研究报告
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增材制造含义简短概括
一、增材制造概述
1.定义与特点
增材制造，顾名思义，是一种通过逐层添加材料来构建物体的技术。它与传统制造方法截然不同，后者通常涉及去除材料以形成所需的形状。在增材制造过程中，原材料以粉末、丝线或液体等形态被精确地沉积在构建平面上，每一层都会与前一层的材料牢固结合，从而逐渐形成整个产品。这种制造方式具有极高的灵活性，能够实现复杂几何形状的制造，且无需工具或模具。
增材制造的特点之一是其高度定制化能力。由于制造过程中可以精确控制每一层的添加，因此能够生产出符合特定设计要求的零件。这种定制化能力在航空航天、医疗和生物工程等高精度领域尤为重要。此外，增材制造还具有材料利用率高、制造周期短等优势。与传统制造相比，增材制造可以显著减少材料浪费，且在复杂形状的制造中，生产周期可以缩短至几分之一。
另一个显著特点是增材制造能够实现复杂结构的制造，这在传统制造中往往难以实现。例如，增材制造可以创造出内部具有复杂通道和结构的零件，这些结构对于提高零件性能至关重要。此外，增材制造还可以实现多材料制造，即在同一零件上使用不同材料，以实现不同的功能需求。这种多材料制造能力使得增材制造在众多领域具有广泛的应用前景。尽管如此，增材制造技术仍处于快速发展阶段，需要进一步解决成本、材料性能和工艺稳定性等问题。
2.发展历程
(1)增材制造的历史可以追溯到20世纪80年代，当时美国学者约瑟夫·德梅特拉（JosephDeMetha）和托马斯·斯图尔特（ThomasStoddard）提出了选择性激光烧结（SLS）技术。这一技术基于将粉末材料与激光束相结合，通过逐层烧结的方式形成三维实体。随后不久，1988年，美国3DSystems公司推出了全球第一台SLS设备，标志着增材制造技术的诞生。
(2)进入90年代，增材制造技术得到了迅速发展。1990年，英国Renishaw公司推出了选择性激光熔化（SLM）技术，这是一种基于激光熔化金属粉末来制造零件的方法。同年，美国ZCorp公司推出了选择性粘结剂喷射（SBM）技术，用于制造陶瓷和塑料零件。这一时期，增材制造技术开始广泛应用于航空航天、医疗和牙科领域。
(3)21世纪初，增材制造技术进一步成熟，出现了更多种类的增材制造方法，如电子束熔化（EBM）、立体光固化（SLA）和数字光处理（DLP）等。其中，SLM技术在金属增材制造领域的应用尤为突出，例如，美国GE公司在2014年成功制造了首台采用增材制造的发动机叶片，标志着增材制造技术在航空领域的重大突破。此外，增材制造在汽车、能源和电子等领域的应用也日益广泛。据估计，到2025年，全球增材制造市场规模将达到100亿美元。
3.应用领域
(1)在航空航天领域，增材制造技术因其轻质高强的特性而备受青睐。例如，波音公司在777X飞机上采用了增材制造技术来制造发动机叶片，与传统制造方法相比，这些叶片重量减轻了25%，同时提高了强度和耐腐蚀性。此外，增材制造还用于制造复杂的空气动力学部件和发动机内部组件，如燃烧室和涡轮叶片，这些部件的制造难度大，传统方法难以实现。
(2)在医疗领域，增材制造技术为个性化医疗提供了强大的支持。通过3D打印技术，医生可以根据患者的具体病情定制个性化的医疗器械和植入物，如髋关节、膝关节、牙齿和骨骼植入物等。这些定制化医疗产品不仅能够提高手术成功率，还能减少患者术后并发症的风险。此外，增材制造在组织工程领域也展现出巨大潜力，例如，科学家们正在尝试使用增材制造技术来打印人工组织和器官，以解决器官移植的难题。
(3)在汽车制造业中，增材制造技术被广泛应用于发动机和变速箱的部件制造。例如，宝马公司利用增材制造技术制造了发动机的涡轮增压器，与传统铸造方法相比，这种涡轮增压器重量减轻了60%，同时提高了性能。此外，增材制造在汽车内饰、外饰和电子部件的制造中也发挥着重要作用。随着技术的不断进步，增材制造在汽车行业的应用将更加广泛，有助于提高汽车的整体性能和降低生产成本。
二、增材制造技术原理
1.基本原理
(1)增材制造的基本原理是通过逐层构建物体来形成三维实体。在选择性激光烧结（SLS）技术中，激光束逐层扫描粉末材料，使粉末局部熔化并粘结在一起，形成所需的形状。例如，美国3DSystems公司推出的SLS设备，使用波长为1070纳米的激光束，能够以每秒数万层的速度进行烧结，制造出复杂的零件。
(2)电子束熔化（EBM）技术的基本原理与SLS类似，但使用的是电子束来熔化金属粉末。这种技术适用于高熔点金属的制造，如钛合金和不锈钢。例如，德国EOS公司推出的M280系统，能够以每秒数层的速度熔化金属粉末，制造出具有复杂内部结构的零件，如航空航天领域的涡轮叶片。
(3)立体