一、3D打印簡(jiǎn)介

 

　　3D打印技術(shù)從狹義上來(lái)說(shuō)主要是指增材成型技術(shù)，是快速成型技術(shù)的一種綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多領(lǐng)域的前沿技術(shù)被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)。從成型工藝上看3D打印突破了傳統(tǒng)成型方法，無(wú)需先行制作模具和機(jī)械加工，通過(guò)快速自動(dòng)成型硬件系統(tǒng)與CAD軟件模型結(jié)合就能夠制造出各種形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，這使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期大大縮短，生產(chǎn)成本大幅下降。

 

　　3D打印目前的研究熱點(diǎn)主要集中在材料和設(shè)備，其中設(shè)備分為硬件、軟件部分：

 

　　材料：包括樹脂、金屬、陶瓷、塑料或天然材料等，通過(guò)3D打印技術(shù)，這些材料最終將變成實(shí)在的功能產(chǎn)品。

 

　　設(shè)備：硬件系統(tǒng)將材料按照軟件(設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和制作數(shù)據(jù))的要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成型。

 

　　二、3D打印常用材料

 

　　材料是3D打印的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)前制約3D打印發(fā)展的瓶頸。3D打印所用的這些原材料都是專門針對(duì)3D打印設(shè)備和工藝而研發(fā)的，其形態(tài)一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等。通常，根據(jù)打印設(shè)備的類型及操作條件的不同，所使用的粉末狀3D打印材料的粒徑為1～100μｍ不等，而為了使粉末保持良好的流動(dòng)性，一般要求粉末要具有高球形度。

 

　　目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

 

　　工程塑料指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強(qiáng)度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。工程塑料是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一類3D打印材料，常見的有ABS類材料、PC類材料、尼龍類材料等。ABS材料是fused deposition modeling(FDM，熔融沉積造型)快速成型工藝常用的熱塑性工程塑料，具有強(qiáng)度高、韌性好、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)。

 

　　光敏樹脂即UV樹脂，由聚合物單體與預(yù)聚體組成，其中加有光(紫外光)引發(fā)劑(或稱為光敏劑)。在一定波長(zhǎng)的紫外光(250～300ｎｍ)照射下能立刻引起聚合反應(yīng)完成固化。光敏樹脂一般為液態(tài)，可用于制作高強(qiáng)度、耐高溫、防水材料。目前，研究光敏材料3D打印技術(shù)的主要有美國(guó)3Dsystem公司和以色列object公司。常見的光敏樹脂有somos NEXT材料、樹脂somos11122材料、somos19120材料和環(huán)氧樹脂。

 

　　橡膠類材料具備多種級(jí)別彈性材料的特征，這些材料所具備的硬度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用領(lǐng)域。3D打印的橡膠類產(chǎn)品主要有消費(fèi)類電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備以及汽車內(nèi)飾、輪胎、墊片等。

 

　　金屬材料：在國(guó)防領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視3D打印技術(shù)的發(fā)展，不惜投入巨資加以研究，而3D打印金屬零部件一直是研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。3D打印所使用的金屬粉末一般要求純凈度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低。目前，應(yīng)用于3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等。

 

　　陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航空航天、汽車、生物等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。但由于陶瓷材料硬而脆的特點(diǎn)使其成形尤其困難。