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廣度導出：3D列印控制技術與電化學金屬材料

發布時間：2022-05-30 12:02:13瀏覽：7024點贊：

3D列印價值觀最先能回溯到19世紀末的英國，又被稱作二維列印或加速成型控制技術，是間接從calculated透過金屬材料沉積來制造二維虛擬的控制技術。據記述，在20世紀末80二十世紀3D列印控制技術就早已早已開始前述利用，因此被重新命名為“Rapid Prototyping Manufacturing”。現階段，3D列印控制技術已在產品開發、鍛造工藝技術、鍛造武器裝備、金屬材料制取、生物制藥等應用領域造成全面性、真切的革新，并正式成為第二次產業發展革命的關鍵象征，受當今世界歐洲各國的很大高度關注。我省3D列印產業發展起跑較早，控制技術水準整體相較較低，體量化體量相較較細，但增長勢頭良好，在電化學金屬材料中的應用應用領域還處在積極探索期。

3D列印控制技術的基本原理與特征1. 控制技術基本原理3D列印控制技術與雷射成型控制技術大體上是那樣的。單純而言，是透過選用多層研磨、vary成型，逐級減少金屬材料來聚合3D虛擬。稱它為“列印機”的其原因是參考了其控制技術基本原理，3D列印機的多層研磨過程與噴墨列印機十分相似。首先是利用計算機設計出所需零件的二維模型，然后再根據工藝技術需求，按照一定規律將該模型離散為一系列有序的單位，通常在Z向將其按照一定的厚度進行離散，把原來的二維CAD模型變成一系列的層片；然后再根據每個層片的輪廓信息，輸入研磨參數，然后系統后自動聚合數控代碼；最后由成型一系列層片并自動將它們連接起來，最后得到一個二維物理虛擬。

2. 優點一、最間接的好處是節省金屬材料，不用剔除邊角料，提高金屬材料利用率，透過摒棄制造線而降低了成本；二、能做到很高的精度和復雜程度，除了能表現出外形曲線上的設計；三、不再需要傳統的刀具、夾具和機床或任何模具，就能間接從計算機圖形數據中聚合任何形狀的零件；四、它能自動、加速、間接和精確地將計算機中的設計轉化為模型，甚至間接鍛造零件或模具，從而有效的縮短產品研發周期；五、3D列印能在數小時內成型．它讓設計人員和開發人員實現了從平面圖到虛擬的飛躍；六、它能列印出組裝好的產品，因此它大大降低了組裝成本。它甚至能挑戰大體量制造方式。3. 缺點任何一個產品都應該具有功能性，而如今由于受金屬材料等因素限制，透過3D列印鍛造出來的產品在實用性上要打一個問號。①強度問題：房子、車子固然能“列印”出來，但是否能抵擋得住風雨，是否能在路上順利跑起來，仍是一個必須面對的問題；②精度問題：由于多層鍛造存在“臺階效應”，每個層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會形成具有一定厚度的一級級“臺階”，如果需要鍛造的對象表面是圓弧形，那么就會造成精度上的偏差；③金屬材料的局限性：現階段供3D列印機使用的金屬材料非常有限，無外乎石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料等，能夠應用應用領域于3D列印的金屬材料還非常單一，以塑料為主，因此列印機對單一金屬材料也非常挑剔。3D列印控制技術在電化學金屬材料中的應用應用領域1. 電化學原金屬材料的種類作為3D列印的關鍵環節，金屬材料方面也是起到舉足輕重的作用的，現階段常用的3D列印電化學金屬材料有聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯和ABS等。在光固化立體印刷中的齊聚物的種類繁多，其中應用應用領域較多的主要包括如聚氨酯丙烯酸樹脂、環氧丙烯酸樹脂、聚丙烯酸樹脂以及氨基丙烯酸樹脂。2. 常見應用應用領域工藝技術現階段應用應用領域較多的3D列印電化學金屬材料控制技術主要包括光固化立體印刷(SLA)、熔融沉積成型( FDM)、選擇性雷射燒結(SLS)等[5]。光固化立體印刷光固化3D列印（SLA）工作基本原理與噴墨列印類似，在數字信號的控制下，噴嘴工作腔內的液體光敏樹脂在瞬間形成液滴，在壓力作用下噴嘴噴出到指定的位置，然后透過紫外光對光敏樹脂固化，固化后逐級沉積，得到成型零件。成型過程如下：首先根據零件截面的形狀，控制列印噴頭沿X、Y軸運動，在既定截面的相關虛擬區域列印虛擬金屬材料，在支撐區域列印支撐金屬材料，并在紫外光的照射下進行固化，然后列印平臺沿Z軸下降一定高度，噴頭接著列印固化下一層，如此逐級列印固化直至工件的完成，最后除去工件中的支撐金屬材料即可獲得所需的工件。光固化3D列印金屬材料由光固化虛擬金屬材料與支撐金屬材料組成，其中支撐金屬材料根據其固化方式不同又可分為相變蠟支撐金屬材料和光固化支撐金屬材料。光固化支撐金屬材料通常俗稱光敏樹脂，主要由齊聚物、反應性稀釋劑（活性單體）、光引發劑以及其它助劑組成。國外由于起跑較早，因此3D列印機能夠為光敏樹脂的研究提供實驗器材的支持，因而國外在3D列印光敏樹脂做的較為成熟。現階段國外做的最好的是以色列OBJET公司以及英國的3DSystems公司，這兩個公司占據了絕大部分3D列印光敏樹脂的市場。但是這些公司把光敏樹脂作為核心控制技術，成果很少對外公布，因此將這些光敏樹脂與其制造的光固化3D列印機捆綁銷售。

光固化立體印刷制取生物可降解支架金屬材料的電化學原料包括光敏分子修飾的聚富馬酸二羥丙酯(PPF)聚(D，L-丙交酯)(PLA)聚( -己內酯)(PCL)、聚碳酸酯、以及蛋白質多糖等天然電化學．為了降低液態樹脂原料的黏度，還需要加入小分子的溶劑或稀釋劑，常用的如可參與光聚合反應的富馬酸二乙酯(DEF)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)，以及不參與聚合反應的乳酸乙酯，該控制技術獲得的3D成型金屬材料具有可調控的孔尺寸孔隙率貫通性和孔分布。熔融沉積成型熔融沉積成型( FDM) 是選用熱熔噴頭，使得熔融狀態的金屬材料按計算機控制的路徑擠出沉積，并凝固成型，經過逐級沉積凝固，最后除去支撐金屬材料，得到所需的二維產品。FDM技所使用的原料通常為熱縮性電化學，包括ABS、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等．該技特征是成型產品精度高表面質量好成型機結構單純無環境污染等，但是其缺點是操作溫度較高。近年來，利用FDM控制技術制取生物醫用電化學金屬材料也受越來越多的重視，尤其是以脂肪族聚酯為原料制取生物可降解支架金屬材料，取得了相當多的進展。金屬材料的性質受壓力梯度熔體流速溫度梯度等影響，聚酯與無機粒子的復合物也能用于熔融沉積成型制取3D支架金屬材料。

選擇性雷射燒結選擇性雷射燒結(SLS)是選用雷射束按照計算機指定路徑掃描，使工作臺上的粉末原料熔融粘結固化。當一層掃描完畢，移動工作臺，使固化層表面鋪上新的粉末原料，經過逐級掃描粘結，獲得二維金屬材料。與SLA控制技術透過紫外光逐級引發液態樹脂原料發生聚合或交聯反應不同，SLS技是透過雷射造成高溫使粉末原料表面熔融相互粘結來形成二維金屬材料。SLS控制技術常用的原料包塑料陶瓷金屬粉末等。其優點是研磨速度快，無需使用支撐金屬材料，但缺點是成型產品表面較糙，需后處理，研磨過程中會造成粉塵和有毒氣體，而且持續高溫可能造成電化學金屬材料的降解，及生物活性分子的變形或細胞的凋亡，該控制技術不能用于制取水凝膠支架。以生物可降解電化學為原料，利用SLS控制技術，也是制取外部形態和內部結構可控3D醫用電化學金屬材料的有效途徑。對支架性能造成影響的主要參數包括顆粒尺寸雷射能量雷射掃描速率部分床層溫度等。

3D列印控制技術電化學金屬材料應用應用領域介紹(1)機械鍛造：3D列印控制技術鍛造飛機零件、自行車、步槍、賽車零件等。(2)醫療行業：在醫學應用領域，借助3D列印制作假牙，股骨頭、膝蓋等骨關節控制技術應用應用領域也非常廣，控制技術越來越成熟。(3)建筑行業：工程師和設計師們早已接受了用3D列印機列印的建筑模型，這種方法加速、成本低、環保，同時制作精美，完全合乎設計者的要求。同時又能節省大量金屬材料。

(4)汽車鍛造行業：用3D列印控制技術為汽車公司鍛造自動變速箱的殼體。汽車公司會對變速箱進行各種極端狀況下的測試，其中一些零件是用3D列印方法做的。定型了以后，再開模具，然后按照傳統鍛造方法批量制造．這樣成本就會大大降低。結語3D列印控制技術代表鍛造業發展新趨勢，它和其他一些數字化制造模式的涌現將推動實現第二次產業發展革命。能充分應用應用領域電化學金屬材料的成型控制技術中，制取復雜的一體化電化學金屬材料器件，電化學醫用行業將正式成為3D列印控制技術帶來發展機遇，同時電化學金屬材料將為3D列印控制技術提供輕質、高強、耐腐蝕的特征。

(責任編輯：admin)

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