3D打印

近日，華中科技大學張海鷗教授團（tuán）隊的“智能微鑄鍛銑複合製造技術”破解了困擾金屬3D打印的世界級技術難題，實（shí）現了我國首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆（fù）性原始創新。下麵我們來深入了解（jiě）一（yī）下3D打印。

1

什麽是3D打印

       根據美國材料與試驗協會（ASTM）的定義：3D打印（3D Printing）是（shì）借助三維數字模型設（shè）計，通過軟件分（fèn）層離散和數控成型係（xì）統，利用激光束、電子束等方法將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材（cái）料進（jìn）行（háng）逐層（céng）堆積黏結，最終疊加（jiā）成型，製造出實體產品。在概念上，它同義（yì）於工業專業術語中的“增材製造”（Additive Manufacturing）。

2

3D打印（yìn）原理（lǐ）

       3D打印技術的基本原理是：將一個在電（diàn）腦中設計好的或者通過掃描方（fāng）式（shì）完成的三維立體零件模型，沿空間某一坐標軸切成（chéng）許多個一定厚度的剖麵，切剖麵的過（guò）程可以按（àn）微積分的思想去理解，然後通過打印（yìn）機由下（xià）向上一層一層將每一剖麵打印出來，再（zài）將（jiāng）剖麵粘結起來，就會得到所需（xū）零件（jiàn）的實體。簡單的說就（jiù）是“分層製造（zào）、逐（zhú）層疊加”。

光固化立體成（chéng）型（Stereo Lithography Appa⁃ratus，SLA）

       固化立體成型是指用激光束照射裝在（zài）樹脂液槽中的光敏樹脂，使其能夠由點到線、由線到（dào）麵順序快速固化，然後升降台下（xià）降一個層（céng）片的高度，再固（gù）化第二個片層，這（zhè）樣層層疊加不斷重複，直到整個模（mó）型成型完成。

 

分（fèn）層實體製造（Laminated Object Manufac⁃turing，LOM）

       分層實體製造是以片材為原材料，在片材表麵事先覆蓋一層熱（rè）熔（róng）膠，加工時熱壓輥熱壓片材，使（shǐ）之與下麵已成型（xíng）的工件粘接，再利用激（jī）光在剛粘結的新層上切割出零件截麵輪廓和工件外框，並在截麵輪廓與（yǔ）外框之間多餘的區（qū）域（yù）內切割（gē）出上下對齊的網格，激光切割完成後（hòu）工作台帶動已成型的工件下降，與帶狀片材分離，供料機構再（zài）次使新層移動（dòng）到加工區（qū）域，工作台上升到加工平麵，熱壓輥加熱，工件的（de）層數增加（jiā）一層，高度增加一個料厚，再在新（xīn）層上（shàng）切（qiē）割截麵輪廓。如此反複直至零件的所有截麵（miàn）粘接、切割完成，得到分層製（zhì）造的實體零件。

選擇性激光（guāng）燒結（Selective Laser Sintering，SLS）

       選擇性激光燒結使用粉末材料（liào）作為造型材料，加工時（shí）將粉末材料加熱到（dào）接近於其熔點的溫度，再利用輥子將（jiāng）粉末鋪（pù）平，計算機根據原（yuán）型的切片模型控製激（jī）光束（shù）的二維掃描軌跡，有選擇地燒結固體粉末材料以形成零件的一個層麵。粉末完成一層後，工作活塞下降一（yī）個層厚，鋪粉係統鋪上（shàng）新粉。控製激光束再掃描燒結新層。如此（cǐ）循環往複，層層疊加，直到三維零（líng）件成型。

 

熔積成型（Fused Deposition Modeling ,FDM）

       熔（róng）積成型是利用電將絲狀熱熔性材料加（jiā）熱至略高於熔點溫度，在計算機控製下噴（pēn）頭（tóu）根據截麵輪廓信息，將材料選擇性的塗敷在工作台上，冷卻後形成工件（jiàn）的一層截麵，一層成型完成後，噴頭上移一層截麵的高度（dù），再次塗敷下一層，這樣逐層堆積直至形成完整的（de）三（sān）維工（gōng）件。

 

3

3D打印技術進展及應用

       2016年3D打（dǎ）印（yìn）取得了很多創新性進展，瑞（ruì）士科學家采用“納米液滴”3D打印來進行創新製造更高性能（néng）觸摸屏；麻省理工製作激光雷達芯片，成（chéng）本低速度（dù）快；英國的（de）格拉斯（sī）哥大學及防務公司BAE Systems的研發團隊（duì）共同研發合作的3D打印軍用無人機Chemputer計劃能夠“生長”出從機翼到電子係統在內的所有部件；德（dé）國Fraunhofer多材料打印技（jì）術， 用（yòng）於非常（cháng）複雜（zá）部件打印（yìn）；哈佛大學3D打印帶血（xuè）管的人工組（zǔ）織；這些科技進（jìn）展同（tóng）時促（cù）進了3D打印在各個領域的應用。

航空航天領域

       國外企業和研究機構利用3D打印技術不僅打印出了飛機、導彈、衛星的（de）零部件，還打（dǎ）印出（chū）了發（fā）動機、無人機整機，在成本、周期、質量等方（fāng）麵取得了顯著效益，充分顯示了（le）3D打印技術在該領域的應（yīng）用前景。

汽車領域

      3D打印在汽車領域中的應用主要集中在設計驗證（zhèng）和零件製造上。設計驗證包括（kuò）快速原型、概念模型（xíng）和功能部件設計。汽（qì）車知（zhī）名生產商如奧迪、寶馬、奔馳、美洲豹、通用、大眾、豐田和保時捷等已經在汽車的研發階段大量（liàng）使用3D打印技術。

生物醫藥

       3D打印技術可以應（yīng）用（yòng）在個性化藥物製造（zào）、臨（lín）床治療方（fāng）案輔助設計、定製個性化醫療器械、組織工（gōng）程材料、體（tǐ）外醫學模型等醫學領域。

建築領域

      與傳統建築施工工藝相比，3D建（jiàn）築打印技（jì）術有施工工期短、成本低、傷亡事故風險小、節（jiē）省人員勞工、建築粉塵汙染小。目前，3D打印（yìn）技術在工程建築模型中的初步應用。