詳析3D打印、快速成型與快速制造技術(shù)

　　傻傻分不清楚——3D打印、快速成型與快速制造技術(shù)解析當(dāng)前，3D打印、3D打印機(jī)、三維打印、快速成型、快速制造、數(shù)字化制造這些名詞，如同一股旋風(fēng)，仿佛一夜之間就在學(xué)術(shù)界、政界、傳媒界、金融界、制造界掀起了巨瀾。然而至今還沒有一篇文章能夠全面、完整地對(duì)這些名詞進(jìn)行解析，讓人們真正認(rèn)識(shí)和了解“什么是3D打印”、“什么是快速制造”。

　　解析一：概念

　　快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP），誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種新型技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱?、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段。目前國內(nèi)傳媒界習(xí)慣把快速成型技術(shù)叫做“3D打印”或者“三維打印”，顯得比較生動(dòng)形象，但是實(shí)際上，“3D打印”或者“三維打印”只是快速成型的一個(gè)分支，只能代表部分快速成型工藝。

　　快速制造（Rapid Manufacturing，簡稱RM），有狹義和廣義之分，狹義上是基于激光粉末燒結(jié)快速成型技術(shù)的全新制造理念，實(shí)際上屬于RP快速成型技術(shù)的其中一個(gè)分支，它是指從電子數(shù)據(jù)直接自動(dòng)地進(jìn)行快速的、柔性并具有較低成本的制造方式。快速制造它與一般的快速成型技術(shù)相比，在于可以直接生產(chǎn)最終產(chǎn)品，能夠適應(yīng)從單件產(chǎn)品制造到批量的個(gè)性化產(chǎn)品制造;而廣義上，RM快速制造可以包括“快速模具”技術(shù)和CNC數(shù)控加工技術(shù)在內(nèi)，因此可以與RP快速成型技術(shù)分庭抗禮，各擅勝場。

　　國際上喜歡用“Additive Manufacturing”（簡稱AM）來囊括RP和RM技術(shù)，國內(nèi)翻譯為增量制造、增材制造或添加制造。2009年美國ASTM成立了F42委員會(huì)，將AM定義為： “Process of joining mat-erials to make objects from 3d model data， usua-lly layer upon layer， as opposed to subtractive manufacturing methodologies.” 即：一種與傳統(tǒng)的材料去處加工方法截然相反的，通過增加材料、基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通常采用逐層制造方式，直接制造與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型完全一致的三維物理實(shí)體模型的制造方法。

　　解析二：幾種主流快速成型工藝的成型原理及優(yōu)缺點(diǎn)

　　1. 激光光固化（SLA——Stereolithography）

　　該技術(shù)以光敏樹脂為原料，將計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡對(duì)液態(tài)樹脂連點(diǎn)掃描，便被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個(gè)薄層截面。當(dāng)層固化完畢，移動(dòng)工作臺(tái)，在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便進(jìn)行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)零件原型制造完畢。美國3DSYSTEMS 公司是最早推出這種工藝的公司。該項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)是精度和光潔度高，但是材料比較脆，運(yùn)行成本太高，后處理復(fù)雜，對(duì)操作人員要求較高。適合驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)過程中用。

　　2. 三維打印成型（3DP——3Dimension Printer）

　　其最大特點(diǎn)是小型化和易操作，多用于商業(yè)、辦公、科研和個(gè)人工作室等環(huán)境。而根據(jù)打印方式的不同，3DP三維打印技術(shù)又可以分為熱爆式三維打印（代表：美國3D Systems公司的 Zprinter系列——原屬ZCorporation公司，已被3D Systems公司收購）、壓電式三維打?。ù恚好绹?D Systems公司的ProJet系列和前不久被Stratasys公司收購的以色列Objet公司的三維打印設(shè)備）、DLP投影式三維打?。ù恚旱聡?Envisiontec公司的Ultra、Perfactory系列）等。

　　熱爆式三維打印工藝的原理是將粉末由儲(chǔ)存桶送出一定分量，再以滾筒將送出之粉末在加工平臺(tái)上鋪上一層很薄的原料，打印頭依照3D 電腦模型切片后獲得的二維層片信息噴出站著劑，粘住粉末。做完一層，加工平臺(tái)自動(dòng)下降一點(diǎn)，儲(chǔ)存桶上升一點(diǎn)，刮刀由升高了的儲(chǔ)存桶把粉末推至工作平臺(tái)并把粉末推平，如此循環(huán)便可得到所要的形狀。該項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是速度快（是其他工藝的6倍），成本低（是其它工藝的1/6）。缺點(diǎn)是精度和表面光潔度較低。 Zprinter系列是全球唯一能夠打印全彩色零件的三維打印設(shè)備。

　　壓電式三維打印，類似于傳統(tǒng)的二維噴墨打印，可以打印超高精細(xì)度的樣件，適用于小型精細(xì)零件的快速成型。相對(duì)SLA，設(shè)備維護(hù)更加簡單;表面質(zhì)量好，Z軸精度高。

　　DLP投影式三維打印工藝的成型原理是利用直接照燈成型技術(shù)（DLPR）把感光樹脂成型，CAD的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分層及建立支撐，再輸出黑白色的Bitmap檔。每一層的Bitmap檔會(huì)由DLPR投影機(jī)投射到工作臺(tái)上的感光樹脂，使其固化成型。DLP投影式三維打印的優(yōu)點(diǎn)： 利用機(jī)器出廠時(shí)配備的軟件，可以自動(dòng)生成支撐結(jié)構(gòu)并打印出完美的三維部件。相比于快速成型領(lǐng)域其他的設(shè)備，獨(dú)有的voxelisation專利技術(shù)保證了成型產(chǎn)品的精度與表面光潔度。

　　3. 熔融沉積造型（FDM——Fused Deposition Modeling）

　　FDM工藝，也叫擠出成型，關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料剛好在熔點(diǎn)之上（通?？刂圃诒热埸c(diǎn)高1 0C左右）。 FDM噴頭受CAD分層數(shù)據(jù)控制使半流動(dòng)狀態(tài)的熔絲材料（絲材直徑般在1.5mm 以上）從嘖頭中擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層，一層疊一層最后形成整個(gè)零件模型。美國3DSYSTEMS 公司的BFB系列和Rapman系列產(chǎn)品全部采用了FDM技術(shù)，其工藝特點(diǎn)是直接采用工程材料ABS 、PC等材料進(jìn)行制作，適合設(shè)計(jì)的不同階段。缺點(diǎn)是表面光潔度較差。