3D打印(3D printing)是一种以构建三维数据模型为基础,采用一些特殊的材料,通过逐层打印的方式来构造三维物体的快速成形技术,也称作增材制造(Additive manufacturing)技术。随着美国20世纪70年代3D CAD设计的诞生,3D打印的理念也开始萌发。目前,国际上3D技术比较领先的是美国、欧洲、日本等国家。1986年,3D打印机首次出现,但3D打印技术的真正确立是以1991年美国麻省理工大学Scans E.M.等人申报关于3D打印专利为标志。Charles Hull等人在1986年率先推出SLA,这是3D打印技术发展领域的另一个起点。之后,其他国家也相继投入3D打印技术研究,同样获得了许多丰硕的成果。如2013年,欧洲3D打印技术研究者采用3D打印的方法制造出了一个能够替换受损骨骼病人的人造下颚。自20世纪90年代起,我国也开始自主研发3D打印技术,并且研制出了许多不同类型的3D打印设备和原材料。其中,中国北京航空航天大学率先研制出一台可用于制造飞机钛合金大型复杂整体构件的SLS 3D打印机,这对推动3D打印技术在航空航天领域的应用和发展具有重大意义。
3D打印的类型
光敏固化成型(SLA)SLA过程是采用光固化液体树脂在反应缸中选择性光活化聚合的成型方法。SLA成型技术的优点是打印精度较高,可达到每层厚度的0.05~0.15mm;缺点是用于打印材料较少,且不能多色打印。
选择性激光烧结(SLS)
SLS是一种采用激光将粉末状材料选择性烧结成所需物件的成型方法。SLS成型技术的优点是成型物件的力学强度较高,且用于打印材料的种类较多。缺点是成型精度较低,成型表面比较粗糙,且不能多色打印。三维打印(3DP)
3DP技术是一种沿着X轴前后移动,开始在打印室里铺上一层薄薄的光固化材料,每层铺完后,随后喷头架边上的紫外光球立刻发出紫外光,快速固化每层光敏树脂的成型方法。3DP成型技术的优点是成型精度较高,能够多色成型;缺点是成型表面比较粗糙,成型零件力学性能差。分层实体制造(LOM)
LOM是一种采用激光束沿成型物的轮廓进行切割的快速成型方法。其优点是打印精度高、打印速度较快、减小了翘曲变形;原型200℃时都可以承受较大的力学强度;能够进行切削加工,可以制作尺寸大的原型,且无需设计和制作支撑结构;废料易除去,后处理操作简捷,且工件制造成本低。缺点是原型的弹性小,易吸湿胀大,且不可以直接用于塑料原型,因此,成型后应立即施行表面防潮处理,且有台阶纹理的原型表面,是很难成型形状精细或多曲面的零件。熔融沉积成型(FDM)
FDM是一种采用热融喷头,能够使塑性材料经熔化后从喷头内挤出,并熔融沉积于所需打印位置后凝固成型的3D打印技术。FDM成型技术的优点是成型精度比较高、成型物件的力学性能较好、可以多色打印;缺点是成型物件表面还需要进一步的加工处理。从打印仪器和材料成本来说,FDM具有操作简便、可靠性高,且成本较低等优势,特别是对于小型公司和家庭用户更加实用,因此,FDM技术是目前应用最为广泛的3D打印技术。
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