复合材料零件增材制造技术优化方案

现阶段增材制造主要是制造单一材料的零件，如单一高分子材料和单一金属材料，目前正在向单一陶瓷材料发展。随着零件性能要求的提高，复合材料或梯度材料零件成为迫切需要发展的产品。如：人工关节未来需要Ti合金和CoCrMo合金的复合，既要保证人工关节具有良好的耐磨界面（CoCrMo合金保证），又要与骨组织有良好的生物相容界面（Ti合金），这就需要制造的人工关节具有复合材料结构。由于增材制造具有微量单元的堆积过程，每个堆积单元可通过不断变化材料实现一个零件中不同材料的复合，实现控型和控性的制造。

除了上述几方面的技术挑战，增材制造技术发展到现今，也正面临着以下几个方面的困境：

1.伦理和安全问题

据福布斯中文网报道，美激进组织“分布式防御”利用增材制造技术制造可以开火并具有杀伤力的枪械，任何人都可以通过互联网在家里下载这款枪支的设计数据，然后借助增材成型工艺制造出来。这一事件引发全球有关增材制造技术制造枪支的争论。此外，可以克隆人体器官的增材成型技术在给医学界带来无限想象力的同时，也面临着伦理上引起大众质疑的困境。随着增材成型技术的进步，其引发的安全风险和伦理质疑将越来越大，如何保证增材制造技术不被犯罪分子和恐怖分子利用来为非作歹，如何建立一套行之有效的监管机制，将对技术的成长极为重要。

2.技术和材料固有缺陷(www.xing528.com)

尽管研究人员一直在关注如何提高制造的精度，尤其是表面质量，但因为增材制造固有的逐层堆积加工方式，为提高精度，则需不断降低每一层的厚度，这在难度提高的同时，制造时间也大幅延长。而层和层之间粘接再紧密，其产品性能也无法和传统模具整体浇铸和成型的零件相媲美。此外，成型材料的限制也对技术的应用范围形成掣肘。目前，可供增材制造的材料有300多种，多为石膏、塑料、可粘接的粉末颗粒、树脂等，制造精度、复杂性、强度等难以达到较高要求，主要应用于模型、玩具等产品领域。对于金属材料来说，如果液化成型难以实现，则只能采用粉末冶金方式，除高温还需高压，技术难度很高，因此诸多金属材料在短期内很难实际应用。

3.打印成本问题

价格是制约增材成型普及应用的另一个因素。中低端机器主要采用聚合物成型材料，面向个人消费者设计需要，可成型眼镜框、样板房和玩具等小型物件，以美国Makerbot为代表的个人3D打印机增材成型设备售价在2000美元左右。高端机器采用聚合物、金属和陶瓷等材料，主要用于原型制造和大型结构件直接制造，售价在20万～200万美元之间。可见，无论面向个人还是专业机构，当前增材制造设备的价格还是非常昂贵的，而主要用于模型制造的有限价值使得设备需求量难有爆发性增长。即使设备成本能够降下来，单个商品的制造成本依然得不到解决。使用增材制造技术制造商品，其成本要远高于大型企业规模化生产后均摊到每一件商品的成本，而批量生产也比增材成型方式快速很多。

每一项科学技术的进步总是伴随着相应的弊端，增材制造也是如此，但技术革新的步伐却永远不会停止。