淺談3D打印技術

摘要：3D打印思想起源于19世紀末的美國，學術名稱為快速成型技術，也稱為增材制造技術，它可以通過3D打印機利用分層打印的技術打印出立體實物。隨著3D打印研發(fā)技術的不斷突破，3D打印已經(jīng)成功應用于生物醫(yī)療、產(chǎn)品設計、機械制造等多個領域，隨著新技術的不斷出現(xiàn)和廣泛應用，3D打印技術必將成為新的工業(yè)革命中不可或缺的助力。

關鍵詞：3D打印 分層 制造 材料 領域 精度

科技是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一動力。近年來，我國先后出臺了多項政策推動前沿技術的發(fā)展。3D打印作為前沿技術之一，對傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合等都產(chǎn)生了深刻的影響，并有力的改變了制造業(yè)等行業(yè)的發(fā)展進程。下面我們就一起來認識一下3D打印技術。

一、什么是3D打印

3D打印通過3D打印機來完成，它是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備，之所以通俗地稱其為“打印機”是因為3D打印分層加工的過程與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有所區(qū)別。普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。

二、3D打印的起源與發(fā)展

3D 打印的思想起源于19這一技術的發(fā)展隨后產(chǎn)生了3D打印的核心制造思想。在隨后的百余年的時間里，新的科技不斷出現(xiàn)，3D打印的技術也在在新科技的融入下不斷完善。

1986年，美國發(fā)明家查爾斯·赫爾成立一家名為“3D Systems”的公司，價格昂貴，而且所能打印的產(chǎn)品數(shù)量也少得可憐。雖然以我們現(xiàn)在的眼光來看這臺機器非常落后，但它畢竟是第一臺得以成功推向市場的商業(yè)3D打印機，它的出現(xiàn)為3D打印技術的推廣奠定了基礎。

但是在較長的一段時間內(nèi)，由于價格昂貴、使用不便，3D打印技術一直都是各大研究室的專屬，遲遲未能得到普及。這一項目的實施為3D打印普及化浪潮揭開了序幕。至此，3D打印技術終于得以面向普通大眾開放，而在隨后的十余年的時間內(nèi)掀起了全民參與的熱潮，進而極大地推動了3D打印技術的發(fā)展。

三、3D打印技術的應用現(xiàn)狀

3D打印技術自從2000年被應用于醫(yī)學領域之后，在不斷發(fā)展的過程中，3D打印技術開始在多個行業(yè)顯示出其特有的功能，例如在最開始通過制造牙齒，人體植入物，以及定制化修復過程，另外還可以提高3D打印技術的精度，來直接打造助聽器，植入物，復雜手術器械，另外通過運用3D打印技術，還能夠幫助設計開發(fā)人員建立全新的產(chǎn)品開發(fā)方式，直接通過3D打印技術可以快速精確的將設計思想轉(zhuǎn)化為設計食物，不僅能夠縮短開發(fā)周期，而且也能夠降低開發(fā)的整體費用，保證企業(yè)在激烈的市場競爭中具有核心競爭力，另外在3D打印的過程中，由于規(guī)模制造較小，另外在高端產(chǎn)品定制上也非常符合，所以3D打印技術同樣能夠在機械制造領域獲得廣泛的應用，通常來說，對于單件或者小批量的零件制造，能夠有效的節(jié)省生產(chǎn)成本，提高自身的競爭優(yōu)勢。

從目前來看，注塑模具的設計與3D打印主要包括UG和Pro/e兩種方法。其中UG注塑模具能夠運用Mold Wizard模塊進行自動3D打印和設計，保證整個模具設計更加的精細化。通過建模環(huán)境下利用實體操作進行手工3D打印，而Pro/e模具則能夠利用Mold Design模塊和EMX模塊進行產(chǎn)品設計。但是相比較來說，UG軟件更加的方便快捷，而且功能更加強大。通過利用3D軟件針對模具進行分模設計能夠快速的實現(xiàn)分型面設計[1]。如果分時面比較復雜，還可以通過破孔和臺階面的方式進行設計。

針對注塑模具后蓋的孔進行修復，點擊分析塑模部件驗證，針對產(chǎn)品拔模分析，單擊抽取命令，將分型面的所有曲面進行抽取。通過縫合命令將所有產(chǎn)品的后面膜補孔面分型面進行組合。然后運用注塑模工具創(chuàng)建方塊和分割實體，注塑模具后蓋的前膜與后膜，最終完成3D打印設計。在設計圓形過渡面的過程中，通過塑模部件驗證的功能并不能夠直接判斷分型面的位置，所以必須要使用面拆分命令進行處理。首先要打開菜單欄的分析，點擊塑模部件驗證的命令，設置脫模方向為正向行，然后單擊塑件部件驗證的命令框，選擇所有命令顏色。保證圓角處的位置都處于分型面上，不能夠直接的分開前膜與后膜，在這種情況下就能夠單擊面拆分選擇被等斜度線拆分。然后再回到注塑部件驗證的選擇框選擇命令區(qū)域，根據(jù)分型線的位置設計前膜和后膜。脫模方向包括次脫模方向和主脫模方向。為了能夠有效的保證脫模質(zhì)量，再次涂抹的過程中應該與側(cè)抽芯機構方向保持一致。而在主脫模的過程中，應該與注塑機合模的方向保持一致，在脫模的過程中，必須要保證脫模方向簡單化。3D打印線就是指型芯、型腔、滑塊斜頂?shù)雀鞑糠值姆纸缇€。3D打印線必須要保證塑件脫模方向的最大投影邊緣輪廓線保持一致，所在的位置不能夠影響塑件的正常使用。并且對于塑件的模具要求一次成型。但是在實際制作的過程中，由于3D打印線很容易出現(xiàn)毛峰等缺陷，導致模具自身存在精度不足的問題。所以為了避免這種情況發(fā)生，3D打印線必須要避開塑件光滑的表面，并且保證3D打印線所在的位置能夠幫助模具進行快速排氣，為了能夠保證塑件的生產(chǎn)必須要謹慎的選擇3D打印線[2]。要想促進模具和機械加工工藝的使用壽命不斷增強，在設計分型面的過程中，要盡可能的提高分型面的光滑程度，避免出現(xiàn)銳邊或者薄鋼板的情況，分型面的封膠長度應該要保持一致，不能夠與側(cè)面接觸同時側(cè)面的斜度設計要保持穩(wěn)定。

四、困擾3D打印的幾個問題

3D打印技術作為一種新興的技術，從出現(xiàn)到應用也不過幾十年的時間，所以3D打印技術在現(xiàn)階段還有許多問題必須解決，首先，3D打印技術的打印材料無法滿足實際的需求，因為3D打印技術必須要通過，在14種基本材料基礎之上，混搭出107種材料，而這些材料與我們?nèi)粘Ｉ钪兴軌蚪佑|到的材料相比較來說非常的少，其次，3D打印雖然具有簡單性的特點，并且不受各種條件的限制，但是它會影響體積大小以及精細程度，伴隨著體積的不斷增加，3D打印技術的成本打印時間，材料的質(zhì)量也會不斷增加，由于3D打印，通過一層一層的制作物品，要想進一步提高物品的精確度，必須要保證每一層的厚度都縮小，但是這樣就會導致3D打印速度變慢，從而影響3D打印的效率，另外3D打印機在打印的過程中，必須要將材料加熱，通過噴嘴噴出，在這一過程中，不僅會釋放大量有毒的粒子，而且很有可能影響人體健康，隨著科學技術的快速發(fā)展，各種新技術新方法不斷被人們所應用，通過3D打印技術的發(fā)展能夠更好的促進工業(yè)制造的整體水平，而且隨著納米材料復合材料等新型材料在23D打印中的應用，可以有效解決3D打印材料問題的不足。

參考文獻：

[1]張學軍，唐思熠.3D打印技術研究現(xiàn)狀和關鍵技術[J].材料工程，2016，（02）：122-128.

[2]朱艷青，史繼富.3D打印技術發(fā)展現(xiàn)狀[J].制造技術與機床，2015，（12）：50-57.

[3]王延慶，沈競興，吳海全.3D打印材料應用和研究現(xiàn)狀[J].航空材料學報，2016，（04）：89-98.

[4]郭日陽.3D打印技術及產(chǎn)業(yè)前景[J].自動化儀表，2015，（03）：5-8.

（作者簡介：周易知，高中在校生，山東省淄博第七中學，研究方向：3D打印技術。）