3D打印技术研究现状和关键技术

（江苏省徐州技师学院，江苏徐州市，221000） 许靳凯

当前在我国工业体系中3D打印技术已经初步的形成一定的规模，同时3D 打印技术在印刷质量和印刷速率上都比传统打印技术更具有竞争优势。随着目前我国对3D 打印技术研发的进一步深入，当前市场中所使用的3D打印技术已经不断的改善和突破并取得了一些显著的成绩。

1 3D打印技术的基本概述

当前市场中所运用3D打印技术主要是应用离散和堆积原理组合而成，在此基础上通过对材料不断的叠加和积累，从而对产品进行操作和制造。3D打印技术在工业生产中的定义主要是比较传统的一类机械印刷技术，这样的机械印刷技术在生产过程中通过增减材料来完成产品的制造，因此3D 打印技术被人们称之为“增材制造技术”。这项技术在应用的过程中需要采用电子计算机进行密切配合，通过电子计算机就可以将已经定型成零件的3D模型根据产品生产设计所需要的厚度进行自主切割。同时电子打印装置还会根据已经完成切割后的模具厚度和模具外形，进行自主的组装设计，使不同厚度的模具外形进行合理的叠加，这样就可以得到三维立体化的实体零部件。在进行3D打印技术的过程中工作人员并不需要采用传统的模具或者是刀具一类的切割工具，直接通过打印机器就可以完成整个模具的制造过程。因此在工业生产中3D 打印技术是比传统制造技术更为复杂的一种生产技术，这项技术简化了传统制造技术中的相应制造流程，提高了产品制造过程中的效率。

2 3D打印技术在应用中的相关分类

当前在工业领域应用中3D打印技术主要可以划分为3大类：

2.1 3D打印技术中的光固化立体成型印刷技术

光固化立体成型印刷机在应用的过程中，主要是通过紫外激光对一些树脂聚合类的光敏聚合物进行逐层的扫描，通过这样的方法就可以将一些液态的材料进行固化处理，然后在3D 打印机的作用下使材料不断积累成型。在实际的操作应用中，使用光固化立体成型技术所耗费的成本较高，同时这种技术只适用于生产一些结构较为复杂的零部件，在应用过程中可以选择的相应材料也极为有限。

2.2 3D打印技术中的电子束选区熔化类印刷技术

电子束选区熔化类印刷技术需要在实验室特制的真空环境下进行，在真空环境通过3D 打印技术可以将金属粉末作为产品生产过程中的原材料，打印机只需要根据预先所设定的程序，不间断的在粉末床上方将金属粉末进行铺开扫描，然后通过电子束作为打印过程中的热源，将已经铺开完毕的金属粉末进行熔化和固定，然后通过反复实施以上操作便可以得到成型的金属零部件。电子束选区熔化类技术往往只适用于制作一些结构相对于复杂且性能要求较高的零件，同时这项技术在应用过程中受到生产环境的局限性。

2.3 3D打印技术中的分层实体制造类印刷技术

分层实体制造类印刷技术在打印过程中的原理是通过将类似于纸张厚度的原材料进行立体化摊铺作业，通过在这些原材料上方涂上一层热熔胶，然后将每层原材料的表面进行紧密贴合，在进行打印的过程中还需要根据预先设定的程序对每一层截面的具体结构和形状进行实时切割，在切割作业的过程中还需要对材料进行粘接进而形成立体化的零部件原型。在生产过程中通过这样的打印技术主要是用来生产一些尺寸较大的零部件，同时分层实体制造类印刷机在打印过程中所耗费的原材料较大，也不符合经济环保原则。

3 3D打印技术当前在我国的研究现状

3.1 我国3D打印技术主要以高校为研发中心

目前我国的3D打印技术主要是以社会中的一些高等学府作为3D 打印技术的主要研发基地，例如清华大学、西安电子科技大学、合肥工业大学等高校，已经逐步建立了3D 打印技术的研发核心体系，这些高校在研发3D 打印技术的水平在国际上都处于较为先进的水平，通过这些高校对3D 打印技术的深入研究，就可以为我国的3D 打印技术体系的建设建立一个良好的基础。其中最为明显的是清华大学在3D 打印技术的原材料开发中，已经研发出了ABS材料和FDM蜡材料，通过这些材料的应用对当前3D打印技术中的原材料使用具有一定的开发作用。

3.2 当前已经形成初步规模的3D打印市场

通过各个高校的研发中心所科研出的一些3D打印技术科研成果和一些专业化机构开发的一些相应技术，在我国的3D 打印市场中也应运而生了较多的服务企业和增材装置企业，这些企业可以自主的研发一些3D打印技术中所需要的特定控制装置和机械生产系统，并且我国部分企业对3D 打印技术中所使用的核心技术还是有一定自主产权，使得我国国内已经形成了初具规模的3D打印市场。

3.3 3D打印技术的总体打印规模呈上升趋势

在根据有关调查研究中显示，我国的3D 打印技术总体打印规模呈上升趋势，在2015 年至2019年，3D打印技术为我国社会创造的经济总价值由原先的243 亿上升至1 726 亿元，同比增长率达到了710%。此外，3D 打印技术在我国各行各业的应用也越加广泛，我国对这项技术在研发和使用过程中也具有一定的核心优势。为了保证3D打印技术不会在生产过程中造成印刷成品出现问题，我国政府及有关部门对打印过程中使用的原材料进行了明文规定，保证3D 打印技术在社会中的有序发展。同时当前我国已经成为世界首个运用激光成型技术来研究和制作大型金属零部件的生产国家之一。

4 3D打印技术中的关键技术探索

在我国科研机构的研究中发现3D打印技术虽然对粉末的质量没有具体的要求，但是如果粉末的粒径低于40μm时，那么就会对3D打印装置的送粉操作造成一定的影响，因此现阶段对3D 打印技术中所应用的印刷粉末质量和打印过程中的得到率，便成为提高3D打印技术的主要研发项目之一。同时在3D 打印技术应用的过程中，操作人员还需要对打印过程中零部件的损坏情况进行仔细的测量和录入，如果在3D 打印过程中出现类似于焊接的气孔或者是裂缝，那么便会造成3D 打印制件出现损毁情况，因此还需要建立出一套严格的规范体系和监控系统来控制印刷过程，进而提高3D 打印的质量。

5 结束语

当前我国的3D打印技术与国外的先进技术水平相比具有一定的差距，这就需要对3D 打印技术中的关键性技术进行深入研究，并增加3D 打印技术研究过程中的研发资金，通过在打印过程中研制一些新材料的使用和新技术的运用，促进我国工业体系可持续性发展。