增材制造有哪些应用？

增材制造是一个广义术语，涵盖范围广泛的工艺和材料；每个都有自己的利基和目的。可以说，金属增材制造的两种最常见形式是激光粉末床熔合 (LPBF) 和电弧增材制造 (WAAM)。

在它们之间，这两种技术提供了不同的好处，应该针对不同的应用程序。在本文中，我们将分析选择这些制造工艺的原因、常见的应用是什么，并提供实际应用中的技术示例。

激光粉床融合

LPBF 是一项功能强大的技术，在使用和应用方面都在不断增长。一般来说，要使 LPBF 应用合适，您计划生产的部件应该比通过传统方法生产的同等部件具有性能优势。

这是因为 LPBF 在机器和材料方面都相对昂贵，而且通常是一个相当缓慢的过程。如果您计划生产大量简单的零件，更传统的加工工艺几乎肯定是更好的选择。考虑到这一点，以下是 LPBF 最常见的应用：

医疗的

在医疗行业，对高价值、定制化零件的需求非常强劲，尤其是在髋关节植入物和颌面植入物方面。该应用充分利用了与 LPBF 相关的性能优势，例如创建表面孔隙率或组织锚定结构的能力。

每个人体都是独一无二的，因此需要定制许多植入物以适合； LPBF 可以在不更换工具的情况下快速生产定制的高性能零件。例如，3D 扫描面部植入物可以通过 LPBF 在相对较短的时间内从数据到成品。

例子

骨科设备制造商 Stryker 已采用 LPBF 生产复杂的骨科植入物。根据 Stryker 的说法，LPBF 实现了“我们无法通过其他方式制造的新几何形状”，以及快速的概念开发和原型迭代。

航空航天

使飞机保持在空中的复杂系统通常依赖于高性能部件；制造商通常选择采用 LPBF 来制造这些部件，尤其是热交换器、燃烧器和其他喷气发动机部件。

近年来，航空航天制造商利用 LPBF 来整合其零件的制造过程。以前，零件可能是由较小的组件组合而成，而 LPBF 能够生产坚固的组件，从而为提高性能和减轻重量创造了机会。

就像过去二十年汽车行业的发展历程一样，航空航天业目前正在努力大幅减少碳排放。 LPBF 可以创造更高效的飞机制造工艺和部件，帮助航空航天业更接近净零排放。

例子

英国航空航天公司 Orbex 最近设计了世界上最大的一体式 3D 金属火箭发动机。火箭发动机针对选择性激光熔化进行了优化；与其他运载火箭相比，重量减轻30%，效率提高20%。

赛车运动

在赛车运动行业，制造商使用 LPBF 为各种汽车生产发动机、底盘、悬架、排气系统和配件的高性能部件，包括一级方程式、爬坡和越野拉力赛。这些制造商采用传统制造的零件并为 AM 重新设计它们，以减轻它们的重量并优化动态特性。

LPBF 非常适合小批量或原型制作，其中零件性能至关重要；这使得 LPBF 成为赛车行业的绝佳应用。最近，多家一级方程式发动机制造商已使用 LPBF 制造各种耐温性和强度至关重要的部件：

滚箍

冷却板

液压块

泵壳

冷却管

机翼结构

涡轮和压缩机铸件

例子

赛车发动机设计师 PIPO Moteurs 使用 LPBF 为其 Rallycross 和 Rally 直列四缸发动机制造排气组件。该排气装置由 6 个增材制造的零件组成，重量减轻了 18.9%，并降低了焊接失败的风险。

工装

模具加工可以说是 LPBF 最常见的应用，尤其是在制造模具时。当金属零件需要包含复杂的几何形状或通道时，LPBF 是无可比拟的；制造商可以制造在随形冷却方面具有显着性能改进的部件。

例子

模具制造商 iQtemp 有许多案例研究概述了 LPBF 为其产品提供的性能优势。例如，为一位客户设计的复杂冷却核心将循环时间从 70 秒减少到 42 秒。

总结：激光粉末床融合

为了使 LPBF 成为合适的应用程序，零件性能应该是一个优先事项，而不是成本或生产速度。更重要的是，在设计阶段需要大量投资以确保 LPBF 是最好的制造技术。如果 LPBF 从一开始就没有出现在设计师的脑海中，那么它就不太可能是正确的工具选择。

线弧增材制造

WAAM 是与 LPBF 截然不同的技术，进一步强调了增材制造保护伞下的工艺范围。与 LPBF 不同，WAAM 创建的部件分辨率低得多，但沉积速率高得多。这意味着使用 WAAM 制造的零件精度较低，但生产速度更快；因此，为了提高生产速度，一些零件性能优势被取消了。

没有以使用 WAAM 而闻名的特定行业。相反，WAAM 的良好应用是客户需要通过压缩开发周期和锻造时间来减少库存或缩短交货时间的地方。例如，在铁路行业，制造商使用 WAAM 快速高效地生产高价值、小批量的零件。 WAAM 有一个便利因素；它比 LPBF 更快更容易理解。

例子

GEFERTEC 的这些示例突出了 WAAM 为各个行业提供的快速灵活的采购，从船用柴油发动机零件到热成型模具。这些示例强调了交付时间和成本的减少，以及高达 80% 的材料节省。

那么，我们能学到什么呢？

增材制造的应用多种多样。 Additure 采用 LPBF 是因为其制造潜力，而 WAAM 是因为其速度和易于理解。

对于 Additure，“增材制造的应用是什么？”不是正确的问题；相反，我们应该问自己，“这种类型的增材制造适合这种部件/产品吗？”。