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3d,打印粉末材料 3D打印材料的发展及其制备现状摘要:3D打印,又称快速成型制造技术,被誉为“第三次工业革命”的核心技术,其中材料是3D打印物质基础,也是当前制约3D打印快速发展的瓶颈,本文章综述了3D打印中材料的发展现状,重点介绍了现在用于3D打印的几类主要材料及在3D打印中对所用材料的要求,并指出了当前3D打印材料发展现状及制备所面临的主要问题,最后总结了3D打印材料方面未来的一些发展趋势和方向。关键词:3D打印;快速成型制造技术;3D打印材料;制备方法前言 3D打印是指运用计算机软件设计出立体的加工样式然后通过特定的成型设备用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层打印出产品,[1]造,其无需原胚和磨具,就能直接根据计算机图形数据,通过增加材料的方法生产形状的物体,简化产品的制造程序,缩短产品的研发周期,,3D打印是一种依托信息技术、精密机械和材料科学等多学科交叉的高新技术。 3D打印技术包括“快速原型制造技术”和“金属构件直接制造技术”2大类。目前公众所了解的3D打印成果和案例大多属于“快速原型制造技术”范畴。其实快速原型制造的范畴比较广,除了3D打印还有“熔融沉积造型”、“选择性激光烧结”、“立体印刷”、“叠层[2]实体造型”“光固化”等多种方式。与传统制造技术相比,3D打印技术适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂开关零件的制造、模具的设计与制造等,也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。当前3D打印己应用于产品原型、模具制造、艺术创意产品、珠宝制作等领域。但材料问题是3D打印的物质基础,从根本上决定了3D打印产品的精度,制作时间及使用性能等,当前国内生产的3D打印材料基本不能满足要求,很大一部分都是采用国外进口,由于在3D打印中对材料的要求很高,也是制约3D打印发展的瓶颈,这里简要介绍当前3D制造材料要求,发展现状,制备过程及所存在问题,最后介绍了3D打印未来发展趋势。 13D打印材料及要求 、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。除此之外,彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材[3],与普通的塑料、石膏、树脂等有所区别,其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。通常不同的打印工艺其选择的材料和成型方法也有所不同,各成型工艺所用材[4]料和优缺点对比表如表1所示。根据打印设备的类型及操作条件的不同,3D打印对材料的一般要求为:所使用的粉末状3D打印材料的粒径为1-100um不等;而为了使粉末保持良好的流动性,一般要求粉末要具有高球形度;同时具有氧及其他杂质含量低、粒度均匀可控、致密性好、结合强度高等特点。表1各成型工艺所用材料和优缺点对比表 ,3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间,仍面临着多方面的瓶颈和挑战:一是成本方面,现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵,给其进一步普及应用带来了困难。二是受打印材料方面的影响,目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物,选择的局限性较大,成型品的物理特性较差,而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面,目前3D打印成品的精度还不尽人意,打印效率还远不适应大规模生产的需求,而且受打印机工作原理的限制,打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面,3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散,制造业面对的盗版风险大增,现有知识产权保护机制难以[5]适应产业未来发展的需求。 3D打印对原材料的要求比较苛刻,满足激光工艺的适用性要求所选的材料需要以粉末或丝棒状形态提供。材料融化后在软件程序驱动下,自动按设计工艺完成各切片的凝固,使材料重新结合起来,完成成型。由于整个过程涉及材料的快速融化和凝固等物态变化,对适用的材料性能要求极高,从而材料成本居高不下。有专家指出,3D打印的核心是它对传统制[2]造模式的颠覆,因此,从某种意义上说,3D打印最关键的不是机械制造,而是材料研发。快速原型制造及材料现状快速原型制造即通常所说的快速成型,目前3D打印快速成型用特种粉体材料大多是设备[6]工艺厂商针对各自设备特点定制的,优点是与专属设备的适用性好,研制难度相对小,缺点是材料的产业通用性差,产品成型过程的精度还有待提高,产品成型后的强度较低,可见,制品表面精度受粉末原材料特性的制约明显,工艺对材料依赖性不容忽视。高性能金属构件直接制造技术及所用材料现状起步于20世纪90年代初,工艺难度比较大,高性能金属