3D打印技術(shù)在精密檢測工程中的應(yīng)用

羅云麗

（梧州職業(yè)學(xué)院，廣西壯族自治區(qū) 梧州 543000）

1 3D打印技術(shù)

3D打印，是一種快速成型技術(shù)，也是一種增材制造，主要就是通過三維模型作為基礎(chǔ)的一種打印技術(shù)，在傳統(tǒng)平面印刷技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過噴頭進(jìn)行三維運動，實現(xiàn)二維圖層疊加打印的模型打印方法，采用對層級材料進(jìn)行增加，從而生成相應(yīng)的三維實體，是材料增加的過程，對于這種形成過程，也稱之為熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM），是實際發(fā)展中較為成熟的技術(shù)之一，和傳統(tǒng)技術(shù)比較分析，3D打印技術(shù)有著良好的安全性以及便捷性，在當(dāng)前各個行業(yè)中有了很好的應(yīng)用，比如，珠寶設(shè)計行業(yè)以及工業(yè)設(shè)計中，還有建筑、航天、汽車等行業(yè)中有著普遍性的應(yīng)用。

2 3D打印材料應(yīng)用

在增材制造技術(shù)發(fā)展中，材料作為非常重要的基礎(chǔ)，對于3D打印技術(shù)的發(fā)展有著很大的影響?，F(xiàn)階段，針對3D打印技術(shù)當(dāng)中的材料主要有以下相關(guān)方面：

2.1 通用塑料

通用塑料主要指的就是自身的機(jī)械性能比較差，不能應(yīng)用在結(jié)構(gòu)當(dāng)中，并且還不可缺少的塑料，這種產(chǎn)量比較大，價格也低廉，使用范圍廣的塑料稱之為通用塑料。目前通用塑料品種多，3D打印技術(shù)在實際的應(yīng)用中，所涉及到的材料主要有丙烯腈–丁二烯–苯乙烯共聚物（ABS）和聚烯烴等。然而通用塑料當(dāng)中所存在的相關(guān)缺陷，對于3D打印要求不能滿足，因此，就需要結(jié)合材料實際情況做好相應(yīng)的改性操作。

聚烯烴主要包含聚乙烯以及聚丙烯等材料，這些材料在性價比以及性能方面有著非常明顯的優(yōu)勢，是典型的聚烯烴塑料。因為其分子結(jié)構(gòu)比較特殊，在外界自然環(huán)境中很容易將雜質(zhì)混入其中并產(chǎn)生氧化，比如，變色以及強(qiáng)度變?nèi)醯?。有關(guān)人員通過研究發(fā)現(xiàn)，通過松木堿法所制作的堿木質(zhì)素，在聚丙烯的工業(yè)化發(fā)展中有著良好的抗老化性以及抗紫外線的能力。

2.2 工程塑料

工程塑料是一種熱塑性材料，主要就是在結(jié)構(gòu)材料當(dāng)中進(jìn)行有效應(yīng)用，在相關(guān)強(qiáng)度、硬度以及抗老化性等方面有著很重要的作用。因此在當(dāng)前的3D打印材料當(dāng)中應(yīng)用非常的普遍，比較常見的工程塑料主要有以下相關(guān)方面：

2.2.1 ABS工程塑料

ABS是一種三元共聚物，其中A代表的是丙烯腈B代表丁二烯，S代表苯乙烯，一般是不透明狀態(tài)，氣味刺激性比較小，顏色呈乳黃色，具有高強(qiáng)度以及高韌性等特點，在表面加工處理方面較為容易等。但是，這種材料的耐候性特點比較差，很容易出現(xiàn)收縮變形，在成型當(dāng)中有刺激性很強(qiáng)的氣味出現(xiàn)。為了可以將這種材料自身的屬性改進(jìn)，以及在成型方面的缺點進(jìn)行改善，就需要加強(qiáng)不斷研究和開發(fā)，通常在實際的應(yīng)用中主要采用填充其他相關(guān)材料以此來提升其性能。

2.2.2 PC樹脂(聚碳酸酯)

PC樹脂作為一種比較成熟化的熱塑性材料，由于其強(qiáng)度較高、燃點高、耐沖擊性能良好，在當(dāng)前的電子電器以及汽車醫(yī)療等行業(yè)有著很好的應(yīng)用。PC樹脂顏色單一，白色比較多，強(qiáng)度也相較于ABS材料高，在當(dāng)前的工程領(lǐng)域中有著良好的性能，但是這種材料自身的粘度比較高，流動性也非常的差。

2.2.3 PA樹脂(尼龍)

尼龍材料作為一種白色的粉末，自身具備良好的力學(xué)性能，其整體優(yōu)點也非常的突出，在當(dāng)前的汽車以及電器等產(chǎn)品當(dāng)中被普遍應(yīng)用，這種材料的粉末粒徑比較小，在模型的制作中精度也是非常的高，熱塑變形溫度在110 ℃，粉末熔融溫度180 ℃；在完成燒結(jié)之后能夠?qū)筇幚磉^程實現(xiàn)節(jié)約，可以有良好的抗拉伸性能。但是在顏色選取中存在一定的局限性，為了使得顏色多樣化，一般都是采用噴涂以及其他方式進(jìn)行著色，但是這種材料自身的吸水性比較大，在低溫條件下耐沖擊性能比較低，尺寸也不穩(wěn)定，需要對其實施改良之后才可以應(yīng)用。

2.2.4 PEEK樹脂(聚醚醚酮)

PEEK這種材料作為一種比較特殊的塑料，其自身性能良好，在當(dāng)前的生物醫(yī)學(xué)以及工程領(lǐng)域有著普遍的應(yīng)用。但是，這種材料作為一種生物惰性材料，基于此，對于實際應(yīng)用有很大的影響。加強(qiáng)PEEK材料和纖維材料的融合應(yīng)用，可以將材料的屬性有效改進(jìn)，該材料在當(dāng)前的實際應(yīng)用中，結(jié)合自身碳纖維以及高強(qiáng)度等方面的屬性特點，在強(qiáng)度和模量方面的性能有著明顯的提升，對于這種材料自身的抗變形能力也可以提升。

2.3 生物塑料

生物塑料主要就是在外界相關(guān)影響因素下，可以實現(xiàn)分解或者降解，從而降解為相應(yīng)的無污染的物質(zhì)。隨著當(dāng)前人們自身環(huán)境保護(hù)意識的提升，在3D打印材料的選取中，對于生物塑料的應(yīng)用非常的常見，尤其是在醫(yī)療等事業(yè)的發(fā)展中，對于生物塑料的應(yīng)用有著很重要的作用。

2.3.1 PLA(聚乳酸)

PLA（聚乳酸）是一種環(huán)保性良好的聚合物材料，其主要就是采用農(nóng)作物秸稈實現(xiàn)發(fā)酵，以此來對乳酸進(jìn)行獲取，并且采用聚合的方式獲取聚乳酸，這種材料自身具備良好的相容性以及可降解性，能夠很好地應(yīng)用于各種加工方式當(dāng)中，比如，吹塑、熱塑等，使用比較便捷，在光色度以及透明度等方面，和其他材料相比較有著良好的特征。3D打印技術(shù)在制造中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且可以準(zhǔn)確地實現(xiàn)，這種優(yōu)點使得3D打印技術(shù)在現(xiàn)階段醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展中有著廣泛的歡迎度。例如，在針對骨組織的制作當(dāng)中，還有相應(yīng)的醫(yī)學(xué)模型制作方面。然而因為這種材料自身有相應(yīng)的高脆性等特點，對于實際應(yīng)用有著很大的影響，因此，就需要不斷加強(qiáng)這方面屬性的有效開發(fā)和改進(jìn)。

2.3.2 PCL(聚己內(nèi)酯)

這是非常常見的一種生物降解性熱塑性材料，其特點主要就是無毒以及熔點較低，其熔點約為60 ℃，有著良好的生物相容性以及可降解性特點，在醫(yī)學(xué)組織工程當(dāng)中可以作為支架材料，比如，身體相關(guān)器官的修復(fù)等方面。但是這種材料自身的機(jī)械性能不強(qiáng)，為了對其性能有效改善，相關(guān)研究人員可以通過對無機(jī)成分改性處理，以此實現(xiàn)打印技術(shù)的實現(xiàn)，從而在完成改性處理之后，材料自身的抗沖擊性以及抗變形能力也能夠很好的提升。

2.3.3 PETG(聚對苯二甲酸乙二醇酯－1，4－環(huán)己烷二甲醇酯)

PETG作為一種共聚酯，這種狀態(tài)就是處于沒有完全結(jié)晶的狀態(tài)，特點是抗脆性以及明度良好，并且無毒以及相容性良好，自身的注塑性能良好，可以應(yīng)用在一些強(qiáng)度要求較高的零件中。因為其力學(xué)性能以及特性良好，在當(dāng)前的塑料產(chǎn)品生產(chǎn)以及醫(yī)療、包裝等方面有著很好的應(yīng)用。但是這種材料變形溫度較低以及價格比較貴，對于其廣泛應(yīng)用有著很大的影響。

2.3.4 光敏樹脂

光敏樹脂（UV樹脂）的組成主要是由預(yù)聚體和聚合物單體所構(gòu)成，同時進(jìn)行光敏劑的添加，這種材料自身具備良好的粘度低以及液體流動性良好等特點，在當(dāng)前的3D打印中，是保證打印精度良好的主要聚合物材料之一。在工業(yè)生產(chǎn)以及醫(yī)療行業(yè)中被普遍應(yīng)用。盡管光敏樹脂材料優(yōu)點眾多，但是還有很多問題存在，比如，會有較為顯著的變形特點，以及收縮率比較大，對其應(yīng)用也會有一定程度上的影響。

2.3.5 金屬材料

3D打印當(dāng)中，金屬粉末的要求非常的高，尤其是在純度以及粒度布局方面的要求，需要其能夠符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)階段，應(yīng)用在3D打印當(dāng)中的金屬粉末材料主要有模具鋼、不銹鋼和鈦合金等方面。除此之外，在進(jìn)行珠寶印刷當(dāng)中應(yīng)用的相關(guān)貴金屬材料粉末，比如，黃金或者白銀等。另外，在3D打印的應(yīng)用中，鈦金屬材料也非常重要，特別是金屬材料的強(qiáng)度以及耐腐蝕性等方面，和其他金屬材料相比較，性能良好，所以，在航天以及火箭等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零部件生產(chǎn)中應(yīng)用非常良好。通過3D打印技術(shù)，不斷加大新合金材料的開發(fā)以及應(yīng)用，傳統(tǒng)合金開發(fā)中，需要的冶煉時間比較長，并且代價很高，通過3D打印就可以將這些問題有效處理。并且金屬類的3D打印技術(shù)使用范圍比較廣，在目前的多個行業(yè)中有所應(yīng)用。

2.3.6 陶瓷材料

陶瓷材料自身的特性優(yōu)良，尤其是在強(qiáng)度以及耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性方面有著良好的優(yōu)勢，其在當(dāng)前大部分行業(yè)中有著顯著性的應(yīng)用。然而，因為陶瓷材料自身具有一定的缺點，比如，脆性高以及硬度高等，加工難度大，特別是一些復(fù)雜的零部件，由于實際的加工成本比較高，在開發(fā)中周期也比較長，這對于新產(chǎn)品的開發(fā)需求很難有效滿足。3D打印當(dāng)中相對于陶瓷材料的要求方面，通常是將陶瓷粉末和相關(guān)粘合粉末進(jìn)行混合生產(chǎn)，粘合劑粉末實施激光燒結(jié)實現(xiàn)熔融，通過無機(jī)粉末自身的粘結(jié)固化作用，并最終采用熱燒結(jié)來對產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度提升。

2.3.7 石膏

石膏本質(zhì)上是一種硫酸鈣，化學(xué)式為二水硫酸鈣。在當(dāng)前很多生產(chǎn)行業(yè)中有所應(yīng)用，比如，食品以及農(nóng)業(yè)等方面，和其他的3D打印材料對比分析，石膏的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：①粒徑小，調(diào)整空間大；②安全綠色；③能夠?qū)崿F(xiàn)彩色打??；④價格比較低。石膏在當(dāng)前的醫(yī)療骨科中有著很普遍性的應(yīng)用，3D打印的石膏支架能夠采用三維掃描針，對于每個患者實際的損傷程度實施合理設(shè)計，這種新型石膏保護(hù)框架，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在比較輕以及便于維護(hù)等，也可以實現(xiàn)皮膚的有效呼吸。但是，石膏也有很多缺點，在完全硬化之后會存在一定的空隙，其密度和強(qiáng)度都不高，耐水性比較差等，這對于石膏的應(yīng)用有著很大的影響。為了能夠?qū)λ嬖诘倪@些問題有效處理，就需要在生產(chǎn)中加入相應(yīng)的粘性材料，從而形成相應(yīng)的復(fù)合型材料，通過這些物質(zhì)的添加，可以將硫酸鈣的彈性增強(qiáng)，相關(guān)研究人員將明膠加入其中，對其性能有效改善，制備了明膠/硫酸鈣（GLGel/CS）復(fù)合材料，在實際的生物相容性當(dāng)中有著很好的優(yōu)勢，可以很好地解決耐水性差以及強(qiáng)度低等問題。

3 3D打印技術(shù)在精密檢測工程中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，在各個行業(yè)當(dāng)中，3D打印技術(shù)有著普遍性的應(yīng)用，并且應(yīng)用性也在不斷地提升。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在不斷地擴(kuò)大，這就表明，3D打印技術(shù)在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中逐漸成為經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)之一，3D打印技術(shù)在我國還有非常大的發(fā)展延伸空間。

4 3D打印技術(shù)未來發(fā)展重點

4.1 簡化生產(chǎn)過程

3D打印技術(shù)在一定意義上可以將產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行簡化，將產(chǎn)品的制造過程時間縮短，以此來對生產(chǎn)效率提升。隨著時間以及成本等方面的不斷有效完善，也難免會出現(xiàn)相應(yīng)的質(zhì)量問題。但是隨著打印產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升，在更多的行業(yè)發(fā)展中3D打印技術(shù)被有效應(yīng)用，所占有的市場份額也在不斷增大，這是3D打印技術(shù)主要的發(fā)展方向。并且，在發(fā)展過程中，還需要加強(qiáng)對模型產(chǎn)權(quán)問題的有效維護(hù)，以及對于3D打印設(shè)備的有效研究和開發(fā)，降低打印的成本，減少材料消耗。

4.2 提升材料使用率

和傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式相比較，3D打印技術(shù)可以將生產(chǎn)中所需要的材料成本大大地降低，在傳統(tǒng)生產(chǎn)中，車間生產(chǎn)以及流水線當(dāng)中，模具出現(xiàn)誤差，使得產(chǎn)品合格率不高，在生產(chǎn)過程中也會出現(xiàn)大量的消耗品，對材料的實際使用效率非常低。盡管對于一些邊角料可以進(jìn)行回收利用繼續(xù)生產(chǎn)使用，但是該過程所存在的成本較大問題非常的明顯。3D打印技術(shù)采用數(shù)字化建模技術(shù)，將材料有效轉(zhuǎn)化為實物的一種技術(shù)，這種生產(chǎn)精度高、簡單高效，可以保證材料在實際的生產(chǎn)過程中高效化以及精準(zhǔn)化應(yīng)用，對材料的使用效率往往很高，在生產(chǎn)中相應(yīng)的成本也能夠大大地節(jié)約，從而將企業(yè)的生產(chǎn)效率提升，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益增大，特別是針對一些生產(chǎn)稀有材料產(chǎn)品的企業(yè)來講，這種優(yōu)勢更加的明顯，基于此，在當(dāng)前高價值以及高精度產(chǎn)品加工生產(chǎn)中，3D打印技術(shù)有著非常重要的作用。

5 結(jié)語

總之，在當(dāng)前各個領(lǐng)域中，3D打印技術(shù)有著非常普遍性的應(yīng)用，其相應(yīng)的發(fā)展空間也是非常廣闊，并且其中也存在相應(yīng)的缺陷，所以，相關(guān)研究人員就需要結(jié)合材料以及研究技術(shù)等加強(qiáng)有效開發(fā)以及研究，使得在各個行業(yè)的發(fā)展中3D打印技術(shù)能夠起到相應(yīng)的作用，從而為人們的生活提供良好的便捷條件。