3D打印技术类型与打印材料适应性

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1、ll量量曩曩笪皇堡查皇箜皇鱼万方数据3D打印技术类型与打印材料适应性3DPrintingTechnologyandPrintingMaterialAdaptability王修春‘魏军伊希斌张晶尚开王黔”WANGXiu—chunWElJunYIXi-binZHANGJingSHANGKaiWANGQianI一本文根据不同打印材料适用的3D打印机类型进行分类，论述了各种类型3D打印技术的特点、适用材料和应用范围，并提出了下一步努力方向。Il一3D打印机材料工艺应用AbstractAccordingtodifferentprintingma

2、terials，thispaperhasclassifiedthetypesof3Dprinters，discussedthecharacteristicsandsuitablematerialandapplicationofvarioustypesof3Dprintingtechnology,andputforwardthefuturedirection．Keyword3DprinterMaterialsTechnologyApplicationdoi：10．3969／j．issn．1672-9528．2014．04．263D打印技

3、术也称增材制造技术，其制造过程是将产品的三维模型文件通过软件进行分层离散处理，每一片层的资料传输到3D打印机，利用激光、紫外光照射、热熔喷嘴等方式将金属、陶瓷粉末、塑料或细胞组织等材料进行逐层堆积黏结成型，最终制造出整个零件。3D打印不需要大型机床、成型模具和众多人力，制造过程简单，产品开发周期短、易于制造复杂形状部件，多个部件可以一体化成型，零件加工余量小，节约材料。自1984年美国CharlesHull发明了第一台立体光固化成型3D打印机(SLA)以来，各种不同技术类型的3D打印机被不断开发出来。根据加热方式不同，分别有应用激光、

4、电子束、等离子束、紫外线、电热、常温粘接等技术的3D打印机。根据打印材料不同，分别有适合塑料、光敏树脂、金属合金、生物组织、复合材料、陶瓷等材料的3D打印机。根据打印材料的形状不同，分别有打印丝状、粉末状、液状材料的3D打印机。根据用途不同，有工业级打印机、桌面级打印机、建筑打印机、生物打印机、纳米打印机等。本文根据不同打印材料适用的3D打印机类型进行论述，以利于按照不同需要选择适宜的3D打印机。+山东省科学院新材料研究所·+山东省经济和信息化发展研究院山东省自然科学研究基金(ZR2010EL015)1打印金属材料的3D打印机金属材料

5、是工业领域应用最多的材料，人们希望3D打印技术能快速批量制造各种金属零件，代替传统的制造工艺。3D打印金属部件近期取得了令人瞩目的进展，成功应用于航空航天领域，具有很高的节材降耗、时间成本效益。在模具行业、修复再制造、生物医疗等领域也取得了成功的应用。目前比较成熟的金属3D打印机有选区激光熔化SLId、激光熔化沉积LMD、电子束熔炼EBM等。1．1选区激光熔化(SLM)选区激光熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)根据成形件的三维CAD模型的分层切片信息，扫描系统(振镜)控制激光束作用于待成形区域内的粉末，有选择性

6、地将金属粉末进行熔融。一层扫描完毕后，活塞缸内的活塞下降一个层厚距离，接着送粉系统输送一定量的粉末，铺粉系统的辊子铺展一层厚的粉末沉积于已成形层之上，重复上述两个成形过程，直至所有三维CAD模型的切片层全部扫描完毕，这样三维CAD模型经逐层累积方式直接成形金属零件。SLM技术制造精度高、质量好，加工余量很小或无加工余量。采用该技术成形的零件除精密的配合面之外，一般经喷砂或抛光等后续简单处理就可直接使用。适合于中、小型悬空、复杂内腔和型面等复万方数据堡皇篁查量箜璺鱼__臣l蟹冒_杂薄壁型腔结构件的高精度整体快速制造u。。激光使金属粉末熔

7、化形成强大的冶金结合，制造零件机械性能接近锻造金属零件。目前SLM激光功率一般为200一1000W，打印层厚20—200um，聚焦光斑30—500um，尺寸精度20一100um，最小壁厚0．2-0．4mm，表面粗糙度Ra5—40um，致密度接近100％。已经开发了多种适宜于SLM的合金粉末材料，如钛合金、钴铬合金、不锈钢、工具钢、铜合金、铝合金等。SLM技术主要应用在航空航天、汽车、医学个性化件制造、小型注塑模具及镶件等领域，还针对小批量、个性化的一些复杂件进行加工。1．2激光熔化沉积(L仰)激光熔化沉积(1asermeltingde

8、position，LMD)也称作“激光增材制造”(LaserAdditiveManufacturing，LAM)、“激光直接制造”(LaserDirectManufacturing，LDM)、“激光近净成形”(1aser