增减材制造综述

增减材制造综述Last revision on 21 December 2020

《精密与特种加工》

课程大作业

院系：机械工程学院授课老师： ******

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题目：增减材复合制造的基本原理、面临的挑战及其应用前景

增减材复合制造的基本原理、面临的挑战及其应用前景

前言

基于增减材制造的复合加工技术融合了增材制造(RP技术)和减材制造技术优势,具有高精度、高效率、高自动化的特点,但国内外针对该技术开展的研究较少，详细阐述了基于增减材制造的复合加工技术原理及特点,并系统分析了国内外基于增减材制造所面临的挑战,最后指出其发展方向。

1.增减材复合制造的基本原理

基于增减材制造的复合加工技术是从面向制造的产品设计阶段、软件控制设计阶段以及加工阶段将增材制造和减材制造相结合的一种新的技术。该技术是一种添加，去除材料的过程，以“离散一堆积一控制”的成型原理为基础，如图2所示。首先在计算机中生成最终功能零件的三维CAD模型；然后将该模型按一定的厚度分层切片，即将零件的三维数据信息转换为一系列的二维或三维轮廓几何信息，层面几何信息融合沉积参数和机加工参数生成扫描路径数控代码，成型系统按照轮廓轨迹逐层扫描堆积材料和加工控制(对轮廓或表面进行机加工)；最终成型三维实体零件。

从复合加工技术的原理可以看出，该技术与RP技术的基本思路是一致的，其实质就是CAD软件驱动下的三维堆积和机加工过程。由于采用机加工控制来消除台阶效应，

并保证精度，因此在沉积过程中可以采取大喷头和大厚度等低分辨率的沉积来提高alto 速度。一个基本的复合加工快速成型系统应该由以下几个部分组成：3或5轴CNC立式加工中心(由于大部分RP系统都是立式结构，所以该加工中心也应该是立式结构)，沉积制造部分，送料系统，软件控制系统，辅助系统。

图金属材料增材制造

2.增减材复合制造面临的挑战

增材/减材集成制造是指在产品设计阶段，就要统筹考虑增材制造中可能出现的问题，如材料收缩、零件各个方向的变形、表面形貌等，以及零件的形状特征，如复杂型腔、内孔、薄壁、弯曲管道等，同时也要考虑到现有的减才加工中工艺过程受到的各种制约，如刀具的几何形状，刀具运动轨迹、范围，以及刀具转向次数等。

在烧结功能梯度材料的过程中，需要适时、适量地传送多种不同粉末，以获得按梯度变化的材料配比。送粉系统必须分别控制每种（多达四种）粉末的流量和流速。控制精度与功能梯度材料的性能。

在激光增材制造过程中，需要精确控制送粉量的大小。粉末流量必须均匀一致，根据控制指令，送粉量大小实时可调。最低粉末流量要达到每分钟一克。现有的送粉系统流量太大，不够均匀一致，且流速不稳，不能够精确送粉。需要设计新的送粉系统，精确地控制粉末流量流速，实现极小流量送粉的均匀一致性与可重复性。（设计多种传感器的反馈系统）

3.增减材复合制造的应用前景

高效率、高精度、高性能、低成本的增材/减材集成制造已经成为工业生产的需求；增材/减材集成制造显着减轻结构重量、节省材料；增材/减材集成制造扩展设计与制造的想象空间；全新的设计原理、加工技术、质量与精度控制方法；

增材/减材集成制造必将得到广泛应用。

由于融合了增材制造和减材制造技术优势，基于增减材的复合加工技术能快速制备出不同材料的高精度、高质量的复杂形状零件，缩短制造周期，节省材料，降低成本，增强产品竞争优势，特别有利于复杂形状、多品种、小批量零件的生产，具有广阔的应用前景。但由于基于增减材的复合加工技术研究刚刚起步，并牵涉到较为宽广的技术学科，只有在相关学科技术得到全面的研究后才能对该技术形成支撑，具体来说以下几个方面是将来需要继续努力的方向。

(1)软件系统的研发。目前，所有的复合加工系统软件，都是在快速成型技术软件的基础上所进行的改进和集成，其基本过程和快速成型软件基本相同，但这并不能够完全发挥出复合加工技术的优势。未来软件的开发，应该基于复合加工技术的特点本身，从模型设计、离散化分层处理、路径生成及控制直到加工完成整个过程进行系统性融合。

(2)控制系统的研发。由于在零件成形过程中，要在沉积和机加工功能中不断转化，其加工坐标系也在不断的变化，因此对于刀具和沉积的准确定位和控制尤为重要。而现在几乎所有的基于增减材的复合加工系统，几乎没有反馈控制，因此如何实现对加工过程的实时检测和反馈，形成闭环控制，需要进一步研究。

4.总结

增材制造由于其独特技术优势引起了越来越多的关注，但也有很多缺点制约了其应用和发展，因此，同减材制造相结合的复合加工技术逐渐成为研究的焦点。本文在阐述增减材复合加工原理的基础上，详细介绍了多种复合加工技术的原理和特点。通过总结现有复合加工技术的研究现状，指出未来的研究方向。

参考文献

【1】马立杰樊红丽卢继平庞璐.基于增减材制造的复合加工技术研究

【2】黄树槐，肖跃加．快速成形技术的展望．中国机械工程，2000，1 ．

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【4】Weiss L E，Neplotnik G，Prinz F B，etal．Shape Deposition

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