史上最全的3D打印材料分析（沒有之一）

　　最近幾年經(jīng)常聽到3D這個(gè)詞，比如3D電影、顯示、掃描、3D打印技術(shù)。首先我想給3D打印技術(shù)做一個(gè)比較完整的定義，3D打印技術(shù)是在計(jì)算機(jī)中將物體的三維模型通過分層軟件分成若干層，通過3D打印設(shè)備在一個(gè)平面上按照分層圖形、將塑料、金屬甚至生物組織活性細(xì)胞等材料燒結(jié)或者黏和在一起，逐層累計(jì)疊加最終形成一個(gè)物體。

　　3D打印技術(shù)的特點(diǎn)：制作周期短、個(gè)性化制造、制作材料多樣、制作成本相對低、應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域廣。

　　根據(jù)3D打印技術(shù)的特點(diǎn)以及所使用的材料，我們分為五大類，光敏固化成型、熔融沉積成型、選擇性激光燒結(jié)、分層實(shí)體制造，最后的3D打印技術(shù)。

　　光固化以液態(tài)光敏樹脂為原材料，在計(jì)算機(jī)控制下對紫外激光對液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描，產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，如此反復(fù)直至完成整個(gè)零件的固化成型。

　　分層實(shí)體制造：根據(jù)臨建分層幾何信息，切割箔材和紙張等，將所獲的層面粘接成三維實(shí)體。

　　選擇性激光燒結(jié)：采用激光有選擇的逐層燒結(jié)固定粉末，疊加生成預(yù)定形狀的三維實(shí)體零件的一種3D打印方法。

　　熔融沉積成型：將熱塑成性材料絲通過加熱器的擠壓頭熔化為液體，由計(jì)算機(jī)控制擠壓頭沿零件的每一截面的輪廓準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)，以固定的速率進(jìn)行熔體趁機(jī)。

　　下面重點(diǎn)講一下金屬3D打印技術(shù)。金屬3D打印技術(shù)是當(dāng)今3D打印技術(shù)中最前沿最優(yōu)潛力的技術(shù)，可以分為三種，選區(qū)激光熔化、激光近凈成形技術(shù)，電子束熔融。

　　3D打印材料，現(xiàn)階段制約3D打印技術(shù)發(fā)展因素的主要有兩個(gè)，打印材料和設(shè)備。目前3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、光敏材料和陶瓷材料。它的形態(tài)一般是粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀。

　　工程塑料，強(qiáng)度、硬度、耐沖擊性、耐性、抗老化性均比較優(yōu)秀。光敏樹脂由聚合物單體和預(yù)聚體組成的，在一定波長的紫外光照射下能立刻引起聚合反應(yīng)完成固化。橡膠類材料，這種材料具備多種級別的彈性，它具有的硬度、斷裂伸長率、抗撕裂程度和拉伸強(qiáng)度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用。陶瓷材料，具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航空航天、汽車、生物等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。金屬材料，3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、不銹鋼、鋁合金、高溫合金等，此外還有貴金屬打印材料。所有的材料當(dāng)中鈦合金尤其受到重視，因?yàn)槊芏鹊?、?qiáng)度高、耐腐蝕、熔點(diǎn)高、是理想的航天航空材料，特別適合利用激光3D打印技術(shù)。不銹鋼是目前最便宜最廉價(jià)的3D打印材料，經(jīng)常被用作首飾、功能構(gòu)件等的3D打印。高溫合金因其強(qiáng)度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易成型加工和傳統(tǒng)加工工藝成本高等因素目前已經(jīng)成為航空工業(yè)應(yīng)用的主要3D打印材料。

　　金屬材料之所以打印難度很大，是因?yàn)榻饘俚娜埸c(diǎn)很高，涉及到金屬的固液相變、表面擴(kuò)散以及熱傳導(dǎo)等多種物理過程，需要考慮的問題包括形成的晶體組織是否良好、雜質(zhì)和空隙大小等，另外快速的加熱和冷卻還將引起試件內(nèi)較大的殘余應(yīng)力。