叠层制造其结构力学模型-金属样品分析图像显微镜
叠层制造的定义及其结构力学模型
“叠层制造”为广义的工件逐层制备技术的总称，既包括传统的狭义
上的分层实体成形技术，又包括表面改性在基体上制备涂层的技术，以三
维打印为代表的增材制造技术，以及按功能性要求使性能不同的组分材料
逐层制备的梯度功能材料多层结构。这些技术和工艺之所以归类为广义的
叠层制造，在于它们有一个共同的工艺特征——工件逐层制备而成。就结
构特征而言，叠层制造表现为单一材料或多种材料的多层结构；就制备环
境而言，叠层制造大多都是在高温下成形，有的也可能在高温下使用。因
此，在温变状态下，需要考虑其热弹性响应。另一方面，高温成形后工件
需冷却至室温，因为各层材料性能的差异和制备过程产生的温度梯度，致
使工件冷却后可能出现一定的热残余变形和应力，这样既是影响产品质量
的关键因素，又是影响叠层制造技术的成熟度的关键。
虽然上述工艺制备的工件在工艺上均表现为逐层制备，在几何上均表
现为多材料多层结构，但因具体制备工艺的差异，在做多层结构处理时各
有其差异，具体举例如下。
三维打印技术改变了传统的零件设计模式，真正实现了由概念设计向模
型设计的转变。三维打印是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑
料等可黏合材料，按一定的路径逐层堆积成形的快速成形技术。其成形原
理类似于激光打印机，将零件数字化模型进行空间网格化，通过像素分解
成为一个个空间点阵，喷头在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，在
铺好的粉末材料上喷射出液态微滴，将零件一层层堆积而成。经过近三十
年的发展，无论是工艺还是三维打印机研发，均取得积极进展，技术日臻
成熟。
