3D打印（增材制造）技術簡介

劉亞斌

摘要：本文主要講述了3D打印技術的原理，對各種3D打印技術的介紹及行業(yè)技術方向發(fā)展。

關鍵詞：3D打??；成型工藝；3D打印機

做設計，看得見摸不著？直接開模風險大，設計不合理怎么辦？

一、原理與方法

3D打?。?D printing），即增材制造，是快速成型一種。

它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。通常是采用數(shù)字技術材料打印機來實現(xiàn)的。

3D打印技術從狹義上來說主要是指增材成型技術，從成型工藝上看3D打印技術突破了傳統(tǒng)成型方法通過快速自動成型系統(tǒng)與計算機數(shù)據(jù)模型結合，無需任何附加的傳統(tǒng)模具制造和機械加工就能夠制造出各種形狀復雜的原型，這使得產(chǎn)品的設計生產(chǎn)周幾大大縮短，生產(chǎn)成本大幅下降。

二、幾項主流的3D打印技術及技術動態(tài)

幾類成型方式參數(shù)對比

1、LOM：分層實體成型工藝

分層實體成型系統(tǒng)主要包括計算機、數(shù)控系統(tǒng)、原材料存儲與運送部件、熱粘壓部件、激光切系統(tǒng)、可升降工作臺等部分組成。

歷史最為悠久的3D打印成型技術，也是最為成熟的3D打印技術之一。

在產(chǎn)品概念設計可視化、造型設計評估、裝配檢驗、熔模鑄造等方面應用廣泛.

2、SLA立體光固化成型工藝（立體光刻成型）

該工藝最早由Charles W.Hull于1984年提出并獲得美國國家專利，是最早發(fā)展起來的3D打印技術之一。

SLA工藝以光敏樹脂作為材料，在計算機的控制下紫外激光將對液態(tài)的光敏樹脂進行掃描從而讓其逐層凝固成型，SLA工藝能以簡潔且全自動的方式制造出精度極高的幾何立體模型.

3、SLS：選擇性激光燒結工藝

由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其碩士論文中提出的，隨后C.R.Dechard創(chuàng)立了DTM公司并于1992年發(fā)布了基于SLS技術的工業(yè)級商用3D打印機Sinterstation。

在國內也有許多科研單位開展了對SLS工藝的研究，如南京航空航天大學、中北大學、華中科技大學、武漢濱湖機電產(chǎn)業(yè)有限公司、北京隆源自動成型有限公司、湖南華曙高科等。

4、FDM：熔融沉積成型工藝

國內的清華大學、北京大學、北京殷華公司、中科院廣州電子技術有限公司都是較早引進FDM技術并進行研究的科研單位。

5、3DP：三維印刷工藝

三維印刷工藝（Three-Dimension Printing，3DP），該技術由美國麻省理工大學的Emanual Sachs教授發(fā)明于1993年，3DP的工作原理類似于噴墨打印機，是形式上最為貼合“3D打印”概念的成型技術之一。3DP工藝與SLS工藝也有著類似。

6.LSF：激光立體成形技術

首先在計算機中生成零件的三維CAD模型，然后將該模型按一定的厚度分層“切片”，即將零件的三維數(shù)據(jù)信息轉換成一系列的二維輪廓信息，再采用激光熔覆的方法按照輪廓軌跡逐層堆積材料，最終形成三維實體零件或需進行少量加工的毛坯。

從LSF技術的原理來看，其成形思路與快速原型（Rapid Prototype，RP）技術完全一致，即采用全新的增材制造原理實現(xiàn)零件的成形。因此，它具有一些與RP技術相同的特點，如柔性好（無需專用工具和夾具）、高度集成、加工速度快等。

二、盤點國外金屬3D打印機及技術特點：

（一）、德國EOS，代表機型EOSINT M280金屬3D打印機

可使用材料：不銹鋼材料、鈷鉻鉬合金MP1、鈷鉻鉬合金SP1、馬氏體鋼、鈦合金、純鈦、超級合金IN718、鋁合金。

前不久，德國EOS公司把金屬3D打印機M280升級為M290，EOS M290提升了在3D打印過程中的監(jiān)控能力，以保證打印結果的高品質，尤其適合航空航天和醫(yī)療等高精尖行業(yè)的要求。除此之外，作為EOS公司的主力產(chǎn)品，M290在其它方面也做了一些改進。

（二）德國Concept Laser公司，代表機型X系列1000R

X系列1000R大幅面3D打印系統(tǒng)最早亮相是在2012年底的歐洲模具展上，它是Concept Laser公司與弗勞恩霍夫激光技術研究所（ILT）在亞琛聯(lián)合開發(fā)的。該系列機器最大的輸出重量可達驚人的1000公斤！

（三）德國DMG，代表機型：DMG Lasertec 65，5軸加工+3D打印二合一

LASERTEC 65通過粉末噴嘴進行激光堆焊與銑削加工共同構成的獨特復合技術，為用戶提供全新應用和幾何形狀可能。通過LASERTEC 65增材制造工藝，SAUER LASERTEC目前提供將激光堆焊與5軸銑削結合在一起的復合加工解決方案。此工藝通過金屬粉末噴涂方式成形，這比在粉床中成形速度最高可快20倍。

特點：可實現(xiàn)3D輪廓，無需底層幾何：例如加工法蘭，加工圓錐，靈活切換激光加工與銑削加工（5軸+3D打印二合一），允許直接銑削最終零件中無法接近的加工部位

（四）德國ReaLizer GMbH，代表機型：SLM 50

ReaLizer 2004年正式成立，注冊專利為選擇性激光熔融——Selective Laser Melting（SLM？），公司主要產(chǎn)品：SLM 50桌面型金屬3D打印機，以及SLM 100和SLM 250工業(yè)級3D金屬打印機。

可使用材料：鐵粉、鈦、鋁合金、鈷鉻合金、不銹鋼以及其他定制材料

（五）德國 SLM Solutins GmbH，代表機型：SLM 500

SLM Solutions是一家總部位于德國呂貝克的3D打印設備制造商，專注于選擇性激光燒結（SLM）技術。公司前身是MTT技術集團德國呂貝克有限公司，2010年更名為SLM Solutins GmbH。而MMT隸屬于英國老牌上市公司MCP技術，2000年推出SLM技術，2006年推出第一個鋁、鈦金屬SLM 3D打印機。

這種技術是采用高精度激光束連續(xù)照射包括鈦、鋼、鋁、金在內的金屬粉末，將其焊接成型的技術，而德國SLM Solutions在這一技術上有著多項專利，居于領先地位。其3D打印機已經(jīng)應用于汽車、消費電子、科研、航空航天、工業(yè)制造、醫(yī)療等行業(yè).