3D打印技術(shù)研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)

（江蘇省徐州技師學(xué)院，江蘇徐州市，221000） 許靳凱

當(dāng)前在我國工業(yè)體系中3D打印技術(shù)已經(jīng)初步的形成一定的規(guī)模，同時3D 打印技術(shù)在印刷質(zhì)量和印刷速率上都比傳統(tǒng)打印技術(shù)更具有競爭優(yōu)勢。隨著目前我國對3D 打印技術(shù)研發(fā)的進(jìn)一步深入，當(dāng)前市場中所使用的3D打印技術(shù)已經(jīng)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(shù)的基本概述

當(dāng)前市場中所運用3D打印技術(shù)主要是應(yīng)用離散和堆積原理組合而成，在此基礎(chǔ)上通過對材料不斷的疊加和積累，從而對產(chǎn)品進(jìn)行操作和制造。3D打印技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的定義主要是比較傳統(tǒng)的一類機械印刷技術(shù)，這樣的機械印刷技術(shù)在生產(chǎn)過程中通過增減材料來完成產(chǎn)品的制造，因此3D 打印技術(shù)被人們稱之為“增材制造技術(shù)”。這項技術(shù)在應(yīng)用的過程中需要采用電子計算機進(jìn)行密切配合，通過電子計算機就可以將已經(jīng)定型成零件的3D模型根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計所需要的厚度進(jìn)行自主切割。同時電子打印裝置還會根據(jù)已經(jīng)完成切割后的模具厚度和模具外形，進(jìn)行自主的組裝設(shè)計，使不同厚度的模具外形進(jìn)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(jìn)行3D打印技術(shù)的過程中工作人員并不需要采用傳統(tǒng)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(yè)生產(chǎn)中3D 打印技術(shù)是比傳統(tǒng)制造技術(shù)更為復(fù)雜的一種生產(chǎn)技術(shù)，這項技術(shù)簡化了傳統(tǒng)制造技術(shù)中的相應(yīng)制造流程，提高了產(chǎn)品制造過程中的效率。

2 3D打印技術(shù)在應(yīng)用中的相關(guān)分類

當(dāng)前在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中3D打印技術(shù)主要可以劃分為3大類：

2.1 3D打印技術(shù)中的光固化立體成型印刷技術(shù)

光固化立體成型印刷機在應(yīng)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(jìn)行逐層的掃描，通過這樣的方法就可以將一些液態(tài)的材料進(jìn)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(yīng)用中，使用光固化立體成型技術(shù)所耗費的成本較高，同時這種技術(shù)只適用于生產(chǎn)一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零部件，在應(yīng)用過程中可以選擇的相應(yīng)材料也極為有限。

2.2 3D打印技術(shù)中的電子束選區(qū)熔化類印刷技術(shù)

電子束選區(qū)熔化類印刷技術(shù)需要在實驗室特制的真空環(huán)境下進(jìn)行，在真空環(huán)境通過3D 打印技術(shù)可以將金屬粉末作為產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的原材料，打印機只需要根據(jù)預(yù)先所設(shè)定的程序，不間斷的在粉末床上方將金屬粉末進(jìn)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(jīng)鋪開完畢的金屬粉末進(jìn)行熔化和固定，然后通過反復(fù)實施以上操作便可以得到成型的金屬零部件。電子束選區(qū)熔化類技術(shù)往往只適用于制作一些結(jié)構(gòu)相對于復(fù)雜且性能要求較高的零件，同時這項技術(shù)在應(yīng)用過程中受到生產(chǎn)環(huán)境的局限性。

2.3 3D打印技術(shù)中的分層實體制造類印刷技術(shù)

分層實體制造類印刷技術(shù)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(jìn)行立體化攤鋪作業(yè)，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(jìn)行緊密貼合，在進(jìn)行打印的過程中還需要根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序?qū)γ恳粚咏孛娴木唧w結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行實時切割，在切割作業(yè)的過程中還需要對材料進(jìn)行粘接進(jìn)而形成立體化的零部件原型。在生產(chǎn)過程中通過這樣的打印技術(shù)主要是用來生產(chǎn)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(jīng)濟環(huán)保原則。

3 3D打印技術(shù)當(dāng)前在我國的研究現(xiàn)狀

3.1 我國3D打印技術(shù)主要以高校為研發(fā)中心

目前我國的3D打印技術(shù)主要是以社會中的一些高等學(xué)府作為3D 打印技術(shù)的主要研發(fā)基地，例如清華大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等高校，已經(jīng)逐步建立了3D 打印技術(shù)的研發(fā)核心體系，這些高校在研發(fā)3D 打印技術(shù)的水平在國際上都處于較為先進(jìn)的水平，通過這些高校對3D 打印技術(shù)的深入研究，就可以為我國的3D 打印技術(shù)體系的建設(shè)建立一個良好的基礎(chǔ)。其中最為明顯的是清華大學(xué)在3D 打印技術(shù)的原材料開發(fā)中，已經(jīng)研發(fā)出了ABS材料和FDM蠟材料，通過這些材料的應(yīng)用對當(dāng)前3D打印技術(shù)中的原材料使用具有一定的開發(fā)作用。

3.2 當(dāng)前已經(jīng)形成初步規(guī)模的3D打印市場

通過各個高校的研發(fā)中心所科研出的一些3D打印技術(shù)科研成果和一些專業(yè)化機構(gòu)開發(fā)的一些相應(yīng)技術(shù)，在我國的3D 打印市場中也應(yīng)運而生了較多的服務(wù)企業(yè)和增材裝置企業(yè)，這些企業(yè)可以自主的研發(fā)一些3D打印技術(shù)中所需要的特定控制裝置和機械生產(chǎn)系統(tǒng)，并且我國部分企業(yè)對3D 打印技術(shù)中所使用的核心技術(shù)還是有一定自主產(chǎn)權(quán)，使得我國國內(nèi)已經(jīng)形成了初具規(guī)模的3D打印市場。

3.3 3D打印技術(shù)的總體打印規(guī)模呈上升趨勢

在根據(jù)有關(guān)調(diào)查研究中顯示，我國的3D 打印技術(shù)總體打印規(guī)模呈上升趨勢，在2015 年至2019年，3D打印技術(shù)為我國社會創(chuàng)造的經(jīng)濟總價值由原先的243 億上升至1 726 億元，同比增長率達(dá)到了710%。此外，3D 打印技術(shù)在我國各行各業(yè)的應(yīng)用也越加廣泛，我國對這項技術(shù)在研發(fā)和使用過程中也具有一定的核心優(yōu)勢。為了保證3D打印技術(shù)不會在生產(chǎn)過程中造成印刷成品出現(xiàn)問題，我國政府及有關(guān)部門對打印過程中使用的原材料進(jìn)行了明文規(guī)定，保證3D 打印技術(shù)在社會中的有序發(fā)展。同時當(dāng)前我國已經(jīng)成為世界首個運用激光成型技術(shù)來研究和制作大型金屬零部件的生產(chǎn)國家之一。

4 3D打印技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)探索

在我國科研機構(gòu)的研究中發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)雖然對粉末的質(zhì)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(xiàn)階段對3D 打印技術(shù)中所應(yīng)用的印刷粉末質(zhì)量和打印過程中的得到率，便成為提高3D打印技術(shù)的主要研發(fā)項目之一。同時在3D 打印技術(shù)應(yīng)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(jìn)行仔細(xì)的測量和錄入，如果在3D 打印過程中出現(xiàn)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(xiàn)損毀情況，因此還需要建立出一套嚴(yán)格的規(guī)范體系和監(jiān)控系統(tǒng)來控制印刷過程，進(jìn)而提高3D 打印的質(zhì)量。

5 結(jié)束語

當(dāng)前我國的3D打印技術(shù)與國外的先進(jìn)技術(shù)水平相比具有一定的差距，這就需要對3D 打印技術(shù)中的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行深入研究，并增加3D 打印技術(shù)研究過程中的研發(fā)資金，通過在打印過程中研制一些新材料的使用和新技術(shù)的運用，促進(jìn)我國工業(yè)體系可持續(xù)性發(fā)展。