机械类专业解读：增材制造工程

一、增材制造工程专业是什么？

解读一：增材制造俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、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，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

解读二（新乡学院）：增材制造又称为3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层增加材料、快速成型的方式来构造物体的技术。

解读三：一般通俗地称增材制造为3D打印，而事实上3D打印只是增材制造工艺的一种，它不是准确的技术名称。增材制造指通过离散-堆积使材料逐点逐层累积叠加形成三维实体的技术。根据它的特点又称增材制造，快速成形，任意成型等。

二、增材制造工程专业学什么？

示例一（新乡学院）：3D打印技术原理及应用、工程制图、3D建模技术、3D打印逆向工程、3D打印设备一体化系统设计、激光原理与技术、材料力学、材料成型技术等

示例二：机械制图与机械CAD、机械基础、电工技术、机械制 造技术、3D成型材料功能与应用、CAD/CAM软件应用、逆向工程技能训练、3D打印综合技能训练等。

三、增材制造工程专业干什么？

解读一（新乡学院）：增材制造工程专业毕业生主要在航空航天、汽车、船舶以及机械等领域内从事与3D打印相关的科学研究、设计制造、工程应用、生产管理、技术开发及服务等工作。

解读二：增材制造工程专业毕业生可进入产品制造企业、打印服务公司、 设计公司及其他3D领域企业，从事设计、技术操作、 咨询服务和管理等工作，也可以从事3D产品设计、三维扫描造型、打印设备维护与管理等工作。

四、增材制造技术盘点：

1、光聚合成型技术增材制造（SLA）：Stereolithography(立体印刷术)是最早实用化的快速成形技术。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，再由点到线，由线到面顺序凝固，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。这样层层叠加构成一个三维实体。

SLA立体光固化成型工艺示意图

2、以烧结和熔化为基本原理（SLS）：Selective Laser Sintering，(选择性激光烧结) 工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛。

SLS选择性激光烧结示意图

3、以粉末-粘合剂为基本原理（3DP）：三维打印技术(Three Dimensional printing)和平面打印非常相似，连打印头都是直接用平面打印机的。和SLS类似，这个技术的原料也是粉末状的。与SLS不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来，而是通过喷头用粘接剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

3DP三维打印技术示意图

4、熔融沉积造型（FDM）：FDM(Fused Deposition Modeling)工艺熔融沉积制造(FDM)工艺具体原理是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下 一层，直至形成整个实体造型。FMD是一种成本较低的增材制造方式，所用材料比较廉价，不会产生毒气和化学污染的危险。但是FDM打印成形后表面粗糙，需后续抛光处理。最高精度只能为0.1mm。由于喷头做机械运动，速度缓慢，而且同样需要支撑台。很多人认为FMD价格低廉，因此在工业应用不高，并且相对初级，但是随着技术的不断提高，现在FDM技术同样能够制造金属零件。

FDM熔融沉积制造示意图

5、气溶胶打印技术：(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气溶胶喷射系统分配并且瞬间完成。之后，一个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，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，它依赖于本地沉积和局部固化，并且据说可以在空间中达到最高的变形。

气溶胶打印技术示意图

6、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。在生物医学的基础和应用研究中有着广阔的发展前景。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，用于进行器官移植。

细胞3D打印示意图

五、增材制造跟传统制造方式相比有哪些优势？

增材制造是以数字模型为基础，将材料逐层增加以制造三维结构实体的智能制造技术。跟传统的减材制造（如机加工）和等材制造（如铸锻焊）相比，增材制造技术在复杂结构件的制造领域具有不可替代的优势。

1、设计上的自由度。在机加工、铸造或模塑生产当中,复杂设计的代价高昂，其每项细节都必须通过使用额外的刀具或其它步骤进行制造。相比而言，在增材制造当中，部件的复杂度极少需要或根本无需额外考虑。增材制造可以构建出其它制造工艺所不能实现或无法想像的形状,可以从纯粹考虑功能性的方面来设计部件，而无需考虑与制造相关的限制。

2、小批量生产的经济性。增材制造过程无需生产或装配硬模具，且装夹过程用时较短，因此它不存在那些需要通过大批量生产才能抵消的典型的生产成本。增材工艺允许采用非常低的生产批量，包括单件生产，就能达到经济合理的打印生产目的。

3、高材料效率。增材制造部件，特别是金属部件，仍然需要进行机加工。增材制造工序经常不能达到关键性部件所要求的最终细节、尺寸和表面光洁度的要求。但是所有近净成形工艺当中，增材制造是净成形水平最高的工艺，其后续机加工所必须切削掉的材料数量是很微量的。

4、生产可预测性好。增材制造的构建时间经常可以根据部件设计方案直接预测出来，这意味着生产用时可以预测得很精确。随着增材制造业的拓展，制造商对于自己的制造时间表编制将拥有严密得多的控制力。

5、减少装配。对于许多技术成熟的产品来说，这是一项由增材生产工艺所引进的根本性变革的要素。通过增材制造所构建的复杂形状可以一体成形，取代那些目前还需采用众多部件装配而成的产品。这意味着增材工艺所带来的节省效果包括了省去了之前需投入到装配工序的工作量、需涉及的坚固件、钎焊或焊接工序，还有单纯为了装配操作而添加的多余表面形状和材料。