3D打印，也被稱(chēng)為增材制造，已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)產(chǎn)生了重大影響。那么，該如何選擇適合您需求的3D打印工藝和材料呢？

在過(guò)去的幾十年里，3D打印的發(fā)展證明了這項(xiàng)技術(shù)給消費(fèi)者、設(shè)計(jì)師、工程師和制造商帶來(lái)了巨大的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法在可制造性方面存在局限性，而3D打印得益于逐層構(gòu)建零件的增材方法，具有無(wú)可比擬的設(shè)計(jì)自由度。由于增材制造不需要工具，它成為了非?？焖俚纳a(chǎn)方法，能夠在數(shù)小時(shí)或數(shù)天內(nèi)周轉(zhuǎn)零件?？s短的供應(yīng)鏈和提高的生產(chǎn)效率是從初創(chuàng)企業(yè)到財(cái)富500強(qiáng)企業(yè)等眾多企業(yè)將其納入工作流程的原因所在。

然而，在使用3D打印技術(shù)的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)關(guān)于各種增材制造系統(tǒng)、它們的固有質(zhì)量、相關(guān)的材料以及內(nèi)部操作與外包給合同制造商的成本等問(wèn)題。接下來(lái)，我們將分析增材制造的常見(jiàn)類(lèi)型、相關(guān)流程和系統(tǒng)，以及如何確定哪種增材制造解決方案適合您的項(xiàng)目。

由碳填充熱塑性塑料制成的油門(mén)踏板原型，用于功能測(cè)試。

3D打印技術(shù)類(lèi)型

3D打印有四種主要技術(shù)類(lèi)型，并且經(jīng)常出現(xiàn)更新的流程。每一種增材制造工藝都使用不同的材料，生產(chǎn)出具有獨(dú)特性能的組件，這些組件可以很好地應(yīng)用于特定的應(yīng)用。

噴射技術(shù)打印機(jī)的材料噴射技術(shù)

光聚合(Vat Polymerization)

液態(tài)光聚合物經(jīng)光敏聚合固化的還原聚合是開(kāi)發(fā)的增材制造工藝之一。紫外線逐層固化和凝固光敏性樹(shù)脂的薄層。這種方法以立體光刻而廣為人知，并在80年代中期實(shí)現(xiàn)商業(yè)化?？紤]到原始的3D打印技術(shù)，立體平版印刷部件被用于投資鑄造圖案、原型和概念模型等應(yīng)用。另一個(gè)值得注意的技術(shù)就是數(shù)字化光處理(Digital Light Processing)過(guò)程。

材料擠壓(Material Extrusion)

這種增材制造類(lèi)型通過(guò)加熱噴嘴或擠出機(jī)頭來(lái)分配材料。鋪好一層后，下降搭建平臺(tái)，或者向上移動(dòng)擠壓頭，下一層打印到上一層上面。原材料通常是熱塑性長(zhǎng)絲，纏繞在線軸上，在擠壓時(shí)熔化。利用該方法的常見(jiàn)技術(shù)是熔融沉積(Fused Deposition Modelling)。由于具備了使用普通熱塑性材料進(jìn)行構(gòu)建的能力，該類(lèi)型的增材制造可用于制造生產(chǎn)部件、制造工具和功能原型。

粉末層熔合(Powder Bed Fusion)

粉末層熔合利用熱能熔融粉體的截面區(qū)域。熱能使粉狀材料熔化，冷卻后凝固。對(duì)于聚合物來(lái)說(shuō)，部件周?chē)词褂玫姆勰┯脕?lái)固定零件，所以通常不需要額外的支撐。對(duì)于金屬部件而言，通常需要錨將部件連接到打印床，并支持朝下的結(jié)構(gòu)。激光燒結(jié)(又名選擇性激光燒結(jié)Selective Laser Sintering)于1992年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，隨后是高速燒結(jié)技術(shù)，以及多噴射熔接(MJF)。在金屬制造中，直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)和電子束熔化成型(EBM)是目前非常熱門(mén)的工業(yè)系統(tǒng)。

材料噴射(Material Jetting)

利用多噴嘴打印頭，材料噴射目前是較快的增材制造方法之一。增材制造法逐層地沉積構(gòu)建材料的液滴。材料噴射系統(tǒng)可以打印多材料和分級(jí)材料部件。使用每種材料的不同比例生產(chǎn)部件，從而產(chǎn)生各種顏色和多種材料性能。通常，這些系統(tǒng)使用光聚合物、蠟和數(shù)字材料，其中多個(gè)光聚合物體同時(shí)進(jìn)行混合和噴射。多噴射建模和噴射等技術(shù)被用于創(chuàng)建快速原型、概念模型、投資鑄造圖案和解剖現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)模型。

3D打印材料

在傳統(tǒng)的制造方法中，可供選擇的材料種類(lèi)幾乎是無(wú)限的，有別于傳統(tǒng)的制造方法，3D打印與每個(gè)特定的系統(tǒng)和機(jī)器所使用的材料綁定在一起。目前，大多數(shù)增材制造部件可以是塑料或金屬，這也取決于具備一些復(fù)合可選材料的技術(shù)。

生產(chǎn)材料需要滿(mǎn)足行業(yè)特定要求的認(rèn)證和機(jī)械性能，如航空航天火焰等級(jí)和醫(yī)療生物相容性。不同行業(yè)對(duì)耐久性、外觀和耐受性都有不同的要求。

選擇工藝的考慮事項(xiàng)

為了確保合適的結(jié)果，在為您的項(xiàng)目選擇技術(shù)時(shí)，存在幾個(gè)關(guān)鍵的考慮因素：

使用場(chǎng)景

從原型到生產(chǎn)質(zhì)量，產(chǎn)品的任一部件都可以使用3D打印部件來(lái)代替。每個(gè)應(yīng)用程序的要求都是獨(dú)一無(wú)二的，需要仔細(xì)檢查和規(guī)劃，以確定合適的3D打印過(guò)程和材料，從而滿(mǎn)足項(xiàng)目的需要。例如，在創(chuàng)建原型時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通常需要使用性?xún)r(jià)比高的材料進(jìn)行快速周轉(zhuǎn)，同時(shí)仍然需要呈現(xiàn)出產(chǎn)品的形式和功能。另一方面，生產(chǎn)部件必須作為產(chǎn)品加以制作，并且需要滿(mǎn)足一定的質(zhì)量、測(cè)試、化學(xué)和結(jié)構(gòu)要求。

打印件性能需求

根據(jù)3D打印部件的性能需求，合適的工藝和材料將有所不同。如果部件需要在外觀上與產(chǎn)品相似，或者需要保持其形狀為靜態(tài)模型，那么噴射技術(shù)可能是好的方法，因?yàn)樗闹苻D(zhuǎn)速度快，其表面光滑、自然。立體光刻對(duì)于如娛樂(lè)道具或大型概念模型等部件也是很好的選擇，它們需要輕量的后期處理來(lái)拋光表面。如果打印功能原型組件需要能抵御沖擊或高溫，可以利用FDM，從高性能材料中獲取功能強(qiáng)大，耐用的部件。如果零件的設(shè)計(jì)需要復(fù)雜的底切，實(shí)現(xiàn)空氣流動(dòng)或耐用的活鉸鏈，激光系統(tǒng)熱塑性塑料可能是理想之選。以上因素需要復(fù)雜的整合在一起，但是仔細(xì)考慮部件性能需求有助于簡(jiǎn)化選擇適當(dāng)?shù)?D打印工藝。

打印件所處環(huán)境

許多3D打印部件需要在高溫或潮濕的環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。一些3D打印工藝和材料很快被這些參數(shù)排除在外。例如，戶(hù)外應(yīng)用可能需要紫外線穩(wěn)定的材料，但是光聚合物在紫外線照射下會(huì)迅速降解。水分會(huì)對(duì)某些材料產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致部件翹曲、卷曲或尺寸精度下降。這是由于某些3D打印材料固有的吸水性。在某些應(yīng)用中，該部件可能需要食品安全級(jí)材料。在這種情況下，熱塑性塑料將是好的選擇。

耐久度

3D打印的夾具或固定裝置可能要經(jīng)歷數(shù)千個(gè)周期，并承受巨大的壓力，而合適的測(cè)試原型可能只需要運(yùn)行一次。工程級(jí)熱塑性塑料可以承受巨大的壓力，使其成為功能原型或生產(chǎn)部件的理想材料。另一方面，光聚合物材料在短期低壓力應(yīng)用中更為有效。

立體平版印刷機(jī)的紫外激光固化液體光反應(yīng)樹(shù)脂

后期處理

采用材料噴射系統(tǒng)所制造的部件顯得更光滑，更容易手工完成后期處理，達(dá)到理想的美觀狀態(tài)。采用材料擠出機(jī)所制造的塑料部件由于層次分辨率較厚，導(dǎo)致后處理難度較大，需要更多的人工和技巧以實(shí)現(xiàn)光滑的表面，這增加了人工成本，延長(zhǎng)了交貨時(shí)間。增材金屬和合金需要更多的時(shí)間，精力和知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)拋光產(chǎn)品。金屬部件通常需要機(jī)械加工，從打印床拆除，支架拆下、滾磨或拋光。提前弄清楚需求和關(guān)鍵部位的特點(diǎn)將縮短后期處理時(shí)間，以保證交貨日期。

預(yù)算、時(shí)間和質(zhì)量

取決于產(chǎn)品的質(zhì)量，成本以及交付周期，質(zhì)量和成本可以相互權(quán)衡；快速的周轉(zhuǎn)和高質(zhì)量的后期處理需求則相互排斥。平衡預(yù)算，制作周期和需求的品質(zhì)，您才可以正確的找到的平衡點(diǎn)，從而選擇合適的3D打印方案。

優(yōu)先級(jí)

 “一刀切”的方法并不適用于3D打印。以上列舉的因素需要考量不同的優(yōu)先級(jí)，考慮每個(gè)可用工藝、材料和裝飾選項(xiàng)的優(yōu)缺點(diǎn)和細(xì)微差別，將幫助您確定適合于項(xiàng)目的方法。