解析3D打印技术及发展前景

类型分类：: 科普知识

数据分类：: 3D打印

解析3D打印技术及发展前景

发布日期：2022-10-09 点击率：125

3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。

3D打印历史

·1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。

·1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。

·1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

·2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

·2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。

·3D打印图片2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。

·2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。

·2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。

·2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。

·2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。

·2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts)设计制造出3D打印金属手枪。

·2017年1月16日，科技公司Bellus 3D可完整拍下高分辨率的人脸3D照片，这些照片进行3D打印出的面具与真正的人脸。

·2017年4月7日，德国运动品牌阿迪达斯（adidas）推出了全球首款鞋底3D打印制成的运动鞋，计划2018年开始批量生产，以应对快速变化的时尚潮流，生产更多定制产品。

3D打印类型一览表

常用技术技术介绍

1、熔融沉积造型（Fused deposition modeling，FDM）：FDM加热头把热熔性材料（ABS树脂、尼龙、蜡等）加热到临界状态，使其呈现半流体状态，然后加热头会在软件控制下沿CAD 确定的二维几何轨迹运动，同时喷头将半流动状态的材料挤压出来，材料瞬时凝固形成有轮廓形状的薄层。

2、光固化立体造型（Stereolithography，SLA）：SLA 光固化设备也会在开始“打印”物体前，将物体的三维数字模型切片。然后电脑控制下，紫外激光会沿着零件各分层截面轮廓，对液态树脂进行逐点扫描。被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应，由点逐渐形成线，最终形成零件的一个薄层的固化截面，而未被扫描到的树脂保持原来的液态。

当一层固化完毕，升降工作台移动一个层片厚度的距离，在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂，用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此循环往复，直到整个零件原型制造完毕。

SLA 工艺的特点是，能够呈现较高的精度和较好的表面质量，并能制造形状特别复杂（如空心零件）和特别精细（如工艺品、首饰等）的零件。

3、选择性激光烧结（SLS）：先将一层很薄（亚毫米级）的原料粉未铺在工作台上，接着在电脑控制下的激光束通过扫描器以一定的速度和能量密度，按分层面的二维数据扫描。激光扫描过的粉末就烧结成一定厚度的实体片层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。

一层扫描完毕，随后对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度升降工作台，铺粉滚筒再次将粉末铺平，然后再开始新一层的扫描。如此反复，直至扫描完所有层面。去掉多余粉末，再经过打磨、烘干等适当的后处理，即可获得零件。

目前应用此工艺时，以蜡粉末及塑料粉末作为原料较多，而用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺尚未实际应用。

4、层片叠加制造（Laminated object manufacturing，LOM）：在层片叠加制造工艺中，机器会将单面涂有热溶胶的箔材通过热辊加热，热溶胶在加热状态下可产生粘性，所以由纸、陶瓷箔、金属箔等构成的材料就会粘接在一起。接着，上方的激光器按照CAD 模型分层数据，用激光束将箔材切割成所制零件的内外轮廓。然后再铺上新的一层箔材，通过热压装置将其与下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割。然后重复这个过程，直至整个零部件打印完成。

不难发现，LOM 工艺还是有传统切削的影子。只不过它不是用大块原材料进行整体切削，而是将原来的零部件模型分割为多层，然后进行逐层切削。北京太尔时代最开始研发的3D 打印机也是LOM 工艺的3D 打印机，不过因为采用纸作为原料，用激光切割存在点燃风险，且应用受限，所以太尔时代后来转而主攻FDM 工艺。