佛像等藝術性立體(ti) 造形物大致分為(wei) “塑像”和“雕像”。塑像用粘土等材料製成,雕像則用石材、木材或金屬材切削製造。換言之,塑像在製作時材料要不斷添加,而雕像則要不斷減少。造型技術也可以大致分為(wei) 這兩(liang) 種。
現代工業(ye) 產(chan) 品在少量生產(chan) 複雜形狀的部件時,大多會(hui) 使用切削加工機等設備製造。但近年來,隨著3D打印機的出現,象塑像那樣堆疊硬質材料來製造產(chan) 品成為(wei) 可能。增材製造(Additive Manufacturing)是指象塑像一樣邊添加材料邊製作的造型方法,或者采用這種方法的加工技術。
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出來。其目標是使造形物可以直接成為(wei) 產(chan) 品。
七種增材製造技術
1980年代開發出了像3D打印機那樣能夠層疊很薄水平層來造形的裝置。采用的造型技術是使用以紫外線固化的液狀樹脂,用紫外線在其液麵上描繪出截麵形狀來製作各層。1990年前後,利用激光使樹脂粉末局部熔融並固化的選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering,SLS)技術,以及在熱可塑性樹脂加熱變軟的狀態下邊擠出邊造型的熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling,FDM)技術也開發出來了。
早期的造型裝置的主要目的是,使計算機內(nei) 以數據形式定義(yi) 的立體(ti) 形狀快速變成實體(ti) ,造型物的強度及物性都是次要的。這些裝置在工業(ye) 產(chan) 品領域的用途也僅(jin) 限於(yu) 用來試製,確認形狀(Prototype),這些技術和裝置被稱為(wei) “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(jin) 限於(yu) 試製品。於(yu) 是,2009年民間非盈利性國際標準化規格製定機構——材料試驗國際協會(hui) (ASTM International)決(jue) 定將RP裝置的造型技術稱為(wei) 增材製造。
目前材料試驗國際協會(hui) 對增材製造技術的分類共有七種。分別為(wei) 向粉末材料噴射液狀粘結劑(膠水)後使其凝固的“粘結劑噴射”;邊加入材料邊通過熱能量使其熔融結合的“定向能量沉積”;從(cong) 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合的“粉末床熔化”;將切成截麵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相當於(yu) ,SLS相當於(yu) 。
“去除加工”的反義(yi) 詞
在“增材製造”一詞產(chan) 生前後,“減材製造”(Subtractive Manufacturing)一詞也開始被人們(men) 使用。該詞相當於(yu) 日語中的去除加工,主要指通過切削加工等技術邊去除材料的技術。增材製造和減材製造成了一對反義(yi) 詞。
增材製造技術的優(you) 點是可以直接使用3D模型。而減材製造必須將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(ce) ,因此加工數據也需要重新定義(yi) 為(wei) 3D模型的外側(ce) 。這種加工數據的製作(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(yi) 的空間。也就是說,因為(wei) 可以直接使用3D模型,所以隻要利用CAD等工具製作出模型數據,就能直接開始造型作業(ye) 。目前材料試驗國際協會(hui) 正在製訂推進3D模型用於(yu) 增材製造的數據格式標準。
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