疊層制造其結構力學模型-金屬樣品分析圖像顯微鏡
疊層制造的定義及其結構力學模型
“疊層制造”為廣義的工件逐層制備技術的總稱，既包括傳統的狹義
上的分層實體成形技術，又包括表面改性在基體上制備涂層的技術，以三
維打印為代表的增材制造技術，以及按功能性要求使性能不同的組分材料
逐層制備的梯度功能材料多層結構。這些技術和工藝之所以歸類為廣義的
疊層制造，在于它們有一個共同的工藝特征——工件逐層制備而成。就結
構特征而言，疊層制造表現為單一材料或多種材料的多層結構；就制備環
境而言，疊層制造大多都是在高溫下成形，有的也可能在高溫下使用。因
此，在溫變狀態下，需要考慮其熱彈性響應。另一方面，高溫成形后工件
需冷卻至室溫，因為各層材料性能的差異和制備過程產生的溫度梯度，致
使工件冷卻后可能出現一定的熱殘余變形和應力，這樣既是影響產品質量
的關鍵因素，又是影響疊層制造技術的成熟度的關鍵。
雖然上述工藝制備的工件在工藝上均表現為逐層制備，在幾何上均表
現為多材料多層結構，但因具體制備工藝的差異，在做多層結構處理時各
有其差異，具體舉例如下。
三維打印技術改變了傳統的零件設計模式，真正實現了由概念設計向模
型設計的轉變。三維打印是以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑
料等可黏合材料，按一定的路徑逐層堆積成形的快速成形技術。其成形原
理類似于激光打印機，將零件數字化模型進行空間網格化，通過像素分解
成為一個個空間點陣，噴頭在計算機的控制下，按照截面輪廓的信息，在
鋪好的粉末材料上噴射出液態微滴，將零件一層層堆積而成。經過近三十
年的發展，無論是工藝還是三維打印機研發，均取得積極進展，技術日臻
成熟。
