3D-打印技術(shù)介紹

3D打印技術(shù)介紹3D打印技術(shù)概念3D打?。?DP）即快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。3D打印技術(shù)發(fā)展歷史3D打印技術(shù)的起源可追溯至1980年左右。3D打印技術(shù)的概念在當(dāng)時由四個人各自獨立提出，分別為美國的艾倫·赫伯特、美國的查克·赫爾、日本的小玉秀男和日本的丸谷洋二。在1986年，查克·赫爾提出了光固化方法，并成立了Systems公司，這是世界上首家3D打印公司，并在1988年生產(chǎn)了世界上首臺3D打印機，這使得3D打印技術(shù)成為現(xiàn)實。3D打印技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)3D打印技術(shù)主要包括3種工藝：SLA、SLS和FDM。SLA光敏樹脂選擇性固化工藝(Stereolithography,SLA)是利用立體雕刻的原理進(jìn)行打印。SLA具有如下優(yōu)點：(1)表面質(zhì)量較好；(2)成型精度較高；(3)打印出的實物具有較高的分辨率。這些優(yōu)點都有利于進(jìn)行精密零件的打印。SLS粉末材料選擇性燒結(jié)工藝(SelectedLaserSintering,SLS)在產(chǎn)品設(shè)計和零件功能測試中發(fā)揮出了較好的效果。通過SLS工藝，金屬粉末材料可以進(jìn)行混合燒結(jié)，經(jīng)過后期處理后，能夠?qū)崿F(xiàn)十分接近金屬零件機械性能的工件。SLS工藝具有如下優(yōu)點：(1)適用性廣，能夠生產(chǎn)出硬度較高的工件；(2)打印時間較短，能夠更加迅速的得到自己想要的工件；(3)不需要考慮和搭建支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)計起來更加簡單快捷。FDM絲狀材料選擇性熔覆工藝（FusedDepositionModeling,FDM）是指在打印加工過程中，3D打印機將絲狀材料，例如聚碳酸酯和工程塑料，進(jìn)行加熱融化，根據(jù)打印圖紙進(jìn)行凝結(jié)，最終完成工件的一種工藝技術(shù)。FDM工藝具有如下優(yōu)點：(1)沒有有毒有害氣體和物質(zhì)生成，打印過程安全，而且有利于環(huán)境保護；(2)打印過程一次完成，沒有廢料的產(chǎn)生，也因此更加環(huán)保；(3)打印中可以使用水溶性支撐材料幫助工件分離，進(jìn)而方便加工瓶狀工件等；(4)打印加工過程中使用的打印材料相比于其它工藝更方便進(jìn)行運輸存儲及更新，節(jié)約了很多成本；3D打印技術(shù)的優(yōu)勢3D打印技術(shù)作為20世紀(jì)出現(xiàn)、21世紀(jì)興起的新型技術(shù)，其所具有的個性化打印功能是其最大的優(yōu)勢。因為3D打印流程分為“設(shè)計”“模型掃描”“打印路徑產(chǎn)生”“制造”，每個人的需求不同，所以設(shè)計時可以因人而異，選擇適合自己的打印方式，選取自己所需要的打印材料，使得產(chǎn)生的產(chǎn)品完全符合需求者的各項要求，而不會因為買到的零件不夠精確或者材料不符合自己的要求而導(dǎo)致產(chǎn)品無法使用。此外，3D打印技術(shù)在設(shè)計方面更具優(yōu)勢，生產(chǎn)小規(guī)模商品更加劃算。提前用3D打印技術(shù)設(shè)計出預(yù)想的模型，然后在投入到大規(guī)模生產(chǎn)，可以減少大規(guī)模生產(chǎn)后卻不符合買家要求的問題出現(xiàn)。3D打印發(fā)展現(xiàn)狀3D打印技術(shù)目前已經(jīng)運用于許多領(lǐng)域。例如在工業(yè)設(shè)計、航空航天、軍事、建筑、機械制造、醫(yī)療、影視、家電、醫(yī)學(xué)、考古、輕工、首飾、雕刻、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，并且其已經(jīng)有30多年的發(fā)展歷史，但這個產(chǎn)業(yè)技術(shù)仍然處于發(fā)展初期，業(yè)態(tài)并不穩(wěn)定。3D打印產(chǎn)業(yè)在我國還沒有形成廣闊的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)鏈條，以美國為首的幾個發(fā)達(dá)國家在3D打印產(chǎn)業(yè)中擁有較大的市場份額和領(lǐng)導(dǎo)地位。當(dāng)前，世界正在興起新一輪的數(shù)字化制作浪潮，3D打印技術(shù)作為實現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)之一正發(fā)揮著越來越重要的作用。美國于2012年3月將3D打印技術(shù)列入“全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”計劃中，并對其發(fā)展和應(yīng)用做出了重點部署。

與此同時，我國在同年10月份，由亞洲制造業(yè)協(xié)會牽頭帶領(lǐng)，聯(lián)合清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、華中科技大學(xué)等科研機構(gòu)和從事3D打印技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的領(lǐng)頭企業(yè)建立中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，其他各個省份也出臺相關(guān)政策推動3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；2013年3月，江蘇省發(fā)布《江蘇省三維打印技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)方案(2013-2015年)》；南京市與中國3D產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟共同簽署了中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)總部基地和中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心合作協(xié)議；武漢市聯(lián)合3D打印企業(yè)成立“中國首個3D打印工業(yè)園”；東莞市也將3D打印技術(shù)列入政府工作的重點內(nèi)容之中；青島、重慶、長沙、成都等地也正在建設(shè)或籌建3D打印產(chǎn)業(yè)園區(qū)。同時，日本、南非、澳大利亞、德國、英國、意大利等發(fā)達(dá)及發(fā)展中國家也十分重視3D打印技術(shù)，由此可見，3D打印工業(yè)還有很大的發(fā)展空間。3D打印發(fā)展展望根據(jù)《Wohlers2014》報告，直到2016年，全球3D打印增材制造市場規(guī)模有望超過70億美元，到2018年3D打印市場規(guī)模將比2013年翻4倍，高達(dá)125億美元。由此可見，3D打印市場規(guī)模正在快速增長，3D打印已經(jīng)成為快速原型制作、定制化方面不可或缺的一部分。在GDP飛速增長的今天，人們的收入逐漸增加，相應(yīng)的需求也會增加。隨著需求量的增加與市場的擴大，我國3D打印機制造業(yè)會隨之迅速發(fā)展。筆者認(rèn)為，3D打印機將向兩個方面發(fā)展，一個是操作更加簡潔，逐漸面向大眾；另一個是向效率方面進(jìn)行提高，機器規(guī)模更加巨大，向工業(yè)化方面發(fā)展。就目前形勢看來，筆者認(rèn)為前者可能性更大，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢多體現(xiàn)在私人化、個性化方面。對于不同人群不同的需求，3D打印技術(shù)能夠使操作更加簡單，能使3D打印機進(jìn)入家庭或?qū)W校，滿足家庭中的某些需要或?qū)⑵渫度氲綄W(xué)生科技素養(yǎng)教育中的可能性較大。在3D打印材料方面，目前以有機高分子材料和金屬材料兩方面為主。而隨著需求的增加，筆者認(rèn)為，由于3D打印多用于私人訂制式生產(chǎn)，不同人的需求不可能只局限于目前的兩大類材料，所以為滿足不同人的不同需求，材料種類會不斷增加。此外，目前的高分子打印材料價格較為昂貴（普遍在150-300人民幣左右），隨