3D打印技術研究現狀和關鍵技術

（江蘇省徐州技師學院，江蘇徐州市，221000） 許靳凱

當前在我國工業體系中3D打印技術已經初步的形成一定的規模，同時3D 打印技術在印刷質量和印刷速率上都比傳統打印技術更具有競爭優勢。隨著目前我國對3D 打印技術研發的進一步深入，當前市場中所使用的3D打印技術已經不斷的改善和突破并取得了一些顯著的成績。

1 3D打印技術的基本概述

當前市場中所運用3D打印技術主要是應用離散和堆積原理組合而成，在此基礎上通過對材料不斷的疊加和積累，從而對產品進行操作和制造。3D打印技術在工業生產中的定義主要是比較傳統的一類機械印刷技術，這樣的機械印刷技術在生產過程中通過增減材料來完成產品的制造，因此3D 打印技術被人們稱之為“增材制造技術”。這項技術在應用的過程中需要采用電子計算機進行密切配合，通過電子計算機就可以將已經定型成零件的3D模型根據產品生產設計所需要的厚度進行自主切割。同時電子打印裝置還會根據已經完成切割后的模具厚度和模具外形，進行自主的組裝設計，使不同厚度的模具外形進行合理的疊加，這樣就可以得到三維立體化的實體零部件。在進行3D打印技術的過程中工作人員并不需要采用傳統的模具或者是刀具一類的切割工具，直接通過打印機器就可以完成整個模具的制造過程。因此在工業生產中3D 打印技術是比傳統制造技術更為復雜的一種生產技術，這項技術簡化了傳統制造技術中的相應制造流程，提高了產品制造過程中的效率。

2 3D打印技術在應用中的相關分類

當前在工業領域應用中3D打印技術主要可以劃分為3大類：

2.1 3D打印技術中的光固化立體成型印刷技術

光固化立體成型印刷機在應用的過程中，主要是通過紫外激光對一些樹脂聚合類的光敏聚合物進行逐層的掃描，通過這樣的方法就可以將一些液態的材料進行固化處理，然后在3D 打印機的作用下使材料不斷積累成型。在實際的操作應用中，使用光固化立體成型技術所耗費的成本較高，同時這種技術只適用于生產一些結構較為復雜的零部件，在應用過程中可以選擇的相應材料也極為有限。

2.2 3D打印技術中的電子束選區熔化類印刷技術

電子束選區熔化類印刷技術需要在實驗室特制的真空環境下進行，在真空環境通過3D 打印技術可以將金屬粉末作為產品生產過程中的原材料，打印機只需要根據預先所設定的程序，不間斷的在粉末床上方將金屬粉末進行鋪開掃描，然后通過電子束作為打印過程中的熱源，將已經鋪開完畢的金屬粉末進行熔化和固定，然后通過反復實施以上操作便可以得到成型的金屬零部件。電子束選區熔化類技術往往只適用于制作一些結構相對于復雜且性能要求較高的零件，同時這項技術在應用過程中受到生產環境的局限性。

2.3 3D打印技術中的分層實體制造類印刷技術

分層實體制造類印刷技術在打印過程中的原理是通過將類似于紙張厚度的原材料進行立體化攤鋪作業，通過在這些原材料上方涂上一層熱熔膠，然后將每層原材料的表面進行緊密貼合，在進行打印的過程中還需要根據預先設定的程序對每一層截面的具體結構和形狀進行實時切割，在切割作業的過程中還需要對材料進行粘接進而形成立體化的零部件原型。在生產過程中通過這樣的打印技術主要是用來生產一些尺寸較大的零部件，同時分層實體制造類印刷機在打印過程中所耗費的原材料較大，也不符合經濟環保原則。

3 3D打印技術當前在我國的研究現狀

3.1 我國3D打印技術主要以高校為研發中心

目前我國的3D打印技術主要是以社會中的一些高等學府作為3D 打印技術的主要研發基地，例如清華大學、西安電子科技大學、合肥工業大學等高校，已經逐步建立了3D 打印技術的研發核心體系，這些高校在研發3D 打印技術的水平在國際上都處于較為先進的水平，通過這些高校對3D 打印技術的深入研究，就可以為我國的3D 打印技術體系的建設建立一個良好的基礎。其中最為明顯的是清華大學在3D 打印技術的原材料開發中，已經研發出了ABS材料和FDM蠟材料，通過這些材料的應用對當前3D打印技術中的原材料使用具有一定的開發作用。

3.2 當前已經形成初步規模的3D打印市場

通過各個高校的研發中心所科研出的一些3D打印技術科研成果和一些專業化機構開發的一些相應技術，在我國的3D 打印市場中也應運而生了較多的服務企業和增材裝置企業，這些企業可以自主的研發一些3D打印技術中所需要的特定控制裝置和機械生產系統，并且我國部分企業對3D 打印技術中所使用的核心技術還是有一定自主產權，使得我國國內已經形成了初具規模的3D打印市場。

3.3 3D打印技術的總體打印規模呈上升趨勢

在根據有關調查研究中顯示，我國的3D 打印技術總體打印規模呈上升趨勢，在2015 年至2019年，3D打印技術為我國社會創造的經濟總價值由原先的243 億上升至1 726 億元，同比增長率達到了710%。此外，3D 打印技術在我國各行各業的應用也越加廣泛，我國對這項技術在研發和使用過程中也具有一定的核心優勢。為了保證3D打印技術不會在生產過程中造成印刷成品出現問題，我國政府及有關部門對打印過程中使用的原材料進行了明文規定，保證3D 打印技術在社會中的有序發展。同時當前我國已經成為世界首個運用激光成型技術來研究和制作大型金屬零部件的生產國家之一。

4 3D打印技術中的關鍵技術探索

在我國科研機構的研究中發現3D打印技術雖然對粉末的質量沒有具體的要求，但是如果粉末的粒徑低于40μm時，那么就會對3D打印裝置的送粉操作造成一定的影響，因此現階段對3D 打印技術中所應用的印刷粉末質量和打印過程中的得到率，便成為提高3D打印技術的主要研發項目之一。同時在3D 打印技術應用的過程中，操作人員還需要對打印過程中零部件的損壞情況進行仔細的測量和錄入，如果在3D 打印過程中出現類似于焊接的氣孔或者是裂縫，那么便會造成3D 打印制件出現損毀情況，因此還需要建立出一套嚴格的規范體系和監控系統來控制印刷過程，進而提高3D 打印的質量。

5 結束語

當前我國的3D打印技術與國外的先進技術水平相比具有一定的差距，這就需要對3D 打印技術中的關鍵性技術進行深入研究，并增加3D 打印技術研究過程中的研發資金，通過在打印過程中研制一些新材料的使用和新技術的運用，促進我國工業體系可持續性發展。