未来智库 > 3D打印论文 > 【浅析现代3D打印技术】
    关键词:3D打印 增材制造 材料工艺
    中图分类号:TP334 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)10(a)-0091-02
    1 3D打印简介
    1.1 3D打印的概念
    3D打印技术,是一种以数字模型文件为基础,采用离散材料(液体、粉末、丝等),基于离散堆积原理,通过逐层累加的方式来制造任意复杂形状物体的技术增材制造技术,又称3D快速成型技术,3D打印技术,起源于20世纪80年代。于1983年,查克・赫尔发明了SLA(液态树脂固化或光固化)3D打印技术,其发明者将它称作立体平版印刷,3D打印技术也由此正式诞生。3D打印技术与传统建造技术不同之处,在于增材制造。增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除-切削加工技术,“自下而上”地制造零件。
    1.2 3D打印的分类
    现在较为成熟的3D打印技术主要有FDM熔融层积成型技术、3DP技术、SLA立体平版印刷技术等。
    (1)FDM熔融层积成型技术。FDM熔融层积成型技术可用的材料种类多,成品精度较高,主要适用于成型小塑料件。FDM是三维喷头在计算机的控制下,根据扫描得到的信息,将材料选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后,机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层,直至完成。
    (2)3DP技术。3DP技术可以直接打印带有色彩的物品,但模型样品所传递的信息较大。用3DP技术的3D打印机通过将液态连结体铺放在粉末薄层上,逐层创建各部件。SLA立体平版印刷技术成型速度快,尺寸精度高,可应用于复杂工件的快速成型。
    (3)SLA技术。SLA技术以光敏树脂为原料,通过计算机控制激光按零件的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描,被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层。一层固化完成后,工作台下移一个层厚的距离,然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂,直至得到三维实体模型。
    1.3 3D打印的发展情况
    3D打印技术得到了快速的发展,其实际应用领域逐渐增多,也受到越来越多的公司的关注。3D技术的多种优点也推动各国3D打印市场的发展。在减少材料损耗,加快研发周期的推动下,前瞻产业研究院预计未来数年全球3D打印市场将继续快速增长。据前瞻数据库数据显示,2016年全球3D打印市场规模达70亿美元,同比增长34.62%,预计2017年将增至125亿美元左右。中国3D打印技术的发展目前不如欧美国家,主要体现在技术及市场两方面。即技术被发展晚与投资少。所以我国的3D打印市场规模小于欧美国家,而且中国3D打印企业尚未实现国际化,占国际市场份额低。
    2 3D打印的特点
    2.1 3D打印的主要特点
    3D打印带来了世界性制造业革命的原因,就在于以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现,而3D打印机的发明,情况就不一样了,打印出来的工件可以完全再现三维数据,这使得企�I在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题,任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现,3D打印还被称作快速成型技术,工件的打印比以往的制造快了许多,很大程度上加快了产品研发周期。3D打印的另一个特点在于其的全自动化。3D打印过程开始后不需人工操作,完全颠覆了工业的制造方式。3D打印使得人们可以在商店购买到这类打印机,工厂也在进行直接销售。科学家们表示,三维打印机的使用范围还很有限,材料限制还很大,但在未来的某一天人们一定可以通过3D打印机打印出更实用,更精确,更复杂的物品。
    2.2 3D打印的优劣势
    3D打印具有制造范围广、制造速度快、精确的实体复制、材料的多样性、零交付时间、材料损耗少等众多优点,但是在具有传统制造无可比拟的优点的同时,也尚存在一些缺点。比如材料的限制、成型件的精度和表面粗糙度等性能差且成型件的尺寸受限制、成本偏高、尚不可规模化生产等。
    3D打印仍存在一些缺陷,但可以相信随着技术的进步,3D打印可以克服缺点,更好地造福人类。
    3 3D打印的材料、设备和关键技术
    3.1 3D打印的材料
    理论上,任何材料都可用于3D打印的使用。但受3D打印工艺水平的制约,导致3D打印的可用材料的稀少。3D打印材料现在要分为光敏树脂,金属材料与陶瓷材料三大类。
    3.1.1 光敏树脂材料
    光敏树脂,即树脂,由聚合物单体与预聚体组成,其中加有光(紫外光)引发剂。加入有光引发剂的原因在于,其在250~300nm的紫外线的照射下,可以立即发生聚合反应,完成固化,以实现层与层间的粘合。光敏树脂一般以液态形式存在,可用于制造高强度、耐高温、防水的高级材料,常见的光敏树脂有Somos Next材料、树脂Somos11122材料、Somos19120材料和环氧树脂。
    3.1.2 金属材料
    自从3D打印技术开始发展以来,金属材料的3D打印使用就被各国重视,发展迅速。国防,轻工业,重工业等领域,3D打印技术就被寄予厚望,尤其是金属物件的制造。3D打印使用的金属材料一般要求纯净度高,粒径分布窄,球形度好。目前,主要的金属材料有钛合金,不锈钢和铝合金材料等。
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