3D打印主要成形工藝及其應用進展

辛艷喜，蔡高參，胡彪，符巨博

應用技術

3D打印主要成形工藝及其應用進展

辛艷喜，蔡高參，胡彪，符巨博

（浙江理工大學 機械與自動控制學院，杭州 310018）

3D打印是以計算機圖形數據為基礎，通過逐層堆積的方式構建實體，具有高柔性制造以及對復雜零件自由快速成形的特點。從文獻研究入手，重點介紹了光固化成形、熔融沉積制造、選區激光燒結、選區激光熔化、三維印刷成形、分層實體制造等典型3D打印工藝的成形原理以及研究進展，在此基礎上著重概述了3D打印在生物醫學、航空航天、建筑工程領域的應用。簡要分析了當前3D打印技術發展中存在的一些問題并提出了一系列解決方案。3D打印技術的出現，給傳統制造技術帶來了革命性改變，其應用范圍廣泛，未來一定會融入到人們生活的方方面面。

3D打??；快速原型制造；實體自由制造；增材制造

3D打印，又稱增材制造，是20世紀80年代中期發展起來的一種高新技術。該技術集CAD、數控、材料、電子、激光等技術于一體，實現了原型設計到原型制作的一體化進程。3D打印成形系統由CAD模型直接驅動，能將產品三維模型直接制成實體零件而不必設計制造模具、夾具，成形過程無人干預或較少干預，因此制造周期大幅縮短，能借電鑄、電弧噴涂技術進一步由塑膠件制成金屬模具或者能將快速獲得的塑膠件當作易熔鑄模進一步澆鑄金屬制件或制造砂型，能根據CAE的結果制成三維實體作為實驗模型以評判仿真分析的正確性。近年來3D打印技術得到了越來越多的關注。

1 3D打印技術的基本原理

3D打印技術基于“離散/堆積成形”思想，其一般步驟為：首先設計出所要打印產品的三維模型；然后根據工藝要求按照一定的規則將該模型離散為一系列有序的二維單元；根據每個層片的輪廓信息進行工藝規劃，選擇合適的加工參數并自動生成數控代碼；由成形系統接受控制指令將一系列層片自動打印成形并逐層堆疊最終得到三維實體[1—2]。3D打印技術原理如圖1所示。

圖1 3D打印技術原理[2]

2 主要成形工藝

3D打印技術按照成形工藝可分為兩大類：一類是基于激光或高能量密度熱源的成形技術，包括光固化成形（Stereo lithography appearance，SLA）、分層實體制造（Laminated object manufacturing，LOM）、選區激光燒結（Selected laser sintering，SLS）、選區激光熔化（Selected laser melting，SLM）等。另一類是基于噴射的成形技術，包括熔融沉積制造（Fused deposition modeling，FDM）、三維印刷成形（Three-dimensional printing，3DP）等[2]。

2.1 分層實體制造

供料機構將涂有熱熔膠的薄層材料一段段地送至工作臺的上方，切割系統按照計算機提供的當前截面輪廓信息對其進行切割，熱壓機則將裁出的片層材料壓緊粘合?？缮蹬_支撐正在成形的工件，并在每層成形之后降低一個薄層厚度以便送進、切割、粘合新的薄層，最后形成由廢料塊包圍的三維實體，將多余的廢料小塊剔除最終獲得打印件[2—3]。其原理如圖2所示。

LOM技術的關鍵是控制激光的強度和切割速度，使它們達到最佳配合，以便保證良好的切割深度和切口質量[4]。LOM成形速度快，加工時刀具沿輪廓進行切割而無需掃描整個斷面。在切割成形時原材料只有薄薄的一層膠發生作用，因此形成的制品變形小且無內應力[5]。LOM在產品概念設計可視化、造型設計評估、熔模制造型芯、直接制模等方面得到了廣泛應用[6]，但是，分層實體制造的過程存在著減材行為，因此被認為是從傳統減材制造向增材制造的過渡技術。

圖2 分層實體制造技術原理[2]

2.2 光固化成形

以光敏樹脂為原料，在計算機控制下紫外激光束按各分層截面的軌跡信息進行逐點掃描，被掃描區內的樹脂因聚合反應而固化形成制件的一個薄層截面。每一層固化完成后工作臺下移一個層厚的距離，并在之前固化的樹脂表面鋪上一層新的光敏樹脂以便進行循環掃描和固化，直到完成零件的制作[7—9]。SLA技術原理如圖3所示。

圖3 光固化成形技術原理[2]

光固化成形過程自動化程度高、制件原型表面質量好、成形尺寸精度高，使其在概念設計、產品模型、快速工模具等諸多領域得到了廣泛應用[10]。

2.3 熔融沉積成形

絲狀的熱塑性材料通過噴頭加熱熔化，噴頭底部的微細噴嘴（直徑一般為0.2～0.6 mm）在計算機的控制下依據模型數據移動到指定位置將熔絲擠出，被擠出的熔融物沉積在前一層已固化的表面，通過逐層堆積最終形成三維實體[11]。FDM技術原理如圖4所示。

FDM成形系統結構簡單，易于操作，是面向個人級3D打印機的首選。通過該技術設計人員可以在很短的時間內設計并制作出產品原型，并通過實體對產品進行改進。該技術的應用領域包括概念建模及功能性原型制作等，涉及電子、醫學、建筑工程等領域[12]。

圖4 熔融沉積成形技術原理[2]

2.4 選區激光燒結

選區激光燒結技術（Selected laser sintering，SLS）結合了鋪粉技術與激光燒結原理，采用紅外激光作為熱源來燒結粉末材料，以逐層堆積的方式成形三維零件。理論上任何加熱后能夠形成原子間粘結的粉狀材料都可以作為選區激光燒結的成形材料[13]。SLS技術原理如圖5所示。

圖5 選區激光燒結技術原理[14]

SLS技術的成形材料廣泛，能成形任意復雜形狀的結構件且無需設計支撐，成形材料利用率高[15—16]。但是，激光燒結的加工方式使得在成形過程中不能完全熔化金屬粉末底物，因此制件的致密度低[17]。此外，凝固組織內部缺陷質量控制要求高，晶粒尺寸、晶粒形態、晶體取向的控制需要長期探索[18—19]。目前，該技術常用在新產品的研發中制造模型件。

2.5 選區激光熔化

選區激光熔化技術（Selected laser melting，SLM）源于選區激光燒結成形思想并在其基礎上得以發展，它既克服了傳統技術制造金屬零部件的復雜工藝難題，又相對解決了選區激光燒結成形件致密度低的問題，是一種可以得到高致密度金屬零件的增材制造工藝[20—21]。選區激光熔化技術原理如圖6所示。

圖6 選區激光熔化技術原理[2]

選區激光熔化技術采用精細聚焦光斑能快速熔化300～500目的預置粉末，幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結合的功能部件，致密度近乎100%[22]，制件尺寸精度可達20～50 μm，表面粗糙度可達20～30 μm[23]。在航空航天、模具制造等領域得到了廣泛應用。

2.6 三維印刷成形

三維印刷成形（Three-dimensional printing，3DP）工藝原理類似于噴墨打印，是形式上最為貼合3D打印概念的成形技術[24]。3DP工藝與SLS工藝類似，都是打印粉狀材料，不同之處在于3DP技術使用的粉末是通過微細噴頭噴射的粘合劑粘結成形[25]。3DP工藝成形速度快，成形材料廣泛，適合做桌面型的快速成形設備。在粘接劑中添加顏料以制作彩色原型是該工藝最具競爭力的特點之一[26]。3DP成形工藝非常適合于制作有限元分析模型和多部件裝配體。值得注意的是，用粘接劑粘結制作的原型件強度較低，后續需要做進一步的強化處理[27]。3DP工藝原理如圖7所示。

圖7 三維印刷工藝原理[2]

3 3D打印技術的研究進展

3.1 分層實體制造技術的研究進展

分層制造三維物體的思想最早出現在19世紀的美國，1892年，J. E. Blanther首次在專利中提出用分層制造的方法制作地形圖。1976年，Paul L. Dimatteo提出利用輪廓跟蹤器將三維物體轉化成許多二維輪廓薄片，再利用激光切割薄片成形，最后用螺釘、銷釘等將一系列薄片連接成三維物體。1979年，日本東京大學的Nakagawa教授開始利用分層實體制造技術制作落料模、注塑模、壓力機成形模等實際的模具。Michael Feygin于1984年提出了分層實體制造的方法，并于1985年組建了Helisys公司，1990年開發出了世界上第1臺商用設備LOM-1015。Helisys公司研制出多種可用于分層實體制造工藝用的成形材料，該公司還與Dayton大學合作開發出基于陶瓷復合材料的LOM工藝；蘇格蘭Dundee大學使用二氧化碳激光器切割薄鋼材，使用焊料或粘接劑制作成形；日本Kira公司PLT2A4成形機采用超硬質刀具切割和選擇性粘結的方法制作成形件；澳大利亞Swinburne大學開發了用于LOM工藝的金屬和塑料復合材料[2]。

國際上除Helisys公司外，日本的Kira公司、瑞典的Sparx公司以及新加坡的Kinergy光控精技有限公司和我國清華大學、華中科技大學以及南京紫金立德電子有限公司等也先后從事LOM工藝的研究與設備的制造[2]。

3.2 光固化成形技術的研究進展

Charles W. Hull于1986年首次提出光固化成形技術并申請了專利，1988年誕生了第一個商用光固化快速成形系統SLA-1，隨后Hull創立了3D Systems公司并開發了光固化成形技術的商業應用，許多關于快速成形的概念和技術在3D Systems公司中得以發展成熟。

目前研究光固化成形技術的有美國的3D Systems公司、德國的EOS公司、日本的C-MET公司等，國內有西安交通大學、清華大學、華中科技大學等研究機構以及北京隆源自動成形系統有限公司、陜西恒通智能機器有限公司、杭州先臨三維科技股份有限公司等企業。其中3D Systems公司作為該技術的開拓者，是全世界最大的快速成形機制造商，該公司在提高光固化成形技術的制件精度及激光誘導光敏樹脂聚合等方面做了深入的研究，并提出了一系列有效的解決方法[2]。

光固化快速成形技術已經成為目前世界上研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的一種快速成形方法。隨著該技術的不斷發展，又出現了以光固化為基礎的數字投影成形（DLP）技術和噴射（PolyJet）技術[2]。

DLP是與SLA基本同時提出的光固化快速成形技術，但是由于掩膜生成工藝的制約，該技術的發展明顯滯后于掃描式快速成形技術。隨著近年來微型光學元件技術的進步，面曝光快速成形技術得到了發展?；诿嫫毓獬尚渭夹g，2015年，美國北卡羅來納大學的工程師發明了“連續液體界面生產”（CLIP）技術，使光固化3D打印的速度提高了近百倍[28—33]。2019年末，Mirkin團隊開發了“高面積快速打印”（HARP）技術，實現了大尺寸物體的快速成形[29,34]。

PolyJet是全球首例可以實現不同模型材料同時噴射的技術。PolyJet擁有全球最先進的三維打印系統，可以在單個建造工作中打印由不同機械和物理特性材料組成的零部件，其工作原理是通過控制每個打印頭上的噴嘴，根據方位和模型類型從指定的噴嘴噴射設置好的模型材料，從而使用戶可以選擇和構建出最合適、最貼近設計目標的材料。該技術將引領3D打印技術發展的新方向[2]。

3.3 熔融沉積成形技術的研究進展

Scott Crump于1988年首先提出了熔融沉積成形思想并成立了Stratasys公司。自1993年以來Stratasys公司先后推出了FDM1650，FDM2000，FDM3000和FDM8000等機型，特別是FDM-Quantum機型，采用擠出頭磁浮定位系統，可同時獨立控制兩個噴頭，其中一個噴頭用于填充成形材料，另一個噴頭用于填充支撐材料，其造型速度為過去的5倍。目前，Stratasys公司的Mojo，Dimension，uPrint，Fortus等多個產品均采用FDM為核心技術[2]。

近年來，桌面級FDM成形設備發展迅猛。最具代表性的桌面級FDM品牌有MakerBot公司的MakerBot Replicator系列、3D Systems公司的Cube系列、北京太爾時代科技有限公司的UP系列以及杭州先臨三維科技股份有限公司的Einstart系列等[2]。

3.4 選區激光燒結技術的研究進展

選區激光燒結快速成形思想是由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Dechard于1986年首次提出，隨后德克薩斯大學于1988年成功研制了第1臺SLS成形機并取得了這一技術的發明專利，1992年授權DTM公司將SLS系統商業化，隨后推出了Sinterstation 2000系列商品化成形機。在選區激光燒結成形技術的研究方面，DTM公司擁有多項專利，無論是在成形設備還是在成形材料方面均處于領先地位，該公司于2001年被3D Systems公司收購，因此，3D Systems公司擁有較為先進的SLS技術[2]。

另一家在SLS技術方面占有重要地位的是德國EOS公司。該公司推出了3個系列的SLS成形機，其中EOSINT P用于燒結熱塑性塑料粉末，制造塑料功能件及熔模鑄造和真空鑄造的原型；EOSINT M用于金屬粉末的直接燒結，制造金屬模具和金屬零件；EOSINT S用于直接燒結樹脂砂，制造復雜的鑄造砂型和砂芯[2]。

我國從1994年開始選區激光燒結技術的研究并取得了一定的成果。北京隆源自動成形系統有限公司于1995年成功研制了第1臺國產化AFS激光快速成形機，隨后華中科技大學研制出HRPS系列的SLS設備，這兩家單位的SLS成形設備均已產業化。此外，南京航空航天大學、西北工業大學、中北大學、湖南華曙高科技有限公司等單位也在研究選區激光燒結技術[2]。

3.5 選區激光熔化技術的研究進展

選區激光熔化技術思想源于SLS技術并在其基礎上得以發展。得益于計算機的發展及激光器制造技術的逐漸成熟，德國Fraunhofer激光技術研究所最早深入地探索了激光完全熔化金屬粉末的成形，并于1995年首次提出了SLM技術。在其技術支持下，德國EOS公司于1995年底制造了第1臺SLM成形設備。隨后，英國、德國、美國等歐美國家的眾多公司開始相關研究[2]。

SLM設備的研發涉及光學（激光）、機械、自動化控制及材料等一系列專業知識，目前歐美等發達國家在SLM設備的研發及商業化進程上處于世界領先地位。英國MCP公司自推出第1臺SLM-50設備之后又相繼推出了SLM-100以及第3代SLM-250設備。德國EOS Gmbh公司現在已經成為全球最大、同時也是技術最領先的選區激光熔化系統的制造商。EOS公司開發的EOSINT M280增材制造設備采用了“纖維激光”系統，可形成更加精細的激光聚焦點以及很高的激光能量，可以將金屬粉末直接燒結而得到最終產品，大大提高了生產效率。美國3D Systems公司推出了sPro系列SLM 250商用3D打印機，使用高功率激光器，根據CAD數據逐層熔化金屬粉末以創建功能性金屬部件，該3D打印機能夠提供長達320 mm的工藝金屬零件的成形，所得制件具有出色的表面粗糙度、精細的功能性細節與嚴格的公差。除了以上幾大公司進行SLM設備商業化生產外，國外還有很多高校和科研機構進行SLM設備的自主研發，如比利時的魯汶大學、日本的大阪大學等[2]。

國內SLM設備研發工作與國外相比起步較晚，設備穩定性方面稍顯落后，但整體性能相當，主要研究單位有華中科技大學、華南理工大學、西北工業大學等。

3.6 三維印刷成形技術的研究進展

1989年，美國麻省理工學院的Emanual Sachs申請了3DP專利，該專利是非成形材料微滴噴射成形范疇的核心專利之一。1992年，Emanual Sachs利用平面打印機噴墨的原理成功噴射出具有粘性的溶液，再根據三維打印的思想以粉末為打印材料，最終獲得三維實體模型。1993年，Emanual Sachs的團隊開發出基于噴墨技術與3D打印成形工藝的3D打印機[2]。

3DP技術自出現以來，得到了國內外的廣泛關注，在三維印刷成形零件的性能、打印材料、粘接劑和設備方面均有大量研究。Crau等打印出粉漿澆注的氧化鋁陶瓷模具，與傳統燒制而成的陶瓷模具相比，3DP工藝制作出來的強度更高，耗時更短。Lam等用淀粉基聚合物作原料，以水為粘接劑，打印出一個支架。Lee打印出三維石膏模具，其孔隙均勻，連通性好。Moon發現粘接劑的相對分子質量需小于15 000，且研究了粘接劑和材料對成形參數的影響，使三維打印模型的應用領域有了很大擴展。美國加州大學OrmeM開發的3DP設備樣機可應用于印刷電路板、電子封裝等半導體產業[2]。

國內學者也很關注基于噴射技術的三維印刷成形工藝，并在有些方向取得了一定的研究成果。西安交通大學盧秉恒等[35]研制出一種基于壓電噴射機理的三維印刷成形機噴頭。清華大學顏永年等[36]以納米磷灰石膠原復合材料和復合骨生長因子作為成形材料，采用液滴噴射成形的方式制造出多孔、非均質的細胞載體支架結構。蘇州銳發打印技術有限公司研制的熱發泡噴頭，最小噴射墨滴為4 pL（1 pL=10?15m3），具有1200 dpi的分辨率。

4 3D打印技術的應用

4.1 3D打印技術在醫學領域的應用

在高速發展的醫學領域，3D打印技術正發揮著顯著作用。生物3D打印是生命科學與現代制造技術交叉的新興技術，它是將3D打印技術應用于生物醫學領域，利用特殊材料來制造具有生物活性的人工器官植入物或細胞的三維結構[37]。3D打印技術在醫學領域的應用分為4個層次[38]。

第1層次的應用主要用于制作術前診斷模型及體外醫療器械，這是3D打印技術在醫學領域最初始的應用[39—40]。通過計算機輔助3D打印技術制造的器官模型讓醫生在術前就能對復雜解剖結構有更充分的認識和模擬演練的機會，使醫生在術中操作更為精準安全[41]。1992年，Stoker等[39]首次將SLA技術制件用于顱頜面外科手術的術前模擬，開創了3D打印技術在醫學領域應用的先河。

第2層次是使用鈦、鉭等惰性金屬材料打印不可降解的人體植入物，這些材料具有優異的生物相容性、耐蝕性、高強度等優點[42—43]。2012年2月10日，比利時哈塞爾特大學成功地為一名患者植入了3D打印的下頜骨，這是世界上首次完全使用定制植入物代替整個下顎的案例。

第3層次是采用可降解的生物相容材料制造仿生組織工程支架。這種結構具有密布的大小孔，大孔有利于細胞長入和準確再生，小孔可增加材料中的營養通道。通過提取人體的一些細胞在多孔的結構上進行復合培養，待細胞長到一定程度后植入人體，一段時間后支架材料會慢慢降解并排出體外，最終讓位于細胞和組織。醫學上通常采用這種方法來修復人體受損組織。

第4層次的應用是3D打印技術在醫學領域的最新研究方向，著眼于直接打印活性細胞等有機物。對于那些需要器官移植的患者來說，3D打印技術無疑是他們的福音。一方面我們無需擔心不同機體器官之間的排異反應，另一方面，相較于人體器官，3D打印成本更低，例如打印一個人體心臟瓣膜只需要10美元的高分子材料即可。

圖8為一個由水凝膠3D打印而成、模擬肺功能的氣囊。這一打印的“血管結構”具有足夠的強度，不會因為血液流動而破裂。此外，它也能承受對吸氣和呼氣的模擬[14]。

圖8 具有肺功能的3D打印氣囊[14]

4.2 3D打印技術在航空航天領域的應用

航空航天技術是國防實力的象征，也是國家政治的體現形式，各國都試圖以更快的速度研制出新型武器裝備以使自己在國防領域處于不敗之地。20世紀研發新一代戰機至少需要10～20年的時間，由于3D打印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，所以如果借助3D打印技術，只需3年左右的時間就能研制出新一代戰機，加之該技術的高柔性制造特點以及對復雜零件的自由快速成形，金屬3D打印將在航空航天領域大放異彩[44—45]。

近年來，國內外企業與研究機構利用3D打印技術，不僅制造了飛機、導彈、衛星、載人飛船的零部件，還制造出了發動機、無人機、微衛星整機等零部件。

北京航空航天大學王華明教授完成了直徑550 mm的鎳基高溫合金發動機渦輪盤樣件的制作，該機葉片在900 ℃環境下的疲勞強度比第二代單晶高出40%。2018年我國發射的嫦娥四號中繼衛星搭載了多個采用增材制造技術研制的復雜形狀鋁合金構件。此外，我國第1款本土商用飛機C919、第1款艦載戰斗機殲-15、多用途戰略轟炸機殲-16、第5代隱形戰斗機殲-20、殲-31等均使用了3D打印技術。

圖9為美國Relativity Space公司制造的一種幾乎全3D打印的火箭。該火箭旨在將1250 kg的重物送入低地球軌道，計劃2021年首次試射[46]。

圖9 3D打印火箭[46]

4.3 3D打印技術在建筑工程領域的應用

3D打印建筑的理念是在2012年3D打印展上提出的。3D打印建筑是應用計算機軟件設計出立體的制作模型，然后通過特定的成形設備（即3D打印機）用液化、粉末化、絲化的固體材料逐層疊加打印出設計圖所繪制的建筑實體[14]。

目前，3D打印在建筑裝飾領域的應用已經比較成熟，個性化的3D打印裝飾部件已經成功應用于水立方、上海世博會大會堂、國家大劇院等上千個建筑項目。

3D打印技術在建筑實體領域的應用還處于探索和快速發展階段，真正進入商業化的案例很少，但是也產生了很多重要的驗證實體建筑，如莫比烏斯環屋（風景屋，見圖10）、月球基地、荷蘭“運河屋”等[14]。

除了3D打印實體建筑，3D打印技術還可以應用于建筑領域的設計，通過3D打印出的建筑模型可以將建筑師的設想和草圖真實地表現出來，從而更好地向客戶展示設計師的設計理念。3D打印模型是建筑創意實現可視化與無障礙溝通的最好方法。

圖10 莫比烏斯環屋[14]

5 當前3D打印技術發展存在的問題

當前3D打印技術的發展尚不成熟，主要面臨以下幾個方面的問題[47]。

1）設計工具需要進一步優化。要開發出易于操作的設計工具用于產品設計，對于功能部件制造，需要新的工具來優化形狀和材料性能。

2）可供打印的材料范圍需要持續拓寬。目前可用的打印材料不多，未來仍需開發更多的材料，并深入研究材料的加工、結構、屬性之間的關系，明確材料的優點及局限性，并提供規范性標準。

3）生產過程需要加強工藝控制。為了提高生產過程的連貫性、重復性和統一性，需要建立相應的3D打印裝備認證標準，并對生產過程進行內部監控和閉環反饋；為了更好地預測材料性能和零部件功能特性，需要建立預測性模型并通過調整設計達到預期效果。

4）3D打印產業的發展需要加強必要的監管。應防止不法分子私自下載槍支設計軟件并借助3D打印技術隨意制造槍械，應避免3D打印技術用于人體器官的非法制作等違法行為和倫理道德問題。

總之，3D打印技術的發展初期要靠國家相關部門來統籌布局合理安排，在有技術、有人才資源、有市場基礎的地方先行先試，根據效果進行推廣，在示范的過程中制定相關行業標準積累發展經驗。

6 3D打印技術的發展前景

3D打印技術興起于20世紀八九十年代，發展于21世紀初，在2012年已悄然成為科技界研究熱點。英國著名經濟學雜志《經濟學人》的報道認為3D打印將與其他數字化生產模式共同推動實現新技術的發展。美國《時代》周刊已將3D打印制造列為美國十大增長最快的產業之一。

我國正處于從“中國制造”向“中國創造”邁進的重要時期，與傳統制造技術相比，3D打印技術能夠讓設計師在很大程度上從制造工藝及裝備的約束中解放出來，更多關注產品的創意創新、功能性能。

3D打印技術對于增強我國制造業自主創新能力具有重要意義。為此，我國采取了多項政策來推進3D打印技術的發展，2017年，我國制定了《新一代人工智能發展規劃》與《促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃（2018—2020年）》，力求經過3D打印等前沿技術來鞭策相關產業實現智能化升級，并讓人工智能和制造業進行深度融合。

3D打印正在如火如荼的發展，我們也正經歷著增材制造給我們生活帶來的變革。3D打印勢必會對傳統的制造技術帶來革命性改變，也必定會成為新時代的標桿。

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Recent Development of Main Process Types of 3D Printing Technology and Application

XIN Yan-xi, CAI Gao-shen, HU Biao, FU Ju-bo

(Faculty of Mechanical Engineering & Automation, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Based on computer graphics data, 3D printing builds objects by stacking layer by layer. It is featured with high flexibility manufacturing and free rapid formation of complex parts. Starting with literature research, the forming principle and research progress of typical 3D printing processes such as stereo lithography appearance, fused deposition modeling, selected laser sintering, selected laser melting, three-dimensional printing and laminated object manufacturing. On this basis, the application of 3D printing in biomedicine, aerospace and construction engineering were mainly introduced. Some problems existing in the development of 3D printing technology were briefly analyzed. And a series of solutions were put forward. The emergence of 3D printing technology brings revolutionary changes to the traditional manufacturing technology. It has a wide range of applications and will be integrated into all aspects of people's life in the future.

3D printing; rapid prototyping manufacturing; free-form fabrication of object; additive manufacturing

10.3969/j.issn.1674-6457.2021.06.022

TP391.73

A

1674-6457(2021)06-0156-09

2021-03-29

中國博士后基金（2018M642482）；浙江省自然科學基金（LQ18E050010）

辛艷喜（1993—），男，碩士生，主要研究方向為金屬材料的增材制造。

蔡高參（1985—），男，博士，特聘副教授，碩士生導師，主要研究方向為充液成形、增材制造。