1.增材制造技術概述材料成型與控制基礎目錄CONTENTS增材制造的發展歷程01增材制造的定義及特點02增材制造與減材制造的區別03案例導入日前，一棟400平方米的兩層別墅在通州區宋莊鎮的工業區亮相，整個別墅的墻體都是用增材制造技術一次性整體“打印”而成圖片來源：CCTV圖片-央視網（）案例導入生活中有哪些接觸到的3D打印物品？Q1什么是增材制造技術？Q2它的神奇之處在哪里？Q3增材制造又是如何來成形的？案例導入增材制造（AdditiveManufacturing），俗稱3D打印一種以數字模型文件為基礎，將塑料或金屬等材料通過逐層疊加的方式來構造物體的技術美國材料試驗協會定義：“利用三維模型數據從連續的材料中獲得實體的過程”198619881990CharlesW·Hull完成了一個能自動建造零件的完整系統SLA-1，1986年該系統獲得專利；ScottCrump提出絲狀材料選擇性熔覆(FDM)的構想；MichaelFeygin開發了第一臺商業機型LOM-1015；1992ScottCrump開發了第一臺商業機型3D-Modeler市場主流的3D打印技術（1）粉末/絲狀材料高能束燒結或熔化成型，如選擇性激光燒結

成型（SLS）、選擇性激光熔融成型（SLM）等；（2）絲材擠出熱熔成型，如熔融沉積成型（FDM）等；（3）液態樹脂光固化成型，如光固化成型（SLA）等；（4）液體噴印成型，如立體噴?。?DP）等；（5）片、板材黏結或焊接成型，如分層實體成型（LOM）等；只有了解了事物產生與發展的原因及背景，才能為掌握該事物的真實面目奠定基礎增材制造基本原理與流程增材制造加工過程

3D打印的加工過程包括前處理、成型加工和后處理三個階段，其中，前處理是獲得良好成型產品的關鍵所在。前處理階段三維建模模型載入與數據處理模型切片處理成型加工階段后處理階段圖3D打印的數據處理流程1.23D打印基本原理與流程

3D打印的加工過程包括前處理、成型加工和后處理三個階段，其中，前處理是獲得良好成型產品的關鍵所在。前處理階段三維建模模型載入與數據處理模型切片處理成型加工階段后處理階段圖3D打印的數據處理流程1.2.2基本流程增材制造的行業應用增材制造技術的應用對象可以是任何行業，只要這些行業需要模型和原型。圖片來源：CCTV圖片-央視網（）對增材制造需求量較大的行業政府航天國防醫療設備高科技教育業制造業增材制造與減材制造的區別增材制造工藝是通過不斷增加材料來獲得最終形狀，增材制造過程的最終產品與最初的原材料的質量相當，有時因為熔融凝固過程的化學反應甚至會導致質量增加。增材制造a）減材制造b）增材制造增材制造與減材制造的區別a）減材制造b）增材制造減材制造工藝是將多余材料去除以得到最終形狀，如毛坯通過車刀進行車削，得到與圖樣要求相符的合理工件。減材制造增材制造的優缺點增材制造的應用優勢復雜結構的設計得以實現節省材料，提高材料利用率生產方便快捷過去拆分圖紙元素、開模、組裝現在快速打印成實體、開模、投入規?；纳a增材制造的優缺點增材制造的應用劣勢高昂的制造成本打印材料的局限性尺寸精度和表面質量問題材料異質性和結構可靠性問題雖然增材制造已經涵蓋各大領域，但由于打印材料的局限性，產品多停留在模型制作層面。其主要優勢還在于縮短設計階段的時間成本。增材制造的優缺點表1-13D打印的主要局限性雖然增材制造已經涵蓋各大領域，但由于打印材料的局限性，產品多停留在模型制作層面。其主要優勢還在于縮短設計階段的時間成本。特性大規模制造3D打印制造制造技術各種傳統工藝的組合，可用實現大部

分產品的大規模制造3D打印技術目前尚且不具備直接生產像汽車、電腦、手表等復雜的混合材料產品的能力供應鏈集成需求需要高度集成的供應鏈管理，以確保在

合適的時間從多種供應中獲得正確的貨

物使用來自多個供應商的現成可用的供應經濟效益能夠以較低的價格大規模生產產品。但庫存的風險較高，需要提高營運資金管理因材料研發難度大、而使用量不大等原因，導致3D打印制造成本較高，且制造效率不高產品范圍電腦、手表、窗戶、鞋子、牛仔褲原型、模型、替換零件、牙冠、假肢國內增材制造現狀我國增材制造技術已經從研發階段轉向產業化應用階段國內增材制造現狀我國增材制造技術已經從研發階段轉向產業化應用階段課程小結增材制造概述：增材制造的發展歷程增材制造的定義及特點增材制造與減材制造的區別（優點與缺點）思考題增材制造技術對比傳統減材技術有哪些優點，列出并簡述。目前，增材制造還有哪些問題需要解決？針對每個問題發表自己的看法。2.光固化成形技術材料成型與控制基礎目錄CONTENTS光固化成型的基本原理和工藝特點01光固化成型的工藝過程02光固化成型材料03光固化成型技術的應用04案例導入眼前的這臺設備叫8萬噸大型模鍛壓機，是目前世界上最大、最先進的模鍛壓機，對我國航空、航天、船舶、核電等重點工程具有非常重要的戰略支撐作用。通過這個“大國重器”，我國成功攻克了多個領域的關鍵核心部件“卡脖子”問題。而下面這個迷你版的“大國重器“，正是我們使用光固化成形技術打印出的8萬噸模鍛壓力機模型。圖片來源：CCTV圖片-央視網（）技術工人是支持中國制造、中國創造的重要基礎，技能成才、技能報國案例導入你了解光固化成形技術嗎？見過的光固化技術打印的模型有哪些？這些模型有什么特點？概述

光固化成型技術（SLA），利用液態光敏材料的光敏特性，在特定波長的光源或其他如電子束、可見光或不可見光等的照射能量刺激下由液態轉變為固態聚合物，實現三維物體的快速成型。光固化成形技術該技術是目前世界上研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的3D打印實用化技術，主要用于制造各種模具和原型等。圖SLA成型過程光固化立體成型（StereolithographyApparatus，SLA）數字投影成型（DigitalLightProcessing，DLP）聚合物噴射（PolyJet）光敏樹脂光固化成型（SLA/DLP/PolyJet）雖然同為光固化成型，但SLA、DLP與PolyJet三者的工藝原理、設備結構各不相同三者共性的地方在于它們都以光敏樹脂作為耗材，同時也都具有激光發射或光照系統。PolyJetDLPSLA光敏樹脂光固化成型（SLA/DLP/PolyJet）（1）SLA成型工藝原理立體光固化成形動畫光敏樹脂光固化成型（SLA/DLP/PolyJet）（1）SLA成型工藝原理三維實體原型反復掃描固化234561紫外激光束按分層截面信息逐點掃描樹脂固化為一個薄層工作臺下移一個層厚的距離刮平樹脂液面進行下一層的掃描新固化光敏樹脂光固化成型（SLA/DLP/PolyJet）DLP技術主要依賴于數字微鏡（DigitalMicromirrorDivice，DMD）技術的發展。（2）DLP成型工藝圖DLP成型過程圖下置式DLP成型過程光敏樹脂光固化成型（SLA/DLP/PolyJet）整個系統包括原料噴撒器、控制器、CAD、硬化光源、打印頭以及噴嘴等裝置。（3）PolyJet成型工藝圖2-9PolyJet結構示意圖圖2-10PolyJet機械結構總體布局圖后處理光固化成型的后處理主要包括原型的清洗、去除支撐、后固化以及必要的打磨等工作。1432后固化去除支撐清洗原型晾干滯留樹脂工藝特點（1）成型過程自動化程度高。（2）尺寸精度高。（3）表面質量較好。（4）系統分辨率較高。（5）可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結構的消失模。（6）制作的原型可以在一定程度上替代塑料件。優點：工藝特點（1）成型制件外形尺寸穩定性差。（2）需要設計模型的支撐結構。（3）SLA設備運轉及維護費用高。（4）可使用的材料種類較少。（5）液態樹脂有一定的氣味和毒性。（6）成型制件需要二次固化。（7）SLA成型件不便進行機械加工。缺點：光敏樹脂的組成名稱功能常用含量/%類型光引發劑吸收紫外光能，引發聚合反應≤10自由基型、陽離子型低聚物材料的主體，決定固化后材料的主要功能≥40環氧烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等稀釋單體調整粘度并參與固化反應，影響固化膜性能20～50單官能度、雙官能度、多官能度其他根據不同用途而異0～30光敏樹脂的組成光敏樹脂的分類按照光固化樹脂參加光固化交聯過程中的反應機理，可以起把光固化樹脂分為：（1）自由基型光固化樹脂（2）陽離子型光固化樹脂（3）混合型光固化樹脂典型應用光固化成型技術具有成型過程自動化程度高，制作原型表面質量好，尺寸精度高以及能夠實現比較精細的成型尺寸等特點，廣泛應用于航空、汽車、電器、消費品以及醫療等行業。（b）發動機關鍵零件（a）葉輪模型典型應用光固化成型技術具有成型過程自動化程度高，制作原型表面質量好，尺寸精度高以及能夠實現比較精細的成型尺寸等特點，廣泛應用于航空、汽車、電器、消費品以及醫療等行業。（c）一體成型的汽車中控臺模型典型應用醫療領域的應用圖顱骨模型課程小結光固化成型技術：SLA、DLP、Polyjet技術的成形原理SLA工藝過程及其特點光敏樹脂材料與SLA典型應用思考題光固化成型的機理是什么？光固化的成型過程有哪些？光固化成型有哪些優缺點？3.選區激光燒結技術材料成型與控制基礎提綱OUTLINE選區激光燒結成型SLS目錄CONTENTSSLS的基本原理和工藝特點01SLS工藝過程02SLS成型材料03SLS成型技術的應用04案例導入3D打印技術日趨成熟，為更進一步實現綠色制造、降低成本，東北林業大學的郭艷玲教授團隊將木粉、竹粉、果殼、稻殼等農林廢棄物與樹脂材料按比例混合加工成3D打印原料，把這些“廢物”變成寶貝，被稱為“第四類”激光燒結耗材，

右邊這款由他們打印出的藝術品是不是造型獨特呢？圖片來源：CCTV圖片-央視網（）“第四類”激光燒結耗材不但加工過程低碳節能環保，還極大降低了3D打印耗材成本，我們在生產制造中要具備成本意識和綠色環保意識，踐行創新發展，讓可持續發展的動力更加充足。概述選區激光燒結（SelectedLaserSintering，SLS）又稱選擇性激光燒結，是一種采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并使燒結成型的固化層層層疊加生成所需形狀零件的工藝。SLS成形原理選區激光燒結工藝使用的材料一般有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復合粉末材料。要使粉末直接SLS成型順利進行，必須使得一層粉末材料全部或局部熔化，并和基體粘結且該層的表面不發生汽化現象。燒結過程中能量給予過程示意圖案例導入想一想：選擇性激光燒結技術是如何成形的？與其他增材技術相比，選擇性激光燒結具有哪些特點？SLS工藝過程圖基于SLS工藝的金屬零件直接制造過程選擇性激光燒結（SLS）技術工藝原理示意圖SLS工藝過程SLS成型過程一般可以分三個階段：前處理、粉層激光燒結疊加和后處理。后處理SLS的后處理主要包括:激光燒結后的原型件，由于本身的力學性能比較低，表面粗糙度也比較低，既不能滿足作為功能件的要求，又不能滿足精密鑄造的要求，因此需要進行后處理。有時需進行多次后處理來達到零部件工藝所需要求。（1）高溫燒結（2）熱等靜壓燒結（3）熔浸（4）浸漬工藝特點SLS成型工藝優點：可采用多種材料。可制造多種原型。制件高精度。無須支撐結構。材料利用率高。工藝特點表面粗糙。燒結過程有異味。有時輔助工藝較復雜。SLS成型工藝缺點：SLS成形系統SLS系統一般由高能激光系統、光學掃描系統、加熱系統、供粉及鋪粉系統等組成。振鏡式掃描SLS系統SLS成形材料

SLS技術是一種基于粉床的增材制造技術，以粉末作為成型材料，所使用的成型材料十分廣泛，從理論上講，任何被激光加熱后能夠在粉粒間形成原子間連接的粉末材料都可以作為SLS的成型材料。SLS成形材料金屬粉末覆膜陶瓷粉末覆膜砂納米材料工程塑料聚苯乙烯聚碳酸酯蠟粉尼龍成形材料SLS工藝直接燒結，燒結好的制件一般不必進行后續處理，采用一次燒結成型塑料粉末在激光束掃描過程中，利用熔化的粘結劑將陶瓷粉末粘結在一起，從而形成一定的形狀陶瓷粉末金屬粉末為了防止金屬粉末氧化，燒結時必領將金屬粉末封閉在充有保護氣體的容器中。典型應用模具制造領域采用SLS工藝制作的高爾夫球頭模具及產品SLS法可直接燒結金屬模具和陶瓷模具，用作注塑、壓鑄、擠塑等塑料成型模及鈑金成型模。典型應用原型制作領域SLS特別適宜整體制造具有復雜形狀的金屬功能零件。在新產品試制和零件的單件小批量生產中，不需復雜工裝及模具，可大大提高制造速度，并降低制造成本。原型由快速無模具鑄造方法制作的產品典型應用醫學應用領域由于SLS工藝燒結的零件具有很高的孔隙率，故其在醫學上可用于人工骨的制造，人工骨的生物相容性良好。SLS打印髖關節典型應用醫學應用領域由于SLS工藝燒結的零件具有很高的孔隙率，故其在醫學上可用于人工骨的制造，人工骨的生物相容性良好。SLS打印頭蓋骨典型應用醫學應用領域由于SLS工藝燒結的零件具有很高的孔隙率，故其在醫學上可用于人工骨的制造，人工骨的生物相容性良好。SLS醫學應用實例課程小結熱傳遞基本知識：SLS技術的成形原理SLS工藝過程及其特點SLS成形材料與SLS典型應用思考題1、與其他增材技術相比，選擇性激光燒結技術具有哪些特點？4.熔融沉積成形技術材料成型與控制基礎目錄CONTENTS熔融堆積成型技術的工藝原理01熔融堆積成型技術的工藝特點02熔融堆積成型技術的工藝流程03熔融堆積成型技術的成型材料種類及特征04熔融堆積成型技術的應用05案例導入下面這個羽毛球看著與我們平時生活中常見的羽毛球有什么不同嗎？旁邊的蜻蜓看著是不是也栩栩如生呢？請大家猜猜看它們分別都是用什么材料和方式制作的呢？案例導入大家聽說過熔融沉積成形嗎？它是如何工作的？熔融沉積成形技術與光固化成形技術有哪些不同呢？概述ScottCrump于1988年首先提出了熔融沉積成型思想，并在同年成立了Stratasys公司。Stratasys公司從1993年開始先后推出了FDM1650、FDM2000、FDM3000和FDM8000等機型。概述熔融成形技術圖FDM成型在計算機控制下，噴頭沿零件形狀和輪廓軌跡運動;01同時將融化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結。02熔融成形技術（1）FDM成型工藝原理絲狀材料選擇性熔覆動畫FDM的工藝流程圖建立三維實體模型STL文件數據轉換分層切片加入支撐逐層熔融沉積制造三維模型成型后處理成型原理及工藝成型工藝1.前處理CAD三維建模01STL文件轉換及修復02確定擺放方位03切片分層04成型原理及工藝2.成型過程雙噴頭設計，兩個噴頭分別成型模型實體材料和支撐材料。成型原理及工藝3.后處理對原型進行表面處理，除了去除支撐外，還包括對模型的拋光打磨。去除支撐:銼刀/砂紙

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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先04打磨打磨的目的是去除零件毛坯上的各種毛刺、加工紋路。拋光拋光處理拋光處理前后對比機械處理熱處理表面涂層處理化學處理平凡的崗位上苦練技能，用更好的技術來保證更高的品質推動工藝特點（1）運行成本低，操作和維護簡單（2）成型材料廣泛（3）環境友好，安全環保（4）后處理簡單（5）易于搬運，對環境無限制優點：5.2.3工藝特點（1）成型件成型精度較低（2）成型件易發生層間斷裂現象（3）需要設計和制作支撐結構（4）成型時間較長，不適合成型大型件缺點：5.3成型系統FDM成型系統主要由機械系統和控制系統兩部分組成：機械系統主要包括框架支撐系統、三軸運動系統、噴頭打印系統等；控制系統主要由硬件系統和軟件系統組成。5.4成型材料（1）材料的流動性（2）材料的熔融溫度（3）材料的機械性能（4）材料的收縮率5.4.1成型材料3.成型材料的性能要求5.4成型材料（5）材料的粘結性（6）材料的制絲要求（7）材料的吸濕性5.4.1成型材料3.成型材料的性能要求5.4成型材料5.4.1成型材料（1）ABS材料ABS（AcrylonitrileButadieneStyrene）是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，是一種非結晶性材料。4.成型材料的分類ABS-ESD材料ABSplus材料ABSi材料ABS-M30i材料高分子合金材料ABS/PA5.4成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類（2）PLA材料聚乳酸（PolylacticAcid，PLA）又名玉米淀粉樹脂，是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提取出的淀粉原料制備而成，具有良好的生物可降解性。5.4成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類（3）聚碳酸酯材料聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）是一種20世紀50年代末期發展起來的無色高透明度的熱塑性工程塑料。產品外觀評估、方案選擇、裝配檢查、功能測試、典型應用用戶看樣訂貨、塑料件開模前的校驗設計產品制造課程小結熔融沉積成形技術：FDM技術的成形原理FDM工藝過程及其特點FDM成形材料與典型應用思考題通過本次的學習，對FDM技術的工藝原理和工藝特點你有哪些認識？平時在運用FDM技術打印模型時，我們有哪些地方要特別注意？5.選擇性激光熔化技術材料成型與控制基礎目錄CONTENTSSLM的基本原理和工藝特點01SLM工藝過程02SLM成型材料03SLS技術的應用04案例導入中國的艦載機技術的進步源于十年前，后續要發展系列艦載機，就需要在制造工藝等多方面進行技術創新。殲-15的研制團隊運用選區激光熔化設備，生產應用于新一代戰機上的零部件。隨著激光靈動飛舞，一件件形狀復雜的金屬零件像被施展了魔法一樣，自下而上憑空“生長”出來。圖片來源：CCTV圖片-央視網（）創新讓中國“飛鯊”高飛遠航習近平曾說：“創新是民族進步之魂概述選區激光熔化技術思想來源于SLS技術并在其基礎上得以發展，德國Fraunhofer激光技術研究所于1995年首次提出了SLM技術。在其技術支持下，德國EOS公司于1995年底制造了第一臺設備。成型原理及工藝選區激光熔化（SLM）成型技術的工作原理與選區激光燒結（SLS）類似。其主要的不同在于粉末的結合方式不同。成型原理

SLM技術成型原理圖成型原理及工藝工藝過程成型原理及工藝工藝過程成型原理及工藝工藝過程（1）能將CAD模型直接制成終端金屬產品。（2）適合各種復雜形狀的工件。（3）致密度幾乎能達到100％，機械性能與鍛造工藝所得相當。（4）獲得的金屬零件具有很高的尺寸精度以及很好的表面粗糙度值。（5）能以較低的功率熔化高熔點金屬。（6）能采用鈦粉、鎳基高溫合金粉進行直接加工。

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先優點成型原理及工藝（1）由于激光器功率和掃描振鏡偏轉角度的限制，SLM設備能夠成型的零件尺寸范圍有限；（2）由于使用到高功率的激光器以及高質量的光學設備，機器制造成本高，目前國外設備售價居高不下；缺點成型原理及工藝（3）由于使用了粉末材料，成型件表面質量差，產品需要進行二次加工，才能用于后續的工作；（4）加工過程中，容易出現球化和翹曲。缺點成型系統SLM的核心器件包括主機、激光器、光路傳輸系統等幾個部分。成型系統1.主機主機是構成SLM設備的最基本部件。從功能上分類，主機又由機架(包括各類支架、底座和外殼等）、成型腔、傳動機構、工作/粉缸、鋪粉機構和氣體凈化系統等部分構成。光纖激光器結構示意圖成型系統激光器是SLM設備提供能量的核心功能部件，直接決定SLM零件的成型質量。主要工作參數有激光功率、激光波長、激光光斑、光束質量等。SLM技術目前都選用光纖激光器，激光功率從50W到400W，功率密度達5×106W/cm2以上。2.激光器振鏡掃描系統示意圖成型系統光路傳輸系統主要實現激光的擴束、掃描、豪集和保護等功能，包括擴束鏡、聚焦鏡、振鏡及保護鏡。3.光路傳輸系統1.混合粉末2.預合金粉末3.單質金屬粉末成型系統可用于SLM技術的粉末材料主要分為三類：粉末材料分類項目名稱及特性粉末種類鐵基、鈦及鈦基、鎳基、鋁基制備方法水霧化、氣霧化、旋轉電極法粒徑分布/um20-50氧含量/ppm≤1000用于SLM技術的金屬粉末種類及特性金屬粉末常用的制備方法有霧化法、旋轉電極法。成型材料鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強度、低密度以及良好的生物相容性等優點，在航空航天、化工、核工業、運動器材及醫療器械等領域得到了廣泛的應用。

Ti6Al4V（TC4）是最早使用于SLM工業生產的一種合金。常用的金屬粉末材料1.鈦合金4.4成型材料鋁合金具有優良的物理、化學和力學性能，在許多領域獲得了廣泛的應用，但是鋁合金自身的特性（如易氧化、高反射性和導熱性等）增加了選區激光熔化制造的難度。

2.鋁合金4.4成型材料不銹鋼具有耐化學腐蝕、耐高溫和力學性能良好等特性，由于其粉末成型性好、制備工藝簡單且成本低廉，是最早應用于3D金屬打印的材料。3.不銹鋼4.4成型材料高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力環境下長期工作的一類金屬材料。其具有較高的高溫強度、良好的抗熱腐蝕和抗氧化性能以及良好的塑性和韌性。4.高溫合金機械領域的工具及模具生物醫療領域的個性化生物植入零件或替代零件典型應用電子領域的散熱元器件航空航天領域的超輕結構件、梯度功能復合材料零件典型應用GE公司采用增材制造技術制造了Leap噴氣發動機的金屬燃料噴嘴，通過這一技術，將噴嘴原本20個不同的零部件變成了1個。航空航天領域GEAviation的LEAP噴氣發動機課程小結選區激光熔化技術：SLM技術的成形原理、與SLS技術異同SLM工藝過程及其特點SLM常用金屬材料與典型應用思考題對比選區激光熔化工藝與選區激光燒結工藝的異同，并簡述選區激光熔化的特點。6.增材制造案例材料成型與控制基礎案例導入該汽車構件屬