明确地说，增材制造 (AM) 过程是一个全面的数字到物理的工作流程，它远远超出了打印阶段本身。它始于一个数字概念，并经过几个关键步骤：创建 3D 模型、将该模型转换为机器可用的格式并进行切片、物理构建过程，以及最后一系列的后处理和精加工步骤，以生产最终零件。
增材制造不是单一动作，而是一个多阶段的过程。了解整个工作流程——从数字设计到最终零件精加工——对于成功利用该技术和避免代价高昂的下游问题至关重要。
第一阶段：数字设计和准备
在使用任何材料之前，零件的基础是在纯数字环境中构建的。这个准备阶段可以说是最关键的，因为在此处做出的决定决定了整个过程的成功与否。
3D CAD 建模
该过程始于使用计算机辅助设计 (CAD) 软件创建的 3D 模型。这是最终物体的数字蓝图。
工程师和设计师构建零件的几何形状，确保其满足所有功能和结构要求。这也是应用增材制造设计 (DFAM) 原则以优化零件以适应打印过程的阶段。
STL 文件转换
大多数 3D 打印机的通用语言是 STL（光固化成型）文件格式。完成的 CAD 模型以 STL 文件格式导出。
该格式使用三角形网格来近似模型的表面。该网格的分辨率是一个关键参数，可能会影响最终打印件的表面质量。
切片和刀具路径生成
然后将 STL 文件导入“切片机”软件。该程序将 3D 模型数字地切割成数百或数千个薄的水平层。
对于每一层，软件都会生成打印机将遵循的精确机器指令，即刀具路径。这也是定义层高、打印速度和支撑结构放置等关键打印参数的地方。
第二阶段：制造构建
这是将数字蓝图逐层转换为物理对象的阶段。
机器设置
正确的机器设置是不可或缺的。这涉及装载所选材料，无论是聚合物长丝、一桶液体树脂还是金属粉末床。
操作员还会执行关键的校准，清洁构建平台，并确保机器环境（例如温度）对于所使用的材料是稳定和正确的。
构建过程
打印机执行切片文件的指令，一次构建一层对象。具体技术——例如 FDM、SLA 或 SLS——决定了每一层确切的形成方式以及与前一层粘合的方式。
此过程通常是自动化的，根据零件的大小、复杂性和所选技术，可能需要从几个小时到几天不等。
第三阶段：后处理
一个常见的误解是，零件在打印机停止的那一刻就完成了。实际上，几乎总是需要大量的后处理工作才能将原始打印件转变为功能性的成品部件。
零件移除和清洁
构建完成后，必须小心地将零件从构建平台上取下。根据技术，随后会进行清洁过程。
这可能包括洗掉多余的液体树脂、吹掉或刷掉未使用的粉末，或者简单地将零件从构建板上分离。
支撑结构移除
带有悬垂部分的复杂几何形状需要在打印时与零件一起打印临时支撑结构。必须仔细清除这些支撑物。
这可以通过使用手动工具的手动过程来完成，或者可能涉及在化学溶液中溶解支撑物。这通常是整个工作流程中最耗费人力的部分。
固化和精加工
许多原始零件需要额外的步骤才能达到其最终材料特性和所需的外观。这可能包括对树脂进行紫外线固化以最大化强度、对金属进行热处理，或进行打磨、抛光或喷漆等表面精加工技术。
常见陷阱和注意事项
成功驾驭 AM 工作流程需要了解其独特的挑战。忽视这些可能导致打印失败、资源浪费以及不符合规格的零件。
低估后处理时间和成本
团队通常会低估后处理所需的人力和时间，特别是支撑移除和表面精加工。这必须从一开始就纳入项目时间表和成本分析中。
在没有 DfAM 原则的情况下进行设计
为传统制造设计的零件很少能高效或有效地打印。成功的 AM 依赖于应用 DfAM 原则，例如优化零件方向、最大限度地减少对支撑的需求以及将组件整合到单个零件中。
材料、工艺和应用不匹配
并非所有 AM 技术都适用于所有应用。选择错误的材料或打印工艺可能导致零件无法满足热、化学或机械要求。对最终用途应用的深入了解至关重要。
将其应用于您的项目
您对 AM 工作流程的处理方法应由您的最终目标决定。
- 如果您的主要重点是快速原型制作： 您可以通过使用草稿质量的打印设置、设计时尽量减少支撑以及接受较低质量的表面光洁度来优先考虑速度。
- 如果您的主要重点是生产最终用途零件： 从初始设计阶段开始，对后处理、材料特性和尺寸精度进行细致的规划是不可或缺的。
- 如果您的主要重点是复杂的几何形状： 在切片阶段特别注意支撑策略和零件方向，以确保构建成功并简化后处理。
最终，将增材制造视为一个集成的、端到端的流程是释放其全部潜力的关键。
摘要表：
| 阶段 | 关键步骤 | 目的 |
|---|---|---|
| 1. 数字设计 | 3D CAD 建模、STL 转换、切片 | 创建数字蓝图并准备机器指令。 |
| 2. 制造构建 | 机器设置、逐层打印 | 将数字模型转换为物理对象。 |
| 3. 后处理 | 零件移除、支撑移除、固化/精加工 | 实现最终零件特性、功能和外观。 |
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