增材加工和减材加工是两种不同的材料加工方式,以下为你详细介绍它们的相关内容:
增材加工
定义与原理:
增材加工又称增材制造,是一种基于离散 - 堆积原理,通过材料逐层累加的方式来制造三维实体零件的新型制造技术。它以三维模型数据为基础,运用各种材料添加手段,如粉末烧结、液态树脂固化、丝材挤出等,按照预定的路径将材料逐点、逐线、逐层堆积,最终形成所需的零部件。
常见工艺类型:
光固化成型(SLA):利用液态光敏树脂在紫外光照射下发生固化的特性。紫外激光束按照计算机设计的模型截面轮廓,逐点扫描液态树脂表面,使被扫描区域的树脂固化,形成一层薄的固态截面,然后升降台下降一定距离,再在已固化层上覆盖一层液态树脂,重复扫描固化过程,直至整个零件制造完成。常用于制造高精度、复杂形状的模型和零件,如牙科修复体、珠宝首饰模型等。
选择性激光烧结(SLS):采用激光束有选择地对铺在工作台上的粉末材料(如尼龙、金属粉末等)进行烧结,使粉末颗粒之间在激光作用下熔结在一起,形成一层固态烧结层,然后工作台下降,铺上新的一层粉末,继续烧结,层层叠加,最终构建出三维实体。该工艺可用于加工多种材料,尤其适合制造具有复杂内部结构、功能梯度材料的零件,像航空航天领域的一些轻量化结构件等。
熔融沉积成型(FDM):将丝状的热塑性材料(如 PLA、ABS 塑料等)通过送料机构送进加热的喷头,材料在喷头内被加热熔化后,喷头按照预设的轨迹在工作台上挤出熔化的材料,材料迅速冷却凝固,形成一层层的轮廓,随着喷头的移动和工作台的升降,逐步堆积出三维物体。它成本较低、操作简便,常用于 3D 打印爱好者、教育领域以及一些简单产品的快速原型制作,比如创意小摆件、简易机械零件模型等。

电子束熔化成型(EBM):在真空环境下,利用高能量密度的电子束扫描预先铺好在工作台上的金属粉末,使金属粉末快速熔化并凝固,层层堆积形成金属零件。由于电子束能量可精确控制且能实现快速扫描,所以该工艺适合制造高精度、高性能的金属零件,在航空航天、医疗器械等对材料性能要求苛刻的领域应用较多。

优势:
高度的设计自由度:能够轻松制造出传统加工方法难以实现的复杂几何形状,如内部带有复杂流道、晶格结构等的零部件,为产品的创新设计提供了广阔空间。
节省材料:相较于减材加工从整块材料上去除多余部分的方式,增材加工只使用构建零件所需的材料,对于一些昂贵的材料(如钛合金等),能有效降低成本。
快速原型制造:可以快速将设计的三维模型转化为实体原型,便于在产品研发阶段进行功能测试、外观评估等,缩短产品开发周期。
局限性:
材料种类有限:虽然目前可用于增材制造的材料在不断增多,但与传统加工可使用的海量材料相比,仍相对较少,部分特殊材料的增材制造工艺还不够成熟。
加工效率较低:尤其是对于大型、复杂的零件,逐层堆积的方式耗时较长,生产速度有待提高。
精度和表面质量问题:一些增材制造工艺所生产出的零件表面粗糙度相对较高,尺寸精度也不如传统的精密加工方法,往往需要后续的打磨、精加工等处理来满足高精度要求。
减材加工
定义与原理:
减材加工是通过去除毛坯材料上多余的部分,将原材料逐步加工成符合设计要求的零件的传统加工方式。它以切削、磨削等为主要手段,利用刀具、磨具等工具与工件之间的相对运动,按照预定的尺寸和形状要求,从工件上切除材料,最终得到所需的形状和尺寸精度的成品。
常见工艺类型:
车削加工:工件旋转,车刀作直线或曲线运动,通过车刀对工件表面的切削,实现对回转体类零件(如轴类、盘类零件)的加工,可加工出不同的圆柱面、圆锥面、螺纹、沟槽等形状,常用于机械制造领域中大量的轴类、盘类零件生产。

铣削加工:铣刀旋转,工件固定或作直线、曲线等进给运动,利用铣刀的多刃切削特点,可加工平面、台阶、沟槽、齿轮、螺纹等各种形状,是一种应用极为广泛的加工方法,能适应多种复杂形状零件的加工需求,在模具制造、航空航天零部件加工等方面都有重要应用。
钻削加工:主要用于在工件上加工孔,钻头在旋转的同时作轴向进给运动,在工件内部钻出圆形的孔,可分为钻孔、扩孔、铰孔等具体操作,以满足不同精度和表面质量要求的孔加工需求,是机械加工中最常见的孔加工方法之一。
磨削加工:利用砂轮等磨具对工件表面进行微量切削,通过磨具高速旋转与工件之间的相对运动,去除工件表面极薄的一层材料,达到很高的尺寸精度和表面质量要求,常用于加工硬度较高的材料以及对表面光洁度要求极高的零件,如精密轴类、轴承滚道、量具等的加工。
优势:
加工精度高:经过长期发展,减材加工在尺寸精度控制和表面质量保证方面已经非常成熟,能够满足各种高精度零件的加工要求,例如航空发动机叶片等对精度要求极高的零部件,通过精密铣削、磨削等减材加工工艺可达到微米级甚至更高的精度标准。
材料适用范围广:几乎可以加工所有类型的材料,无论是金属、非金属,还是各种复合材料等,都能通过相应的减材加工方法进行有效加工,这为多样化的产品制造提供了坚实基础。
加工效率相对稳定:对于一些常规形状、批量生产的零件,减材加工可以通过优化加工工艺、采用自动化设备等方式实现较高的生产效率,并且在长期生产过程中能保持较为稳定的加工质量和效率水平。
局限性:
材料浪费较严重:由于是从整块原材料上去除多余部分来获取零件,对于一些昂贵材料,会造成较大的材料成本浪费,尤其是在加工形状复杂、去除材料较多的零件时更为明显。
制造复杂形状受限:虽然减材加工可以通过多轴联动等先进技术实现复杂形状的加工,但对于一些具有高度复杂内部结构、极度不规则形状的零件,加工难度极大,甚至难以实现,往往需要借助特种加工或结合其他加工方式来完成。
增材加工和减材加工各有特点,在实际的制造业中,常常会根据具体的零件要求、生产批量、成本控制等因素综合选用,有时也会将两者结合使用,发挥各自优势,以实现最佳的加工效果。
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