<p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">3D打印出現(xiàn)在上世紀80年代末至90年代初，就是在2D平面打印的基礎(chǔ)上，增加了一個縱軸成為3D立體打印，在計算機控制下，用無限二維平面不斷的疊加，逐層堆疊來構(gòu)建三維物體的新技術(shù)。</span></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">三維打印機屬于工業(yè)機器人的一種，打印機是核心設(shè)備，能將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為物理實體</b><span style="font-size:18px;">。與傳統(tǒng)的</span>數(shù)控生產(chǎn)<span style="font-size:18px;">零件</span>，在制造流程中通過車、銑、磨、刨等工藝去除大量的材料 不同，<span style="font-size:18px;">首先要有建模軟件，把想要打印出的產(chǎn)品在電腦里建出模型，進行數(shù)據(jù)化表達，為3D打印機能夠讀取的格。再選擇合適的</span><b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">打印材料</b><span style="font-size:18px;">，不再是墨，</span><b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">通常是塑料、金屬、陶瓷</b>、<b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">細胞、砂石甚至各種食物。</b>通過高溫或者激光的方法被抽成絲狀。隨后，這些半流體狀態(tài)的材料按照計算機中的三維模型，噴嘴按照x、y、z三個坐標軸的定位點噴出，然后在指定的位置凝固成形。經(jīng)過一層一層地堆積后，模型就漸漸形成立體的結(jié)構(gòu)。<span style="font-size:18px; color:rgb(25, 25, 25);">然后</span><span style="font-size:18px;">用連接的3D打印機打印出來</span>，與傳統(tǒng)的減材制造工藝正好相反，<span style="font-size:18px;">材料不斷地在增材制造</span>。其打印出的<b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">三維物體可以擁有任何形狀和幾何特征</b>。不同材料有不同功能的打印機，憑借其獨特的制造技術(shù)，讓我們得以生產(chǎn)前所未有的各類物品，包括實用物品、藝術(shù)品、家居用品等。 </p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(57, 181, 74); font-size:22px;">3D打印的優(yōu)勢主要包括復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計得以實現(xiàn)、滿足輕量化需求、提升強度和耐用性和節(jié)省成本四個方面。</b><b style="color:rgb(25, 25, 25); font-size:20px;">可以說未來隨著新材料的發(fā)展，只要能在電腦上呈現(xiàn)的設(shè)計模型都可以用3D打印技術(shù)打印出來。</b><span style="color:rgb(25, 25, 25); font-size:20px;"> </span></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">一、3D打印材料</b></p><p class="ql-block">3D打印技術(shù)真正的優(yōu)勢在于其打印材料，<b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是突破創(chuàng)新的關(guān)鍵點和難點所在</b><span style="font-size:18px;">，</span>決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料、陶瓷材料、<span style="font-size:18px;">石墨烯和復(fù)合材料</span>，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。</p> <p class="ql-block"><b>1.</b><b style="font-size:22px;">光敏樹脂</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">?</b><b>是由高分子組成液體的膠狀物質(zhì)，這類材料</b><b style="color:rgb(57, 181, 74); font-size:22px;">在一定波長的紫外光照射下能夠快速發(fā)生聚合反應(yīng)而固化為固態(tài)的樹脂材料，</b><b style="font-size:18px;">成型后產(chǎn)品外觀平滑，可呈現(xiàn)透明或半透明磨砂狀態(tài)</b><b>，</b><b style="font-size:18px;">是制造高精度零件的理想選擇</b><b>，成為3D打印的首選材料。</b></p><p class="ql-block"> 圖片為光固化復(fù)合樹脂 的牙齒及打印岀來的物品。</p><p class="ql-block">（注：<b style="font-size:18px;">高分子材料也稱聚合物</b><span style="font-size:18px;">，可分為</span><b style="font-size:18px;">天然高分子材料和</b><span style="font-size:18px;">與化學(xué)合成</span><b style="font-size:18px;">高分子復(fù)合材料兩大類。</b><span style="font-size:18px;">前者</span><b style="font-size:18px;">如</b><span style="font-size:18px;">植物纖維、天然橡膠等，后者如橡膠加硫硬化生成硫璜膠，纖維素與硝酸反應(yīng)生成硝化纖維素。硝化纖維素與樟腦混合反應(yīng)生成的賽璐珞</span>。常見的應(yīng)用領(lǐng)域為塑膠、橡膠、纖維。） </p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">2. 塑料</b></p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">塑料是指以高分子量的合成樹脂/石油為主要組分，加入適當添加劑，如增塑劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑、阻燃劑、潤滑劑、著色劑等，經(jīng)加工成型的塑性（柔韌性）材料，或固化交聯(lián)形成的剛性材料</span></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">工程塑料</b><span style="font-size:18px;">指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，具有強度高、耐沖擊性、耐熱性、硬度高以及抗老化性等優(yōu)點，</span><b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">具有較高的熱塑性（一般可在100℃～200℃以上高溫下長期工作），可進行機械加工、噴漆以及電鍍</b><span style="font-size:18px;">，在許多應(yīng)用領(lǐng)域中代替金屬制造機器零件作為工程材料使用 </span>這些材料通過一次噴射單一材料,或同時噴射多種基本材料來打印應(yīng)用于制造工業(yè)、化工等不同領(lǐng)域的產(chǎn)品。 </p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">生物塑料</b></p><p class="ql-block">生物塑料<span style="font-size:18px;">不是從化石燃料而</span>是從玉米淀粉和甘蔗中提取的，具有良好的 生物可降解性、和再生，十分環(huán)保。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可用來打印心臟支架等。</p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">熱固性塑料 </b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">?</b><b>以</b>熱固性樹脂為主要成分，配合以各種必要的添加劑成形成制品的塑料。用于輕質(zhì)建筑中</p> <p class="ql-block">應(yīng)用舉例：透明陽光板、齒輪，<span style="font-size:18px;">注射器、眼鏡、釣魚線</span></p> <p class="ql-block">目前從汽車發(fā)動機或其他機電組件已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了底盤、車身和座椅等結(jié)構(gòu)和裝飾部件上都可以用3D打印出來。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">3.金屬材料</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(57, 181, 74); font-size:22px;">金屬良好的力學(xué)強度和導(dǎo)電性使得研究人員對金屬物品的打印極為感興趣</b>。用于3D打印制造過程的金屬材料有：</p><p class="ql-block"><b>不銹鋼粉末</b>：具有良好的耐腐蝕性、強度和韌性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品、化工等領(lǐng)域。</p><p class="ql-block"><b>鈦及鈦合金粉末</b>：密度小，硬度大，熔點高，抗腐蝕性很強；高純度鈦具有良好的可塑性，可制造飛機發(fā)動機部件、人工關(guān)節(jié)等。</p><p class="ql-block"> <b>鎂鋁合金粉末</b>：具有質(zhì)輕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、強度較高等特點，在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域應(yīng)用較多，可打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件以減輕重量。</p><p class="ql-block"><b>高溫合金粉末</b>：能在高溫下保持良好的強度、抗氧化性和抗熱腐蝕性，如航空發(fā)動機的渦輪葉片制造等。</p><p class="ql-block">圖片為航空渦輪機磨損的修復(fù)。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">4. 陶瓷材料</b></p><p class="ql-block">其中包括粘土、高嶺土等天然硅酸鹽材料和氧化物、氮化物、碳化物等<b style="color:rgb(57, 181, 74); font-size:22px;">陶瓷材料，具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，</b><span style="font-size:18px;">是</span>聚合物和金屬材料不具備的優(yōu)點，在航空航天、汽車、生物等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。是理想的炊具、餐具和家居裝飾材料. 。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">5.橡膠材料</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">橡膠類材料所具備的硬度、斷裂伸長率、抗撕裂強度和拉伸強度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用領(lǐng)域</b>。3D打印的橡膠類產(chǎn)品主要有消費類電子產(chǎn)品、<span style="font-size:18px;">醫(yī)療領(lǐng)域的軟組織模型，</span>以及汽車內(nèi)飾、輪胎、墊片等。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">6.石墨烯材料</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(57, 181, 74); font-size:22px;">石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，還有屏蔽性能</b>?？蔀榭纱┐髟O(shè)備、柔性顯示器和傳感器等領(lǐng)域提供新的解決方案。<span style="font-size:18px;">用于電子設(shè)備制造高性能的電子器件，如納米電子器件、電極。?生物醫(yī)學(xué)設(shè)備用于藥物傳遞、生物傳感器等。?</span>儲能設(shè)備光電化軍電池提高電池的電導(dǎo)率和能量密度。?以及<span style="font-size:18px;">超輕型飛機材料等研究領(lǐng)域</span>。這種石墨烯基墨水打印的氣凝膠具有優(yōu)異的電磁干擾的屏蔽性能，能夠有效阻擋電磁波的傳播，可應(yīng)用于電子設(shè)備的外殼制造和電磁屏蔽涂層。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">7. 生物材料</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(57, 181, 74); font-size:22px;">生物材料，是以含干細胞、生長因子和營養(yǎng)成分融合細胞材料組成的“生物墨汁”，呈熔化、或粘稠、或凝膠狀態(tài)，從材料墨盒擠出打印直接移植到體內(nèi)，經(jīng)培育處理，形成有生理功能的組織結(jié)構(gòu)，</b><span style="font-size:18px;">如軟骨、皮膚、血管、腫瘤模型。最新研究不但復(fù)制出柔軟靈活的心臟，還能讓這個“假心臟”模擬泵血動作?？捎糜谒幬镌囼灥慕M織和器官。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">納米顆粒、納米纖維和納米管等不同類型的納米材料，在打印過程中提供了多種可能性。 首先，納米材料的增強性能使其能夠改善打印生物結(jié)構(gòu)的機械強度。 例如，碳納米管（CNTs）和金屬納米顆粒能夠顯著提升材料的彈性和強度，確保打印出的組織更加堅固可靠，適合用于人體植入物。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">圖為剛打印出來的生物血管，獨有的中空結(jié)構(gòu)和多層不同種類的細胞，外層是人工血管，里面半透明的物質(zhì)就是培養(yǎng)好的干細胞，有仿生功能的干細胞培養(yǎng)體系。</span></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">8.復(fù)合材料</b></p><p class="ql-block">由兩種或多種材料組成的復(fù)合材料，<b style="color:rgb(57, 181, 74); font-size:22px;">通過結(jié)合不同材料的優(yōu)點，實現(xiàn)更優(yōu)異的性能。?通常由基礎(chǔ)聚合物和增強纖維（碳纖維、玻璃纖維、尼龍玻纖等）組成。?具有高強度、耐高溫、輕量化，適用于各個行業(yè)的應(yīng)用。</b>圖為復(fù)合材料制作的假手。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">二、打印技術(shù)</b></p><p class="ql-block">3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過逐層堆積材料來制造物體的技術(shù)。</p><p class="ql-block">3D打印經(jīng)歷了多個階段，日新月異發(fā)展到當前的多種成型方式，不斷涌現(xiàn)出新的技術(shù)和工藝。</p> <p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">3D打印，具有快速成型、個性化定制和復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造等優(yōu)勢，在</span>航天航空、建筑、醫(yī)療、房屋建筑、工藝品、汽車等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用<span style="font-size:18px;">，3D技術(shù)引發(fā)了全新的理念與技術(shù)手段，智能算法與3D打印的融合，展示了3D打印技術(shù)的多功能性和高效性，不僅有助于降低成本，還有助于減少浪費，</span>推動制造業(yè)走向更加創(chuàng)新和可持續(xù)的未來。 </p><p class="ql-block"> </p> <p class="ql-block">主要打印技術(shù)有：</p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">1.熔融沉積成型（FDM）</b></p><p class="ql-block">也稱材料擠壓打印。使用熱塑性塑料長絲供料，并通過噴嘴逐層沉積。<span style="font-size:18px;">用于任何有機或無機材料和多色打印。 圖為金屬陶瓷擠壓打印。</span></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">2. 立體光固化(SLA/DLP)</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px;"><span class="ql-cursor">?</span></b>使用低功耗激光或投影光源，將光敏樹脂逐層轉(zhuǎn)換固化，為三維固體塑料成品的<span style="font-size:18px;">光刻打印技術(shù)。研究人員最近</span>使用量子點改進 SLA 3D打印工藝，使樹脂光聚合更穩(wěn)定、更安全。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">3. 選擇性激光燒結(jié)(SLS)</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px;"><span class="ql-cursor">?</span></b>使用高能激光將粉末狀材料（如塑料、金屬、陶瓷等）燒結(jié)在一起，形成固體。?</p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">上海機器人產(chǎn)業(yè)園智慧灣主展廳展出的《蒙娜麗莎》像素畫，通過SLS激光選區(qū)燒結(jié)尼龍材料，由130片單元組成，</span>總體尺寸為4550mm*3500mm*45mm，<span style="font-size:18px;">是目前全球最大的3D打印像素畫。</span></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">4..粘結(jié)劑噴射(BJ )</b></p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">使用液體粘合劑快速和廉價的粉末材料（包括金屬，砂，聚合物，雜化和陶瓷）逐層粘合在一起形成粘結(jié)層，有能力打印非常大的產(chǎn)品。</span></p><p class="ql-block">圖為，采用粘結(jié)劑噴射3D打印<span style="font-size:18px;">相對復(fù)雜的零件。</span></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">5．材料噴射打?。∕J）</b></p><p class="ql-block">將液態(tài)材料光聚合物樹脂逐滴噴射到打印區(qū)，然后在紫外光的照射下固化，逐層構(gòu)建復(fù)雜的3D零件。?零件具有非常光滑的表面，是制作美學(xué)原型的理想選擇，<span style="font-size:18px;">應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，包括解剖模型和具有細如髪絲的微通道的微流體的研究。</span></p> <p class="ql-block"><b>6．</b><b style="font-size:22px;">片材層壓（ LO M）</b></p><p class="ql-block">選擇合適的薄片材料，例如紙張、金屬薄片，<span style="font-size:18px;">陶瓷、塑料等，並可混合使用不同材料. 用</span>粘合劑、超聲波焊接或熱壓等方法將材料層粘合在一起 ，<span style="font-size:18px;">形成三維物體。</span>適合快速原型制作、模型制作和簡單零件的制造。 </p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">7．粉末床熔融</b><span style="font-size:22px;">(EBM)</span></p><p class="ql-block">選擇性激光粉末燒結(jié)和選擇性熱燒結(jié)打印技術(shù)。使用電子束或激光將材料粉末（<span style="font-size:18px;">金屬，陶瓷，聚合物，復(fù)合材料和混合材料）</span>熔融，<span style="font-size:18px;">應(yīng)用于</span>效率至關(guān)重要的火箭領(lǐng)域，將兩種材料內(nèi)部晶粒產(chǎn)生粘結(jié)，零件不會在巨大的壓力和溫度梯度變化下發(fā)生斷裂情況<span style="font-size:18px;">，</span>使其成為航空航天工業(yè)的一項寶貴進步。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">8. 定向能量沉積(DED)</b>。</p><p class="ql-block">DED是一種涉及熔化或燒結(jié)材料（通常為粉末或線材形式，使用激光或電子束等熱源）以逐層構(gòu)建或修復(fù)零件的過程。一旦材料沉積下來，它就會冷卻，每一層都與下面的一層融合，形成穩(wěn)定而堅固的最終結(jié)構(gòu)。在航空發(fā)動機單晶渦輪葉片修復(fù)中的應(yīng)用。</p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(57, 181, 74);">以上這些技術(shù)各有特點，適用于不同的應(yīng)用場景,每種技術(shù)都基于不同的工作原理，以應(yīng)對加工速度、精度、材料軟硬、固液等于不同的應(yīng)用場景。</b></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">后記</b></p><p class="ql-block">我最早對3D的認識只限于服裝的制作，沒有吸引到我的注意力，后來得知3D打印大到可以修復(fù)火箭，小到1-2mm的零件都可以打印，打印的材料、技術(shù)五花八門，產(chǎn)品更是琳瑯滿目，吃穿住行用的都能打印，旣新鮮又神奇，為了和大家分享，我選取了部分圖片，希望能在3D打印技術(shù)領(lǐng)域，也為你增添一些見識。</p>