工控摘要：3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。
　　
　　該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
　　
　　“分層制造、逐層疊加”是3D打印核心原理。從加工原理看，傳統(tǒng)機(jī)械制造是基于削、鉆、銑、磨、鑄和鍛等減材制造基本工藝的組合；而3D打印技術(shù)是一體成型技術(shù)，主要采用“分層制造、逐層疊加”流程。從應(yīng)用領(lǐng)域看，傳統(tǒng)的機(jī)加工制造就適用于大規(guī)模、需要量產(chǎn)的部件，并廣泛應(yīng)用在幾乎所有領(lǐng)域；目前3D打印適于小批量、造型復(fù)雜的非功能性零部件，大多在汽車、航天等領(lǐng)域內(nèi)用于制造樣件和模具等。從使用材料看，傳統(tǒng)機(jī)加工可以使用幾乎任何材料；3D打印技術(shù)目前使用的材料多為塑料、光敏樹脂和金屬粉末等材料，受制較多。3D打印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于材料利用率超過95%以上，幾乎不產(chǎn)生廢料，且適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體等。
　　
　　通過結(jié)合工業(yè)數(shù)字化和自動(dòng)化等技術(shù)，3D打印呈現(xiàn)三個(gè)明顯的技術(shù)優(yōu)勢：較高的制造自由度、數(shù)字化作業(yè)流程和較高的原料利用率。當(dāng)然，3D打印技術(shù)本身也存在很多不足，如批量生產(chǎn)能力弱、加工精度尚不足以與傳統(tǒng)制造工藝媲美、設(shè)備和材料成本偏高等。
　　
　　前3D打印技術(shù)繁多。技術(shù)區(qū)別主要在于“疊層”方式和使用材料不同，一些技術(shù)通過熔化或軟化材料進(jìn)行疊層，如選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)或直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)和熔融沉積成型（FDM）技術(shù)等；另外一些技術(shù)通過處理液態(tài)材料等成型，如光固化（SLA）技術(shù)；激光分層制造（LOM）則將薄層材料（如紙、金屬薄片等）剪裁壓疊成型。每一種技術(shù)都有優(yōu)缺點(diǎn)，選擇技術(shù)主要考慮因素包括加工速度、打印機(jī)成本、材料選擇和色彩等。
　　
　　光固化（SLA，StereolithographyAppearance）以光敏樹脂的聚合反應(yīng)為基礎(chǔ)。紫外激光在計(jì)算機(jī)控制下，對(duì)液態(tài)樹脂進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，使被掃描的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，由點(diǎn)逐漸形成線，zui終形成零件的一個(gè)薄層的固化截面，而未被掃描到的樹脂保持原來的液態(tài)。當(dāng)一層固化完畢，升降工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，在上一層已經(jīng)固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態(tài)樹脂，用以進(jìn)行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此循環(huán)往復(fù)，直到整個(gè)原型制造完畢。
　　
　　SLA是zui早實(shí)用化的3D打印技術(shù)。關(guān)于SLA歷史，zui早可追溯到1956年，當(dāng)時(shí)JohnMunz披露了用光感材料加工三維復(fù)制品的。隨后在20世紀(jì)60年代，杜邦公司獲得了一系列關(guān)于光敏聚合物和紫外光照射生成固體印刷版的；CharlesWHull1986年獲取了SLA，成立了3DSystems公司，并于1988年推出了SLA的商業(yè)化樣機(jī)SLA-1。
　　
　　除3DSystems的SLA系列外，其他的SLA產(chǎn)品還包括日本CMET的SOUP系列、D-MEC(JSR/Sony)的SCS系列、TeijinSeiki的Solidform(杜邦技術(shù))、德國EOS的STEREOS、Fockele&Schwarze的LMS和法國Laser3D的SPL等。
　　
　　SLA能實(shí)現(xiàn)較高精度。SLA工藝的特點(diǎn)是，能夠呈現(xiàn)較高的精度和較好的表面質(zhì)量，并能制造形狀特別復(fù)雜（如空心零件）和特別精細(xì)（如工藝品、首飾等）的零件，適用于澆鑄模具等領(lǐng)域。但是，SLA缺點(diǎn)也很明顯：1）光敏樹脂材料有毒，需要配通風(fēng)系統(tǒng)及防護(hù)手套等，并不適用于家庭和學(xué)校；2）強(qiáng)度、剛度、耐熱性有限，難以用作耐久性、耐熱性等功能測試，也不易長期保存。
　　
　　材料噴射（Polyjet）較SLA更具優(yōu)勢。PolyJet和SLA因原料屬性相似而應(yīng)用重合度較高，但PolyJet設(shè)備使用的支撐材料可能高壓水槍去除，因此易用性更好；而且，PolyJet設(shè)備可同時(shí)噴射兩種或多種不同材料，從而在制造中實(shí)現(xiàn)兩種或多種材料的結(jié)合，頗具實(shí)用優(yōu)勢。
　　
　　熔融沉積造型（FDM，F(xiàn)usedDepositionModeling）技術(shù)實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易。FDM加熱頭把熱熔性材料（ABS樹脂、尼龍、蠟等）加熱到臨界狀態(tài)，呈現(xiàn)半流體性質(zhì)，在計(jì)算機(jī)控制下，沿CAD確定的二維幾何信息運(yùn)動(dòng)軌跡，噴頭將半流動(dòng)狀態(tài)的材料擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層。當(dāng)一層完畢后，通過垂直升降系統(tǒng)降下新形成層，進(jìn)行固化。這樣層層堆積粘結(jié)，自下而上形成一個(gè)零件的三維實(shí)體。
　　
　　FDM是應(yīng)用zui廣泛的3D打印技術(shù)。目前很多消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)都采用這種工藝，Stratasys是FDM的*，由ScottCrump于1988年開發(fā)，并于1993年開發(fā)了*臺(tái)FDM商業(yè)化設(shè)備，1998年又推出了明星產(chǎn)品FDM-Quantum機(jī)型，zui大成型體積達(dá)600x500x600mm，并同時(shí)有2個(gè)擠出頭。經(jīng)過十多年的發(fā)展，2008年FDM設(shè)備就占據(jù)了44%的快速成型市場。
　　
　　FDM使用材料廣泛。相比于SLA技術(shù)，F(xiàn)DM在材料適應(yīng)性上更加靈活，其可使用的原料包括熱塑塑料ABS、ABSi、聚苯砜PPSF、聚碳酸酯PC、聚醚酰亞胺Ultem9085等。
　　
　　同時(shí)，F(xiàn)DM技術(shù)提供的準(zhǔn)確性也優(yōu)于SLA和PolyJet技術(shù)。但是缺點(diǎn)在于Z軸方向強(qiáng)度較低，不適合構(gòu)建大型零件。目前，采用FDM技術(shù)的公司主要有Stratasys和MedModeler等，其中Stratasys繼推出FDM-1650機(jī)型后，又先后推出了FDM-2000、FDM-3000和FDM-8000等系列機(jī)型。
　　
　　FDM技術(shù)應(yīng)用廣泛。FDM已被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航空航天、家電、通訊、電子、建筑、醫(yī)學(xué)、玩具等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，如產(chǎn)品外觀評(píng)估、方案選擇、裝備檢查、功能測試、用戶看樣訂貨、塑料件開模前校驗(yàn)設(shè)計(jì)以及少量產(chǎn)品制造等，也應(yīng)用于政府、大學(xué)及研究所等機(jī)構(gòu)。