3D打印技术及应用趋势

摘要：采用文献研究法，以3D打印技术作为研究对象，具体介绍3D立体光刻技术、喷墨印刷技术、选择性激光烧结/熔融技术、熔融沉积造型术、叠层实体制造技术和定向能量沉积技术的特点，以及3D打印技术的应用领域。结果表明，3D打印技术作为智能制造技术研究的热点之一，在生物医药、建筑行业、教育科研、食品等领域都得到了广泛应用，未来发展前景良好；但3D打印技术也面临着诸多挑战，如法律不完善、材料局限性太大等，这也是未来3D打印技术领域亟待解决的关键问题。

关键词：3D打印技术；技术特点；应用领域；挑战

中图分类号：TP237 文献标志码：A

文章编号：2095-5383（2018）02-0030-07

3D Printing Technology and its Application Trend

REN Hedong， YANG Jingyu， LI Chaolin， LIU Haiqiong， ZHANG Xiaoshan

（School of Materials Engineering，Chengdu Technological University， Chengdu 611730， China）

Abstract：

The literature research method was used to investigate 3D printing technique in this paper. The 3D Stereo Lithography（SLA）， Inkjet Printing， Selective Laser Sintering/Melting（SLS/SLM）， Fused Deposition Modeling（FDM）， Laminated Object Manufacturing（LOM） and Directed Energy Deposition（DED） was analyzed in terms of their characteristics as well as its application fields was introduced. The results show that 3D printing technology as one of the hot topics in the research of intelligent manufacturing technology，it is used widely in the fields of biomedical， building trades， education and research， as well as food. However， 3D printing technology is also confronted with potential challenges such as imperfect regulations and limited materials， which are the critical problems to be solved.

Keywords： 3D Printing Technique； technical features； application fields； challenges

3D打印（3D printing）是一種快速成型的新兴技术，通过材料的连续堆叠实现各种三维实体的成型。传统成型是基于材料的等材或减材制造，如挤塑成型和压铸成型。模具有固定的形状与尺寸，能降低成本，实现大批量制造。但对于结构复杂、数量少、个性化的定制产品，传统的减材制造存在工序复杂、开模成本高、浪费等诸多缺点。3D打印作为一种增材制造（additive manufacturing）技术，直接以数字模型为基础来构造物体，可大大降低人力成本，在小批量、个性化产品的制造方面具有明显的优势。根据Wohlers Associates公司的研究报告，全球3D打印市场规模正在不断扩大。2017年3D打印市场销售额达到74亿美元；预计到2020年，这一数值将超过117亿美元。自20世纪80年代至今，3D打印技术发展迅速，已广泛运用于汽车、医疗、航空航天、教育科研、消费品等领域。本文在查阅大量文献和实践调研的基础上，分别从3D打印技术的概念、技术特点、材料及其应用趋势等方面进行介绍；并在此基础上，进一步分析3D打印技术的面临的挑战和未来的发展方向[1]

。

1 3D打印技术的历史

1983年，Charles Hull发明了光固化立体造型术（Stereor Lithography Apparatus， SLA），并成立了一家名为3D System的公司。1987年，该公司利用SLA技术制备了第一台3D打印机Stereor Lithography Apparatus和第一台商用机型SLA250[2]。1990年，Crump申请了熔融沉积造型术（Fused Deposition Modeling， FDM）专利[3]，加速了3D打印技术的发展。1993年，麻省理工学院的Michael Cima和Emanuel Sachs教授发明了第一台用于塑料、金属和陶瓷制品的3D打印机[4]。随后，大量生产3D打印机的公司应运而生，如Stratasys、Z Corporation、Helisys、Organovo。2000年以后，3D打印技术逐渐从工业领域延伸到私人、政府机构，甚至医疗、食品和时尚领域[5-6]。尽管在生物医药方面的应用受到目前技术的限制，但3D打印技术在打印生物器官和组织方面仍有着广泛的应用前景。

2 3D打印技术分类

在进行实物打印之前，人们通过计算机辅助设计（Computer Aided Design， CAD）完成产品的预先设计。例如，首先通过CAD得出产品的原型，再转化为能够在CAD和3D打印机之间兼容的STL（Stereor Lithography）格式文件。STL文件保存着产品原型每一面的数据信息[7]，通过切片和逐层打印实现3D造型[8-9]

推荐访问： 趋势 打印 技术

---