[发明专利]一种增材制造方法及装置

说明书

本发明涉及一种增材制造方法及装置，所述AM装置包括：数据分析单元、增材制造单元、模块嵌入单元和反馈单元，所述模块嵌入单元基于增材制造单元完成的增材进程数据和数据分析单元提供的插入时间点、模块材料、数量、形状和排列模式将所述模块镶嵌、连接或插入到正在进行增材制造的对象之内或之上。通过在增材制造过程中加入模块，提升了制造效率。同时，通过在增材制造过程中引入了模块，从而实现增材制造对象的多材料混合制造过程。增材制造过程中引入的模块在增材对象废弃时，还可以快速回收利用，降低了产品更新换代的成本，节约了原材料。

技术领域

本发明涉及增材制造的方法及装置领域，尤其涉及Rapid Prototyping、3DPrinting、Solid Free-form Fabrication及其改进方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。近二十年来，AM技术取得了快速的发展，“快速原型制造”、“三维打印”、“实体自由制造”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。该技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展，这里所说的“增材制造”与“快速成形”、“快速制造”意义相同。

其主要应用领域在于以激光束、电子束、等离子或离子束为热源，加热材料使之结合、直接制造零件的方法，称为高能束流快速制造，是增材制造领域的重要分支，在工业领域最为常见。

增材制造设备与现代微机技术紧密相关，它由零件的三维数据驱动，设备接受三维数据之后，转换为加工步骤，从而直接制造零件。同时随着计算机软硬件技术的发展，增材制造技术内涵仍在不断深化，类型也不断扩展。当前增材制造技术主要有以下几种实现途径：

1、光固化打印，这是采用紫外线在液态光敏树脂表面进行扫描，每次生成一定厚度的薄层，从底部逐层生成物体。光固化打印的优点是原材料的利用率高(接近100％)，尺寸精度高，表面质量优良，可用于制作结构复杂的模型，并且打印设备尺寸、重量较小，缺点是原材料种类有限。

2、选择性激光烧结打印，即采用高功率的激光，对粉末加热使其烧结成型。选择性激光烧结工艺的优点是材料范围广，除可烧结塑料、尼龙。聚碳酸酯等非金属材料，还可打印金属材料，且打印时无需支撑，打印的零件机械性能好、强度高。缺点是粉末状材料比较松散，打印精度较难控制，且打印设备价格昂贵。

3、熔融沉积打印是采用热融喷头，使塑性材料熔化后从喷头内挤压而出，并沉积在指定位置固化成型。即类似于“挤牙膏”的过程。这种打印方式价格低廉、体积小、操作难度相对较小，适合于家用和办公室打印，缺点是成型件表面有明显的条纹，产品层间的结合强度低、反应速度慢。

4、3D打印，这是采用类似喷墨打印机喷头的工作方式，这种工艺与选择性激光烧结十分类似，只是将激光烧结过程改为喷头粘连，光栅扫描器改为粘接剂喷头。3D打印的优点是打印速度快、成本较低，缺点是打印出来的产品机械强度不高。

增材制造技术实用化之后，迅速被运用于多个领域。在军事领域，增材制造技术首先在航空航天领域得到应用，随后开始向海军装备制造领域推广。目前，增材制造技术的使用方向主要有：

小型关键零件的制造，尤其是传感器的制造，可利用电子束熔化处理合金后逐层烧结，以获得传感器基本结构，兼顾性能和制造成本。

增材制造技术主要优势在于该技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。