Page 32 - 理化检验-物理分册2018年第十一期
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李 勇, 等: ３D 打印技术的发展和挑战


            技术, 该技术将塑料丝熔化, 并经由打印头挤出, 实                         作为« 中国制造 ２０２５ » 的重点发展项目之一. ２０１７

            现层层堆积成型,之后 CRUMP 成立了 Stratas y s                   年, 工业和信息部等十二个部门联合印发« 增材制造
            公司. １９８９ 年, 美 国 人 DECKARD 研 发 出 了 选 区              产业发展行动技术( ２０１７－２０２０ 年)», 该行动技术
            激光烧 结 成 型 ( SelectiveLaserSinterin g SLS ) 技       中提出, 至 ２０２０ 年我国增材制造产业年销售收入超
                                                  ,
            术, 该技术是利用高强度激光将粉末材料一层层烧                            过 ２００ 亿元, 关键核心技术达到国际水平, 工艺装备
            结成型, 其成型件强度高, 韧性好, 可以直接当作产                         基本满足行业需求, 在部分领域实现规模化应用, 推
            品使用. １９９５ 年, 德 国 Frauhofe 激 光 研 究 所 研 发            进增材制造在各制造领域的示范性应用.

            出选 区 激 光 熔 化 成 型 ( Selective Laser Meltin g  ,    ２ ３D 打印技术分类
            SLM ) 技术, 该技术是利用激光束将粉末材料逐层
            快速熔化、 凝固成型. １９９５ 年, 美国麻省理工学院                          ３D 打印技术主要是采用分层加工、 堆叠成型来
            的 DAVE 等 提 出 电 子 束 选 区 熔 化 成 型 ( Selective         实现一个三维实体的制造.根据成型材料以及分层
            ElectronBeam Meltin g SEBM ) 技术 的 设 想, 利 用         加工堆叠方式等的不同主要有以下几种分类                     [ ６ ] .
                                  ,
            电子束将金属粉末熔化、 凝固成型. ２００１ 年, 瑞典                      ２．１  光固化立体成型技术
            的 Arcam 公司申请了这项专利, 并于 ２００３ 年生产                         SLA 技术以液态光敏树脂( UV 树脂) 作为原
            出第一代基于 SEBM 技术的 EBMＧS１２ 打印机                [ ４ ] .  料, 计算机控制紫外光按照分层数据对 UV 树脂进
            １９９３ 年, 麻省理工学院的 SACHS 发明了三维打印                      行扫描, 被扫描照射到的 UV 树脂发生聚合反应,
            成型( ThreeDimensionPrintin g３DP ) 技术    [ ５ ] , 该技  从而固化形成成型件的一层截面.工作台在该层固
                                         ,
            术通过喷射黏结剂, 将陶瓷、 金属等粉末逐层黏结成                          化之后向下移动一个薄层高度, 然后重新铺上一层
            型, ZCor p oration公司获得基于该技术生产 ３D 打                  UV 树脂, 继续利用紫外光将该层扫描固化、 黏结在
            印机的许可. ２０００ 年, 以 色 列 人 GOTHAIT 创 办                 前一层上, 如此重复操作直至整个零件最终成型                     [ ７ ] .
            的 Ob j etGeometries公司, 研发出可在办公室环境                      SLA 技术的优点是成型件精度和表面光洁度
            使用的 ３D 打印机, 该打印机将液态光敏树脂喷射                          较高, 缺点是由于材料自身属性造成成型件脆性较
            在基板上, 然后利用紫外线将液态光敏树脂进行层                            高, 后期处理工艺复杂, 对操作者的技术要求较高,
            层固化叠加, 最终获得三维实体模型. ２０１５ 年, 美                       因此通常适合在装配设计的验证过程中使用                     [ ８ ] .
            国北卡罗莱纳大学的研究人员发明了连续液体界面                            ２．２  熔融沉积成型技术
            制 造 ( Continuous Li q uid Interface Production ,       FDM 技术以各种丝材( 石蜡、 塑料、 低熔点合金
            CLIP ) 技术.该技术利用一个投影设备连续地用紫                         丝) 作为原料, 通过电加热的方式将丝材在喷头内加
            外线将液体树脂的底部一层层固化.由于底部液体                             热到橡胶态( 稍高于加工温度) .喷头在计算机的
                                                                                          [ ９ ]
            树脂不与空气直接接触, 所以 CLIP 技术大大提高                         控制下作平面运动, 根据 CAD 分层数据, 将熔融的丝
            了树脂的固化速度.                                          材从喷头中挤出涂覆在工作台上, 熔融的丝材料冷却
                 国内 ３D 打印技术的起步比较晚, 各高校中主                       固化后形成打印件的一个薄层截面.当一层固化结
            要以清华大学、 北京航空航天大学、 西安交通大学、                          束后, 喷头向上移动一层的高度, 继续按照分层数据
            西北工业大学、 华中科技大学等为主.企业中主要                            进行该层的涂覆, 如此重复直至零件全部堆叠完成.
            以北京隆源自动成型有限公司、 南京紫金立德、 无锡                              FMD 技术环境污染小, 设备维护方便               [ １０ ] , 被广
            飞尔康、 杭州先临、 湖南华曙高科等企业为主.但是                          泛地应用在产品设计开发过程中的模型制作上.其
            目前国内 ３D 打印企业的规模普遍较小, 技术水平                          原材料主要是丝状塑料, 成型件的力学性能相当于
            仍需提高.培育大型企业, 提高技术水平, 改变“ 小                         工程塑料或者蜡模, 主要用于制造蜡模、 塑料零件、
            而散” 的发展格局对于促进国内 ３D 打印产业的发                          模型或者产品样件等. FMD 技术的主要缺点是成
            展非常重要. ２０１２ 年, 中国 ３D 打印技术产业联盟                      型件的 精 度 以 及 表 面 光 洁 度 难 以 控 制. 目 前 ３D
            创立, 该组织的成立改变了中国 ３D 打印行业“ 小而                       S y stems公司的 BFB 系 列 和 Ra p man 系 列 产 品 全
            散” 的发展现状, 也为国内 ３D 打印产业发展营造了                        部采用了 FDM 技术.
            新的发展氛围.                                           ２．３  选择性激光烧结技术
                 我国政府十分重视 ３D 打印产业的发展, 将其                          １９８６年, 美国德克萨斯州立大学的 DECKARD
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