佛像等藝術(shù)性立體造形物大致分為“塑像”和“雕像”。塑像用粘土等材料制成,雕像則用石材、木材或金屬材切削制造。換言之,塑像在制作時材料要不斷添加,而雕像則要不斷減少。造型技術(shù)也可以大致分為這兩種。
現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品在少量生產(chǎn)復雜形狀的部件時,大多會使用切削加工機等設(shè)備制造。但近年來,隨著3D打印機的出現(xiàn),象塑像那樣堆疊硬質(zhì)材料來制造產(chǎn)品成為可能。增材制造(Additive Manufacturing)是指象塑像一樣邊添加材料邊制作的造型方法,或者采用這種方法的加工技術(shù)。
塑像一般使用粘土,而3D打印機可以使用樹脂或金屬材料。最近,可利用鋁合金或鈦合金造形的裝置也開發(fā)出來。其目標是使造形物可以直接成為產(chǎn)品。
七種增材制造技術(shù)
1980年代開發(fā)出了像3D打印機那樣能夠?qū)盈B很薄水平層來造形的裝置。采用的造型技術(shù)是使用以紫外線固化的液狀樹脂,用紫外線在其液面上描繪出截面形狀來制作各層。1990年前后,利用激光使樹脂粉末局部熔融并固化的選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering,SLS)技術(shù),以及在熱可塑性樹脂加熱變軟的狀態(tài)下邊擠出邊造型的熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling,F(xiàn)DM)技術(shù)也開發(fā)出來了。
早期的造型裝置的主要目的是,使計算機內(nèi)以數(shù)據(jù)形式定義的立體形狀快速變成實體,造型物的強度及物性都是次要的。這些裝置在工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域的用途也僅限于用來試制,確認形狀(Prototype),這些技術(shù)和裝置被稱為“快速成型(Rapid Prototyping,RP)”。但是,隨著近些年裝置的不斷進步,造型對象也不再僅限于試制品。于是,2009年民間非盈利性國際標準化規(guī)格制定機構(gòu)——材料試驗國際協(xié)會(ASTM International)決定將RP裝置的造型技術(shù)稱為增材制造。
目前材料試驗國際協(xié)會對增材制造技術(shù)的分類共有七種。分別為向粉末材料噴射液狀粘結(jié)劑(膠水)后使其凝固的“粘結(jié)劑噴射”;邊加入材料邊通過熱能量使其熔融結(jié)合的“定向能量沉積”;從噴嘴擠出材料的“材料擠出”;噴射液狀材料的“材料噴射”;利用熱能量使平鋪的粉末材料熔融結(jié)合的“粉末床熔化”;將切成截面形狀的片材粘合在一起的“片材層疊”;采用液狀光固化樹脂的“光固化”。FDM相當于,SLS相當于。
“去除加工”的反義詞
在“增材制造”一詞產(chǎn)生前后,“減材制造”(Subtractive Manufacturing)一詞也開始被人們使用。該詞相當于日語中的去除加工,主要指通過切削加工等技術(shù)邊去除材料的技術(shù)。增材制造和減材制造成了一對反義詞。
增材制造技術(shù)的優(yōu)點是可以直接使用3D模型。而減材制造必須將3D模型加工一次。其原因是,用工具去除材料的位置在3D模型的外側(cè),因此加工數(shù)據(jù)也需要重新定義為3D模型的外側(cè)。這種加工數(shù)據(jù)的制作(用CAM計算)需要花費時間和精力,而且需要具備使工具如何運轉(zhuǎn)的知識。
使用3D打印機的話,供應材料和能量的位置本身就是3D模型定義的空間。也就是說,因為可以直接使用3D模型,所以只要利用CAD等工具制作出模型數(shù)據(jù),就能直接開始造型作業(yè)。目前材料試驗國際協(xié)會正在制訂推進3D模型用于增材制造的數(shù)據(jù)格式標準。
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