深度解读3D打印（增材制造）技术

　　3D打印技术的快速发展已经对某些传统行业造成了一定的影响甚至冲击。随着3D打印技术的更新迭代，这种影响将会日益深远。

　　3D打印技术（ThreeDimensionsPrintingTechnology）是快速成形技术的一种，它是将计算机设计出的三维数字模型分解成若干层平面切片，然后由3D打印机把粉末状、液状或丝状塑料、金属、陶瓷或砂等可粘合材料按切片图形逐层叠加，最终堆积成完整物体的技术[1]。该技术综合了数字建模技术、信息技术、机电控制技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，是一种具有很高科技含量的综合性应用技术。3D打印技术可以实现大规模的个性化生产，可以制造出传统生产技术无法制造出的外形。并且可以实现首件的净型成形，大大减小了后期的辅助加工量，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度。另外，由于其制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量生产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的生产[2]。这些优势使3D打印成为一种潮流，目前已在建筑、工业设计、珠宝、鞋类、模型制造、汽车、航空航天、医疗、教育、地理信息系统等诸多领域都得到了广泛的应用。该技术将会带来全球制造业经济的重大变革，同时它也是第三次工业革命中数字化制造的重要标志。3D打印产业将成为下一个具有广阔前景的朝阳产业。

3D打印的技术原理及步骤原理

　　3D打印技术是以计算机三维设计模型为蓝本，用软件将其离散分解成若干层平面切片，然后由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末状、液状或丝状金属、陶瓷、塑料、细胞组织等材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。3D打印机是3D打印的核心装备，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。与传统制造业的“减材制造技术”相反，3D打印遵从的是加法原则，即“逐层叠加”原则，不再需要传统的刀具、夹具和机床，能实现设计制造一体化，从而大幅降低了生产成本和缩短了加工周期，提高了原材料和能源的利用率，减少了对环境的影响，并且能实现复杂结构产品的设计制造，成型产品的密度也更加均匀。

步骤

　　辅助设计人员使用计算机建模软件制作出产品的三维数字模型，再根据模型自动分析出打印的工序，之后按下“打印”键，3D打印机就可以把它们打印出来。3D打印与传统打印原理是一样的，只是所用的打印原材料不一样，传统打印用的是“墨水”，而用于3D打印的原材料则必须是能够液化、粉末化、丝化的塑料、金属、陶瓷或砂等，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。

三维设计

　　三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维立体模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。3D设计软件是3D打印的数据源头，3D打印所需的模型是由3D设计软件创建的，国内的3D设计软件包括CAD、中望3D、CAXA等。虽然目前3D打印的专用软件不少，但更为直观、简单、实用的3D打印专用软件还有待开发。

切片处理

　　3D打印与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。每一层的打印过程分为两步[3]，首先打印机通过读取文件中的横截面信息，在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

完成打印

　　3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够，但在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样，要获得更高分辨率的物品可以先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

　　3D打印的常用材料及主要技术3D打印的常用材料

全彩色石膏材料

　　材料本身是石膏基粉末，是用粘接剂结合在一起，同时用喷墨头嵌入。使用该材料打印出来的产品坚硬，稍脆，但它是唯一一个可以打印全彩色的材[4]，打印出来的样品色彩亮丽，栩栩如生。

工程塑料

　　工程塑料是被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。主要有以下三种。

PC材料

　　它是真正的热塑性材料，具备工程塑料的所有特性。高强度，耐高温，抗冲击，抗弯曲，可以作为最终零部件使用，应用于交通工具及家电行业。

PC-ISO材料

　　它是一种通过医学卫生认证的热塑性材料，广泛应用于药品及医疗器械行业，可以用于手术模拟，颅骨修复，牙科等专业领域。

PC-ABS材料

　　它是一种应用最广泛的热塑性工程塑料，应用于汽车，家电及通信行业。

3D打印

光敏树脂

　　由聚合物单体与预聚体组成，其中加有光（紫外光）引发剂（或称为光敏剂）。在一定波长的紫外光（250-300纳米）照射下立刻引起聚合反应完成固化，一般为液态。一般用于制作高强度、耐高温、防水等的材料。主要有以下三种。

Somos19120材料

　　它是粉红色材质，铸造专用材料。成型后直接代替精密铸造的蜡膜原型，避免开模具的风险，大大缩短周期。拥有低留灰烬和高精度等特点。

Somos11122材料

　　它是半透明材质，类ABS材料。抛光后能做到近似透明的艺术效果。此种材料广泛用于医学研究、工艺品制作和工业设计等行业。

SomosNext材料

　　它是白色材质，类PC新材料，材料韧性较好，精度和表面质量更佳，制作的部件拥有最先进的刚性和韧性结合。

　　3D打印常用的材料还有尼龙材料、金属材料、石蜡材料、橡胶材料、生物材料等。

3D打印的主要技术SLA立体光固化成型技术

　　该技术的原理是用特定波长与强度的“光”聚焦到“光固化材料”表面，从而完成单层材料的图形化。使用的材料是液态光敏树脂。特点是成形速度较快，精度相对较高，外形表面非常好。主要用于制造多种模具、模型。

FDM容积成型技术

　　其原理是将丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体，微喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在成型的“作品”上，冷却后便完成一层图形的制作。使用的材料是丝状材料(石蜡、金属、工程塑料、低熔点合金丝)。特点是使用、维护简单，成本较低，速度快，复杂程度原型仅需要几个小时即可成型。主要用于塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。