连载(42)数字孪生产业的关键技术- 增材制造

文章来源:APS研究
2020-09-20

增材制造

增材制造是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术的新型制造技术。 它以数字模型文件为基础,通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料 以及医用生物材料等,按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积, 制造出实体物品。

自20世纪80年代末,增材制造技术逐步发展,期间也被称为“材料累加制 ”、“快速原型”、“分层制造”、“实体自由制造”、“3D打印技术”等。美国材 料与试验协会(ASTM) F42国际委员会对增材制造给出了定义:增材制造是依据 三维模型数据将材料连接制作物体的过程。相对于减法制造,它通常是逐层累加 的过程。增材制造技术使用能源有激光、电子束、紫外光等,采用的材料有树脂、 塑料、金属、陶瓷、蜡等。因其采用的成型方法和使用的成型材料以及依靠的凝 结热源不同,现在主要分为四类:分层实体制造(LOM )工艺技术、立体光刻(SLA) 工艺技术、选择性激光烧结SLS)工艺技术和熔融沉积成型(FDM)工艺技术。

增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序,利用三维设计数据 在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件,从而实现“自由制造”, 能够实现许多过去难以制造的复杂结构零件的成型,并大大减少了加工工序,缩 短了加工周期。而且越是结构复杂的产品,其制造的速度优势越明显。近20 来,增材制造技术得到了快速发展,增材制造原理与不同的材料和工艺结合发展 出了许多增材制造设备,目前已达到20多个种类。这一技术在各个领域都获得 了广泛的应用,如电子产品、汽车、航空航天、医疗、军工、艺术设计等。

增材制造的好处可以从两个方面来理解,一个是生产效益,另一个是产品生 命周期效益。生产效益专注于制造过程,包括减少材料消耗,缩短交货时间,最 小的模具成本,降低装配成本等。产品生命周期效益是指在使用增材制造出来产 品的过程中,来自如减重带来的燃油效益、更高的性能和可靠性、更长的寿命、 更快的新产品推出、市场响应速度、减少库存以及更好的适应性和更具吸引力的 产品附加值等等。

增材制造是全数字化的制造过程,无论是其制造的产品,还是制造过程本身, 都是一个天然的数字孪生体。基于数字孪生体技术和增材制造深度融合的平台环 境,能够帮助企业从设计制造直至市场营销、销售、交付,为所有利益相关方创 建一致、综合全面的服务体验,更好地满足未来大批量定制化的制造需求。在增 材技术的加持下,使传统制造模式所不能获得的营销、供应链及运维服务等产业 各环节中的柔性、敏捷及快速响应成为可能,让数字孪生产业的价值可以得到充 分的挖掘。