增材制造工艺通过将粉材、丝材、液材和片材等材料用逐层堆积法,或“自然生长”成三维实体。它与减材和等材等制造方法相比,大幅降低了制造难度,特别适合于航空航天、武器装备、生物医学和模具等领域中小批量、非对称结构、曲面多及内空结构零部件的快速制造,符合制造业的发展趋势。然而,仅使用该工艺在成形效率、成形件精度和制造成本等方面尚存在诸多难题,尚无法完全替代传统制造技术。增材制造与减材和等材等制造方法各有其适用范围,它们的相互补充可以使制造技术有更大的发展。因此,在传统增材制造技术基础上,逐步发展出了多种复合增材制造技术,具体包括增材/减材复合制造、增材/等材复合制造等。
增材/减材复合制造是将增材制造和机械加工、电加工等减材制造方法复合,形成增材制造在零部件复杂度和减材制造在零部件精度、表面质量上的优势互补,实现复杂、高精度和表面高质量零部件的直接制造。
增材/等材复合制造应用较多的是增材/铸造复合制造。其利用增材制造工艺快速制造出砂型(芯)、熔模、陶瓷芯等,然后将其与传统的铸造工艺结合,得到所需的铸件。增材/铸造复合工艺具有响应快、复杂整体制造等特点,已广泛用于中等批量铸件的生产。增材/铸造复合工艺中采用的增材制造工艺主要有喷墨三维打印(three dimensional printing; 3DP)、激光选区烧结(selective laser sintering; SLS)等。3DP增材制造工艺的成形效率较高,但设备和维护成本较高。SLS增材制造工艺采用激光烧结粉末材料,可成形石蜡、聚苯乙烯、覆膜砂和陶瓷等粉末材料。SLS设备的成形材料更广泛、成形精度高、设备成本较低,但成形效率较低,它亦与砂型铸造成功地进行了复合。
增材/锻造复合也是增材/等材复合制造工艺中的一种,亦有很多工艺方法。方法之一是在锻件上用增材制造工艺成形复杂结构;方法之二是在增材制造过程中使用微型轧辊对熔融区域进行碾压加工,以防止材料流淌、坍塌,减少成形表面的阶梯效应,实现自由熔积与连续轧制在一个制造单元的集成。它可以实现两者的同步,从而有效缩短工艺流程,减少后续加工余量,并可获得组织和力学性能更好的零部件。