打印技术研究

　　摘要：3D打印技术已经步入日趋成熟的状态，本文主要介绍3D打印技术的种类与优点，并在此基础上将3D技术工艺与传统技术工艺做对比并提出3D技术工艺的发展阻力。
　　关键词：3D打印工艺；发展瓶颈；选择性激光粉末；烧结
　　3D打印技术是一种快速成型的技术，又被称为增材制造，该项技术可以通过计算机算法快速形成模型，实用性极强。应用领域很广泛，比如教学，人体骨骼器官的形成，航空零件的制造等。
　　一、3D打印工艺种类
　　如今打印工艺主要有这几类：分层实体制造、熔融沉积制造、激光固化、选择性激光粉末烧结。
　　（一）分层实体制造
　　分层实体制造又被称为LOM工艺，它属于增材制造里的重要部分，他所包含的技术有计算机、机械、数控、高分子材料等。由材料传输装置、热压黏贴装置、光学扫描仪、器、升降台、控制系统组成。他的工作原理是LOM技术采用比较薄的材料进行加工。首先在薄层上涂一层热熔胶。在进行处理时，通过热压辊对片材进行碾压并加热，让上面的一层材料与下面成型的材料进行贴合，再通过CO2激光器在已经成型的层面上切割出上下兩部分对齐的格子；切割工序完成后，工作台带动已经冷凝成型的工件向下移动，与长条状片材离开；上料装置通过调动收料轴，使传送带进行移动，进而让刚刚成型的一面传送到加工区；工作台开始工作；热压辊进入工作状态，工件的层数不断增加，激光切割机在行新的一面加工出新的轮廓。不断重复这道工序直到零件成型。
　　（二）熔融沉积成形
　　此种工艺也被称作FDM工艺，其工作原理是长条材料通过传送装置不停的送到加热装置（喷嘴），计算机根据分层面的信息使喷嘴按照预定的速度和轨迹进行移动。熔化了的材料从喷嘴中被挤出来与下面一层材料粘合，被挤出的材料在空气中冷却成形，每形成一层喷嘴或工作台都会上下移动一段距离。FDM工艺是由美国公司stratasys开发出来，他所使用的是聚合材料，这种材料具有价格低廉的特点。
　　（三）激光固化
　　这种工艺是采用液态光敏树脂作为原料，其流程是首先通过SolidWorks设计出产品的外形，再进行切片处理，设计出扫描路径，处理后的数据会存到打印系统里，再通过打印系统将数据传输到扫描器和升降台，然后机器按照设计人员事先设计好的设计的轨迹将激光射到加工面上，从而形成一层固化层，再调整升降台高度进行第二次固化。直到最后形成完整的零件。
　　（四）选择性激光烧结
　　选择性激光烧结又被称作SLS，他主要通过激光的高温照射进而对粉末状的材料进行烧结，其工作原理是通过3D打印机对材料进行一层层的铺平堆积然后进行一层层的烧结。工作流程为铺粉轴先在机器内部对材料进行铺平堆积，然后操作者根据材料的特性将要加热的温度数据输入机器控制系统里，这样可以更好的让材料熔化，进而得到更好的均匀性的材料，最后得到满足要求的零件，该项工艺最大的特点是可以对复合、单一的都可以进行打印，而且得到的产品力学性能比较好，塑性、韧性也要好一点，而且可以打印的材料选择也比较广泛。
　　选择性激光烧结的设备主要有以下几个部分组成：激光单元主要包括：激光发射器，铺粉单元主要包括：粉末、粉末缸活塞、铺粉辊，加热单元包括电阻加热器和热电偶。
　　二、3D打印工艺的特点
　　（一）形状设计方面不受限制
　　在传统领制造领域里我们的制造技术生产的产品形状非常有限，普通的机床只能生产圆状零件，其他的一些复杂的形状只能用铸造来形成，然而铸造成型的工件也有很大的缺陷，比如模具单一，再比如铸造所用的材料就是铸铁，而铸铁的特性是硬度大，塑性、韧性差、强度不高。这些都是制约传统制造工艺生产满足要求的形状复杂零件。
　　（二）工人技能培养成本低
　　在传统制造工艺里我们需要投入很大的成本去培养一名合格的技术工人，比如一名车床工从实习到正式上岗再到比较熟练的掌握车床技术需要两年的时间，然而如果3D打印解决目前的一些发展阻碍，那么我们的3D技术则会降低培养工人的成本，而且我们加工的零件精度会更高，而且3D打印技术会向着操作简单的方向发展。
　　（三）减少废弃副产品
　　3D打印技术与传统工艺比较，3D打印工艺会节省很多的原材料，传统制造工艺对材料加工的浪费非常之大，接近89原材料会被丢弃，所以这是3D打印工艺特别明显的优点，这种工艺特别适合对一些价格高昂的材料进行加工，如果打印材料得到改善那么3D打印工艺将有非常大的发展空间。
　　三、与传统工艺相比较3D打印的缺陷与发展瓶颈
　　目前3D打印的产品大部分强度不足，在传统工艺里一个零件的生产需要经过下料、锻造，预备热处理，机加工、如果是低碳钢则需要进行渗碳再进行淬火最后进行低温回火。中碳钢加工过程是下料锻造，预备热处理（正火），机加工，由于中碳钢的综合力学性能比较好，所以直接淬火加中温回火。仅以这两个例子我们看出一个材料在传统工艺生产中要想得到可靠的性能需要进行锻造和不同热处理。
　　在3D打印技术对不锈钢进行打印时通常采用的是选择性激光粉末烧结，但是烧结的产品中会出现热传导不均匀产生较大应力材料中的空气没能及时排出而导致贯穿性裂纹，再比如给料不均匀会导致同一工件不同处致密度产生很大差异。再者激光选择粉末性烧结技术原料来源是建立在粉末状的金属颗粒，然而在冶炼后的金属都是大块的固体金属，如果想利用3D打印技术加工一个零件则需要将金属粉碎并且颗粒的直径还需要达到标准，这样就大大损耗了更多的能源。
　　3D打印目前能够解决的是成品的成分均匀性和致密度，直接得到想要的微观结构的技术目前还停留在实验室。想要在工业方面得到充分发展还需要很长的一段路要走。
　　参考文献：
　　〔1〕房鑫卿。3D打印技术的发展历程及应用前景〔J〕。轻工科技，2019，35（05）：7778。