什么是增材制造？

增材制造，也稱為 3D 打印，通過(guò)使用層層疊加材料的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)建，直到您的產(chǎn)品完成。這種材料可以是任何塑料、金屬、混凝土，有一天，甚至可能是人體組織。

在過(guò)去，如果我們想做點(diǎn)什么，我們必須從我們的材料開(kāi)始，然后拿走我們不需要的一切。我們都聽(tīng)過(guò)米開(kāi)朗基羅的名言：“我在大理石中看到了天使，我一直在雕刻，直到我讓他自由?！?/p>

這是減材制造的基礎(chǔ)。米開(kāi)朗基羅從一塊大理石開(kāi)始，設(shè)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。您從一無(wú)所有開(kāi)始，然后添加您需要的內(nèi)容。

制造業(yè)已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路。就在幾年前，在家里制造東西的想法還是聞所未聞的。如果你想要什么，你就必須買?；蛘撸仨毰c一家公司合作才能為您生產(chǎn)。

現(xiàn)在，您可以購(gòu)買一臺(tái)可以安裝在家里的機(jī)器，并且有了您的計(jì)算機(jī)，您幾乎可以生產(chǎn)任何您夢(mèng)寐以求的東西。您唯一的限制是您的想象力和計(jì)算機(jī)上的軟件。過(guò)去要花費(fèi)公司數(shù)百甚至數(shù)千美元才能完成的工作，現(xiàn)在只需在您的起居室中花費(fèi)一小部分價(jià)格即可完成。那么發(fā)生了什么變化？是什么讓我們現(xiàn)在可以在客廳里創(chuàng)造以前沒(méi)有的東西？本文將探討這些問(wèn)題以及更多問(wèn)題。

要進(jìn)行 3D 打印，您需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)、3D 打印軟件（也稱為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或 CAD 軟件）、一臺(tái) 3D 打印機(jī)以及您選擇用于項(xiàng)目的材料。一旦您使用 CAD 軟件繪制了設(shè)計(jì)草圖，您的機(jī)器就會(huì)讀取草圖，然后將材料一層一層地放置，直到將您的草圖變成 3D 對(duì)象。

雖然 3D 打印是增材制造最常見(jiàn)的形式，但它還包含快速原型制作、直接數(shù)字制造、分層制造和增材制造等技術(shù)。增材制造的潛在用途是無(wú)窮無(wú)盡的。它最初是為公司制作原型的一種方式。他們可以在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)思考產(chǎn)品、繪制草圖并拿到樣品。

它最終可能會(huì)徹底改變醫(yī)療保健等行業(yè)，從而能夠創(chuàng)造出真正的人體組織。這點(diǎn)考慮一下吧。我們或許能夠生產(chǎn)人體組織。想想即將改變的生活。想想這將在多大程度上改善數(shù)百萬(wàn)人的生活質(zhì)量。

這將不僅僅是原型設(shè)計(jì)。這是改變生活的技術(shù)。

增材制造工藝

增材制造中使用了幾種不同的工藝。

材料擠壓

材料擠壓是最著名的工藝。這就是大多數(shù) 3D 打印機(jī)的工作方式。通過(guò)材料擠出，您的材料進(jìn)入一個(gè)線軸，該線軸通過(guò)安裝在可移動(dòng)臂上的加熱噴嘴被拉動(dòng)。噴嘴水平移動(dòng)，而噴嘴垂直移動(dòng)，一層一層地沉積熔化的材料。機(jī)器中的精確溫度可確保適當(dāng)?shù)母街Α?/p>

直接能量沉積

直接能量沉積與材料擠出非常相似，但它允許使用更多材料。塑料常見(jiàn)于材料擠出。通過(guò)直接能量沉積，您可以使用聚合物、陶瓷和金屬。激光或電子束槍用于逐層熔化您的材料。

材料噴射

材料噴射使用與噴墨打印機(jī)非常相似的打印頭。頭部在 x、y 和 z 軸上移動(dòng)以創(chuàng)建 3D 對(duì)象。這些層會(huì)在冷卻時(shí)變硬，或者它們可以通過(guò)紫外線固化。

粘合劑噴射

粘合劑噴射與材料噴射極為相似，不同之處在于粘合劑噴射是打印頭放置使用液體粘合劑的粉末。

增材制造的優(yōu)勢(shì)

首先，增材制造使人們和公司能夠創(chuàng)造更輕、更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，而這些設(shè)計(jì)使用傳統(tǒng)方法難以生產(chǎn)。

增材制造非常適合快速原型制作。由于整個(gè)過(guò)程是數(shù)字化的，因此無(wú)需使用傳統(tǒng)方法必須執(zhí)行的幾個(gè)步驟。它讓公司可以在運(yùn)行中制作原型，而不是為原型等待數(shù)天或數(shù)周。

無(wú)論您使用增材制造的原因是什么，您的交貨時(shí)間通常都會(huì)顯著縮短。例如，某些噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件的交貨時(shí)間已減少了一整年。這對(duì)航空航天業(yè)來(lái)說(shuō)是巨大的。

傳統(tǒng)上需要幾個(gè)不同的部件和幾個(gè)不同的中間體的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在可以通過(guò)增材制造一次性完成。這里的交貨時(shí)間和成本節(jié)約是顯而易見(jiàn)的。

在提高強(qiáng)度的同時(shí)減輕物體的重量一直是工程師的目標(biāo)。通過(guò)增材制造，這是可能的。在某些情況下，增材制造產(chǎn)品的重量比原來(lái)的同類產(chǎn)品輕 84%，但同樣堅(jiān)固。

增加了?復(fù)雜性

增材制造使工程師能夠構(gòu)建比以往任何時(shí)候都更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。過(guò)去需要組裝或焊接多個(gè)部件的物體現(xiàn)在可以通過(guò)增材制造工藝一次性完成。傳統(tǒng)機(jī)械的能力不再限制設(shè)計(jì)師和工程師。

節(jié)約時(shí)間

整個(gè)過(guò)程節(jié)省了大量時(shí)間。您可以直接從 CAD 文件到您的機(jī)器，無(wú)需任何中間商或特殊機(jī)器。您甚至可以在此過(guò)程中進(jìn)行更改，而無(wú)需等待發(fā)送更改并等待它們獲得批準(zhǔn)。

節(jié)約材料

通過(guò)增材制造，您不再需要從一大塊材料開(kāi)始，然后再丟棄不需要的材料。這會(huì)產(chǎn)生大量浪費(fèi)的材料。通過(guò)增材制造，您可以從材料開(kāi)始，逐層添加，直到設(shè)計(jì)完成——不會(huì)浪費(fèi)材料。

世界最大的增材制造公司

GE 是世界上最大的制造業(yè)，很快就會(huì)成為世界上最大的增材制造公司。他們的航空部門(mén)正準(zhǔn)備使用增材制造為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)燃料噴嘴，而不是像以前那樣鑄造和焊接材料。

這有可能改變 GE 設(shè)計(jì)和制造從超聲波機(jī)器中的零件到燃?xì)廨啓C(jī)的所有產(chǎn)品的方式。

該公司已經(jīng)在某些利基行業(yè)（如醫(yī)療植入物）中使用該工藝，但使用它來(lái)生產(chǎn)將用于數(shù)千個(gè)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的金屬合金部件是真正具有革命性的。

個(gè)人和小型企業(yè)使用的3D打印最近得到了很多宣傳，但當(dāng)跨國(guó)公司像GE一樣采用它時(shí)，該技術(shù)將產(chǎn)生最顯著的影響。

出于上述顯而易見(jiàn)的原因，GE 選擇對(duì)其燃料噴嘴使用添加劑工藝。它使用更少的材料，為公司節(jié)省了時(shí)間和金錢(qián)。

由于 GE 使用的材料比用于原始燃油噴嘴的材料更輕，因此也將為航空公司節(jié)省大量燃油。

它不僅會(huì)更輕，而且不是使用傳統(tǒng)方法由 20 多個(gè)零件組成，而是使用增材制造技術(shù)制成一個(gè)統(tǒng)一的零件。

增材制造的未來(lái)前景

增材制造顯然不僅僅是您家中的 3D 打印玩具。它正在徹底改變事物的設(shè)計(jì)和制造方式，節(jié)省資源、時(shí)間和金錢(qián)。它已經(jīng)對(duì)多個(gè)行業(yè)產(chǎn)生了影響。

教育

3D 打印機(jī)可以成為課堂上的有效學(xué)習(xí)工具。學(xué)習(xí)物理、化學(xué)和工程等學(xué)科的學(xué)生將能夠使用打印機(jī)培養(yǎng)實(shí)際技能。

地理學(xué)生可以使用 3D 打印的地形圖了解更多信息。生物學(xué)學(xué)生可以打印不同身體部位和器官的橫截面。

工程和平面設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生是這項(xiàng)技術(shù)最明顯的受益者，因?yàn)樗麄兛梢栽趧?chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)將自己的想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

衛(wèi)生保健

這是受益于增材制造的最令人興奮的行業(yè)。我們還不能打印功能性器官，但醫(yī)療保健行業(yè)的革命已經(jīng)在進(jìn)行中。

3D 打印將使醫(yī)生能夠獲得時(shí)間并提高工作的精確度，幫助他們更好地為患者服務(wù)。

在牙科領(lǐng)域，牙醫(yī)已經(jīng)在使用 3D 打印為患者定制植入物。

甚至還有一種 3D 打印藥物用于治療癲癇。

防御

這里的潛力是巨大的，僅在于節(jié)省成本。美國(guó)海軍已經(jīng)計(jì)劃將其船只變成裝滿 3D 打印機(jī)的“浮動(dòng)工廠”。這里的目標(biāo)是能夠在船上制造某些零件和供應(yīng)品，因此它們對(duì)潛在危險(xiǎn)和不可預(yù)測(cè)的海上補(bǔ)給的依賴程度降低。

我們是革命的見(jiàn)證人

我們只是達(dá)到了增材制造所能做到的冰山一角。使用我們的電腦和 3D 打印機(jī)在家里創(chuàng)造東西的想法很有趣，但這項(xiàng)技術(shù)注定會(huì)改變世界。

航空航天、健康、汽車和教育只是變革時(shí)機(jī)成熟的幾個(gè)行業(yè)。環(huán)境也將受益，因?yàn)槲覀儨p少了廢物的產(chǎn)生，并淘汰了污染大氣的技術(shù)。

在您知道之前，我們會(huì)想知道我們是如何在增材制造興起之前幸存下來(lái)的。