3D打印

近日，華中科技大學張海鷗教授團隊（duì）的“智能微鑄鍛銑複合製造（zào）技術”破解了困擾金屬（shǔ）3D打印的世界（jiè）級技術難題，實現（xiàn）了我國首超西（xī）方的微型（xíng）邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新。下麵我們來深入了解一（yī）下3D打印。

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什（shí）麽是3D打印

       根據美國材料與試（shì）驗協會（ASTM）的定義：3D打印（3D Printing）是借助三維數字模型設計，通過軟（ruǎn）件分層（céng）離散和數控（kòng）成型係統，利用激光束、電子束等（děng）方法將金屬（shǔ）粉末、陶瓷（cí）粉末、塑料、細胞組織（zhī）等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終（zhōng）疊加成型，製造出實體產品。在概念上，它同義於工業專業術語中（zhōng）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（shì）：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（lì）體零件模型，沿空間（jiān）某（mǒu）一坐（zuò）標軸切成許多個一定厚度的剖麵，切剖麵的過程（chéng）可以按微積分的思想去（qù）理解，然後通過打印（yìn）機由下向上一層一層（céng）將每一剖麵（miàn）打印（yìn）出（chū）來，再將（jiāng）剖麵（miàn）粘結起來（lái），就會得到所需零件的實體。簡單的說就是“分層製（zhì）造、逐層疊加”。

光固化立體成型（Stereo Lithography Appa⁃ratus，SLA）

       固化立體成（chéng）型是指用激光束照射裝在樹（shù）脂液槽中的光敏樹脂，使其能夠由（yóu）點到線、由線到麵順序快速固化，然後升降台下降一個層片（piàn）的高度，再固化第二個片層，這樣層層疊加不斷重複，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材為原材料，在片材表麵事（shì）先覆蓋一層熱熔（róng）膠，加工時熱壓輥熱壓片材，使之與下麵已成型的工件粘接，再利用激光在剛粘結的新層上切割出零件截（jié）麵輪（lún）廓和工件（jiàn）外框，並在截麵輪廓與外框之間多餘的區域（yù）內切割出上下對齊的（de）網格，激（jī）光切（qiē）割完成後工作台帶（dài）動已成型的工件下降，與帶狀（zhuàng）片材分離（lí），供料機構再次使新層移動到加工區域，工作台上升到加工平麵，熱（rè）壓輥加熱，工件的（de）層數（shù）增加一層，高度增加一個料厚，再在新層（céng）上切（qiē）割截麵輪廓（kuò）。如此反複直至零件的所有截麵（miàn）粘接、切割完成，得到（dào）分層製造的實體零件。

選擇性（xìng）激光燒結（Selective Laser Sintering，SLS）

       選（xuǎn）擇性（xìng）激（jī）光燒（shāo）結使用粉末材料作為造型材料，加工時將粉末材料加熱到接近（jìn）於其熔（róng）點的溫度，再利用輥子將粉末鋪平，計算機根據原型的切片模型控製激光束的二維掃描軌（guǐ）跡，有選擇地燒結固體粉末材料以形成零件的一個層麵（miàn）。粉末（mò）完成一層後，工作活塞下降一（yī）個層厚，鋪（pù）粉係統鋪上新粉。控製激光束再掃描燒結新層。如此（cǐ）循環往複（fù），層（céng）層（céng）疊加，直到三維零件成型。

 

熔積成型（Fused Deposition Modeling ,FDM）

       熔積成型是利（lì）用電（diàn）將（jiāng）絲狀熱熔性材料加熱（rè）至略高於熔點溫度，在計算機控（kòng）製下噴頭根據截麵輪（lún）廓信息，將（jiāng）材料選擇性的塗敷在工作（zuò）台上，冷卻後形（xíng）成工件的一層（céng）截麵，一層成型完成後，噴頭上移一層截麵（miàn）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。

 

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3D打印技術進展及應用

       2016年3D打（dǎ）印（yìn）取得了很多創新性進展，瑞士科學家采用（yòng）“納米液滴”3D打印來進行創新製造（zào）更高（gāo）性能觸摸屏；麻省理工製作激光雷達芯片（piàn），成本低速度快；英（yīng）國的格拉斯哥大學及防務公司BAE Systems的研發團隊共同研發合作的3D打印軍用（yòng）無人機Chemputer計劃能夠“生（shēng）長”出從機翼到電子（zǐ）係統在內的（de）所有部件；德國Fraunhofer多材料打印（yìn）技術， 用於非（fēi）常（cháng）複雜（zá）部（bù）件打印；哈佛大學3D打（dǎ）印帶血管的人工組織；這些科技進（jìn）展（zhǎn）同時促進了3D打印在各個領域的應用。

航空（kōng）航天領域

       國外企業和研究機構（gòu）利用3D打印技術不僅打印出了飛機（jī）、導彈、衛星的零部件，還打印出了發動機（jī）、無人機整機，在（zài）成本、周期、質量等方麵（miàn）取得了顯著效益（yì），充分顯示了3D打印技術在該領域的（de）應用前景。

汽（qì）車領域

      3D打印在汽車領域中的應用主要集中在設計驗（yàn）證和零件製（zhì）造上。設計驗證包括快速原（yuán）型、概念（niàn）模型和功能部件設計。汽車知名生產商如（rú）奧迪、寶馬（mǎ）、奔馳、美洲豹、通用、大眾、豐田和保時捷等已經在汽車的研發階段大量使用3D打印技術。

生物醫藥

       3D打印技術可以應用（yòng）在個性化藥物製造、臨床治療方案輔助設計、定製個性化醫療器械、組織工程材料、體外醫學模型（xíng）等醫學領域。

建築領域

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