3D打印技術(shù)又被稱(chēng)為“快速成型技術(shù)”或者“增材制造技術(shù)”,是一種以計(jì)算機(jī)圖形文件為基礎(chǔ),運(yùn)用金屬或高分子材料,通過(guò)逐層累加堆積成型的三維構(gòu)形加工方式。傳統(tǒng)的“減材制造技術(shù)”,比如車(chē)、磨、刨、銑等加工工藝,一般采用切割、磨削、腐蝕和熔融等方法,得到特定組合形狀的制品,再通過(guò)拼裝、焊接等方法組合成制品,制作周期較長(zhǎng),工序復(fù)雜,成本高,產(chǎn)品報(bào)廢率高。3D打印在快速成型制造方面具有很高的潛能和突出優(yōu)勢(shì),而且還具有設(shè)備簡(jiǎn)單、效率高、用材廣泛、直接成形等優(yōu)點(diǎn)。
近年來(lái),隨著個(gè)性化制造和工業(yè)4.0的提出,3D打印技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,研究范圍涵蓋了從打印工藝、打印裝置到打印耗材。各種新型打印技術(shù)如立體光刻、激光燒結(jié)、熔融沉積、片材層壓、雙光子聚合、直寫(xiě)成型等不斷涌現(xiàn),在不同領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用。同時(shí),3D打印成型尺寸也從大尺寸轉(zhuǎn)移到小尺寸甚至微納米尺寸,往高端制造方向發(fā)展。由于傳統(tǒng)的微擠出機(jī)、微熱壓、激光蝕刻等微納米加工裝備有著模型和材料的局限性,而3D微納米打印能突破這些局限,顯示出高精度、高質(zhì)量、低成本等優(yōu)點(diǎn)。2012年德國(guó)Nanoscribe公司發(fā)布了世界上打印速度最快的3D打印機(jī),精度高達(dá)150nm,2014年哈佛大學(xué)科學(xué)家成功打印了人體血管組織,2015勞倫斯實(shí)驗(yàn)室研究員又打印了血液循環(huán)系統(tǒng),這些都標(biāo)志這3D打印進(jìn)入新型智能化、生物化的領(lǐng)域。
除了3D打印的工藝和裝置技術(shù),新型打印耗材的制作和使用也是研究熱點(diǎn)。目前,3D打印材料可分為金屬材料、高分子材料和無(wú)機(jī)非金屬材料三大類(lèi),其中用量最大、應(yīng)用范圍最廣、最為普遍的是高分子材料。其主要包括高分子絲材、光敏樹(shù)脂和高分子粉末3種形式。高分子絲材是適用于FDM型3D打印機(jī)的主要材料,一般的FDM技術(shù)采用低熔點(diǎn)的絲狀標(biāo)準(zhǔn)耗材,比如PLA和ABS絲料,而高熔點(diǎn)的特種工程塑料則需要特殊的加工工藝,有些柔性耗材對(duì)加工精度要求也比較高。可以預(yù)見(jiàn),未來(lái)的3D打印是將伴隨著材料配方及工藝水平的提升而同步進(jìn)行的,新型功能材料的加入將極大的擴(kuò)大3D打印在其它新領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展。
本文研究的柔性材料和特種工程塑料的3D打印對(duì)擴(kuò)展3D打印領(lǐng)域有著重要的借鑒意義。一方面結(jié)合柔性材料將打印件的功能化發(fā)揮出來(lái),實(shí)現(xiàn)新型智能驅(qū)動(dòng)效果;另一方面設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)易的低成本特種工程塑料3D打印機(jī),同時(shí)探討其特殊的加工工藝參數(shù),為打印機(jī)的普及化做準(zhǔn)備。
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