9、数字制造：增材制造、数字孪生与物联网的融合

数字制造：增材制造、数字孪生与物联网的融合

增材制造技术的优势与挑战

增材制造（AM）技术在功能材料的设计和制造方面展现出显著优势。它能为涉及复杂几何形状的晶格结构设计和制造提供灵活性，还可通过单次打印实现多材料的集成。与传统制造方法相比，AM 技术具有快速原型制作、低成本制造、定制化构建以及能够制造复杂几何形状等特点。

不过，尽管众多研究团队付出巨大努力克服了软功能材料 AM 领域的诸多挑战，但该技术仍存在一些缺点，如可打印材料有限、打印速度低以及多边使用受限等问题，这些都有待进一步研究。例如，Razavykia 等人通过选择性激光熔化（SLM）的数值模拟，对预测微观结构、残余应力分析、熔池行为和热传递的现有非专有方法进行了统一呈现。

纳米技术与增材制造的融合

纳米技术处理的是超分子、分子和原子尺度的物质。将纳米技术与 AM 技术相结合，能够实现新颖且创新的应用。纳米技术不仅可以增强 AM 技术的性能，还能简化制造过程，尤其在制造复杂结构时优势明显。这种融合在农业、医学、太空和生物科学等领域具有潜在应用价值，同时通过简化材料加工，提高了新技术的可及性和可持续性。近年来，这种结合技术在众多应用中取得了许多进展。

基于数字孪生的增材制造

• 早期研究 ：Knapp 等人在研究中考虑了 AM 过程中材料的冶金方面，并尝试使用数字孪生（DT）来监测这些方面。他们建立的三维模型可确定温度、速度、冷却速率、凝固参数和沉积几何形状，被视为第一代 DT 资源。
• 近期进展
  • Cai 等人展示