用液状光固化树脂的“光固化”。FDM相当于,SLS相当于。

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