研究报告
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增材制造技术第2版第一章增材制造的发展历程
一、1.增材制造技术的起源
1.1早期实验与探索
(1)在增材制造技术尚未成为现代工业主流技术之前，科学家们对这一领域进行了大量的早期实验与探索。这些探索主要集中在寻找能够实现三维物体快速成型的方法上。早在20世纪50年代，美国麻省理工学院（MIT）的研究人员就开始了对立体光固化（SLA）技术的实验研究。他们通过将光照射到液态树脂上，使其固化成固态，从而实现三维物体的打印。这一技术的出现为后续的增材制造技术的发展奠定了基础。
(2)在此期间，欧洲和日本的研究人员也在各自领域内进行着类似的研究。德国工程师卡尔·德默（KarlDrais）在20世纪60年代提出了一个基于丝材熔融的快速成型方法，这就是后来被称为熔融沉积建模（FDM）技术的雏形。而日本学者则专注于粉末床熔融（PBF）技术的研究，这种技术通过激光或电子束将粉末材料逐层熔化并固化，形成所需的形状。
(3)早期实验与探索阶段，研究人员们面临着诸多挑战。首先是材料的选择与制备，不同材料的热性能、化学性能和力学性能各不相同，如何选择合适的材料来实现高质量的三维打印成为了一个重要课题。其次，打印过程中的温度控制、层与层之间的粘结等问题也需要解决。此外，如何提高打印速度和精度，以及降低成本，也是研究人员们需要攻克的技术难题。尽管如此，这些早期的实验与探索为增材制造技术的发展积累了宝贵的经验和知识，为后来的突破奠定了坚实的基础。
1.2材料与工艺的初步研究
(1)材料与工艺的初步研究阶段，增材制造技术的研究者们开始探索各种可能的材料，以期找到最适合快速成型工艺的物料。这一阶段的研究重点在于材料的可打印性、力学性能和加工过程中的稳定性。研究人员们尝试了多种塑料、金属粉末、陶瓷和复合材料，通过实验确定了不同材料的熔点、粘度、收缩率和热膨胀系数等关键参数。
(2)在工艺研究方面，研究者们探索了多种成型方法，包括熔融沉积建模（FDM）、立体光固化（SLA）、选择性激光烧结（SLS）和电子束熔化（EBM）等。每种工艺都有其独特的原理和适用范围。例如，FDM通过加热丝材使其熔化并沉积在构建平台上，而SLA则利用紫外光固化液态树脂。这些工艺的研究不仅涉及材料的选择，还包括了打印参数的优化，如层厚、扫描速度和温度控制等。
(3)初步研究中，研究者们还关注了打印过程中可能出现的缺陷和解决方案。他们发现，打印质量受多种因素影响，如打印环境、设备精度和操作人员的技能等。为了提高打印质量，研究者们开发了一系列改进措施，包括改进打印设备的稳定性、优化打印参数和采用新型材料等。这些研究为增材制造技术的进一步发展和应用提供了重要的理论和实践基础。
1.3增材制造技术概念的形成
(1)随着材料科学和制造工艺的不断进步，增材制造技术的概念逐渐形成。这一概念的核心在于，通过逐层添加材料的方式，直接从数字模型构建出三维实体。在增材制造技术概念的形成过程中，研究者们对传统制造方法的局限性有了更深刻的认识。传统的减材制造方法，如车削、铣削和磨削等，需要从原材料中去除多余的部分来形成所需的形状，这不仅效率低下，而且往往伴随着大量的材料浪费。
(2)增材制造技术的概念形成得益于计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术的发展。CAD技术的出现使得设计师能够创建复杂的三维模型，而CAM技术则提供了将这些模型转化为实际物体的可能性。在增材制造技术中，设计师可以直接将CAD模型输入到3D打印机中，通过软件控制打印过程，从而实现从虚拟到实物的转换。这种直接从数字模型到物理实体的制造方式，极大地简化了制造流程，提高了设计自由度。
(3)增材制造技术的概念还强调了其灵活性、适应性和个性化制造的特点。由于增材制造技术不需要模具或工具，因此可以轻松地适应小批量甚至单件生产的需求。此外，增材制造技术还可以实现复杂形状的制造，这在传统制造方法中往往难以实现。随着技术的不断成熟，增材制造技术开始应用于航空航天、医疗、汽车、珠宝和艺术等多个领域，其概念的形成不仅推动了制造业的变革，也为创新设计提供了新的可能性。
二、2.增材制造技术的早期发展阶段
2.1FDM技术的诞生与发展
(1)FDM（FusedDepositionModeling，熔融沉积建模）技术起源于20世纪80年代，由美国工程师ScottCrump和其妻子Julia共同创立的Stratasys公司首次商业化。FDM技术通过加热丝材，使其熔化后沉积在构建平台上，逐层形成三维物体。这一技术以其简单、高效和成本低廉的特点迅速受到市场的欢迎。
(2)FDM技术的早期发展主要集中在塑料材料的应用上，如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PLA（聚