3D打印的學術名稱是增材製造(Additive Manufacturing, AM),或者快速成型技術(RP Rapid Prototyping)。考慮到本節主要介紹技術,後續文字將主要采用學術名稱。現有的製造技術主要包括四種,分別是:受壓成型、減材成型、生長成型和增材製造。受壓成型,是指基於材料的可塑性原理,通過模具控型轉換材料形態,使其變為某種零件或者產品,例如粉末冶金、鑄造和鍛壓等。減材成型,是指利用電化學或者刀具等辦法,剔除毛胚材料中不需要的部分,則剩下的部分就是想要加工的產品或者零件,如車、磨、銑、刨、激光切割和電火花等。生長成型,指的是利用各種材料的活性,成型為需要的產品或者零件,比如動植物的個體發育等。增材製造,是指通過化學、物理、機械等方法,有序添加材料,從而像搭積木一樣,使其堆積成型。
增材製造技術,可以迅速、精確地製造零件或者產品,卻不使用傳統的加工方法或者加工設備,從而能夠有效減少研發周期,降低開發成本,提高產品質量。它改變了過去的流水線生產模式,降低了企業對勞動力和生產空間的依賴,對零件或產品的加工模型產生革命性的影響。下文將逐一介紹增材製造技術的原理、典型技術並進行比較分析。
3D打印的技術原理
1.增材製造技術的原理和分類
(1)增材製造技術原理
增材製造技術由CAD數據模型驅動,從而快速製造出各種形狀的三維實體。該技術集成了機械工程技術、激光技術、數控技術、材料科學和計算機技術等,將三維幾何CAD模型分層離散化,采用粘結、燒結或熔融等特殊加工技術,逐層堆積材料,從而形成各種實體零件或者產品。
該技術的成型過程是:①通過計算機繪圖軟件設計數字模型。②對模型進行分層切割,得到每一層的二維輪廓。③對每一層的二維輪廓進行處理,形成二維平麵輪廓形狀。這裏涉及的技術有很多,例如:采用激光束,固化每一層的液態光敏樹脂,燒結每一層的粉末材料,或者用噴射源處理每一層的熱溶性或者粘結劑等材料。④將所有層疊加在一起,最終得到三維實體。