关于d打印技术中的几个问题与思考（连载）

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1、关于3D打印技术中的几个问题与思考（连载2）刘斌（华南理工大学，广东广州，510640）（接上期）23D打印技术的优点及缺点是什么？2.13D打印技术的优点（1）节省材料。不用剔除边角料，提高了材料的利用率，通过摒弃生产线而降低了成本；（2）能做到较高的精度和很高的复杂程度，可以制造出采用传统方法制造不出来的、非常复杂的制件；（3）不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，就能直接把计算机的任何形状的三维CAD图形生成实物产品；（4）它可以自动、快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短了产品研发周期；（

2、5）3D打印无需集中的、固定的制造车间，具有分布式生产的特点；（6）3D打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃；（7）它能打印出组装好的产品，因此，它大大降低了组装成本，甚至可以挑战大规模生产方式。2.23D打印技术的缺点（1）存在成本高、工时长的软肋3D打印仍是比较昂贵的技术。由于用于增材制造的材料研发难度大、而使用量不大等原因，导致3D打印制造成本较高，而制造效率不高。目前，3D打印技术在我国主要应用于新产品研发，且制造成本高，制造效率低，制造精度尚不能令人满意。3D打印目前并不能取代传统制造业。在未来制造业发展中，“减

3、材制造法仍是主流”。（2）在规模化生产方面尚不具备优势3D打印技术既然具有分布式生产的优点，那么相反，在规模化生产方面就不具备优势。目前，3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件，在大批量、规模化制造等方面，高效、低成本的传统减材制造法更胜一筹。现在看来，想用3D打印作为生产方式来取代大规模生产不太可能。且不说3D打印技术目前尚且不具备直接生产像汽车这样复杂的混合材料产品，即使该技术在未来取得长足进步，完全打印一辆车只怕要耗时好几个月，在成本上远远高于大规模生产汽车时均摊到每辆汽车上的成本。所以，对于生产有大量刚性需求的产品来说，具有规模经济优势的大规模生

4、产仍比重点放在“个性化、定制化”的3D打印生产方式更加经济。（3）打印材料受到限制3D打印技术的局限和瓶颈主要体现在材料上。目前，打印材料主要是塑料、树脂、石膏、陶瓷、砂和金属等，能用于3D打印的材料非常有限。尽管已经开发了许多应用于3D打印的同质和异质材料，但是开发新材料的需求仍然存在，一些新的材料正在研发中。这种需求包含两个层面，一是不仅需要对已经得到应用的材料—工艺—结构—特性关系进行深入研究，以明确其优点和限制；二是需要开发新的测试工艺和方法，以扩展可用材料的范围。（4）精度和质量问题由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善，其打印成型零件的精

5、度（包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度）、物理性能（如强度、刚度、耐疲劳性等）及化学性能等大多不能满足工程实际的使用要求，不能作为功能性零件，只能做原型件使用，从而其应用将大打折扣。而且，由于3D打印采用“分层制造，层层叠加”的增材制造工艺，层与层之间的结合再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，而零件材料的微观组织和结构决定了零件的使用性能。3为什么3D打印技术只有到上世纪80年代末才开始出现商品化的设备？3D打印技术的核心思想最早起源于美国。早在1892年，J.E.Blanther在其专利中曾建议用分层制造法构成三维地形图。1902年，Car

6、loBaese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1904年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些硬纸板粘结成三维地形图的方法（如图12所示）。20世纪50年代之后，出现了上百个有关3D打印的专利。现代3D打印技术的出现，起源于二十世纪八十年代中后期。此后，3D打印技术有了根本性的发展，出现了更多的专利。如：1986年Hull发明了立体光固化成型（SLA，StereoLithographyAppearance），1988年Feygin发明了分层物体制造，1989年Deckard发明了粉末材料选择性激光烧结技术（SLS,Selective

7、LaserSintering），1992年Crump发明了熔融沉积成型技术（FDM，FusedDepositionModeling），1993年Sachs在麻省理工大学发明了3D打印技术等。随着各类3D打印专利技术的不断发明，其相应的生产设备也被相继研发而出。如：1988年，美国的3DSystems公司根据Hull的专利，生产出了世界上第一台现代3D打印设备——SLA-250（立体光固化成型机），开创了3D打印技术发展的新纪元。在此后的多年中，3D打印技术蓬勃发展，涌现出了十余种新工艺及相应的3D打印设备。那么，为什么3D打印技术只有到上世纪80年代末才开

8、始出现商品化的设备呢？本文作者认为，主要原因有两点：（1）与三维C