3D打印

近日，華中科技大學張海鷗（ōu）教授（shòu）團隊的“智能微（wēi）鑄（zhù）鍛（duàn）銑複合製造技術”破解了困擾金（jīn）屬3D打印的世界級技術難題（tí），實現了我國首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性（xìng）原始創新。下麵我們來深入了解一下3D打印。

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什麽是3D打印

       根據美國材料與試驗協會（ASTM）的定義：3D打印（3D Printing）是借助三維數（shù）字模型設（shè）計，通過軟件分層離散和數控成（chéng）型係統，利用激光束、電子束等方法（fǎ）將（jiāng）金屬（shǔ）粉末、陶瓷粉（fěn）末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成（chéng）型，製造出實體產品。在概念上，它同義於工業專業術語中的“增材製造”（Additive Manufacturing）。

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3D打印原理

       3D打印技術的基本原理是：將一個在電腦中設計好的或者通過掃描方式完成的三維立體零件模型，沿空間某一坐標軸切成許多個一定厚度的剖麵，切剖麵的過程可以按微積分的思想去理解，然後通過打印機由下向上一層一層將每一剖麵打印出來，再將剖麵粘結起來，就（jiù）會得到（dào）所需零件的實體。簡（jiǎn）單的說就是“分層製造、逐層疊加”。

光固化立（lì）體成（chéng）型（Stereo Lithography Appa⁃ratus，SLA）

       固化立體成型是指用激（jī）光（guāng）束照射（shè）裝在樹脂液槽中（zhōng）的光敏樹脂，使其能夠由點到線（xiàn）、由線到麵順序快速固化，然後升降（jiàng）台下降一個層片的（de）高（gāo）度，再固化第二個片層，這樣層（céng）層疊加不斷重複，直到整個（gè）模型成型完成。

 

分層實體製造（Laminated Object Manufac⁃turing，LOM）

       分層實體製造是以片（piàn）材為原（yuán）材料，在片材表麵事先覆蓋一層熱熔膠，加工時熱壓輥熱壓片材，使之與下麵已成型的（de）工件粘接，再利用激光在剛粘結的新層上切割出零件截麵輪（lún）廓和工件外框，並在截麵輪廓與（yǔ）外框之間多（duō）餘的區域內切割出上下對齊的網格，激光切割完成後工作台（tái）帶動已成型（xíng）的工件下降，與帶狀片材分離，供料機構再次使新層移（yí）動到加工區域，工作台上升到加工平麵，熱壓（yā）輥加熱，工件（jiàn）的層數增加一層，高度增加一個料厚，再在新（xīn）層上切割截麵輪廓。如此反複直至零件的所有截麵粘接、切割（gē）完成，得到分層製造的實體零件。

選擇性激（jī）光燒結（Selective Laser Sintering，SLS）

       選擇性激光燒結使用粉（fěn）末（mò）材料作（zuò）為造型材料，加工時將粉末材料加熱到接近於其熔點的溫度，再利用輥子將粉末鋪平，計算機根據原型的切片（piàn）模型控製激光束的二維掃（sǎo）描（miáo）軌跡，有選擇地燒結固體粉末材料以形成零（líng）件的（de）一個層麵（miàn）。粉（fěn）末完成一層後，工作活塞下降（jiàng）一個層厚，鋪粉係統鋪上新粉。控製激光（guāng）束再掃描燒結新層（céng）。如此循環往複，層層疊加（jiā），直到三維（wéi）零件成型。

 

熔積成型（Fused Deposition Modeling ,FDM）

       熔積成型是利用電將絲狀熱熔性材料加（jiā）熱至略高於熔點溫度，在（zài）計算機控製下噴頭根據截麵輪廓信息，將材料（liào）選擇性的（de）塗敷在（zài）工（gōng）作台上，冷卻後形成工件的一層截（jié）麵，一層成型完成（chéng）後，噴頭上移一層截麵的高度，再次塗敷下一層，這樣逐層堆積直至形成完整的三維工件（jiàn）。

 

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3D打印技術進展及應用

       2016年3D打印取得了很（hěn）多創新性進展，瑞士（shì）科學家（jiā）采用“納米（mǐ）液（yè）滴”3D打（dǎ）印來進行創新製造更高性能觸摸屏；麻省（shěng）理工製作激光雷達芯片，成本低速（sù）度（dù）快；英國的格拉斯哥大（dà）學及（jí）防務公司BAE Systems的研發團隊共同研發合作的（de）3D打印軍用無人（rén）機Chemputer計劃能夠“生長”出從機翼到電子係統在內的所有部（bù）件；德國Fraunhofer多材料打（dǎ）印技術， 用於非（fēi）常複雜部件（jiàn）打印；哈（hā）佛大學3D打印帶血管的人工組織；這（zhè）些科技進展同時促進了3D打印在各個領域的應用（yòng）。

航空航天（tiān）領域

       國外企業和研究機（jī）構（gòu）利用3D打印技術不僅打印出了（le）飛（fēi）機、導彈、衛星的（de）零部件，還打印出了發動機、無人（rén）機整（zhěng）機，在成本、周（zhōu）期、質量等方麵取得了（le）顯著效益，充分顯示（shì）了3D打（dǎ）印技術在該領域（yù）的應用前景。

汽車領域

      3D打印在汽車領域中（zhōng）的應用主要集（jí）中在設（shè）計驗（yàn）證和零件（jiàn）製造上。設計驗證包括快速原型、概念模型和功能部件設（shè）計。汽車知名生產商如奧迪、寶馬、奔馳、美洲豹、通用、大眾、豐田和保時（shí）捷等已經在汽車的研發（fā）階段大量使用3D打印技術。

生物醫藥

       3D打印技術可以應用在個性（xìng）化藥物製造、臨床治療方（fāng）案輔助（zhù）設計（jì）、定製個性化醫療器（qì）械、組織工程材料（liào）、體外醫學模型等醫學領域。

建（jiàn）築領域

      與傳統建築施工（gōng）工藝相比，3D建築打印技術有（yǒu）施工工期短、成本低、傷亡事故風險小、節省人員勞工（gōng）、建築粉塵汙染小。目前，3D打印技術在工程建築模型中的初步應用。