3D打印（增材制造）技术简介

刘亚斌

摘要：本文主要讲述了3D打印技术的原理，对各种3D打印技术的介绍及行业技术方向发展。

关键词：3D打印；成型工艺；3D打印机

做设计，看得见摸不着？直接开模风险大，设计不合理怎么办？

一、原理与方法

3D打印（3D printing），即增材制造，是快速成型一种。

它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。通常是采用数字技术材料打印机来实现的。

3D打印技术从狭义上来说主要是指增材成型技术，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几大大缩短，生产成本大幅下降。

二、几项主流的3D打印技术及技术动态

几类成型方式参数对比

1、LOM：分层实体成型工艺

分层实体成型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。

历史最为悠久的3D打印成型技术，也是最为成熟的3D打印技术之一。

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.

2、SLA立体光固化成型工艺（立体光刻成型）

该工艺最早由Charles W.Hull于1984年提出并获得美国国家专利，是最早发展起来的3D打印技术之一。

SLA工艺以光敏树脂作为材料，在计算机的控制下紫外激光将对液态的光敏树脂进行扫描从而让其逐层凝固成型，SLA工艺能以简洁且全自动的方式制造出精度极高的几何立体模型.

3、SLS：选择性激光烧结工艺

由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其硕士论文中提出的，随后C.R.Dechard创立了DTM公司并于1992年发布了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。

在国内也有许多科研单位开展了对SLS工艺的研究，如南京航空航天大学、中北大学、华中科技大学、武汉滨湖机电产业有限公司、北京隆源自动成型有限公司、湖南华曙高科等。

4、FDM：熔融沉积成型工艺

国内的清华大学、北京大学、北京殷华公司、中科院广州电子技术有限公司都是较早引进FDM技术并进行研究的科研单位。

5、3DP：三维印刷工艺

三维印刷工艺（Three-Dimension Printing，3DP），该技术由美国麻省理工大学的Emanual Sachs教授发明于1993年，3DP的工作原理类似于喷墨打印机，是形式上最为贴合“3D打印”概念的成型技术之一。3DP工艺与SLS工艺也有着类似。

6.LSF：激光立体成形技术

首先在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将该模型按一定的厚度分层“切片”，即将零件的三维数据信息转换成一系列的二维轮廓信息，再采用激光熔覆的方法按照轮廓轨迹逐层堆积材料，最终形成三维实体零件或需进行少量加工的毛坯。

从LSF技术的原理来看，其成形思路与快速原型（Rapid Prototype，RP）技术完全一致，即采用全新的增材制造原理实现零件的成形。因此，它具有一些与RP技术相同的特点，如柔性好（无需专用工具和夹具）、高度集成、加工速度快等。

二、盘点国外金属3D打印机及技术特点：

（一）、德国EOS，代表机型EOSINT M280金属3D打印机

可使用材料：不锈钢材料、钴铬钼合金MP1、钴铬钼合金SP1、马氏体钢、钛合金、纯钛、超级合金IN718、铝合金。

前不久，德国EOS公司把金属3D打印机M280升级为M290，EOS M290提升了在3D打印过程中的监控能力，以保证打印结果的高品质，尤其适合航空航天和医疗等高精尖行业的要求。除此之外，作为EOS公司的主力产品，M290在其它方面也做了一些改进。

（二）德国Concept Laser公司，代表机型X系列1000R

X系列1000R大幅面3D打印系统最早亮相是在2012年底的欧洲模具展上，它是Concept Laser公司与弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）在亚琛联合开发的。该系列机器最大的输出重量可达惊人的1000公斤！

（三）德国DMG，代表机型：DMG Lasertec 65，5轴加工+3D打印二合一

LASERTEC 65通过粉末喷嘴进行激光堆焊与铣削加工共同构成的独特复合技术，为用户提供全新应用和几何形状可能。通过LASERTEC 65增材制造工艺，SAUER LASERTEC目前提供将激光堆焊与5轴铣削结合在一起的复合加工解决方案。此工艺通过金属粉末喷涂方式成形，这比在粉床中成形速度最高可快20倍。

特点：可实现3D轮廓，无需底层几何：例如加工法兰，加工圆锥，灵活切换激光加工与铣削加工（5轴+3D打印二合一），允许直接铣削最终零件中无法接近的加工部位

（四）德国ReaLizer GMbH，代表机型：SLM 50

ReaLizer 2004年正式成立，注册专利为选择性激光熔融——Selective Laser Melting（SLM？），公司主要产品：SLM 50桌面型金属3D打印机，以及SLM 100和SLM 250工业级3D金属打印机。

可使用材料：铁粉、钛、铝合金、钴铬合金、不锈钢以及其他定制材料

（五）德国 SLM Solutins GmbH，代表机型：SLM 500

SLM Solutions是一家总部位于德国吕贝克的3D打印设备制造商，专注于选择性激光烧结（SLM）技术。公司前身是MTT技术集团德国吕贝克有限公司，2010年更名为SLM Solutins GmbH。而MMT隶属于英国老牌上市公司MCP技术，2000年推出SLM技术，2006年推出第一个铝、钛金属SLM 3D打印机。

这种技术是采用高精度激光束连续照射包括钛、钢、铝、金在内的金属粉末，将其焊接成型的技术，而德国SLM Solutions在这一技术上有着多项专利，居于领先地位。其3D打印机已经应用于汽车、消费电子、科研、航空航天、工業制造、医疗等行业.