3D打印技术的现状和关键技术分析
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摘要：近年来，3D打印技术的逐渐成熟，引起了世界范围内的广泛研究和关注，本文首先分析了3D打印技术的现状，其次分析了3D打印技术的关键技术，旨在为3D打印技术的研究和应用提供参考意见，以此来推动3D打印技术在工业体系中的应用，同时提高打印速度、准确程度，降低打印成本。
关键词：3D打印技术;现状;关键技术
中图分类号：E919 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）06-0221-01
1 3D打印技术的现状
1.1 构建起了小规模产业市场
以我国各大高校和科学研究所的研究成果为基础，我国目前的增材制造设备及服务企业已经有将近40家，例如，北京太尔时代科技有限公司已经拥有了独立的控制系统和机械系统，并且打印材料享有独立自主产权[1]。按照市场数据统计结果而言，我国2018年的3D打印市场规模已经达到了150亿美元，在未来的几年之内，这一数字还有很大的上涨空间，有望突破千亿美元。
1.2 金属3D打印技术水平领先
随着3D打印技术开始被应用到越来越多的行业中，该技术也开始受到了科研人员的广泛关注和重视，这也确保了我国近年来的3D打印技术水平都处于逐渐上升趋势。考虑到3D打印技术制作成的产品容易出现变形、边角翘曲、节点位置开裂等问题，选择应用高性能金属零件激光成形技术，这样也另我国的金属3D打印技术在世界范围内处于领先位置，这也为我国3D打印技术的研究提供了良好方向，在此基础上，我国科研所和各大高校有能力研发出世界上最先进的金属3D打印技术。
2 3D打印技术的关键技术
2.1 熔融沉积成形技术
熔融沉积成形技术是美国一家公司研发的3D打印技术，该技术应用主要涉及到了硬件系统和软件系统两部分，硬件系统主要有储丝装置、热喷头、控制设备、送丝装置;软件系统主要有计算机软件平台。熔融沉积成形技术应用流程如下：通过送丝装置将热熔性丝状材料送至喷头，通过计算机软件的控制，用打印机喷头加热融化、挤出材料，另起沿着某物体二维截面运行，一直到半流动材料完成填充与凝固操作，这样便制作出了3D打印成品[2]。
2.2 立体光固化成型技术
立体光固化成型技术主要通过紫外激光对液态光敏树脂进行全方位的照射，使其发生光聚合反应，这样2D截面便能够通过固化和堆叠成型，在制造工作开始之前，设计人员需要通过计算机软件构建的数学模型来计算制造模型的规格，并且要将其精确度控制在0.1mm之内。需要注意的是，如果想要在金属物品3D打印中应用立体光固化成型技术，需要同时配合DLP技术，这是因为DLP技术能够通过扫描获得扫描物体的表面特征、体积、表面积等基本信息，并通过直接金属沉积技术熔化金属物品中的金属丝，另金属丝沉积到平面基底上，这样外部结构的层积部件便可以被制造出来了;随后再在金属物品表面涂抹一层层对液态光敏树脂材料，这样便可以形成完整的三维结构。立体光固化成型技术具有精度程度高、制造效率高、成品表面质量好等应用优势，适合应用在医疗器械和复杂零件制造中。
2.3 选择性激光烧结技术
选择性激光烧结技术主要通过红外激光束对不同粉末材料进行铺平、烧结，经常应用的粉末材料有金属粉末、陶瓷粉末、橡胶粉末、ABS粉末等，技术中的可选择性指的是技术人员可以通过计算机软件来空内置红外激光束，以此来完成铺平、烧结操作[3]。选择性激光烧结技术的应用需要分三维界面进行，逐层完成铺平、烧结操作，处于加工状态下的粉末其温度要略高于其熔点，在完成一层烧结操作后需要用平整滚将其普铺平，一直到整体的产品完成烧结操作。
选择性激光烧结技术应用系统包括成型缸、激光器、扫描镜、粉末缸、激光束、平整滚等构件，每种设施都有各自的作用，例如，激光束负责照射各类粉末材料，粉末缸负责存储各类粉末材料，成型缸负责均匀铺设各类粉末材料，这些设施都在计算机软件的控制下，技术人员通过计算机软件便可以控制这些设施完成相应的操作。选择性激光烧结技术具有操作简单、材料应用效率高、制造效率高等应用优势，并且可以应用的材料类型较多，如金属合金、聚合物等都能被烧结，因此适合应用在制造材料较为特殊、外形较为复杂的零件制造中。但是选择性激光烧结技术的应用存在一个局限性，粉末在烧结过程中产生的未熔颗粒规模较大，因此该技术不能应用在高精度、高密度的零件制造中。
2.4 直接金属激光成形技术
直接金属激光成形技术和选择性激光烧结技术应用原理较为相似，但是相比较而言，该技术更适合应用在致密度要求较高的零件加工中，这是因为该技术加工出来的零件的精确程度和机械硬度较高，并且不需要在加工前对材料进行预处理。但是直接金属激光成形技术的应用存在一个局限性，在金属零部件加工过程中，如果激光扫描速率增加或者是激光功率减小，会导致金属粉末在熔化时出现球化效应，这样金属零部件表面便可能出现变形或者疏松问题。为了避免上述问题的出现，技术人员需要掌握好各种金属粉末的熔点，如果金属粉末的熔点较低可以将其作为粘结剂，来粘结熔点较高的金属粉末[4]。
2.5 选择性激光熔化技术
选择性激光熔化技术是德国一家科研所研发的3D打印技术，和选择性激光烧结技术应用原理较为相似，应用流程如下：在3D打印加工室基板上铺设材料粉末，应用计算机软件来控制激光器，以此来分别对粉末进行照射，粉末在熔化之后便会成型，随后再铺设另外一层材料粉末，重复上述步骤，一直到整体零件制造完成。选择性激光熔化技术具有机械强度高、节约制造材料、紧密度高等应用优势，适合应用在金属合金材料和金属材料零件制造中。
3 结语
总之，3D打印技术的应用是工业制造行业的发展趋势，并且随着新型材料和激光技术等其他科技的日渐发展，3D打印技术的应用范围将会不断扩展，我国目前的3D打印技术发展水平和发达国家还存在一定差别，但是已經取得了十分显著的发展效果，在科研人员的不断完善下，其应用体系将逐渐完善。 参考文献
[1] 陶岩.3d打印技术的现状和关键技术分析[J].化工设计通讯，2019（05）：87-88.
[2] 郭继周，邓启文.我国3D打印技术发展现状及环境分析[J].国防科技，2017（03）：35-39.
[3] 张晶晶.中国3D打印技术应用的現状及发展思路[J].山东工业技术，2016（16）：262.
[4] 唐洋，陈海锋，刘志强，肖倩.3D打印技术产业化现状及发展趋势分析[J].自动化仪表，2018（05）：12-17.
Present Situation and key Technology Analysis of 3D Printing Technology
LIU Bi-qing
（Jiangxi New Energy Technology Vocational College， Xinyu Jiangxi 338000）
Abstract：In recent years， the maturity of 3D printing technology has attracted extensive research and attention all over the world. This paper first analyzes the present situation of 3D printing technology， and then analyzes the key technologies of 3D printing technology， in order to provide reference for the research and application of 3D printing technology， in order to promote the application of 3D printing technology in the industrial system， and at the same time improve printing speed， accuracy and reduce printing cost.
Key words：3D printing technology; status quo; key technologies
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