3D打印技术在精密检测工程中的应用

2022-02-06罗云丽

大众标准化 2022年11期

罗云丽

（梧州职业学院，广西壮族自治区梧州 543000）

1 3D打印技术

3D打印，是一种快速成型技术，也是一种增材制造，主要就是通过三维模型作为基础的一种打印技术，在传统平面印刷技术的基础上，通过喷头进行三维运动，实现二维图层叠加打印的模型打印方法，采用对层级材料进行增加，从而生成相应的三维实体，是材料增加的过程，对于这种形成过程，也称之为熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM），是实际发展中较为成熟的技术之一，和传统技术比较分析，3D打印技术有着良好的安全性以及便捷性，在当前各个行业中有了很好的应用，比如，珠宝设计行业以及工业设计中，还有建筑、航天、汽车等行业中有着普遍性的应用。

2 3D打印材料应用

在增材制造技术发展中，材料作为非常重要的基础，对于3D打印技术的发展有着很大的影响。现阶段，针对3D打印技术当中的材料主要有以下相关方面：

2.1 通用塑料

通用塑料主要指的就是自身的机械性能比较差，不能应用在结构当中，并且还不可缺少的塑料，这种产量比较大，价格也低廉，使用范围广的塑料称之为通用塑料。目前通用塑料品种多，3D打印技术在实际的应用中，所涉及到的材料主要有丙烯腈–丁二烯–苯乙烯共聚物（ABS）和聚烯烃等。然而通用塑料当中所存在的相关缺陷，对于3D打印要求不能满足，因此，就需要结合材料实际情况做好相应的改性操作。

聚烯烃主要包含聚乙烯以及聚丙烯等材料，这些材料在性价比以及性能方面有着非常明显的优势，是典型的聚烯烃塑料。因为其分子结构比较特殊，在外界自然环境中很容易将杂质混入其中并产生氧化，比如，变色以及强度变弱等。有关人员通过研究发现，通过松木碱法所制作的碱木质素，在聚丙烯的工业化发展中有着良好的抗老化性以及抗紫外线的能力。

2.2 工程塑料

工程塑料是一种热塑性材料，主要就是在结构材料当中进行有效应用，在相关强度、硬度以及抗老化性等方面有着很重要的作用。因此在当前的3D打印材料当中应用非常的普遍，比较常见的工程塑料主要有以下相关方面：

2.2.1 ABS工程塑料

ABS是一种三元共聚物，其中A代表的是丙烯腈B代表丁二烯，S代表苯乙烯，一般是不透明状态，气味刺激性比较小，颜色呈乳黄色，具有高强度以及高韧性等特点，在表面加工处理方面较为容易等。但是，这种材料的耐候性特点比较差，很容易出现收缩变形，在成型当中有刺激性很强的气味出现。为了可以将这种材料自身的属性改进，以及在成型方面的缺点进行改善，就需要加强不断研究和开发，通常在实际的应用中主要采用填充其他相关材料以此来提升其性能。

2.2.2 PC树脂(聚碳酸酯)

PC树脂作为一种比较成熟化的热塑性材料，由于其强度较高、燃点高、耐冲击性能良好，在当前的电子电器以及汽车医疗等行业有着很好的应用。PC树脂颜色单一，白色比较多，强度也相较于ABS材料高，在当前的工程领域中有着良好的性能，但是这种材料自身的粘度比较高，流动性也非常的差。

2.2.3 PA树脂(尼龙)

尼龙材料作为一种白色的粉末，自身具备良好的力学性能，其整体优点也非常的突出，在当前的汽车以及电器等产品当中被普遍应用，这种材料的粉末粒径比较小，在模型的制作中精度也是非常的高，热塑变形温度在110 ℃，粉末熔融温度180 ℃；在完成烧结之后能够对后处理过程实现节约，可以有良好的抗拉伸性能。但是在颜色选取中存在一定的局限性，为了使得颜色多样化，一般都是采用喷涂以及其他方式进行着色，但是这种材料自身的吸水性比较大，在低温条件下耐冲击性能比较低，尺寸也不稳定，需要对其实施改良之后才可以应用。

2.2.4 PEEK树脂(聚醚醚酮)

PEEK这种材料作为一种比较特殊的塑料，其自身性能良好，在当前的生物医学以及工程领域有着普遍的应用。但是，这种材料作为一种生物惰性材料，基于此，对于实际应用有很大的影响。加强PEEK材料和纤维材料的融合应用，可以将材料的属性有效改进，该材料在当前的实际应用中，结合自身碳纤维以及高强度等方面的属性特点，在强度和模量方面的性能有着明显的提升，对于这种材料自身的抗变形能力也可以提升。

2.3 生物塑料

生物塑料主要就是在外界相关影响因素下，可以实现分解或者降解，从而降解为相应的无污染的物质。随着当前人们自身环境保护意识的提升，在3D打印材料的选取中，对于生物塑料的应用非常的常见，尤其是在医疗等事业的发展中，对于生物塑料的应用有着很重要的作用。

2.3.1 PLA(聚乳酸)

PLA（聚乳酸）是一种环保性良好的聚合物材料，其主要就是采用农作物秸秆实现发酵，以此来对乳酸进行获取，并且采用聚合的方式获取聚乳酸，这种材料自身具备良好的相容性以及可降解性，能够很好地应用于各种加工方式当中，比如，吹塑、热塑等，使用比较便捷，在光色度以及透明度等方面，和其他材料相比较有着良好的特征。3D打印技术在制造中结构比较复杂，并且可以准确地实现，这种优点使得3D打印技术在现阶段医学事业的发展中有着广泛的欢迎度。例如，在针对骨组织的制作当中，还有相应的医学模型制作方面。然而因为这种材料自身有相应的高脆性等特点，对于实际应用有着很大的影响，因此，就需要不断加强这方面属性的有效开发和改进。

2.3.2 PCL(聚己内酯)

这是非常常见的一种生物降解性热塑性材料，其特点主要就是无毒以及熔点较低，其熔点约为60 ℃，有着良好的生物相容性以及可降解性特点，在医学组织工程当中可以作为支架材料，比如，身体相关器官的修复等方面。但是这种材料自身的机械性能不强，为了对其性能有效改善，相关研究人员可以通过对无机成分改性处理，以此实现打印技术的实现，从而在完成改性处理之后，材料自身的抗冲击性以及抗变形能力也能够很好的提升。

2.3.3 PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯－1，4－环己烷二甲醇酯)

PETG作为一种共聚酯，这种状态就是处于没有完全结晶的状态，特点是抗脆性以及明度良好，并且无毒以及相容性良好，自身的注塑性能良好，可以应用在一些强度要求较高的零件中。因为其力学性能以及特性良好，在当前的塑料产品生产以及医疗、包装等方面有着很好的应用。但是这种材料变形温度较低以及价格比较贵，对于其广泛应用有着很大的影响。

2.3.4 光敏树脂

光敏树脂（UV树脂）的组成主要是由预聚体和聚合物单体所构成，同时进行光敏剂的添加，这种材料自身具备良好的粘度低以及液体流动性良好等特点，在当前的3D打印中，是保证打印精度良好的主要聚合物材料之一。在工业生产以及医疗行业中被普遍应用。尽管光敏树脂材料优点众多，但是还有很多问题存在，比如，会有较为显著的变形特点，以及收缩率比较大，对其应用也会有一定程度上的影响。

2.3.5 金属材料

3D打印当中，金属粉末的要求非常的高，尤其是在纯度以及粒度布局方面的要求，需要其能够符合相应的标准要求。现阶段，应用在3D打印当中的金属粉末材料主要有模具钢、不锈钢和钛合金等方面。除此之外，在进行珠宝印刷当中应用的相关贵金属材料粉末，比如，黄金或者白银等。另外，在3D打印的应用中，钛金属材料也非常重要，特别是金属材料的强度以及耐腐蚀性等方面，和其他金属材料相比较，性能良好，所以，在航天以及火箭等结构比较复杂的零部件生产中应用非常良好。通过3D打印技术，不断加大新合金材料的开发以及应用，传统合金开发中，需要的冶炼时间比较长，并且代价很高，通过3D打印就可以将这些问题有效处理。并且金属类的3D打印技术使用范围比较广，在目前的多个行业中有所应用。

2.3.6 陶瓷材料

陶瓷材料自身的特性优良，尤其是在强度以及耐高温和化学稳定性方面有着良好的优势，其在当前大部分行业中有着显著性的应用。然而，因为陶瓷材料自身具有一定的缺点，比如，脆性高以及硬度高等，加工难度大，特别是一些复杂的零部件，由于实际的加工成本比较高，在开发中周期也比较长，这对于新产品的开发需求很难有效满足。3D打印当中相对于陶瓷材料的要求方面，通常是将陶瓷粉末和相关粘合粉末进行混合生产，粘合剂粉末实施激光烧结实现熔融，通过无机粉末自身的粘结固化作用，并最终采用热烧结来对产品的机械强度提升。

2.3.7 石膏

石膏本质上是一种硫酸钙，化学式为二水硫酸钙。在当前很多生产行业中有所应用，比如，食品以及农业等方面，和其他的3D打印材料对比分析，石膏的优势主要表现在：①粒径小，调整空间大；②安全绿色；③能够实现彩色打印；④价格比较低。石膏在当前的医疗骨科中有着很普遍性的应用，3D打印的石膏支架能够采用三维扫描针，对于每个患者实际的损伤程度实施合理设计，这种新型石膏保护框架，其优点主要体现在比较轻以及便于维护等，也可以实现皮肤的有效呼吸。但是，石膏也有很多缺点，在完全硬化之后会存在一定的空隙，其密度和强度都不高，耐水性比较差等，这对于石膏的应用有着很大的影响。为了能够对所存在的这些问题有效处理，就需要在生产中加入相应的粘性材料，从而形成相应的复合型材料，通过这些物质的添加，可以将硫酸钙的弹性增强，相关研究人员将明胶加入其中，对其性能有效改善，制备了明胶/硫酸钙（GLGel/CS）复合材料，在实际的生物相容性当中有着很好的优势，可以很好地解决耐水性差以及强度低等问题。

3 3D打印技术在精密检测工程中的应用

现阶段，在各个行业当中，3D打印技术有着普遍性的应用，并且应用性也在不断地提升。随着3D打印技术的快速发展，相应的产业规模也在不断地扩大，这就表明，3D打印技术在社会经济发展中逐渐成为经济支柱性产业之一，3D打印技术在我国还有非常大的发展延伸空间。

4 3D打印技术未来发展重点

4.1 简化生产过程

3D打印技术在一定意义上可以将产品生产过程进行简化，将产品的制造过程时间缩短，以此来对生产效率提升。随着时间以及成本等方面的不断有效完善，也难免会出现相应的质量问题。但是随着打印产品质量的不断提升，在更多的行业发展中3D打印技术被有效应用，所占有的市场份额也在不断增大，这是3D打印技术主要的发展方向。并且，在发展过程中，还需要加强对模型产权问题的有效维护，以及对于3D打印设备的有效研究和开发，降低打印的成本，减少材料消耗。

4.2 提升材料使用率

和传统的生产模式相比较，3D打印技术可以将生产中所需要的材料成本大大地降低，在传统生产中，车间生产以及流水线当中，模具出现误差，使得产品合格率不高，在生产过程中也会出现大量的消耗品，对材料的实际使用效率非常低。尽管对于一些边角料可以进行回收利用继续生产使用，但是该过程所存在的成本较大问题非常的明显。3D打印技术采用数字化建模技术，将材料有效转化为实物的一种技术，这种生产精度高、简单高效，可以保证材料在实际的生产过程中高效化以及精准化应用，对材料的使用效率往往很高，在生产中相应的成本也能够大大地节约，从而将企业的生产效率提升，生产经济效益增大，特别是针对一些生产稀有材料产品的企业来讲，这种优势更加的明显，基于此，在当前高价值以及高精度产品加工生产中，3D打印技术有着非常重要的作用。