Page 34 - 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


            因素之一     [ １９ ] .在某种程度上, ３D 打印材料的生产               ３．３  金属材料
            水平决定着该技术是否能够获得更为广泛的应用.                                 金属材料可以用于实际产品的 ３D 打印制造.
            目前, 可以进行 ３D 打印的材料主要有工程塑料、 光                       ３D 打印用金属粉末一般需要满足纯净度高、 粒径分
            敏树脂、 金属、 陶瓷等材料, 部分 ３D 打印材料如图 ２                     布窄、 球形度好、 氧含量低、 松装密度高、 流动性好等
            所示.此外人造骨粉、 彩色石膏、 生物医学材料以及                          要求  [ ２２ ] .目前, 用于 ３D 打印的金属材料主要有奥
            食品原料等也在该领域得到了应用.                                   氏体不锈钢、 工具钢、 钛基合金、 镍基合金、 钴铬合
                                                               金、 青铜合金、 铝合金等, 此外还有制造首饰的金、 银
                                                               等材料   [ ２３ ] .
                                                              ３．４  陶瓷材料
                                                                   陶瓷材料在机械、 汽车、 生物医学以及航空航天
                                                               等领域应用广泛.但是其硬而脆的特性, 使得加工
                                                               成型难度较大.采用 ３D 打印技术制备陶瓷零件,
                                                               可以大大降低制造上的困难程度.用于 ３D 打印的
                                                               陶瓷材料由黏结剂和陶瓷粉末混合而成.成型过程
                                                               中采用激光烧结等方法, 使黏结剂熔化, 黏结陶瓷粉
                                                               末.黏结的成型件强度比较低, 往往还需将成型件
                                                               放入温控炉中进行后期处理             [ ２４ ] .

                                                              ４ ３D 打印技术的应用

                                                                  ３D 打印技术已经广泛应用于各个领域, 其中主
                                                               要包括航空航天、 机械制造、 生物医学、 文化艺术、 金
                                                               属首饰、 军事、 建筑、 考古、 影视等.随着 ３D 打印技
                                                               术不断的发展及完善, 其应用范围将会继续扩大.
                           图 ２  部分 ３D 打印材料
                Fi g 敭２ Partof３Dp rintin gmaterials a  wires b  p owder  ４．１  航空航天
            ３．１  工程塑料                                             ３D 打印技术在航空航天领域的应用最为广泛,
                 工程塑料具有较好的力学性能和物理性能, 可                         通用公司已经通过采用 ３D 打印技术制造发动机中
            用于制造工业零件或外壳, 是目前 ３D 打印技术最                          的钛合金零部件来降低发动机的生产成本.波音公
            常 用 的 一 类 材 料,常 见 的 有 尼 龙、聚 碳 酸 酯                  司已采用 ３D 打印技术生产 ３００ 多种不同类型的飞
            ( Pol y carbonate , PC )、 丙烯腈 Ｇ 丁二烯 Ｇ 苯乙烯共聚物       机零部件.美国 ATK 公司采用 ３D 打印技术制造
            ( Acr y lonitrile Butadiene St y rene , ABS )类 材 料  了高超声速发动机燃烧室.俄罗斯托木斯克理工大
            等 [ ２０ ] . ABS 是 FDM 技术常用的成型材料, 具有较                学采 用 ３D 打 印 技 术 制 造 了 CubeSat 纳 米 卫 星
            好的强度、 韧性和耐冲击性, 可以进行机加工、 电镀                        TomskＧTPUＧ１２０ 的外壳, 该卫星已于 ２０１６ 年 ３ 月
            和喷漆.该类材料的颜色种类非常 多, 如白色、 黑                          被送往了国际空间站          [ ２５ ] .
            色、 灰色、 红色、 蓝色等, 因而其在汽车行业、 家电行                         ２０１３ 年北京航空航天大学王华明团队的飞机
            业以及电子消费品等领域有着广泛的应用.                                钛合金大型复杂构件激光成型技术获得了国家技术
            ３．２  光敏树脂                                          发明一等奖     [ ２６ ] ,目前此项技术已经进行了工业应
                UV 树脂是由聚合物单体、 预聚体以及光引发                         用.利用该技术, 我国研发制造了 C９１９ 机头钛合
            剂等组成.在 ２５０~３００nm 波长的紫外光照射下                         金主风挡整体窗框.西北工业大学的黄卫东团队,
            能够引发聚合反应, 并且能够在短时间内完成固化,                           采用 ３D 打印技术成功为 C９１９ 大飞机打印出高达
            这一 性 质 为 UV 树 脂 的 ３D 打 印 应 用 提 供 了 便              ３m 的钛合金中央翼缘条, 如图 ３ 所示, 并将 ３D 打
            利 [ ２１ ] . UV 树脂大多为液态, 可以用于制作强度高                   印技术应用于航空发动机零部件的制造和修复方
            且 耐 高 温 的 材 料. 常 见 的 UV 树 脂 有 Somos                面.上海材料研究所联合上海中航商发通过雾化方
            １１１２２ , １９１２０ , NEX 以及环氧树脂等.                       法制备了 Hastello yX 合金粉末, 利用 SLM 技术打
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