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摘要：本文從當前3d打印成形方法和它在機械加工制造應用優(yōu)勢等方面著手，對現(xiàn)有的成形3D打印成形方法進行歸納總結，并在此基礎上對3D打印技術在機械制造加工領域的優(yōu)勢進行闡述，并指出3D打印技術應該朝著功能化、高精度、高強度等方向發(fā)展。

關鍵詞：3D打印；成形方法；機械加工制造

0引言

3D打印作為近年來興起的新型成形加工技術，與傳統(tǒng)加工工藝相比，具有數(shù)字化、快速性、工藝簡單等特點，在機械加工制造領域有著廣闊的應用前景[1，2]，但該技術在材料選用、產(chǎn)品強度和剛度方面還存在不足[3]，影響該技術的進一步發(fā)展。因此，為了更好地厘清其發(fā)展方向，本文對當前3D打印技術的主要成形方法進行總結，并對其在機械加工制造中的優(yōu)勢進行歸納，為該技術在機械制加工造領域更好的發(fā)展應用提供思路。

13D打印成形方法

3D打印不同于傳統(tǒng)的切削、鑄造等制造工藝，而采用增材制造的方式，利用材料的離散堆積原理來成形產(chǎn)品，該方式具有數(shù)字化、速度快、成本低等特點[4-5]。目前，國內(nèi)外高校、科研院所對3D打印技術的開發(fā)和應用展開相關研究。為了對3D打印技術的發(fā)展和應用有更明確的認識，本文從3D打印技術成形方法和機械加工制造的應用優(yōu)勢等方面展開論述，并對其進行總結、展望，圖1為3D打印流程圖[4]。

1.1光固化成型方法（SLA）。光固化成形方法是一種常見的3D打印成形方法，它以光敏樹脂為原材料，通過激光器或光源發(fā)出光束對光敏樹脂進行切片信息的路徑掃描，使光敏樹脂吸收能量，產(chǎn)生化學反應而固化成形的一種工藝技術，該技術具有精度較高、成形速度快等特點[6]，但也存在設備昂貴和污染環(huán)境等問題，且成形后一般需要二次固化才能更好地進行生產(chǎn)應用[4]。

1.2熔融沉積成形（FDM）。FDM成形技術是一種同步送料熔化成形工藝，最早由ScottC博士提出，它由伺服電機、送絲機構、噴頭、原材料、支撐材料等部分組成[4]，通過加熱噴頭，使噴頭內(nèi)的材料加熱后融化，再以一定的壓力擠出至切片信息規(guī)劃好的路徑來成形，通過層層堆積、疊加，最終成形工件或產(chǎn)品。該技術具有成本低、清潔性好、后處理工藝簡單等特點，但也存在成形精度、表面質量不高等問題[7]。

1.3激光選區(qū)燒結（SLS）。SLS燒結技術是將激光器作為能源，在已經(jīng)鋪好的粉末上面按照規(guī)劃路徑進行掃描照射，使粉末達到融化點，進行燒結并與下方成形部分實現(xiàn)粘結。當成形后，工作臺面下降一定的高度重新按照切片信息進行燒結成形。在燒結完成后去掉多余部分粉末，再進行后續(xù)處理。該技術具有材料使用范圍廣、工藝簡單等特點，但也存在成形零件精度有限，成本較高，性能不太理想等缺點[8]。

1.4激光選區(qū)熔化（SLM）。SLM技術是德國首先提出，該方法是通過激光按照切片信息路徑在基板上熔化粉末材料，并將它們成形的技術，在成形后成形缸體和粉末缸體分別下降和上升一定的距離，鋪粉裝置再重新進行鋪粉，進入下一個成形循環(huán)，直至成形工件。該技術具有成形材料范圍廣、利用率高、成形精度較高、表面質量較好等特點[9]。

1.5激光近凈成形（LENS）。LENS成形技術由美國最早進行開發(fā)，可對復雜零件進行直接成形的技術。該技術集激光熔覆技術和快速成型技術為一體，對材料進行成形。它具有成形時間短、速度快、成形相對柔性化、材料范圍廣等特點，具有較高的應用價值[10]。

1.6電子束熔絲沉積（EBDM）。EBDM成形技術最早由NASA開發(fā)，它是在真空環(huán)境中，通過電子束在金屬表面來形成熔池，在送絲機構的工作下，將材料運送到熔池處，按一定的運動軌跡來成形工件。該技術具有材料利用率高、成形快等特點，但是也存在應用環(huán)境受限、缺乏相關標準等問題[11]。

1.7三維立體打印（3DP）。三維立體打印技術最早由麻省理工CimaM.J.和ScansE.M.等人在1992年聯(lián)合研發(fā)，它是一種基于噴射液滴來成形的一種打印工藝，它是在脈沖信號控制電磁閥開關的背景下，高壓氣體進入噴頭腔體內(nèi)，瞬間擠壓出液滴，按照預定的路徑，噴射到成形基板的粉料上，通過層層堆積來打印成型產(chǎn)品。該技術具有無支撐、成形速度快等特點，但是打印出的產(chǎn)品強度、精度不高，不適宜用在一些高強度、高精度環(huán)境下[4，12]。

23D打印在機械加工領域的應用優(yōu)勢

由于3D打印技術具有較高的商業(yè)應用價值、智能化制造等優(yōu)點，也具有快速用來對新產(chǎn)品進行設計驗證等功能優(yōu)勢，為該技術在機械加工制造領域中的應用提供了可靠保證[13-14]。

2.1智能化制造。在傳統(tǒng)的機械加工制造中一般先進行毛坯件的鑄造，然后根據(jù)零件圖紙擬定加工工藝，再進行相應的加工制造，整個加工過程智能化水平較低。而3D打印則是智能化的制造過程，它首先根據(jù)建模軟件進行建模，然后對零件模型進行處理，并根據(jù)處理信息進行打印成形，整個加工制造過程相較于傳統(tǒng)的機械切削加工方式，省去了毛坯、圖紙的制作、擬定加工工藝路線等步驟，而是直接根據(jù)計算機的處理的三維模型信息來打印成形零件，整個打印制造過程全程智能化。

2.2經(jīng)濟性好。在機械加工制造中，需要經(jīng)常用到異形件、不規(guī)則件等非標準件，這些零部件由于屬于非標準件，適用范圍和數(shù)量都較少，但又不可或缺。在傳統(tǒng)制造方式下，對于這類型零部件只能進行單獨設計和加工制造，但這樣的加工制造方式需要耗費大量的財力、物力和人力，經(jīng)濟性較差。而在3D打印制造過程中，在零部件在滿足強度和使用環(huán)境的前提下可直接用3D打印方法打印出相關零部件，應用到機械產(chǎn)品中，這樣不僅能夠縮短零部件制造時間，而且能夠降低制造成本，提升經(jīng)濟性。

2.3材料利用率高。傳統(tǒng)的機械加工，一般是在較大的毛坯件上進行切削掉多余部分來成形零部件，但這樣的加工制造方式會造成材料大量浪費，材料利用率低。而3D打印成形零件的方法相比于傳統(tǒng)機械加工方式來說，它采用增材制造的方式進行零部件的制造，在這個過程中材料基本沒有浪費，實現(xiàn)了材料的最大化利用，提升了材料利用率。

2.4縮短產(chǎn)品開發(fā)驗證周期。產(chǎn)品驗證對于機械加工制造的產(chǎn)品來說，有著至關重要的地位。在過去，傳統(tǒng)制造方式下，產(chǎn)品的驗證周期比較長，它不僅需要大量設計零部件，還需要對這些零部件進行加工制造和組裝。在某些特殊情況下，一些新設計的特殊零部件，還需要新開發(fā)模具進行制造，在這種背景下，從設計到制造完成會產(chǎn)生較長的等待周期，導致整個新產(chǎn)品開發(fā)過程耗費時間過長，不利于企業(yè)快速將新產(chǎn)品推向市場。而3D打印技術能夠迅速按照新產(chǎn)品的零部件模型，通過增材制造的方式快速制造出來，從而以最短的時間完成對新產(chǎn)品的組裝驗證，大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)驗證周期，為新產(chǎn)品快速推向市場提供了有力保證，圖2為美國LocalMotors公司耗費44小時打印的汽車模型。

3結語

本文一方面通過對3D打印技術的成形方法進行分析，對不同成形方法進行對比總結，另一方面，針對3D打印技術在機械加工中的優(yōu)勢進行歸納，得出該技術具有智能化制造、經(jīng)濟性好、材料利用率高、縮短開發(fā)周期等特點。相信，隨著3D打印技術和信息技術的發(fā)展，3D打印技術必將朝著功能化、高精度、高強度的方向發(fā)展，其應用范圍必將越來越廣。

作者:蔣龍 姚曉彤 單位:山東建筑大學機電工程學院