关于3d打印技术中的几个问题与思考（连载1）

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1、关于3D打印技术中的几个问题与思考（连载1）刘斌（华南理工大学，广东广州，510640）前言3D打印技术，又称增材制造技术，以前称快速成型“快速成形”技术，出现在上世纪80年代中后期。世界上（包括国内）的第一次研究开发热度期，在上世纪80年代中后期至2003年左右。2003年至2012年出现了研究开发的低谷，其原因是多方面的。自从2012年开始，该技术的研究开发及应用又有了新的转机，其原因众所周知，因此，自2012年以来，3D打印技术出现了新一轮的研究开发热度期，并且，其热度远远大于第一次的热度。在这次热度中，3D打印技术的研究与应用如火如荼，对3D打印技术的宣传几乎

2、做到了妇孺皆知。那么在这新一轮的3D打印热潮中，我觉得应该冷静思考一些问题，使国人充分了解3D打印技术的实质及存在的本质问题，从而做到客观、公正、冷静、充分地了解3D打印技术。本文的自1993年以来就开始从事3D打印技术（注：那时被称为快速成型技术）的研究，并一直从事其研究与教学，对3D打印技术有比较深刻的理解。本文采用问答形式，对3D打印技术中存在的十几个关键问题进行了思考与回答，以共飨读者。本文中的观点为的一家之言，有不对的地方，请读者不吝批评指正。1什么叫3D打印技术？1.1定义3D打印（ThreeDimensionPrinting，简称3DP）技术，是指通过连

3、续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造或增材制造（AdditiveManufacturing，简称AM）技术，以前称为快速成型（RapidPrototyping，简称RP）技术。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、精密机械、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。3D打印技术，从狭义上来说，主要是指

4、增材成型技术；从成型工艺上看，3D打印技术突破了传统成型方法，它通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合，无需任何附加的传统模具制造和机械加工，就能够制造出各种形状复杂的原型，这使得产品的设计生产周期大大缩短，生产成本大幅下降。1.23D打印技术原理3D打印技术“以前被称为快速成型、快速成形”是上世纪80年代末期开始商品化的一种高新制造技术，它有不同的英文名称，如RapidPrototyping（快速原型制造、快速成型、快速成形）、FreeformManufacturing（自由形式制造）、AdditiveFabrication（增材制造）等，常常简称为RP。该技术将

5、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（C）、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体（如图1所示）。3D打印技术的原理是：依据计算机上构成的工件三维设计模型（图2（a）），对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓（图2（b））。按照这些轮廓，成形头选择性地固化一层层的液态树脂（或切割一层层的纸，烧结一层层的粉末材料，喷涂一层层的热熔材料或粘结剂等），形成各个截面轮廓（图2（c））并逐步顺序迭加成三维工件（图2（d））。3D打印技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法——部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件，而采用全新的“增长”加工法——

6、用一层层的小毛坯逐步迭加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合，因此，它不必采用传统的加工机床和工模具，只需传统加工方法的10％～30％的工时和20％～35％的成本，就能直接制造出产品样品或模具（图3）。由于3D打印技术具有上述突出的优势，所以近年来发展迅速，已成为现代先进制造技术中的一项支柱技术，是实现并行工程（ConcurrentEngineering，简称CE）的必不可少的手段。1.33D打印技术的主流工艺介绍3D打印技术的主流工艺介绍如下：（1）分层物体制造（LaminatedObjectManufacturing，简称LOM）这是历史最为悠久的

7、3D打印技术之一，也是最为成熟的3D打印技术之一。LOM技术自1991年问世以来得到了迅速的发展。由于该工艺多使用纸材、PVC片材等薄形材料，价格低廉且成型精度较高，因此受到了较为广泛的关注，在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造等方面应用广泛。其成型原理如图4所示。分层物体制造系统主要包括计算机、数控系统、原材料存储与运送部件、热粘压部件、激光切系统、可升降工作台等部分组成。其中，计算机负责接收和存储成型工件的三维模型数据，这些数据主要是沿模型高度方向提取的一系列截面轮廓。原材料存储与运送部件将把存储在其中的原材料（底面涂有粘合剂的