3D打印成型改善方法

3D打印成型改善方法

陈锦享

福建省晋江市首峰中学

摘要：3D打印是一项新型的数字化制造技术，被学术界称为增材制造。其主要是利用计算机中记录的数据，再通过材料逐层堆积的方法制造出实体物品的一项新型技术。这项技术主要源于20世纪80年代的快速成型技术，是制造技术的重大的突破和飞跃，它将信息数据技术与制造技术融合在一起形成了一种新兴的数字化制造技术，里面综合应用了激光技术、数字技术、光化学技术等多种方面的技术。

关键词：3D打印；多功能化；智慧化

3D打印技术作为打印领域的一种新型技术，现阶段在不断快速发展。国内外的专家都认为，3D打印技术的发展十分有优势和前景，将可能会应用到各种大规模的个性化的生产和各种复杂精密零件的批量生产。如果技术成熟，被广泛应用，则有可能成为全球制造业的第四次工业革命，现阶段这项技术被广大的媒体和新闻争相报道，都认为3D打印产业将会成为未来新型的具有强大竞争力的技术产业。

1 3D打印技术概述

3D打印技术作为一种利用特殊新材料快速成型、利用计算机建立模型的无限想象力，临摹并结合传统的制造工艺的过程，实现增材制造；3D打印技术发挥人们的想象力，利用计算机设计三维实体模型，通过3D打印设备将各种性能的特殊材料，通过离散和堆积的方法，由点而线、由线而面、由而到体的点融过程，减少了人们想象物体的复杂加工工序，大大地降低了传统制造复杂程度，并缩短了加工周期和加工时间，为产品研发、科技创新、艺术的再造，产品性能的差异创造了有利的可实现条件。随着3D打印技术和新材料的快速发展，衍生出多种3D打印技术原理和实践路径，截止目前，3D打印的方式有：热传导立体光刻成型、热熔融堆积线体成型、分层堆积实体制造、强电子束熔融立体成型、激光集束热源近净成型等。依据3D打印技术的原理，又可将3D打印技术分为以下几种：热熔融沉积冷成型、集束光固化立体成型、分层实体制造成型、电子束选区熔化成型、激光选区熔化成型、金属激光熔融沉积成型、电子束熔丝沉积成型。其中热熔融沉积冷成型、集束光固化立体成型、分层实体制造成型是最为常用的三种，具体实现过程与基本原理、材料的匹配等。

2 3D打印材料概述

19世纪末期，美国将地貌成型技术应用到了照相、塑像当中，这项创新的结果，结合3D建模技术形成了今天的3D打印技术，3D打印技术突破了传统制造工艺条件在复杂形状制造上的技术限制，可是由于3D打印材料和计算机技术的瓶颈限制，早期这一技术并未得到很好的应用和发展。随着3D打印技术的美好应用前景和无限的可创造性，3D打印技术能够很好的加工传统工艺难以加工、甚至无法加工的物体和产品。由于材料科学的迅猛发展，现代3D打印技术的发展，已经突破了单一原材料的限制，同时能够实现多个复杂性的物体和产品的打印实现：（1）材料复杂性，多材料、多颜色、多纹理、多性状的直接熔融制造；（2）层次复杂性，多维度、线到面、面到体的直接熔融制造；（3）功能复杂性，一次性完成复杂功能、复杂结构的制造，并简化装配过程。现在应用的创新材料是：热熔性塑料（聚乳酸等）、光固化材料、金属、石蜡等，各材料的物理特性、化学性能、价格等。

3、3D打印技术对于零备件制造的优势

3.1 降低制造成本

3D打印技术能够降低零备件制造成本，促进企业经济效益的提高。受应用水平因素制约，目前虽然3D打印技术对于一些特殊金属和零备件的制造成本较高，个别金属材料也不允许打印，但是与传统的零备件制造经济投入相比，其经济投入具有较高的回报率。一些零备件制造材料本身具有较高的成本。因此在传统的制造过程中会产生较高的废品率。利用3D打印技术制作零备件，其灵活性能够为技术人员提供更加多样化的设计支持，有效降低由于更改零备件制造模具造成的前期经济成本浪费。同时，3D打印技术通过计算机软件建模和逐层打印，节约了设备生产材料成本。除此之外，3D打印机数据有较高的专业性、科学性和自动化，帮助企业在零备件制造过程中有效地减少人力资源投入。　　

3.2 帮助实现最终产品定制化模式

利用3D打印技术，能够缩短零备件制造的生产周期，减少企业经济成本，打破传统的高成本、定制化、低效率的缺点，促进企业生产更加多元化、个性化的零备件。3D打印技术的个性化特点能够为制造业以及航天事业、教育事业等提供更加个性化的零备件生产需求。比如：个性化的航天零备件生产、专业的医疗机械生产、三维立体实物教学模型等，帮助企业逐渐实现最终产品定制化的制造模式。

4 3D打印成型的改善技术措施

4.1加强喷墨打印技术的运用

喷墨打印技术的原材料是由陶瓷粉体、分散剂、粘结剂、表面活性材料和其他辅助材料混合配置而成的“陶瓷墨水”。其成型方法为：由计算机通过ＣＡＤ软件建立三维模型，再对三维模型进行逐层的图案切层，然后由喷墨打印机将陶瓷墨水根据计算机指令逐步喷射到基底上，形成具有原先设计外形和尺寸的陶瓷生坯[1]。按照液滴喷射形式的不同，喷墨打印机可以分为连续式喷墨打印机和间歇式喷墨打印机两种。 3.2加强选择性激光烧结／熔融技术的运用

选择性激光烧结技术是在成型平面上均匀平铺一层一定厚度的陶瓷粉末材料，在计算机的控制下，按照截面轮廓，利用激光束熔化陶瓷粉末中的粘结剂对粉末层进行烧结，当该层扫描完毕后，将平台下移一个层的厚度继续上述步骤，最终制成陶瓷生坯。陶瓷生坯需要经过去除粘结剂和烧结等后处理过程才可获得最终的陶瓷构件。3.3加强ＬＯＭ成型工艺的运用

Ｌ０Ｍ成型工艺多采用纸材或聚氯乙烯（ｐｖｃ）材料，不仅成本低廉而且成型精度高，目前已被广泛应用于多个工程领域。Ｌ０Ｍ工艺系统构成主要包括激光切割器、可升降工作台、材料输送装置及热黏压辊等。

5 我国3D打印的发展对策

5.1我国在世界上的制造产业中首屈一指，因此将传统制造业的技术转化为3D打印技术是发展的重头戏，很多国家都把3D打印技术置于领先发展的地位，而作为这个行业中的龙头老大，我国更加应该加快对3D打印技术的发展战略和统筹规划，并且加快研究并出台相关的政策，将我国的工业技术进行转型。制定一个关于发展智能制造业的相关的政策及规划，并且对涉及到3D打印技术的产业提供一定的帮助和支持。

5.2既要符合中国现在发展的国情，又要让3D打印技术长期发展，政府应该制定相关的政策，让所有拥有3D打印技术的私人企业都会有自己独立发展的空间，借助财税杠杆原则，并且对已经拥有3D打印技术的个人企业进行补助，给他们研发的补助资金和税费方面的优惠政策。让他们可以提高制造的效率、提升在制造方面的准确度和精密度、降低制造的成本等方面的一系列的问题[3]。除此之外，国家还应该大力推广及发展3D打印这一技术，加强与发达国家在有关方面的密切合作，加强对产学的研究沟通与交流，加快将3D打印技术推向市场。

5.3在国防科技和重工业中，将3D打印技术的发展作为其重要的支撑，在经济发展迅速的重要地区的重要产业之中，将3D打印技术作为最重要的发展技术之一。我们国家可以在多个方面推广以及推进3D打印技术的应用，在航空航天，汽车模型等领域的推广尤为的重要。在我国的工业设计、生产业、服务业、制造业及先进制造、信息化工程领域，3D打印技术是关键，要把这个技术纳入产业发展和优先发展产业的目录[4]。

5.4对于3D打印技术来说，这是一个以材料为主的产业，中国如果要想抢占先机，站在经济科学领域的制高点，3D打印技术就是突破口，是使这一目标成为现实的关键要点。而要发展这一技术产业，国家就扮演了重要的角色。因此，国家要支持部分研究3D打印技术的机构或者是拥有3D打印技术的企业，并在全世界范围内招聘在材料科学领域研究的领军人物或者是团队，这将成为3D打印技术能够更加快速发展的关键。

参考文献：

[1]李亚运,司云晖,熊信柏,邹继兆,曾燮榕.陶瓷3D打印技术的研究与进展[J].硅酸盐学报,2017,45(06):793-805.

[2]林宣成,刘华刚.连续液面成型3D打印技术及建筑模型制作[J].光学学报,2016,36(08):225-228.