【科普】3D打印技術是什么？全民了解3D打印

1、3D打印科普小視頻

2、3D打印技術簡介

3D打印技術是上世紀80年代由美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）提出的先進制造技術。后來MIT將此技術轉讓給了一家商用公司，使得此項先進的制造技術漸漸地普及于世。雖然MIT并沒有在3D打印技術的商業推廣上做出多大貢獻，但是由于其在此項技術上難以抹滅的開拓式的科研建樹，使得麻省理工學院還是被業界普遍認為是此項技術的鼻祖。3D打印技術是一種多學科高度集成的產物，是近三十年來傳統制造業技術的一次重要革新。3D打印技術涉及機械工程、計算機科學、數控技術、材料科學等學科領域。它將儲存在計算機中的一張張三維圖紙，依據圖紙上所記錄的數據內容，在計算機的控制下，通過3D打印服務迅速地制造出具有一定功能和結構的原型、零部件以及產品。并且制造出來的物體具有一定的功能性，或作為母模，或作為樣件，或作為工藝品等。

與傳統的減材制造方式相比，3D打印的最大特點就是將原來物品的制作從減法變成了加法。所謂3D打印，其原理就是以計算機三維造型為藍本，通過專用分層切片軟件把三維物體沿成型方向上切片，即把物體進行降維處理，將三維物體離散為二維層片，然后利用激光、熱熔噴頭、高能電子束、光掩模、樹脂噴頭等手段將光敏樹脂、金屬粉末、陶瓷粉末、紙、生物細胞或組織、塑料等各種材料按照計算機事先確定好的輪廓逐層堆積粘接或燒結，最終疊加成型，形成具有一定功能的成型制件，其成型過程可用下圖描述。

3、3D打印技術類別

3D打印技術的分類有許多種方法，從利用的加工工具類型來分，可以把3D打印分為利用激光或其它光源加工的和基于噴頭噴射加工的兩種大的類型；按照加工材料的類型來分，可以將3D打印分為以樹脂為主原料的3D打印技術、以粉末為主原料的3D打印技術以及以塑料絲材為主原料的3D打印技術。以光敏樹脂原料為主的3D打印技術的代表就是立體光固化3D打印技術（Stereo Lithography Apparatus，SLA）；以粉末為主原料的3D打印技術的代表是選擇性激光燒結3D打印技術（Selective LaserSintering， SLS）；而以塑料絲材為主原料的3D打印技術的代表是熔融沉積成型3D打印技術（Fused Deposition Modeling，FDM）。除此之外常用的3D打印技術還有迭層實體制造技術（Laminated Object Manufacturing，LOM），三維印刷技術（ThreeDimensional Printing，3DP）以及選區激光融化技術（Selective Laser Melting，SLM）等。下面對以上技術加以選擇性的介紹。


1）熔融沉積成型技術（FDM）

熔融沉積成型技術首先需要將三維模型在專用軟件里分層切片。然后把塑料絲材用200-400攝氏度的溫度在噴嘴中熔化成液態。再把這些液態的塑料材料一滴滴從噴頭擠出，這些液態塑料從噴頭中被擠出后，會迅速固化，通過這些微小的塑料顆粒在空間中的立體排布形成如三維模型所示的實物，圖1－2為FDM技術原理圖。此種技術的成型件精度較高，同時也具備一定的強度，并且可以彩色打印。熔融沉積成型的一個優點體現在材料價格的優勢上，該種工藝的成型材料主要為塑料絲材，因此運營成本較低。另外，由于塑料種類繁多，因此可利用材料種類較多，而且該技術工藝簡單易行，適合在辦公場合應用。不過熔融沉積成型相對于光固化3D打印精度要低，并且由于噴頭體積較大，因而精確的機械移動相對更難保證，對于復雜的物體來說不易制造。因此，該技術適合產品概念原型的制作以及形狀或功能的測試，或中小型并且復雜程度亦呈中等的原型件制作，不太適合大型物體的生產。

2）選擇性激光燒結技術（SLS）

選擇性激光燒結技術是上世紀八十年代末由美國德克薩斯大學奧斯丁分校的C.R.Dechard研制的直接針對金屬粉末的3D打印技術。選擇性激光燒結技術的生產原料主要是金屬粉末，首先成型缸盛裝一定成型材料并利用刮板刮平，其次通過高強度的二氧化碳激光器在鋪好的成型粉末上按照層片輪廓在計算機的控制下進行掃描熔化，被高能激光擊中的金屬粉末便會被燒結在一起，形成截面圖形。當一層加工完畢后，成型缸下降一個層厚，送粉輥從盛粉缸中將金屬粉末推送到成型缸并鋪平，并按照上述步驟進行層片的加工，直至整個物體順利成型，圖1－3為SLS工藝原理示意圖?？上攵?，由于選擇性激光燒結技術所利用的原材料原因，此種技術所生產的零件強度要較之SLA或者FDM所生產的零件強度要高得多。因而，選擇性激光燒結技術所生產的零件通?？梢杂脕懋斪鹘Y構功能件。并且由于金屬材料種類眾多，所以此種技術可利用的材料范圍廣，而且還可按不同比例合成新材料。不過，由于是對金屬粉末的燒結，因此激光頭能耗很高，設備需時常維修、更換，運行費用昂貴，所以生產成本有點難以接受。

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