什么是增材制造？

增材制造，也稱為 3D 打印，通過使用層層疊加材料的技術(shù)進行創(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。

在過去，如果我們想做點什么，我們必須從我們的材料開始，然后拿走我們不需要的一切。我們都聽過米開朗基羅的名言：“我在大理石中看到了天使，我一直在雕刻，直到我讓他自由。”

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

制造業(yè)已經(jīng)走過了漫長的道路。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。或者，您必須與一家公司合作才能為您生產(chǎn)。

現(xiàn)在，您可以購買一臺可以安裝在家里的機器，并且有了您的計算機，您幾乎可以生產(chǎn)任何您夢寐以求的東西。您唯一的限制是您的想象力和計算機上的軟件。過去要花費公司數(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一小部分價格即可完成。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)造以前沒有的東西？本文將探討這些問題以及更多問題。

要進行 3D 打印，您需要一臺計算機、3D 打印軟件（也稱為計算機輔助設(shè)計或 CAD 軟件）、一臺 3D 打印機以及您選擇用于項目的材料。一旦您使用 CAD 軟件繪制了設(shè)計草圖，您的機器就會讀取草圖，然后將材料一層一層地放置，直到將您的草圖變成 3D 對象。

雖然 3D 打印是增材制造最常見的形式，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窮無盡的。它最初是為公司制作原型的一種方式。他們可以在創(chuàng)紀錄的時間內(nèi)思考產(chǎn)品、繪制草圖并拿到樣品。

它最終可能會徹底改變醫(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)百萬人的生活質(zhì)量。

這將不僅僅是原型設(shè)計。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 打印機的工作方式。通過材料擠出，您的材料進入一個線軸，該線軸通過安裝在可移動臂上的加熱噴嘴被拉動。噴嘴水平移動，而噴嘴垂直移動，一層一層地沉積熔化的材料。機器中的精確溫度可確保適當?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。塑料常見于材料擠出。通過直接能量沉積，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非常相似的打印頭。頭部在 x、y 和 z 軸上移動以創(chuàng)建 3D 對象。這些層會在冷卻時變硬，或者它們可以通過紫外線固化。

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

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

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

無論您使用增材制造的原因是什么，您的交貨時間通常都會顯著縮短。例如，某些噴氣發(fā)動機零件的交貨時間已減少了一整年。這對航空航天業(yè)來說是巨大的。

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

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

增加了?復雜性

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

節(jié)約時間

整個過程節(jié)省了大量時間。您可以直接從 CAD 文件到您的機器，無需任何中間商或特殊機器。您甚至可以在此過程中進行更改，而無需等待發(fā)送更改并等待它們獲得批準。

節(jié)約材料

通過增材制造，您不再需要從一大塊材料開始，然后再丟棄不需要的材料。這會產(chǎn)生大量浪費的材料。通過增材制造，您可以從材料開始，逐層添加，直到設(shè)計完成——不會浪費材料。

世界最大的增材制造公司

GE 是世界上最大的制造業(yè)，很快就會成為世界上最大的增材制造公司。他們的航空部門正準備使用增材制造為飛機發(fā)動機生產(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)計和制造從超聲波機器中的零件到燃氣輪機的所有產(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，但使用它來生產(chǎn)將用于數(shù)千個噴氣發(fā)動機的金屬合金部件是真正具有革命性的。

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

出于上述顯而易見的原因，GE 選擇對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)省了時間和金錢。

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。

它不僅會更輕，而且不是使用傳統(tǒng)方法由 20 多個零件組成，而是使用增材制造技術(shù)制成一個統(tǒng)一的零件。

增材制造的未來前景

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)計和制造方式，節(jié)省資源、時間和金錢。它已經(jīng)對多個行業(yè)產(chǎn)生了影響。

教育

3D 打印機可以成為課堂上的有效學習工具。學習物理、化學和工程等學科的學生將能夠使用打印機培養(yǎng)實際技能。

地理學生可以使用 3D 打印的地形圖了解更多信息。生物學學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)計專業(yè)的學生是這項技術(shù)最明顯的受益者，因為他們可以在創(chuàng)紀錄的時間內(nèi)將自己的想法變?yōu)楝F(xiàn)實。

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)在進行中。

3D 打印將使醫(yī)生能夠獲得時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。美國海軍已經(jīng)計劃將其船只變成裝滿 3D 打印機的“浮動工廠”。這里的目標是能夠在船上制造某些零件和供應(yīng)品，因此它們對潛在危險和不可預測的海上補給的依賴程度降低。

我們是革命的見證人

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

航空航天、健康、汽車和教育只是變革時機成熟的幾個行業(yè)。環(huán)境也將受益，因為我們減少了廢物的產(chǎn)生，并淘汰了污染大氣的技術(shù)。

在您知道之前，我們會想知道我們是如何在增材制造興起之前幸存下來的。