增材制造技术以其独特的特点和优势,正在逐渐改变着制造业的面貌。其逐层叠加的制造方式使得复杂零部件的加工变得简单可行,解决了同类零部件加工的难题。同时,该技术还具有信息网络技术、先进材料技术与数字制造技术的集成优势,为制造业带来了前所未有的发展机遇。
作为新兴的制造方式,金属增材制造相较于传统精密加工技术,具有诸多显著特点。
第一,它能够显著缩短新产品研发及实现周期。3D打印工艺直接由三维模型驱动,无需模具、夹具等辅助工具,从而极大降低了产品的研制周期,节省了昂贵的模具生产费用,并提高了产品研发迭代速度。
第二,金属增材制造能高效成形更为复杂的结构。其原理在于将复杂的三维几何体剖分为二维的截面形状进行叠层制造,这使得传统精密加工难以实现的复杂构件成形变得可能,不仅提高了零件成品率,还优化了产品质量。此外,金属3D打印技术还能实现一体化、轻量化设计,优化复杂零部件结构,在保证性能的前提下减轻重量,提升产品可靠性。同时,与传统精密加工技术相比,金属3D打印技术能显著节约材料,特别是对昂贵金属材料的成本节约更为明显。
第三,基于3D打印的快速凝固工艺特点,成形后的制件内部冶金质量均匀致密,具有优良的力学性能。
金属3D打印工艺主要分为粉末床选区熔化和定向能量沉积两大类别。采用这两类工艺原理的金属3D打印技术,都能制造出达到锻件标准的金属零件。为了拓宽应用领域,这两类主流金属3D打印技术都在不断提升性能,追求更高的精度、效率、成本效益,以及更广泛的尺寸范围和材料适用性。
基于金属增材制造的五大显著特点,这一技术能够有效地解决下游用户在采用传统精密制造技术时所面临的一系列问题。在设计端,金属增材制造技术能够显著缩短研发迭代周期,改变“制造决定设计”的局限,从而提升设计的灵活性和效率。而在制造端,该技术则能显著提高材料利用率,降低小批量生产成本,并减少不必要的库存积压。
此外,增材制造的规模经济效应也与传统制造方式有所不同。随着生产规模的增加,其边际成本下降的速度相对较慢,这意味着在达到一定规模之前,增材制造将一直保持其成本优势。而这一点在小批量生产方面尤为重要,因为增材制造能够满足下游不同领域的需求,具备高柔性的生产能力。当然,要充分发挥这种高柔性,需要对设备扫描速度、分区扫描、激光功率等参数设置有深入的理解。