典型无机非金属材料增材制造研究与应用现状

李金平

摘要：随着科学技术的飞速发展，联合生产（3D打印）已成为许多国家关注的焦点，许多研究机构和企业尝试将非金属材料应用于各个领域。本文主要分析了增材制造的内涵，阐释了增材制造的分类、发展趋势和应用现状，并介绍了增材制造中出现不良现象的原因和创新方法。

关键词：无机非金属材料;增材制造;应用现状

1、增材制造技术概述

1980 年代出现了增材制造。快速成型是美国、日本等发达国家科学家提出的想法。这与材料压缩和模具生产等传统方法不同，附加制造技术采用计算机辅助制造技术，然后利用激光、CNC等技术手段创建数字3D模型，将粉末、线材等离散材料转化为“生长”模式，实现金属、陶瓷和有机物质的快速成型。常规复杂结构如果在加工过程中难以产生薄壁和封闭型腔，则适用于单件或小件精密生产。它们广泛应用于航空、医学等领域，目前是各大高校的科研中心。随着增材制造技术、理论、材料和设备的不断发展，增材制造技术也在不断发展。总的来说，无机非金属材料存在加工工艺传统、加工复杂、生产工艺落后等缺点。加工技术难以满足生产需要，导致非金属材料加工成本高，盈利能力低。由于生产问题，国内外科学家不断寻找新的加工方法来改变传统回收方法带来的问题。附加制造技术的出现消除了这些问题，为常规非金属材料的生产带来了新的方

2、增材制造的分类

2.1材料种类划分

根据生产材料中添加的各种添加剂，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和生物材料。一般来说，金属材料、有机高分子材料和无机非金属材料是生产添加剂的三种主要材料。金属材料（主要是钛合金、镍合金、不锈钢等）广泛应用于工业生产，特别适用于航空航天和要求高密度的小团体行业;无机非金属材料（氧化铝、氮化铝等）广泛应用于生活，特别是陶瓷制品;有机高分子材料（如特种树脂、光敏树脂等）在日常生活中得到了广泛的应用，特别是树脂制品被人们所接受;生物材料被用来模拟人体组织的发展，科学家们正试图生产可以替代人体组织的材料，帮助更多的人得以恢复健康。

2.2制造材料形态划分

增材制造有多种形式，主要分为尘粒、线材、带材和液体材料。通常来讲，材料的形状不同，热源的形状和条件也不相同。粉体、线材、带材主要包括金属、高分子材料和无机非金属材料，液态材料主要包括有机高分子材料和无机非金属材料。事实上，材料对添加剂的生产有重大影响。研究人员在制造过程中应注意材料的种类，針对不同形态类型的加工参数设计，减少形态对零件的影响，降低内应力，提高质量。目前，有少部分国内外研究人员都在重点研究不同形状材料下的成型工艺，试图优化成型工艺以获得理想化的附加生产材料。

2.3制造热源划分

热源在添加剂生产中起着重要的作用。热源类型主要有激光、电子束、电弧等。（1）激光。在激光镶件的生产过程中，由激光装置发出的激光束在镶件的生产过程中起到热源的作用，热源用来传递热量和熔化材料。一步一步的制造创造出一个三维模型，这是一种运输材料的方法，通过计算机程序生成三个由惰性气体保护的加工路径。激光镶件制造通常用于生产小型、复杂的金属零件，是3D打印中的一项重要技术。许多科学家利用激光添加剂选择合适的熔体材料和加工参数，设计制造高精度、低粗糙度的产品，然后进行可加工或低边际加工，但重点关注零件中的残余应力，防止不必要的裂缝。（2）电子束。电子束应用的生产是利用高速电子束作为热源，连续扫描和熔化金属材料，生产精密材料。其实电子束和激光配件的制造原理是相似的，但不同的是热源不同，工件尺寸不同。电子束主要用于制造大型和紧凑的航空航天零件。这种工艺大大优于其他传统的生产方法，降低了生产难度，提高了生产质量。（3）电弧。电弧接头的生产使用电弧作为热源，包括用于生产金属结构的层。它是基于传统的焊接技术（SAW，MIG，TIG等）。它的形成速度更快，但容易承受高压力。变形量大、表面质量差等主要缺陷需要二次加工。油添加剂制造过程中应特别注意应力变化，具有成本低、效率高的特点，适合钢铁产品的生产。其实弹簧配件的生产成本低，加工速度快。采用优化的参数和热处理方法，可以获得品种齐全的高品质产品，带来很多经济效益，方便人民的日常生活和工作中使用。

3、典型无机非金属材料增材制造的应用现状

3.1陶瓷3DP技术

3DP技术是陶瓷材料附加生产的一项重要技术。按原理不同可分为物理型（键合法）和相变反应型（熔融法、光处理法）。主要用于模具领域。国外科学家采用模具，采用3DP技术制作复杂的陶瓷过滤器。在生物医学中，石灰是制备血管移植支架的主要材料。需要指出的是，印刷材料是陶瓷3DP技术推广应用的关键因素。粘结强度不足，力学性能差。印刷容易缩小尺寸，结构变形，尺寸精度低。此外，3DP添加剂制造的产品容易产生需要人工修复的后处理缺陷，导致尺寸和精度显著降低，而低强度则容易开裂。采用温度烧结方法，防止体积缩小，降低内应力。

3.2建筑类材料应用现状

如今，增材制造的生产已经引起了全世界的广泛关注。主要特点是（1）可用于增产的各种建筑材料（石膏、混凝土等）;）（2）有许多类型的设备。需要不同的设计形式来完成制造过程，以满足不同尺寸和规格的建筑构件和构件;（3）印刷方式不同，生产时有几种附加的生产方式;（4）预制与现场生产并行。目前，印刷施工技术尚不成熟，速度和精度难以适应。因此，组装和生产必须一起进行。随着科学技术的飞速发展，我国建筑业增产的发展方向主要是对劳动强度大、人工成本高的工序和工序进行更新换代。附加生产是一个涉及多学科的高科技生产体系，需要与实际施工技术相结合。

结语

综上所述，无机非金属材料的增加是未来发展的一个方向。尽管面临诸多挑战（材料、质量、工艺等），但必须克服挑战，创新生产工艺，提高效率，降低制造零件的质量和生产成本，实现工业化，满足工业化需求。

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