现阶段3D打印技术研究与发展主要有两方面,一方面是打印材料,一方面是打印设备。3D打印机主要由激光系统、控制系统、冷却系统、数据处理系统及输入输出模块这几个主要部分构成,这些组成部分都已经发展的很成熟,只是很创新的将这些部分有机结合而成。相对于3D打印设备的研发,视打印材料的研发难度更大,由于3D打印是一种新式的成形技术,为了满足新型成形技术,打印材料必须以3D打印机为根据而研发。传统打印材料仅为纸张与墨水,而3D打印材料一般为粘结材料(胶水)、髙分子材料(光敏树脂、高分子粉末)、金属材料(模具钢粉末、钦合金粉末)、人体细胞(骨髓和脂肪中提取出的干细胞)等材料。
3D打印技术传统是根据成形方式的不同可细分为粘结材料3D打印(向粉末材料喷射液体粘结剂,层层粘结成形)、熔融材料3D打印(用激光炼融粉末材料,逐层堆积出制品)、生物3D打印(将生物细胞从喷头喷至水的凝胶支架上,根据所打印器官形状层层堆积)、光固化3D打印(光敏树脂放于树脂槽中,上端放置激光器,通过电脑控制激光器发射激光在树脂表面扫描、固化、成形);如今国际上对于3D打印技术普遍根据选用材料的不同可分为生物3D打印(生物细胞)、金属粉末沈打印(钛合金粉末、模具钢粉末等)、高分子材料粉末3D打印(PS粉末、PP粉末等)、光敏树脂3D打印(环氧树脂光敏树脂、烯丙酯树脂光敏树脂等),也称光固化3D打印。
其中金属粉末3D打印,使用的原材料非常昂贵,目前难以实现国产,主要依赖国外进口,因而打印产品成本商,但是相对于传统的减材制造,打印钛合金金属粉末可以极大的节省钛合金这种昂贵的金属材料,由于打印产品为学性能优异、成本高昂,目前金属粉末的3D打印主要还是运用于国防工业。高分子材料粉末3D打印根据不同应用有不同的打印条件,例如用于模具设计的粉末打印,由于激光烧结温度必须控制在高分子材料的玻璃化转变温度与烙点么间,如果温度过低,塑料粉末之间连接不好,物力学强度低,温度过高塑料粉末发生炼化,凝固过后后期不能进行倒模。所以烧结温度选择在玻璃化转变温度与烙点么间进行烧结,粉末并未完全融化粘结,强度较低,易碎,所以后期必须经过浸蜡处理才可稍微提高一点强度,后期倒模时升高一定温度即可融化流出,形成模腔。另外就是直接打印为学制件,例如直接打印可以骑行的自行车,手枪等,需要更高的温度使其融化连接,以保证有较高的强度。光敏树脂3D打印技术用光引发剂引发发生化学反应,材料强度明显高于高分子粉末3D打印,且成本相对便宜,特别适合于新产品的开发、不规则或者形状复杂的零件制造、模具设计与制造等,它将光固化成形与快速成形的优点集于一身,成形速度快,工作效率高,具有巨大的发展潜力。但在我国无论是光固化3D打印设备还是光固化3D打印材料都处于初级研发阶段,打印机与原材料基本靠进口,成本非常高。因此,光固化3D打印设备与打印材料有很大的发展潜力。
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