增材制造(Additive Manufacturing, AM)是一種通過逐層堆積材料構(gòu)建三維實(shí)體的先進(jìn)制造技術(shù)。其重要原理是將數(shù)字模型切片為二維層狀結(jié)構(gòu),通過高能激光、電子束或噴墨打印等方式逐層固化或熔融粉末、絲材或液體材料,終形成復(fù)雜幾何形狀的零件。與傳統(tǒng)減材制造相比,增材制造具有材料利用率高、設(shè)計(jì)自由度大、支持個(gè)性化定制等優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)尤其適用于航空航天、醫(yī)療植入物等領(lǐng)域的輕量化結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流道制造。近年來,多材料打印、原位監(jiān)測(cè)和人工智能優(yōu)化等技術(shù)的融合進(jìn)一步推動(dòng)了增材制造的精度與效率提升。砂型3D打印推動(dòng)鑄造行業(yè)變革,復(fù)雜鑄件開發(fā)周期縮短70%。北京ULTEM 9O85增材制造
石油天然氣行業(yè)正積極采用增材制造技術(shù)解決極端環(huán)境下的設(shè)備挑戰(zhàn)。斯倫貝謝公司使用金屬3D打印技術(shù)制造井下工具,如隨鉆測(cè)量?jī)x器的鈦合金外殼,能夠承受200°C高溫和20,000psi壓力。在閥門制造領(lǐng)域,貝克休斯開發(fā)的3D打印多孔節(jié)流閥,通過內(nèi)部流道優(yōu)化將壓降減少40%,***提升油氣輸送效率。更具突破性的是海底設(shè)備維修方案,Equinor公司在北海油田部署了水下激光熔覆系統(tǒng),可在不拆卸設(shè)備的情況下修復(fù)腐蝕部件。隨著API 20S等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定,增材制造正逐步進(jìn)入油氣行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備供應(yīng)鏈,預(yù)計(jì)到2026年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)15億美元。福建耐高溫材料增材制造納米顆粒噴射技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能材料精確沉積,用于柔性電子制造。
建筑行業(yè)的增材制造正在從實(shí)驗(yàn)性探索走向?qū)嶋H工程應(yīng)用。在材料方面,地質(zhì)聚合物混凝土和纖維增強(qiáng)水泥基材料因其良好的擠出性能和早期強(qiáng)度,成為建筑3D打印的主流選擇。荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)研發(fā)的可循環(huán)建筑材料,使用當(dāng)?shù)赝寥雷鳛樵?,打印后可通過簡(jiǎn)單處理重新利用。在設(shè)備領(lǐng)域,龍門式混凝土擠出系統(tǒng)和機(jī)械臂打印系統(tǒng)各具優(yōu)勢(shì):前者適合大規(guī)模墻體打?。ㄈ缰袊?guó)的盈創(chuàng)建筑打印的10棟保障房項(xiàng)目),后者則擅長(zhǎng)復(fù)雜曲面構(gòu)建(如蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的DFAB House)。更具創(chuàng)新性的是多材料協(xié)同打印技術(shù),意大利WASP公司開發(fā)的Crane 3D打印機(jī)可同時(shí)處理結(jié)構(gòu)材料和絕緣材料,實(shí)現(xiàn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一體化成型。雖然建筑規(guī)范滯后和長(zhǎng)期耐久性數(shù)據(jù)不足仍是主要挑戰(zhàn),但迪拜制定的"2030年25%新建建筑采用3D打印"的戰(zhàn)略目標(biāo),預(yù)示著該技術(shù)的廣闊前景。
運(yùn)動(dòng)防護(hù)行業(yè)正通過增材制造技術(shù)提升安全性能。美國(guó)Riddell公司推出的3D打印橄欖球頭盔襯墊,通過個(gè)性化掃描數(shù)據(jù)匹配運(yùn)動(dòng)員頭型,沖擊吸收能力提升30%。在冰雪運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域,3D打印的滑雪護(hù)具采用漸變硬度材料,既保證防護(hù)性又不影響靈活性。更具創(chuàng)新性的是智能防護(hù)裝備,如集成壓力傳感器的3D打印騎馬護(hù)背心,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沖擊力度。在職業(yè)體育領(lǐng)域,MLB投手使用的3D打印手套,根據(jù)手部生物力學(xué)分析優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)。隨著運(yùn)動(dòng)科學(xué)的發(fā)展,增材制造正在推動(dòng)防護(hù)裝備向個(gè)性化、智能化方向演進(jìn)。連續(xù)液面生長(zhǎng)(CLIP)技術(shù)突破層間限制,打印速度比傳統(tǒng)SLA快100倍。
體育產(chǎn)業(yè)正通過增材制造技術(shù)提升裝備性能。自行車領(lǐng)域,英國(guó)Renishaw公司與Hope Technology合作打造的3D打印鈦合金自行車車架,通過晶格結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)***輕量化,整車重量*6.8kg。高爾夫球桿制造商Callaway采用金屬3D打印技術(shù)生產(chǎn)的推桿,內(nèi)部配重系統(tǒng)可精確調(diào)節(jié)至0.1克,大幅提升擊球穩(wěn)定性。在冰雪運(yùn)動(dòng)裝備方面,奧地利Atomic公司開發(fā)的3D打印滑雪靴,通過足部掃描數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)完全個(gè)性化定制,壓力分布均勻性提升40%。特別引人注目的是殘疾人體育裝備的創(chuàng)新,3D打印的仿生跑刀和個(gè)性化輪椅組件,正在幫助殘奧運(yùn)動(dòng)員突破身體限制。隨著拓?fù)鋬?yōu)化算法和輕量化材料的進(jìn)步,增材制造有望重塑整個(gè)體育裝備產(chǎn)業(yè)。增材制造支持分布式制造模式,減少供應(yīng)鏈依賴并降低物流成本。江蘇ULTEM 9085 CG增材制造
原位合金化增材制造在打印過程中混合元素粉末,直接合成新型合金。北京ULTEM 9O85增材制造
增材制造的材料選擇直接影響成品的力學(xué)性能和功能性。目前主流材料包括金屬(如鈦合金、鋁合金、鎳基高溫合金)、聚合物(如***、ABS、光敏樹脂)和陶瓷等。金屬粉末床熔融(PBF)技術(shù)通過激光或電子束選擇性熔化粉末,可實(shí)現(xiàn)接近鍛造件的機(jī)械性能;而定向能量沉積(DED)技術(shù)則適用于大型構(gòu)件修復(fù)。此外,復(fù)合材料(如碳纖維增強(qiáng)聚合物)和功能梯度材料的開發(fā)拓展了增材制造在耐高溫、抗腐蝕等場(chǎng)景的應(yīng)用。材料-工藝-性能關(guān)系的深入研究是優(yōu)化打印參數(shù)、減少殘余應(yīng)力和孔隙缺陷的關(guān)鍵。北京ULTEM 9O85增材制造