3D打印技術(shù)的發(fā)展前景

摘 要：3D打印技術(shù)是加工制造業(yè)的一種創(chuàng)新技術(shù)，同時(shí)也是快速成型技術(shù)飛速發(fā)展的代表產(chǎn)物，它是一種先利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行3D建模，進(jìn)而構(gòu)建模型文件，運(yùn)用金屬材料或陶瓷材料等可用于3D打印的特殊材料，將3D模型文件分區(qū)分層，再將該文件劃分成截面，最后利用3D打印設(shè)備進(jìn)行打印出成品的過(guò)程。3D打印技術(shù)在汽車(chē)、航空航天、建筑業(yè)、醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值都是十分廣泛的。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；打印過(guò)程；切片處理

1 3D打印技術(shù)過(guò)程

3D 打印技術(shù)是國(guó)內(nèi)稱(chēng)之為快速成形的一種先進(jìn)制造方法。日常生活中最為常見(jiàn)的打印方式為普通的平面打印技術(shù)，然而3D打印設(shè)備與普通打印設(shè)備的工作方式大體相似，與普通打印設(shè)備不同的是三維打印設(shè)備內(nèi)裝有石蠟、金屬、高分子材料、砂等不同的“原材料”如圖1所示，利用三維打印機(jī)的“大腦”（計(jì)算機(jī)）控制作用，能將“打印材料”一層一層進(jìn)行打印，最后將三維建轉(zhuǎn)化成真實(shí)成品。因與普通打印機(jī)的工作原理及噴墨打印工作方式相似，因而得名 “3D打印機(jī)”[1]。這項(xiàng)打印技術(shù)稱(chēng)為3D立體打印技術(shù)。

3D打印過(guò)程中具有諸多不盡相同的相關(guān)的技術(shù)。它們之間的區(qū)別在于所用的打印原材料的種類(lèi)及打印方式，同時(shí)在分層和對(duì)截面構(gòu)建過(guò)程中以不同的方式創(chuàng)建部件。3D打印過(guò)程中所用的原材料通常是較易獲得的材料，例如常用原材料有金屬、陶瓷、塑料、砂等材料[2]。如圖1所示。

三維造型軟件同3D打印設(shè)備之間互相兼容的文件格式是“STL”為后綴格式。一個(gè)相應(yīng)打印的文件用三角面來(lái)近似模擬物體的表面。三角面的面積越小打印后的產(chǎn)品表面的加工精度越高[3]。

切片處理是3D打印設(shè)備利用識(shí)別計(jì)算機(jī)模型的數(shù)據(jù)，用3D打印材料如金屬、陶瓷、塑料、砂等將數(shù)據(jù)信息分層地打印出來(lái)，然后將分層打印出來(lái)的片體用不用的形式粘結(jié)在一起，最后形成產(chǎn)品。

打印設(shè)備打印出的片體高度和平面方向內(nèi)的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來(lái)計(jì)算的。三維打印設(shè)備在平面方向打印的分辨率能跟常見(jiàn)的激光打印機(jī)的分辨率相近。利用三維打印設(shè)備打印出來(lái)的“水滴”的半徑可以為0.03至0.05毫米[4]。同時(shí)加工時(shí)間還跟產(chǎn)品的尺寸大小和精度要求的高低有關(guān)。如果采用3D打印設(shè)備就能將時(shí)間大大縮短，也跟3D打印設(shè)備的打印精度、產(chǎn)品的大小和精度要求而定的。

對(duì)于加工精度要求較高的產(chǎn)品，如果打印的分辨率不夠，將不能滿(mǎn)足精度要求，可以通過(guò)以下的方法提高產(chǎn)品的加工精度：打印產(chǎn)品時(shí)，可以首先將產(chǎn)品打印的大一些，留有一定的精加工余量，然后通過(guò)打磨或者光整獲得滿(mǎn)足精度要求的產(chǎn)品[5]。

2 3D打印國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

3D打印技術(shù)實(shí)在上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始在國(guó)內(nèi)發(fā)展起來(lái)的一種新型的制造技術(shù)，從3D打印機(jī)到打印材料研究與開(kāi)發(fā)，以及3D 打印在航天、汽車(chē)行業(yè)發(fā)展前景廣闊[6]。目前，3D打印技術(shù)在原材料的節(jié)約、節(jié)約能源等特點(diǎn)與我國(guó)“十三五發(fā)展的戰(zhàn)略”高度一致。

2.1 科研機(jī)構(gòu)的研究

科技研究單位和高等學(xué)校對(duì)3D技術(shù)的研究較多，所取得的成果也很驕人，清華大學(xué)是國(guó)內(nèi)最早對(duì)技術(shù)對(duì)3D技術(shù)開(kāi)始研究的，在三維打印技術(shù)的科學(xué)研究不斷發(fā)展進(jìn)程中，最先以理論研究為契機(jī)，然后考慮原料的特點(diǎn)、工藝特點(diǎn)及三維打印技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。清華大學(xué)的研究成果是用LOM工藝用紙，較理想的解決了FDM工藝用蠟和ABS絲材的材料有機(jī)結(jié)合，同時(shí)研發(fā)出了制造該材料的工藝設(shè)備[7]。華中理工大學(xué)，在20世紀(jì)90年代跟新加坡KIN

ERGY公司共同研發(fā)，研制出基于LOM快速成型技術(shù)的Zippy系列快速成形系統(tǒng)，同時(shí)，為該體系建立起了新的指標(biāo)加工工藝[8]。

2.2 應(yīng)用方面

3D 打印技術(shù)的發(fā)展的市場(chǎng)廣闊，國(guó)內(nèi)許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)公司之間已經(jīng)合作共同研發(fā)，為3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為三維設(shè)備的開(kāi)發(fā)提供了雄厚的技術(shù)支持。依據(jù)對(duì)我國(guó)三維打印產(chǎn)業(yè)的具體調(diào)研可以分為三大類(lèi)：第一類(lèi)是主要以開(kāi)發(fā)三維打印材料為主的研究公司，第二類(lèi)是主要以研發(fā)三維打印設(shè)備和銷(xiāo)售的公司，第三類(lèi)主要以銷(xiāo)售三維打印設(shè)備和服務(wù)的公司。

3 3D打印國(guó)外發(fā)展前景

20世紀(jì)80年代，麻省理工學(xué)院榮獲了3D印刷技術(shù)專(zhuān)利。1995年，美國(guó)ZCorp公司獲得唯一授權(quán)并開(kāi)發(fā)三維打印機(jī)。2005年，ZCorp公司發(fā)明第一臺(tái)高分辨率多色三維打印機(jī)。2010年11月，世界上第一輛利用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)的汽車(chē)成功制造完成。同年，全球第一架3D打印的飛機(jī)問(wèn)世。2012年3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。

3D打印技術(shù)是加工制造行業(yè)劃時(shí)代的標(biāo)志，大力發(fā)展3D打印技術(shù)，必將加快未來(lái)“全民設(shè)計(jì)”的步伐，帶動(dòng)工業(yè)、生活、經(jīng)濟(jì)的快速制造行業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]胡迪·利普森，梅爾芭庫(kù)曼.3D打印：從想象到現(xiàn)實(shí)[M].北京：中信出版社，2013（6）.

[2]吳懷宇.打印：三維智能數(shù)字化創(chuàng)造[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014（7）.

[3]伊萬(wàn)斯，程晨.解析3D打印機(jī)：打印機(jī)的科學(xué)與藝術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014（4）.

[4]李佳桂.金屬粉末選擇性激光熔化成形模擬及試驗(yàn)研究[D].華中科技大學(xué)，2007（5）.

[5]劉曉輝.快速成型技術(shù)發(fā)展綜述[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程，2008（2）：10-14.

[6]顏永年，張人佶，林峰.激光快速成形技術(shù)的新進(jìn)展[J].新技術(shù)與新工藝，2006（9）：7-9.

[7]顏永年，張人佶.21世紀(jì)的重要先進(jìn)制造技術(shù)-快速原型技術(shù)[J].快速原型制造，2001（2）：68-71.

[8]賈文鵬，湯慧萍，賀衛(wèi)衛(wèi)，等.電子束快速成形研究進(jìn)展及關(guān)鍵問(wèn)題分析[J].電加工與模具，2010（2）：41-44.