3DP打印技術(shù)的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用

3DP打印技術(shù)中文全稱為三維印刷工藝，英文全稱為Three-Dimensional Printing。該工藝是美國麻省理工學(xué)院Emanual Sachs等人于1993年研發(fā)。

一、3DP打印技術(shù)的原理

3DP打印技術(shù)（簡稱3DP技術(shù)）通過噴頭運(yùn)用粘接劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”（個(gè)人理解：粘接）在材料粉末上面。因?yàn)檎辰拥牧慵?qiáng)度較低，所以需后處理改善零件性能。

具體工藝過程如下：前一層粘結(jié)完畢后，成型缸下降一定的距離（約等于層厚：0.013~0.1mm），同時(shí)供粉缸上升一定距離，并推出若干原材料粉末。原材料粉末被鋪粉輥推至成型缸，并被壓實(shí)。噴頭在計(jì)算機(jī)控制下，根據(jù)建造截面的成型數(shù)據(jù)建造截面，多余的原材料粉末被集粉裝置收集。如此不斷重復(fù)送粉、鋪粉和噴射粘結(jié)劑過程，最終完成一個(gè)三維粉體的粘結(jié)。未被噴射粘結(jié)劑的部分為干粉，在成型過程中起支撐作用，成型結(jié)束后，較容易去除。

二、3DP打印技術(shù)的材料

原材料：大部分為粉末狀，塑料粉末、陶瓷粉末、石膏粉末、金屬粉末、復(fù)合材料粉末等。

3DP技術(shù)對粉末材料的基本要求（1）顆粒小且均勻（2）流動(dòng)性好，確保供粉系統(tǒng)不堵塞（3）液滴噴射沖擊時(shí)不產(chǎn)生凹坑、濺散和空洞

3DP技術(shù)對粘結(jié)劑（用于粘結(jié)粉末的物質(zhì)）的基本要求（1）易于分散且穩(wěn)定，可長期存儲(chǔ)（2）不腐蝕噴頭（3）粘度低，表面張力強(qiáng)（4）不易干涸，能延緩噴頭抗堵塞

三、3DP打印技術(shù)的特點(diǎn)

3DP技術(shù)的優(yōu)勢：（1）無需激光器等昂貴元器件，設(shè)備造價(jià)降低；（2）成型速度快，成型噴頭可用多個(gè)噴嘴；（3）可使用多種粉末材料，也可以采用彩色的粘合劑；（4）打印過程無需支撐材料；（5）工作過程較為清潔；（6）可實(shí)現(xiàn)大型件的打印（目前可達(dá)4m）。

3DP技術(shù)的劣勢：（1）模型精度和表面質(zhì)量比較差；（2）強(qiáng)度、韌性相對較差，無法適用于功能性試驗(yàn)；（3）原材料價(jià)格較貴。

四、3DP打印技術(shù)的后處理

3DP技術(shù)打印的后期處理過程相較其他幾種3D打印技術(shù)的后處理簡單。后處理主要包括模具靜置、干燥固化、去粉、包覆四個(gè)步驟。

（1）模具靜置3DP打印結(jié)束后，需要將打印的模具靜置一段時(shí)間，使得成型的粉末和粘結(jié)劑通過交聯(lián)反應(yīng)、分子間作用力等作用固化完全。

（2）干燥固化當(dāng)模具具有初步硬度時(shí)，可根據(jù)不同類別用外加措施進(jìn)一步干燥固化，例如通過加熱、真空干燥等方式。當(dāng)模具凝固到一定強(qiáng)度后再將其取出。

（3）去粉完成前述工序后，所制備模具可具備較強(qiáng)硬度，這時(shí)需要將表面其他粉末除去?？梢杂盟⒆訉⒅車蟛糠址勰呷?，剩余較少粉末可通過機(jī)械振動(dòng)、微波振動(dòng)、不同方向風(fēng)吹等除去，也有報(bào)道稱可將模具浸入特制溶劑中，此溶劑能溶解散落的粉末，不能溶解固化成型的模具，可達(dá)到除去多余粉末的目的。

（4）包覆對于去粉完畢的模具，特別是石膏基、陶瓷基等易吸水材料制成的模具，需考慮其長久保存問題，常見的方法是在模具外面刷一層防水固化膠，增加其強(qiáng)度，防止因吸水而減弱強(qiáng)度?；?qū)⒛＞呓肽芷鸨Ｗo(hù)作用的聚合物中，比如環(huán)氧樹脂、氰基丙烯酸酯、熔融石蠟等，最后的模具可兼具防水、堅(jiān)固，美觀，不易變形等特點(diǎn)。

五、影響3DP打印快速原型零件坯的精度因素

（1）粉末材料以及與之匹配粘接溶液的性能；（2）粉末層厚度和壓實(shí)密度；（3）噴射粘滴的定位精度；（4）噴射粘滴對粉末的沖擊作用。審核編輯：郭婷