一文读懂什么是3D打印

国际金属加工网 2019年09月25日

一、3D打印的概念

3D打印技术是指由计算机辅助设计模型(CAD)直接驱动的,运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等材料,在快速成形设备里分层制造任何复杂形状的物理实体的技术。基本流程是,先用计算机软件设计三维模型,然后把三维数字模型离散为面、线和点,再通过3D打印设备分层堆积,最后变成一个三维的实物。

传统制造技术是“减材制造技术”,3D打印则是“增材制造技术”,具有制造成本低、生产周期短等明显优势,被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产技术”。3D打印将多维制造变成简单的由下而上的二维叠加,从而大大降低了设计与制造的复杂度。同时,3D打印还可以制造传统方式无法加工的奇异结构,尤其适合动力设备、航空航天汽车等高端产品上的关键零部件的制造。

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3D打印应用的领域广泛,3D打印在下游应用行业和具体用途领域的分布反映了这一技术具有的优势和特点,同时也反映了这一技术的局限和在发展过程中尚需完善的地方。

目前,随着国内对于3D打印技术的相应成熟,在生物医药行业、航空航天行业、机械设备行业、汽车行业等行业的许多应用领域对于3D打印的需求较高。

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就目前而言,从国内3D打印行业行业的下游应用情况来看,3D打印设备主要在消费品/电子、医疗、工业设备、汽车领域、航天航空等行业应用的比较广泛。

二、3D打印都用什么材料

3D打印行业材料环节和工艺是核心,目前3D打印使用的材料主要为:树脂类(光敏树脂类等)、塑料类(ABS等)和金属类(钛合金等),其中金属材料壁垒更高,独立的材料供应商模式将有很大的发展空间,对国内企业而言,对金属粉末(如钛合金粉末等)技术掌握对3D打印发展具有重要意义。目前产业链上游的精密机械、信息技术、数控技术、材料科学和激光技术的核心技术大多掌握在外国大公司手中。我国业内企业规模普遍较小,具有高校背景的3D打印企业大都专注于产业链的中游,从行业容量来看,未来3D打印行业上游材料和下游服务的空间较大,而中游3D打印机的空间相对较小。

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1.工程塑料

工程塑料指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料,是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。工程塑料是当前应用最广泛的一类3D打印材料,常见的有ABS、PC类材料、PLA、尼龙类材料等。

2.光敏树脂

光敏树脂即ultraviolet rays(UV)树脂,由聚合物单体与预聚体组成,其中加有光(紫外光)引发剂(或称为光敏剂)。在一定波长的紫外光(2500~300nm)照射下能立刻引起聚合反应完成固化。光敏树脂一般为液态,可用于制作高强度、耐高温、防水材料。

3.橡胶类材料

橡胶类材料具备多种级别弹性材料的特征,这些材料所具备的硬度、断裂伸长率、抗撕裂强度和拉伸强度,使其非常适合于要求防滑或柔软表面的应用领域。3D打印的橡胶类产品主要有消费类电子产品、医疗设备以及汽车内饰、轮胎、垫片等。

4.金属材料

近年来,3D打印技术逐渐应用于实际产品的制造,其中,金属材料的3D打印技术发展尤其迅速。在国防领域,欧美发达国家非常重视3D打印技术的发展,不惜投入巨资加以研究,而3D打印金属零部件一直是研究和应用的重点。3D打印所使用的金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低。目前,应用于3D打印的金属粉未材料主要有钛合金、钻铭合金、不锈钢和铝合金材料等,此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属粉末材料。

5.陶瓷材料

陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性,在航空航天、汽车、生物等行业有着广泛的应用。但由于陶瓷材料硬而脆的特点使其加工成形尤其困难,特别是复杂陶瓷件需通过模具来成形。模具加工成本高、开发周期长,难以满足产品不断更新的需求。

6.其他3D打印材料

除了上面介绍的3D打印材料外,目前用到的还有彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等材料。


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