什么是增材制造？ 整個(gè)流程如何運(yùn)作？

增材制造是一種相對較新的制造方式，由于其無限的潛力，吸引了全球眾多人士和行業(yè)的關(guān)注。 在這篇博客中，我們將介紹什么是增材制造（AM）以及它的工作原理，并且在后續(xù)博客中，我們將解釋掃描電鏡如何幫助提高AM流程的質(zhì)量。

什么是增材制造？

根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn) ，增材制造又稱為3D打印或快速成型，是“ 通過層疊而成的三維模型數(shù)據(jù)連接材料來制作物體的過程，與傳統(tǒng)加工的減法制造方法相反”。 如今，術(shù)語“增材制造”主要用于工業(yè)市場，而3D打印主要指消費(fèi)市場。

增材制造的好處

通過ASTM標(biāo)準(zhǔn)對AM的定義，增材制造的主要優(yōu)勢已經(jīng)被展現(xiàn)出來了。 傳統(tǒng)的減法制造需要從較大件中提取材料以形成最終3D成像的過程，而AM過程僅在需要時(shí)才添加材料。  

后者與物質(zhì)再利用結(jié)合在一起，減少了物質(zhì)浪費(fèi)，創(chuàng)建3D物體，降低其對環(huán)境的影響。

迄今為止，與傳統(tǒng)制造工藝相比，AM的另一個(gè)主要優(yōu)勢是開放式設(shè)計(jì)。 原則上，所有使用CAD設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都可以通過增材制造生產(chǎn)。  

當(dāng)然，還可以定制，為設(shè)計(jì)師的每個(gè)應(yīng)用提供特定解決方案的機(jī)會(huì)。 AM還能夠提供更廣泛的多樣性，創(chuàng)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 通過添加新設(shè)計(jì)，更改或修訂產(chǎn)品版本，為開拓創(chuàng)新提供機(jī)會(huì)。例如，創(chuàng)建新的，重量輕的產(chǎn)品，以替代笨重的產(chǎn)品，因?yàn)锳M在零件設(shè)計(jì)時(shí)，材料可以僅存在于需要的地方。 圖1中可以看到這方面的一個(gè)例子。

圖1：由William Root用鈦設(shè)計(jì)的3D打印肢體。

此外，AM縮短生產(chǎn)周期，不需要特殊的制造工具，除了AM機(jī)器，減少勞動(dòng)時(shí)間和能源成本 。

增材制造的局限性

當(dāng)然，AM也有其局限性，主要是因?yàn)樗蕴幱陂_發(fā)階段，因此，還在不斷創(chuàng)新。 首先，到目前為止，AM并不適用于大規(guī)模生產(chǎn)，并且在縮放比例，材料尺寸和選擇方面存在限制。  

而且，已經(jīng)表明，在某些情況下，產(chǎn)品的后處理需要實(shí)現(xiàn)精確的表面光潔度和尺寸精度。  

然而，AM已經(jīng)吸引了許多行業(yè)的興趣，這些行業(yè)一直致力于尋找解決這些限制的方法，并改進(jìn)產(chǎn)品的工藝和質(zhì)量。

另一個(gè)對AM發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響的因素是制造業(yè)潛在的失業(yè)。 當(dāng)然，這是新技術(shù)的常規(guī)現(xiàn)象，需要大家能夠適應(yīng)和發(fā)展新技能，這些新技能對于創(chuàng)造新工作至關(guān)重要。

AM：應(yīng)用領(lǐng)域

由于其巨大的潛力，AM顯示出對各種各樣的應(yīng)用有利。 在某些領(lǐng)域，AM產(chǎn)品目前用于小批量生產(chǎn)，而其他領(lǐng)域的研究仍在繼續(xù)優(yōu)化流程。  

作為第一步，增材制造可應(yīng)用于在產(chǎn)品開發(fā)階段生產(chǎn)模型和原型，以及之后可用作特定應(yīng)用的試生產(chǎn)系列，直至某些產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)。

作為第一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，研究人員正在對醫(yī)療和牙科應(yīng)用增材制造工藝。這些包括醫(yī)療和外科植入物，假肢，生物制造零件，甚至藥丸。  

很明顯AM對于這種應(yīng)用的主要優(yōu)勢在于其多功能性和可定制性，可以在每個(gè)應(yīng)用案例中定制解決方案。  

目前為止，AM設(shè)計(jì)在汽車（例如電機(jī)部件和冷卻管道），航天（如渦輪葉片和燃油系統(tǒng)部件）和工裝中應(yīng)用。可以在圖2中看到這些產(chǎn)品的示例。

圖2：a）航空航天，b）汽車和c）醫(yī)療應(yīng)用中的AM產(chǎn)品示例。

當(dāng)然，還有更多的領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用3D打印或?qū)頃?huì)需要。 設(shè)計(jì)目前用于教育和研究，建筑，藝術(shù)和珠寶，傳感器，甚至服裝。

顯然，隨著越來越多的人參與AM產(chǎn)品的研發(fā)和質(zhì)量控制，新的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)，AM將成為各種應(yīng)用和產(chǎn)品的常見做法。

AM＆SEM

與每一項(xiàng)新興技術(shù)一樣，整個(gè)過程的質(zhì)量控制是一項(xiàng)重要任務(wù)。 材料特性（如顆粒）和成品的質(zhì)量控制 - 以及其間的流程控制都是必不可少的 – 都為了確保制造過程的質(zhì)量。

在后續(xù)博客中，我們將介紹掃描電鏡（SEM）如何成為增材制造工藝中材料表征和質(zhì)量控制的強(qiáng)大工具。