第 8 章成形
增材制造
增材制造，更常被称为 3D 打印，是直接根据计算机模型，只在需要的地方添加材料来构建零件，通常一次一薄层。不需要为零件制造模具、冲模或切削刀具，所以单件、复杂内部形状和快速的设计变更成本很低。本章的十种工艺，主要区别在于如何添加材料并将其固定到位。
核心思想
这里的每种工艺都把 3D 模型切成一叠薄层或路径，一层压一层地构建。可以想象一块面包是一片一片做起来的，而不是从整块上雕出来的：没有任何东西被切掉，所以任何刀具都够不到的形状也成为可能。国际标准 ISO/ASTM 52900 根据添加材料的方式，把这些工艺分为七大类：通过喷嘴挤出（材料挤出）、用光从树脂槽中固化（光聚合）、在粉末床中熔合（粉末床熔融）、在粉末床中粘合（粘结剂喷射）、以液滴喷射（材料喷射）、用聚焦能量束在落点处熔化（定向能量沉积）、以及把焊接的板材叠起来（板材层压）。体积打印是一种较新的方法，它一次固化整个体积的树脂，没有分层。
本章的 10 种工艺
8.1短视频FDM（熔融沉积成型）让熔融的塑料丝通过移动的喷嘴挤出（材料挤出）打开课程
8.2立体光刻（SLA/DLP）用激光或投影仪逐层硬化液态树脂（光固化成形）打开课程
8.3选择性激光烧结（SLS）激光熔合粉床中的尼龙粉末；松散的粉末支撑零件（粉末床熔融）打开课程
8.4激光粉末床熔融（金属，SLM/DMLS）激光逐层熔化薄薄的金属粉末（粉末床熔融）打开课程
8.5黏结剂喷射喷墨头给粉末喷胶，再对零件进行固化或烧结（黏结剂喷射）打开课程
8.6材料喷射（PolyJet）喷射树脂液滴并用紫外光固化（材料喷射）打开课程
8.7定向能量沉积（DED/LMD）激光在零件上熔出熔池；吹入的粉末增添金属（定向能量沉积）打开课程
8.8电弧丝材增材制造（WAAM）焊接机器人把电弧熔化的焊丝堆叠成焊道（定向能量沉积）打开课程
8.9超声波增材制造（UAM）超声振动在不熔化的情况下焊接金属箔，然后由铣刀修整（板材层压）打开课程
8.10体积打印（CAL）来自各个方向的光一次性固化旋转的树脂瓶（体积打印）打开课程并排对比
| 工艺 | 一句话概括 | 最适合 | 批量 | 精度 |
|---|---|---|---|---|
| 8.1FDM（熔融沉积成型） | 让熔融的塑料丝通过移动的喷嘴挤出（材料挤出） | 廉价原型、夹具、爱好者零件 | 1 到数百件 | 约 ±0.2–0.5 mm |
| 8.2立体光刻（SLA/DLP） | 用激光或投影仪逐层硬化液态树脂（光固化成形） | 精细模型、牙科零件、珠宝蜡型 | 1 到数千件 | 约 ±0.05–0.1 mm |
| 8.3选择性激光烧结（SLS） | 激光熔合粉床中的尼龙粉末；松散的粉末支撑零件（粉末床熔融） | 无需支撑的坚韧功能性塑料零件 | 数十到数万件 | 约 ±0.3 mm |
| 8.4激光粉末床熔融（金属，SLM/DMLS） | 激光逐层熔化薄薄的金属粉末（粉末床熔融） | 复杂金属零件、点阵、内部通道 | 1 到数千件 | 约 ±0.1 mm |
| 8.5黏结剂喷射 | 喷墨头给粉末喷胶，再对零件进行固化或烧结（黏结剂喷射） | 砂型、全彩模型、批量金属零件 | 数十到数万件 | 约 ±0.2 mm（金属收缩更多） |
| 8.6材料喷射（PolyJet） | 喷射树脂液滴并用紫外光固化（材料喷射） | 逼真的多材料、多色原型 | 1 到 100 件 | 约 ±0.1 mm |
| 8.7定向能量沉积（DED/LMD） | 激光在零件上熔出熔池；吹入的粉末增添金属（定向能量沉积） | 修复、熔覆、给零件添加特征 | 1 到数十件 | 加工前约 ±0.5 mm |
| 8.8电弧丝材增材制造（WAAM） | 焊接机器人把电弧熔化的焊丝堆叠成焊道（定向能量沉积） | 数米长的大型金属零件 | 1 到数十件 | 加工前约 ±1 mm |
| 8.9超声波增材制造（UAM） | 超声振动在不熔化的情况下焊接金属箔，然后由铣刀修整（板材层压） | 嵌入的传感器、通道、混合金属 | 1 到数十件 | 约 ±0.05 mm（加工后） |
| 8.10体积打印（CAL） | 来自各个方向的光一次性固化旋转的树脂瓶（体积打印） | 快速、光滑的小零件；科研 | 1 到数十件 | 特征约 0.1–0.3 mm |
如何在这一类中选择
- 预算有限的塑料原型： 从 FDM 开始；当外观和精细细节重要时，改用 SLA 或材料喷射。
- 批量的高强度塑料零件： 选 SLS，因为松散的粉末支撑着每个零件，且许多零件可以嵌套在一次构建中。
- 复杂金属零件： 要细节和精度用激光粉末床熔融；需要以较低成本做大量小零件时用粘结剂喷射。
- 大型金属零件或修复： 要精度用定向能量沉积（DED），要尺寸和速度用 WAAM；两者都要计划后续加工。
- 特殊情况： UAM 用于埋入传感器或连接异种金属；体积打印用于在几秒内做出小型无分层的树脂零件。
关键词
- 层高
- 每个打印切片的厚度；层越薄，细节越精细，但构建时间越长。
- 支撑
- 打印时托住悬垂部分、事后再去除的临时材料。
- 光敏聚合物
- 一种遇光（通常是紫外光）固化的液态树脂。
- 粉末床
- 铺在成型区域上的一层薄而平的粉末，被选择性地熔合或粘合。
- 熔池
- 成形时激光或电弧下方那一小滩熔融金属。
- 烧结
- 加热粉末，使其颗粒结合在一起，但不完全熔化。
- 近净成形
- 成形后已接近最终形状、只需轻度加工的零件。
- 后处理
- 打印之后做的所有事，如去除支撑、固化、热处理或加工。