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广度导出：3D列印控制技术与电化学金属材料

发布时间：2022-06-15 13:02:02浏览：6920点赞：

3D列印价值观最先能回溯到19世纪末的英国，又被称作二维列印或加速成型控制技术，是间接从calculated透过金属材料沉积来制造二维虚拟的控制技术。据记述，在20世纪末80二十世纪3D列印控制技术就早已早已开始前述利用，因此被重新命名为“Rapid Prototyping Manufacturing”。现阶段，3D列印控制技术已在产品开发、锻造工艺技术、锻造武器装备、金属材料制取、生物制药等应用领域造成全面性、真切的革新，并正式成为第二次产业发展革命的关键象征，受当今世界欧洲各国的很大高度关注。我省3D列印产业发展起跑较早，控制技术水准整体相较较低，体量化体量相较较细，但增长势头良好，在电化学金属材料中的应用应用领域还处在积极探索期。

3D列印控制技术的基本原理与特征1. 控制技术基本原理3D列印控制技术与雷射成型控制技术大体上是那样的。单纯而言，是透过选用多层研磨、vary成型，逐级减少金属材料来聚合3D虚拟。称它为“列印机”的其原因是参考了其控制技术基本原理，3D列印机的多层研磨过程与喷墨列印机十分相似。首先是利用计算机设计出所需零件的二维模型，然后再根据工艺技术需求，按照一定规律将该模型离散为一系列有序的单位，通常在Z向将其按照一定的厚度进行离散，把原来的二维CAD模型变成一系列的层片；然后再根据每个层片的轮廓信息，输入研磨参数，然后系统后自动聚合数控代码；最后由成型一系列层片并自动将它们连接起来，最后得到一个二维物理虚拟。

2. 优点一、最间接的好处是节省金属材料，不用剔除边角料，提高金属材料利用率，透过摒弃制造线而降低了成本；二、能做到很高的精度和复杂程度，除了能表现出外形曲线上的设计；三、不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能间接从计算机图形数据中聚合任何形状的零件；四、它能自动、加速、间接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至间接锻造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期；五、3D列印能在数小时内成型．它让设计人员和开发人员实现了从平面图到虚拟的飞跃；六、它能列印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本。它甚至能挑战大体量制造方式。3. 缺点任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受金属材料等因素限制，透过3D列印锻造出来的产品在实用性上要打一个问号。①强度问题：房子、车子固然能“列印”出来，但是否能抵挡得住风雨，是否能在路上顺利跑起来，仍是一个必须面对的问题；②精度问题：由于多层锻造存在“台阶效应”，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要锻造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差；③金属材料的局限性：现阶段供3D列印机使用的金属材料非常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等，能够应用应用领域于3D列印的金属材料还非常单一，以塑料为主，因此列印机对单一金属材料也非常挑剔。3D列印控制技术在电化学金属材料中的应用应用领域1. 电化学原金属材料的种类作为3D列印的关键环节，金属材料方面也是起到举足轻重的作用的，现阶段常用的3D列印电化学金属材料有聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯和ABS等。在光固化立体印刷中的齐聚物的种类繁多，其中应用应用领域较多的主要包括如聚氨酯丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂、聚丙烯酸树脂以及氨基丙烯酸树脂。2. 常见应用应用领域工艺技术现阶段应用应用领域较多的3D列印电化学金属材料控制技术主要包括光固化立体印刷(SLA)、熔融沉积成型( FDM)、选择性雷射烧结(SLS)等[5]。光固化立体印刷光固化3D列印（SLA）工作基本原理与喷墨列印类似，在数字信号的控制下，喷嘴工作腔内的液体光敏树脂在瞬间形成液滴，在压力作用下喷嘴喷出到指定的位置，然后透过紫外光对光敏树脂固化，固化后逐级沉积，得到成型零件。成型过程如下：首先根据零件截面的形状，控制列印喷头沿X、Y轴运动，在既定截面的相关虚拟区域列印虚拟金属材料，在支撑区域列印支撑金属材料，并在紫外光的照射下进行固化，然后列印平台沿Z轴下降一定高度，喷头接着列印固化下一层，如此逐级列印固化直至工件的完成，最后除去工件中的支撑金属材料即可获得所需的工件。光固化3D列印金属材料由光固化虚拟金属材料与支撑金属材料组成，其中支撑金属材料根据其固化方式不同又可分为相变蜡支撑金属材料和光固化支撑金属材料。光固化支撑金属材料通常俗称光敏树脂，主要由齐聚物、反应性稀释剂（活性单体）、光引发剂以及其它助剂组成。国外由于起跑较早，因此3D列印机能够为光敏树脂的研究提供实验器材的支持，因而国外在3D列印光敏树脂做的较为成熟。现阶段国外做的最好的是以色列OBJET公司以及英国的3DSystems公司，这两个公司占据了绝大部分3D列印光敏树脂的市场。但是这些公司把光敏树脂作为核心控制技术，成果很少对外公布，因此将这些光敏树脂与其制造的光固化3D列印机捆绑销售。

光固化立体印刷制取生物可降解支架金属材料的电化学原料包括光敏分子修饰的聚富马酸二羟丙酯(PPF)聚(D，L-丙交酯)(PLA)聚( -己内酯)(PCL)、聚碳酸酯、以及蛋白质多糖等天然电化学．为了降低液态树脂原料的黏度，还需要加入小分子的溶剂或稀释剂，常用的如可参与光聚合反应的富马酸二乙酯(DEF)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)，以及不参与聚合反应的乳酸乙酯，该控制技术获得的3D成型金属材料具有可调控的孔尺寸孔隙率贯通性和孔分布。熔融沉积成型熔融沉积成型( FDM) 是选用热熔喷头，使得熔融状态的金属材料按计算机控制的路径挤出沉积，并凝固成型，经过逐级沉积凝固，最后除去支撑金属材料，得到所需的二维产品。FDM技所使用的原料通常为热缩性电化学，包括ABS、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等．该技特征是成型产品精度高表面质量好成型机结构单纯无环境污染等，但是其缺点是操作温度较高。近年来，利用FDM控制技术制取生物医用电化学金属材料也受越来越多的重视，尤其是以脂肪族聚酯为原料制取生物可降解支架金属材料，取得了相当多的进展。金属材料的性质受压力梯度熔体流速温度梯度等影响，聚酯与无机粒子的复合物也能用于熔融沉积成型制取3D支架金属材料。

选择性雷射烧结选择性雷射烧结(SLS)是选用雷射束按照计算机指定路径扫描，使工作台上的粉末原料熔融粘结固化。当一层扫描完毕，移动工作台，使固化层表面铺上新的粉末原料，经过逐级扫描粘结，获得二维金属材料。与SLA控制技术透过紫外光逐级引发液态树脂原料发生聚合或交联反应不同，SLS技是透过雷射造成高温使粉末原料表面熔融相互粘结来形成二维金属材料。SLS控制技术常用的原料包塑料陶瓷金属粉末等。其优点是研磨速度快，无需使用支撑金属材料，但缺点是成型产品表面较糙，需后处理，研磨过程中会造成粉尘和有毒气体，而且持续高温可能造成电化学金属材料的降解，及生物活性分子的变形或细胞的凋亡，该控制技术不能用于制取水凝胶支架。以生物可降解电化学为原料，利用SLS控制技术，也是制取外部形态和内部结构可控3D医用电化学金属材料的有效途径。对支架性能造成影响的主要参数包括颗粒尺寸雷射能量雷射扫描速率部分床层温度等。

3D列印控制技术电化学金属材料应用应用领域介绍(1)机械锻造：3D列印控制技术锻造飞机零件、自行车、步枪、赛车零件等。(2)医疗行业：在医学应用领域，借助3D列印制作假牙，股骨头、膝盖等骨关节控制技术应用应用领域也非常广，控制技术越来越成熟。(3)建筑行业：工程师和设计师们早已接受了用3D列印机列印的建筑模型，这种方法加速、成本低、环保，同时制作精美，完全合乎设计者的要求。同时又能节省大量金属材料。

(4)汽车锻造行业：用3D列印控制技术为汽车公司锻造自动变速箱的壳体。汽车公司会对变速箱进行各种极端状况下的测试，其中一些零件是用3D列印方法做的。定型了以后，再开模具，然后按照传统锻造方法批量制造．这样成本就会大大降低。结语3D列印控制技术代表锻造业发展新趋势，它和其他一些数字化制造模式的涌现将推动实现第二次产业发展革命。能充分应用应用领域电化学金属材料的成型控制技术中，制取复杂的一体化电化学金属材料器件，电化学医用行业将正式成为3D列印控制技术带来发展机遇，同时电化学金属材料将为3D列印控制技术提供轻质、高强、耐腐蚀的特征。

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