详解3D打印技术

最近，“三维(3D)打印”一词持续升温，不断涌向各大IT门户网站，欧美国家更有专家认为这项技术代表着制造业发展的新趋势，3D打印机也因 此被评为了2012年的十大发明之一。但需要指出的是，3D打印技术的历史，并不比喷墨打印短多少，它诞生于1986年。将数字化的3D图形转化成为物理 实物，这一想法最早是由美国人查尔斯.豪尔申请的专利(Charles W. Hull)申请的专利(美国专利4573330)，其原理为立体光刻造型(stereolithography)。

那么什么是3D打印机呢？

　 　我们日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打 印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印 材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具 车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称 为3D立体打印技术。

3D打印的技术主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工艺，下面我们简单介绍三种主流技术：

　 　1、立体光刻造型技术(SLA)：网友们可以想象一下把一根黄瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由软件把3D的数字模型，“切”成若干个平面，这就形成 了很多个剖面，在工作的时候，有一个可以举升的平台，这个平台周围有一个液体槽，槽里面充满了可以紫外线照射固化的液体，紫外线激光会从底层做起，固化最底层的，然后平台下移，固化下一层，如此往复，直到最终成型。

其优点是精度高，可以表现准确的表面和平滑的效果，精度可以达到每层厚度0.05毫米到0.15毫米。缺点则为可以使用的材料有限，并且不能多色成型。

　 　2、熔融沉积成型技术，同样是需要把3D的模型薄片化，但是成型的原理不一样。学过高等数学的朋友都知道积分，熔融沉积成型技术，就是把材料用高温熔化 成液态，然后通过喷嘴挤压出一个个很小的球状颗粒，这些颗粒在喷出后立即固化，通过这些颗粒在立体空间的排列组合形成实物。

#p#副标题#e#

这种技术成型精度更高、成型实物强度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。

3、选择性激光烧结(简称SLS)不同材料的粉末为原料

SLS工艺又称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。

在3D打印技术可以打印器官、汽车、飞机的今天，它还在创造无限的可能。著名的《经济学人》最近描述了3D打印技术的前景是一种新型的生产方式，能够促成新的工业革命。其拥有广阔的市场前景。

　 　首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯，把不需要的地方切除掉，是多维加工的，或者采用磨具，把金属和塑料 融化灌进去得到这样的零件，这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势，立体打印技术可以打印非常复杂的东 西。

其次实现了首件的净型成形，这样后期辅助加工量大大减小，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合一些高保密性的行业，如军 工、核电领域。再次由于制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。

　 　这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流，并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配 件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业，3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接 的，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。

事实上，3D打印技术要成为主流的生产制造技术还尚需时日。

3D打印机目前的实际使用仍属于快速成型范畴，即为企业在生产正式的产品前提供产品原型的制造，业内也将这类原型称作手板。据统计，3D打印机生产的产品 中80%依旧是产品原型，仅有20%是最终产品。虽然3D打印机技术近年来已取得不小的进步，比如材料增多、打印机和原材料价格逐渐下降，但从目前看，依 旧是一项年轻的技术，在没有变得更加成熟和廉价前，并不会被企业大规模采用。

#p#副标题#e#

3D打印未来

传统制造中，越复杂的产品如果需要改动的地方越多，意味着越高的成本。但在数字化制造中，这一切在改变。制作个性化的产品并不会花费更多额外的成本，让产品更多样、复杂和灵活变得简单，因为只需要改动模型参数，另一个想要的产品就会出现。

　 　美国的3D打印技术起步较早，目前这项技术在美国已经产业化，目前全球的两家3D打印机制造巨头，分别是Stratasys和3D Systems，均在美国纳斯达克上市，希望能把3D打印技术推广到过去未曾涉足的新领域。其他国家也加紧研究3D打印技术的步伐，并取得了巨大的成果。

但需要指出的是，3D打印机并非“万能机”，目前存在的各类问题，包括打印机价格昂贵、可制作原材料少、输出的产品质量低、制作成本高、运用领域仍狭窄等，使3D打印仍处于早期的发展阶段。但业内对其未来发展却充满期待。