管理及其他
M anagement and other
关于增材制造在新材料生产中的应用现状及发展趋势
饶玲丽
（贵州交通职业技术学院，贵州 贵阳 550008）
摘 要：增材制造是根据相应的设计图纸，将复杂零部件快速制造出来的过程。该项技术的出现解决了很多工业制造上的难题，且复杂构件的精度得到很大提升，是未来产业发展新增长点，是先进制造业的重要组成部分。本文从探讨增材制造技术应用现状出发，研究其在新材料生产上的应用，并重点探究了增造技术中的SLS成型技术，分析出今后增材制造在新材料生产上的发展趋势。
关键词：增材制造；新材料；发展趋势
中图分类号：F426.6  文献标识码：A  文章编号：11-5004（2018）06-0136-2
当前，世界各国纷纷将增材制造作为未来产业发展新增长点，大力推动增材制造技术与信息网络技术、新
材料技术、新设计理念的加速融合，增材制造成为全球热点。我国于2015年由工业与信息化部、发展改革委、财政部联合印发了《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》，引发了国内增材制造的热点。
1增材制造应用现状
增材制造，又称3D打印，其概念最早出现在80年代初的西方国家。我国的增材制造起步较晚。但通过国家政策引导，在社会各界共同努力下，我国的增材制造产业也实现了快速发展，特别是与新材料技术的高度融合取得了众多应用成果。
（1）在航空上的运用。航空零件在强度、硬度上要求较高，且为保证结构强度零件上的缝隙必须尽量减少，利用激光熔融沉积或烧结成型技术对航空零件进行整体制造，以便有效减少接缝。
例如，“进步-MS-02”号飞船，其上搭载的“Tomsk-TPU-120”微型卫星就是利用3D打印技术制造的。我国的国产飞机C919中机身的机翼前缘，也是由增材制造技术打印而成的；在汽车行业的运用。汽车组装过程中，需要制造各种各样的复杂零部件，利用增材制造能够制造任意形状的复杂结构。R18E-TronQuattro奥迪模型的车身和底盘就是用3D软件设计并打印出来的，16年美国已经实现了自驾电动公交车的打印，且十分环保也能回收利用。
（2）在医学上的运用。增材制造技术在生物医学领域上的运用十分广泛，通过对高分子材料的烧结可制造出牙齿、骨骼等身体器官，能够帮助生病的人类重获健康。此外，在美容美体等方面也有运用，脸部修饰、假体代替五官等医学研究目前已经得到大量使用。
美国制造公司推出的雅科矫正器，使患者不用带牙套就能快速校正牙齿。
（3）在建筑上的运用。通过建筑设计师的创新，3D打印建筑在很多国家已经得到实现，荷兰的打印建筑是世界上首座运用增材制造技术完成的建筑，次年，菲律宾的打印酒店也相继完工。我国的第一个打印建筑是上海青浦园区。
（4）在军事上的运用。该技术主要用于修复机械设备的主要故障，如坦克、航母等大型设备零部件的更换，用3D打印机能够实现对原有零件的精准复制。（图书类别：工业技术/模具；书名：增材制造技术及应用实例；书号：978-7-111-45574-5；作者：王广春；编著出版日期：2014年2月引用第五章内容）
2SLS成型技术的相关介绍
SLS 3D成型是常见的增材制造3D打印技术中材料利用率最高，价格相对便宜的技术，是目前3D打印技术中最热门的发展方向之一。其成型原理主要是依靠激光对粉末的烧结作用，将粉末固定成一定形状的薄层，并进行不断累积，从而达到零件成型的目的。
根据激光烧结过程中有无喷射粘结剂，可将成型材料分为不含添加剂和包含添加剂两种。浆料和粉磨料是目前SLS技术对构件进行成型操作时使用的主要原料，前者在使用前需要作烘干处理，后者不需要任何前期操作就能直接投入使用。该项技术需要首先在计算机中输入所制造零件的相关参数，接着微滴喷射器在事先铺好的粉末上将粘接剂喷射上去。在已经编写好的程序下，喷射器会严格按照零件的尺寸，经过一层一层的薄层累积从而完成立体零件的打印。目前SLS 3D成型增材制造技术已在陶瓷和砂型零件的制作上成功应用，下面详细介绍其制造工艺。
2.1 该技术下不同材质的陶瓷零件制作
陶瓷零件制作中主要采用以氧化铝作为主要组成材料、以氧化硅为主要组成材料、混合型材料三种类型的材质进行制作。分别介绍如下：
首先，以氧化铝作为主要组成材料进行陶瓷制造。借助3D
收稿日期：2018-06
作者简介：饶玲丽，生于1977年，女，贵州印江人，副教授，研究生，硕士，研究方向：材料学，职业教育。
136
管理及其他M anagement and other
打印技术时，需要将温度控制在相对稳定的状态，并进行静压处理操作。这样做能够使陶瓷更加精细化，若在烧结过程中加上氧化镁还能使晶间缺陷得到很大改善。
其次，是以氧化硅为主要组成材料进行陶瓷制造。在制造时把硅粉加水和糊精，将硅粉粘结在一起，且形成初步的模型，此模型分布着均匀的孔。接着在高温下加入惰性气体燃烧，惰性气体通常使用的是氮气。经过该过程制成的陶瓷材料在拐弯处很光滑，经常在轴承、刀具等工业制造中运用；
最后是混合型材料的陶瓷制造，例如SiC在作为陶瓷制作材料时，烧结过程中可能会出现结构不稳定的情况，因此需要加入树脂来稳定胚体[2]。
此外在烧结过程必须在真空中进行，这样可以进一步提升陶瓷质量。
2.2 该技术下砂型零件的制作
砂型零件的制造工艺是除陶瓷制造的又一新型工艺，在工业生产上也经常用到。该类型零件的制造与陶瓷材料有一定的相似之处，都是使用微滴喷射器将粘结剂喷射到砂型上，打印过程中薄层就会很好的粘结在一起。
砂型零件制造过程中常采用树脂砂材料来提升构件稳定性，提高成型构件的表面质量。
目前我国砂型零件的3D打印技术还存在细节上的不足，如成型件不够透气、树脂较多等，因此不适用于大批量构件的生产，在相关制造细节上还有待改进和加强。
3增材制造在未来新材料生产研究中的展望
我国现有的机械制造设备在小型复杂零件的制造上，精度还达不到预期设想，且制造时间长、过程繁琐。若将增材制造应用在其中，可缩短生产时间，提高效率；实现大型航空零件的制造。
在制造飞机、火箭等大型零件时，通常要求零件达到一体化，即没有接缝。现有机床对大尺寸的零件还不能一次性制造出来，或多或少存在比较明显的接缝。增材制造可能会实现对大型航空零件的整体化制作，消除零件接缝，提高其使用寿命；向结构一体化的方向发展。
该项技术现阶段主要用于单独零件的制造，在未来的发展中，可能会独立完成某项设备或模型的制造。目前人类对3D打印技术已在建筑上做出大胆设想，只要准备好建筑所需的材料，在计算机、3D打印机等设备的辅助下在很短的时间内就能将房屋建好。
未来增材技术还可能在宝石生产上进行运用，可将目前生产中产生的边角料运用在复杂精密零件上，使宝石原材料的利用率达到最大。
4增材制造在新材料生产中的未来发展趋势
4.1 材料评价体系的革新
我国对材料的传统评价标准是看其在工业生产上的价值，
材料使用价值越高，相应所属的等级就越高，按照使用价值的大小就可将该类材料进行严格的等级划分。在很多西方国家，已经对材料评价体系进行了革新，材料的环境保护价值被放在材料价值评价体系的首位，在材料价值基本相同的情况下首选环保型材料。
我国评价体系也会逐渐向环保节能方面靠近，保护环境、可持续发展战略目前已在建筑业、交通运输业上得到广泛应运，相信在不久后也会向工业制造上渗透。
4.2 强调降低能源消耗
在未来科技的发展中，一定会要求做到对材料的节能使用。可从以下几方面对能源的消耗进行控制：在进行产品设计时结合企业生产的实际情况，做好对能源的统筹管理机制，使其发挥出最大的作用；在建筑施工材料的制作上，对材料进行集中处理，全面提升材料的使用寿命。
做好上述几项工作，能够将能源进行合理利用，其消耗也会大大降低。
4.3 加强生产设备的完善
3D打印技术是利用立体打印仪与激光烧结技术完成产品的制造。在以后的发展中，可能会出现更多的新型材料，现有的制造技术和设备可能出现对新型材料不能进行有效加工，因此必须对生产设备进行优化。
主要的优化方向是智能化、自动化和功能多样化，设备的改进和完善必须和材料的更新保持同步，才能保证新型材料在机械设备中被生产出来[4]。
5结语
2017年12月13日我国发布的《增材制造产业发展行动计划（2017-2020年）》（工信部联装〔2017〕311号）明确提出“到2020年，我国增材制造产业年销售收入超过200亿元，年均增速在30%以上”。这为我国增材制造的技术发展带来巨大前景与契机。
现阶段，我国增材制造产业虽然取得了快速发展，但与发达国家相比，我国增材制造产业仍存在关键技术滞后、创新能力不足、专用材料性能亟需提高、高端装备及零部件质量可靠性有待提升、应用广度深度有待提高等问题[5]。所以增材制造领域在今后很长一段时间仍将是一个重点研究热点，急需我们众多科研人员去探索与解决。
参考文献
[1] 钱婷婷，刘栋，田象军，等.激光增材制造TA2/TA15梯度结构材料的显微组织
[J].中国有金属学报（英文版）,2014,(9):2729-2736.
[2] 梁栋，何汝杰，方岱宁.陶瓷材料与结构增材制造技术研究现状[J].现代技术
陶瓷,2017,(4):231-247.
[3] 于云，史廷春，孙芳芳，等.典型无机非金属材料增材制造研究与应用现状[J].
材料导报,2016,(21):119-129.
[4] 李涤尘，苏秦，卢秉恒.增材制造--创新与创业的利器[J].航空制造技
3d走视图术,2015,(10):34-37.
[5] 《增材制造产业发展行动计划（2017-2020年)》解读.中华人民共和国工业与
信息化部.
137

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。