3D打印（增材制造）技術簡介

劉亞斌

摘要：本文主要講述了3D打印技術的原理，對各種3D打印技術的介紹及行業技術方向發展。

關鍵詞：3D打印；成型工藝；3D打印機

做設計，看得見摸不著？直接開模風險大，設計不合理怎么辦？

一、原理與方法

3D打印（3D printing），即增材制造，是快速成型一種。

它是一種以數字模型文件為基礎，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造物體的技術。通常是采用數字技術材料打印機來實現的。

3D打印技術從狹義上來說主要是指增材成型技術，從成型工藝上看3D打印技術突破了傳統成型方法通過快速自動成型系統與計算機數據模型結合，無需任何附加的傳統模具制造和機械加工就能夠制造出各種形狀復雜的原型，這使得產品的設計生產周幾大大縮短，生產成本大幅下降。

二、幾項主流的3D打印技術及技術動態

幾類成型方式參數對比

1、LOM：分層實體成型工藝

分層實體成型系統主要包括計算機、數控系統、原材料存儲與運送部件、熱粘壓部件、激光切系統、可升降工作臺等部分組成。

歷史最為悠久的3D打印成型技術，也是最為成熟的3D打印技術之一。

在產品概念設計可視化、造型設計評估、裝配檢驗、熔模鑄造等方面應用廣泛.

2、SLA立體光固化成型工藝（立體光刻成型）

該工藝最早由Charles W.Hull于1984年提出并獲得美國國家專利，是最早發展起來的3D打印技術之一。

SLA工藝以光敏樹脂作為材料，在計算機的控制下紫外激光將對液態的光敏樹脂進行掃描從而讓其逐層凝固成型，SLA工藝能以簡潔且全自動的方式制造出精度極高的幾何立體模型.

3、SLS：選擇性激光燒結工藝

由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其碩士論文中提出的，隨后C.R.Dechard創立了DTM公司并于1992年發布了基于SLS技術的工業級商用3D打印機Sinterstation。

在國內也有許多科研單位開展了對SLS工藝的研究，如南京航空航天大學、中北大學、華中科技大學、武漢濱湖機電產業有限公司、北京隆源自動成型有限公司、湖南華曙高科等。

4、FDM：熔融沉積成型工藝

國內的清華大學、北京大學、北京殷華公司、中科院廣州電子技術有限公司都是較早引進FDM技術并進行研究的科研單位。

5、3DP：三維印刷工藝

三維印刷工藝（Three-Dimension Printing，3DP），該技術由美國麻省理工大學的Emanual Sachs教授發明于1993年，3DP的工作原理類似于噴墨打印機，是形式上最為貼合“3D打印”概念的成型技術之一。3DP工藝與SLS工藝也有著類似。

6.LSF：激光立體成形技術

首先在計算機中生成零件的三維CAD模型，然后將該模型按一定的厚度分層“切片”，即將零件的三維數據信息轉換成一系列的二維輪廓信息，再采用激光熔覆的方法按照輪廓軌跡逐層堆積材料，最終形成三維實體零件或需進行少量加工的毛坯。

從LSF技術的原理來看，其成形思路與快速原型（Rapid Prototype，RP）技術完全一致，即采用全新的增材制造原理實現零件的成形。因此，它具有一些與RP技術相同的特點，如柔性好（無需專用工具和夾具）、高度集成、加工速度快等。

二、盤點國外金屬3D打印機及技術特點：

（一）、德國EOS，代表機型EOSINT M280金屬3D打印機

可使用材料：不銹鋼材料、鈷鉻鉬合金MP1、鈷鉻鉬合金SP1、馬氏體鋼、鈦合金、純鈦、超級合金IN718、鋁合金。

前不久，德國EOS公司把金屬3D打印機M280升級為M290，EOS M290提升了在3D打印過程中的監控能力，以保證打印結果的高品質，尤其適合航空航天和醫療等高精尖行業的要求。除此之外，作為EOS公司的主力產品，M290在其它方面也做了一些改進。

（二）德國Concept Laser公司，代表機型X系列1000R

X系列1000R大幅面3D打印系統最早亮相是在2012年底的歐洲模具展上，它是Concept Laser公司與弗勞恩霍夫激光技術研究所（ILT）在亞琛聯合開發的。該系列機器最大的輸出重量可達驚人的1000公斤！

（三）德國DMG，代表機型：DMG Lasertec 65，5軸加工+3D打印二合一

LASERTEC 65通過粉末噴嘴進行激光堆焊與銑削加工共同構成的獨特復合技術，為用戶提供全新應用和幾何形狀可能。通過LASERTEC 65增材制造工藝，SAUER LASERTEC目前提供將激光堆焊與5軸銑削結合在一起的復合加工解決方案。此工藝通過金屬粉末噴涂方式成形，這比在粉床中成形速度最高可快20倍。

特點：可實現3D輪廓，無需底層幾何：例如加工法蘭，加工圓錐，靈活切換激光加工與銑削加工（5軸+3D打印二合一），允許直接銑削最終零件中無法接近的加工部位

（四）德國ReaLizer GMbH，代表機型：SLM 50

ReaLizer 2004年正式成立，注冊專利為選擇性激光熔融——Selective Laser Melting（SLM？），公司主要產品：SLM 50桌面型金屬3D打印機，以及SLM 100和SLM 250工業級3D金屬打印機。

可使用材料：鐵粉、鈦、鋁合金、鈷鉻合金、不銹鋼以及其他定制材料

（五）德國 SLM Solutins GmbH，代表機型：SLM 500

SLM Solutions是一家總部位于德國呂貝克的3D打印設備制造商，專注于選擇性激光燒結（SLM）技術。公司前身是MTT技術集團德國呂貝克有限公司，2010年更名為SLM Solutins GmbH。而MMT隸屬于英國老牌上市公司MCP技術，2000年推出SLM技術，2006年推出第一個鋁、鈦金屬SLM 3D打印機。

這種技術是采用高精度激光束連續照射包括鈦、鋼、鋁、金在內的金屬粉末，將其焊接成型的技術，而德國SLM Solutions在這一技術上有著多項專利，居于領先地位。其3D打印機已經應用于汽車、消費電子、科研、航空航天、工業制造、醫療等行業.