2.8 增材制造

1.什么是增材制造

增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D打印技术，它结合了计算机辅助设计、材料加工和成型技术。具体来说，增材制造是一种基于数字模型文件和数控系统软件将特殊金属材料、非金属材料和医学生物材料，经挤压、烧结、融化、光固化、注射等方法一步一步积累、创建实体物品的制造技术。相比于传统的加工方式对原材料进行切割和组装，增材制造是一种“自下而上”的制造方法。通过材料的积累，实现从无到有，从而制造出复杂结构的零件，这是以前传统的制造方法所无法实现的。

2.增材制造技术

（1）光聚合成型技术

光聚合成型技术（也称立体印刷术）是最早实用化的快速成型技术。具体原理是选择性地用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料（例如液态光敏树脂）表面，使之发生聚合反应，实现由点到线，再由线到面的顺序凝固，从而完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加就制成了一个三维实体（如图2-18所示）。

图2-18 光聚合成型技术

（2）气溶胶打印技术

气溶胶打印（Aerosolprinting）这个技术主要用在精密仪器、电路板的打印上。UV固化介质从10～100μm气溶胶喷射系统喷射。之后，金属纳米粒子油墨以精确的方式被分配、烧结在最近固化的材料上，然后重复一遍又一遍，直到结构形成。该过程具有快速材料凝固的特点。

（3）细胞3D打印

细胞 3D 打印（cellbioprinting）是快速成型技术和生物制造技术的有机结合，可以解决传统组织工程难以解决的问题（如图2-19所示）。主要以细胞为原材料，复制一些简单的生命体组织，例如皮肤、肌肉以及血管等，甚至在未来可以制造人体组织，如肾脏、肝脏甚至心脏，以便用于器官移植。

图2-19 细胞3D打印技术

3.增材制造的应用

增材制造技术因为其使用的材料和成型方法的不同，结合其材料的物理和化学属性以及使用的成型方法的加工特点，目前这项技术已被应用于多个行业领域，并且发挥着越来越重要的作用。

（1）在航空航天领域，采用电子束或激光的熔融沉积以及选择性烧结成型等加工技术制造外形复杂的机器零件，如3D打印的“Tomsk-TPU-120”号微型卫星。

（2）在汽车零件制造领域，因汽车零件形状复杂、加工制造难度大，增材制造技术同样也能应用于其中，如3D打印的奥迪R18E-TronQuattro遥控赛车模型、3D打印的自动驾驶电动公交车Olli。

（3）在生物医学领域，3D打印技术已经在牙齿矫正、脚踝矫正、医学模型快速制造、组织器官替代、脸部修饰和美容等方面得到应用与发展，如应用 3D 打印批量制作牙科矫正器。

（4）在建筑领域，设计师因传统建造技术的束缚无法将具有创意性和更具艺术效果的作品变为现实，而增材制造技术却能让设计师的创意实现。例如在2014年3月，荷兰建筑师利用3D打印技术“打印”出了世界上第一座3D打印建筑。