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§3D打印技术解密（第1页）

§3D打印技术解密

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3D打印的学术名称是增材制造（Additive　Manufag，　AM），或者快速成型技术（RP　Rapid　Prototyping）。

考虑到本节主要介绍技术，后续文字将主要采用学术名称。

现有的制造技术主要包括四种，分别是：受压成型、减材成型、生长成型和增材制造。

受压成型，是指基于材料的可塑性原理，通过模具控型转换材料形态，使其变为某种零件或者产品，例如粉末冶金、铸造和锻压等。

减材成型，是指利用电化学或者刀具等办法，剔除毛胚材料中不需要的部分，则剩下的部分就是想要加工的产品或者零件，如车、磨、铣、刨、激光切割和电火花等。

生长成型，指的是利用各种材料的活性，成型为需要的产品或者零件，比如动植物的个体发育等。

增材制造，是指通过化学、物理、机械等方法，有序添加材料，从而像搭积木一样，使其堆积成型。

增材制造技术，可以迅速、精确地制造零件或者产品，却不使用传统的加工方法或者加工设备，从而能够有效减少研发周期，降低开发成本，提高产品质量。

它改变了过去的流水线生产模式，降低了企业对劳动力和生产空间的依赖，对零件或产品的加工模型产生革命性的影响。

下文将逐一介绍增材制造技术的原理、典型技术并进行比较分析。

3D打印的技术原理

1.增材制造技术的原理和分类

（1）增材制造技术原理

增材制造技术由CAD数据模型驱动，从而快速制造出各种形状的三维实体。

该技术集成了机械工程技术、激光技术、数控技术、材料科学和计算机技术等，将三维几何CAD模型分层离散化，采用粘结、烧结或熔融等特殊加工技术，逐层堆积材料，从而形成各种实体零件或者产品。

该技术的成型过程是：①通过计算机绘图软件设计数字模型。

②对模型进行分层切割，得到每一层的二维轮廓。

③对每一层的二维轮廓进行处理，形成二维平面轮廓形状。

这里涉及的技术有很多，例如：采用激光束，固化每一层的液态光敏树脂，烧结每一层的粉末材料，或者用喷射源处理每一层的热溶性或者粘结剂等材料。

④将所有层叠加在一起，最终得到三维实体。

（2）增材制造成型材料

快速成型技术的研发基础是成型材料。

成型材料一方面影响成型速度，形状精度，另一方面还影响着成型实体的应用领域和设备选用。

可以说，成型材料既推动成型技术的发展，又制约着成型技术的研究。

在各种成型技术涌现的背后，其实质是成型材料的不断被发现。

成型材料按照技术目标来分，主要分为模具型、功能测试型、概念型等。

模具型指的是成型材料可以使用具体的模型进行制造。

以消失模铸造用到的原型材料为例，其要求加工成型之后，能够便捷地取出零件之外的废弃部分。

功能测试型，要求成型材料具有一定的刚度、强度、抗腐蚀性、耐热性等。

当用于装配测试时，还要求成型材料具有更高的精度。

概念型对成型材料的主要要求是，成型速度快，但对物理、化学、精度等要求并不高。

以光固化树脂材料为例，其要求具有粘度较低、穿透深度较大、临界曝光功率较低等特点。

表2-4列出了一些常用的成型材料。

（3）增材制造基本工艺步骤

增材制造的基本工艺流程如图2-6所示，主要包括四个步骤，分别是CAD模型的建立、前处理、原型制作以及后处理。