3d打印技术现状分析

3d打印技术现状分析（精选8篇）

1.3d打印技术现状分析 篇一

3D打印技术及其应用发展分析

摘 要：3D打印技术在近几年得到了巨大发展，备受社会各界的关注。虽然目前该技术还未能得到全面的普及推广，但其发展前景无可限量。文章对3D打印技术的现状进行探讨，分析目前3D打印技术发展所存在的问题。并对我国3D打印技术产业的技术发展提出一些建议。

关键词：3D打印技术；应用；发展分析3D打印技术简介

3D打印技术是一种快速成型技术，它以数字模型文件作为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体[1]。当前3D打印技术主要应用于艺术创作、珠宝制作等领域。然而随着技术的发展，生物工程、医学、建筑等领域也越来越多的使用3D打印技术，为科技创新添加了新的活力。

与传统的工业制造业相比，3D打印技术有着无可替代的优势，这使得在当前高科技产业日新月异的今天，3D打印技术能在信息化社会中占有一席之地。3D打印技术有着以下特点：（1）生产效率极高。3D打印技术通过材料的层层推挤与叠加，在电脑数据的操控下堆砌成需要生产的物品，这与传统工业对原材料的剪裁制造完全不同。不仅省去了繁重的修整零部件工序，该大大增加了原材料的利用率，大幅降低生产成本，提高生产效率；（2）复杂零件可一次成型。传统工业在生产的过程中，需要经过模具设计、生产、修整等阶段，并在制作过程中对原材料进行锻造、打磨等加工，最终制作成复杂的产品。其生产周期长，生产工序繁琐，人力资源消耗大。而3D打印技术缩短了所有中间过程，它的模具通过电脑制作，产品根据电脑生成的设计图纸直接一次性打印完成，能够更加便捷、准确的制作出复杂产品，极大缩短了生产和设计周期。（3）可以满足不同消费者需要。传统工业注重批量化生产，3D打印技术则更能激发人的想象力，满足产品设计者和消费者的个性化需求。3D打印技术生产的产品不再千篇一律，而是独一无二。这将开创传统工业从批量制造到批量定制的华丽转变。3D打印技术的发展现状

尽管3D打印技术将对传统制造业产生翻天覆地的影响，但我们还是应当注意，目前3D打印技术的发展仍受到许多因素的制约。具体问题有：（1）3D打印技术对打印材料的要求较高。3D打印技术特殊的产品制造手段，成为了其发展的双刃剑[2]。一方面高效的生产方式促进了效率的提高，另一方面则对生产材料有着很高的要求。3D打印所使用的材料不仅要能够被“打印”，而且“打印”出的产品必须满足技术要求。因此在现阶段，3D打印技术可供选择的材料较少，这成为了制约3D打印技术发展的主要原因。以目前的材料科学发展情况，可成为3D打印技术的材料主要为工程塑料、部分金属材料等，然而这些材料都是专门为3D打印技术所研发，与传统工业的生产材料还有着较大差距。（2）3D打印技术受支撑技术限制。3D打印缺乏支撑性技术，是制约自身进一步发展的另一个重要原因。举例来说，包括打印产品速度过慢，打印出的产品精度不高等。这都从侧面反映出当前3D打印技术的发展仍处于较低的水平。（3）3D打印技术缺乏严格的技术规范。由于3D打印技术才刚刚起步，行业内部缺乏明确的、可执行的、有效地条款，造成了目前3D打印技术在打印材料的选择上缺乏统一规范，这也阻碍了3D打印技术的进一步发展。（4）3D打印技术在短时间内仍难以取代传统制造业。虽然相较于传统制造业，3D打印技术有着无可比拟的优势，然而在大规模批量制造及成本控制方面，目前3D打印技术由于各方面的限制，难以匹敌传统制造业；（5）国内3D打印材料不足。我国目前3D打印技术还远未形成完善的产业链，因此仅有少数企业能提供高质量的3D打印材料，难以满足当前国内3D打印技术发展的需要。大量的原料需要依靠进口，导致我国3D打印技术在推广和应用领域受到诸多限制。促进我国3D打印技术发展的对策

与欧美等发达国家相比，我国的3D打印技术仍有着一定的差距，而要在全球的科技发展浪潮中缩短与国外的差距，这绝非易事。除了政府要在政策面鼓励3D打印技术的发展之外，还要做到各行业的通力协作。

3.1 加强政府对3D打印技术发展的支持力度

政府是高新技术发展的统筹与规划者。3D打印技术有着广阔的市场前景，因此政府应当从政策完善、资金支持、人才培养、法律保护等多个方面[3]。主要包括：强化宏观调控，制定3D打印行业规范；加大财政拨款，为3D打印企业提供税收等财政优惠；鼓励高校设立3D打印技术专业，培养3D打印技术方面的人才；完善相关法律法规，保护3D打印技术的只是产权；强化社会监督，重视对3D打印技术可能引发的社会问题，严格控制3D打印材料的购买渠道。通过以上政策面的手段，加大对3D打印技术发展的投入，促进我国3D打印技术发展迈上新台阶。

3.2 增强创新能力

创新是企业乃至国家不断向前发展的动力源泉。只有强大的创新能力，才能保证企业、社会在日益激烈的竞争漩涡中生存下来。首先，要促进3D打印技术的理论创新。及时掌握全球3D打印技术的发展动向，加强3D打印技术同电子、医学、物理等学科的交流，为拓展3D打印的材料制造带来新的活力。其次，建立3D打印技术信息交流平台，以高校、科研所、企业研究成果作为基础，加强高新科研机构之间的交流，实现完美的科学研究机制。

3.3 完善3D打印技术产业链

促进我国3D打印产业技术联盟的形成，定期开展3D打印技术产业相关研讨会，鼓励高校、科研单位、相关企业的参与，早日实现3D打印产业链上下流资源的整合。各方针对3D打印技术材料研究，加大资金、人力的投入，鼓励企业将非金属材料应用于3D打印技术之中。同时，各高校与研究机构充分发挥自身技术资源优势，通过与企业资金资源全面整合，形成3D打印产业的产品设计，软件开发，材料创新、产品宣传等完整的产业链。

3.4 普及3D打印产品的应用

通过开展3D打印产品博览会作品等方式，将3D打印技术推广到中小学校，对少年儿童开展3D打印的教育宣传，普及3D打印技术的知识，激发他们对3D打印技术的兴趣。选取生物医疗、工业设计等领域，有目的、有计划地将3D打印技术进行推广应用，积极促进3D打印技术理论与应用的同步发展[4]。

3.5 加强国际间3D打印技术的交流

根据我国对3D打印市场的实际需要，通过高校、研究所等平台，积极开展通欧美发达国家的3D打印技术的国际交流，形成高校与高校之间、研究机构与研究机构之间的合作关系，互相吸取发展经验，深化合作，共同促进3D打印技术的进一步发展。结束语

随着各个学科研究的不断深入，3D打印技术的发展势必将进入新的层面。作为最具创新力的技术之一，3D打印技术正在以自身独特的优势，受到全世界的关注。3D打印技术当前还处于较低水平，其内在的经济、社会等方面的价值亟待人们进一步挖掘。文章对我国3D打印技术的未来发展趋势提出了一些建议，希望能对未来3D打印技术的推广和应用做出贡献。

参考文献

[1]张曼.3D打印技术及其应用发展研究[J].电子世界，2013，13：7-8.[2]江洪，康学萍.3D打印技术的发展分析[J].新材料产业，2013，10：30-35.[3]王博.浅谈3D打印技术的发展与应用[J].机电技术，2014，5：158-160.[4]孙建明，童泽平，殷志平.3D打印技术的市场应用及发展前景分析[J].现代商贸工业，2014，18：81-82.作者简介：赵家立（1986-），男，吉林省吉林市人，工作单位：吉林市创择科技有限公司，职务：项目主管，研究方向：3D打印技术。

2.3d打印技术现状分析 篇二

1 3D打印技术的分类

根据3D打印所用材料的状态及成形方法,3D打印技术可以分为熔融沉积成形(Fused Deposition Modeling,FDM)、光固化立体成形(Stereo Lithogra-phy Apparatus,SLA)、分层实体制造(Laminated Ob-ject Manufacturing,LOM)、电子束选区熔化(Elec-tron Beam Melting,EBM)、激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)、金属激光熔融沉积(Laser Di-rect Melting Deposition,LDMD)、电子束熔丝沉积成形(Electron Beam Freeform Fabrication,EBF)[1,2,3]。

1.1熔融沉积成形(FDM)

熔融沉积成形技术(FDM)技术是以丝状的PLA,ABS等热塑性材料为原料,通过加工头的加热挤压,在计算机的控制下逐层堆积,最终得到成形的立体零件。这种技术是目前最常见的3D打印技术,技术成熟度高,成本较低,可以进行彩色打印。

1.2 光固化立体成形(SLA)

光固化立体成形技术(SLA)是利用紫外激光逐层扫描液态的光敏聚合物(如丙稀酸树脂、环氧树脂等),实现液态材料的固化,逐渐堆积成形的技术。这种技术可以制作结构复杂的零件,零件精度以及材料的利用率高,缺点是能用于成形的材料种类少,工艺成本高。

1.3 分层实体制造(LOM)

分层实体制造技术(LDM)以薄片材料为原料,如纸、金属箔、塑料薄膜等,在材料表面涂覆热熔胶,再根据每层截面形状进行切割粘贴,实现零件的立体成形。这种技术速度较快,可以成形大尺寸的零件,但是材料浪费严重,表面质量差。

1.4 电子束选区熔化(EBM)

电子束选区熔化成形技术(EBM)是在真空环境下以电子束为热源,以金属粉末为成形材料,通过不断在粉末床上铺展金属粉末然后用电子束扫描熔化,使一个个小的熔池相互熔合并凝固,这样不断进行形成一个完整的金属零件实体。这种技术可以成形出结构复杂、性能优良的金属零件,但是成形尺寸受到粉末床和真空室的限制。

1.5 激光选区熔化(SLM)

激光选区熔化成形技术(SLM)的原理与电子束选区熔化成形技术相似,也是一种基于粉末床的铺粉成形技术,只是热源由电子束换成了激光束,通过这种技术同样可以成形出结构复杂、性能优异、表面质量良好的金属零件,但目前这种技术无法成形出大尺寸的零件。

1.6 金属激光熔融沉积(LDMD)

金属激光熔融沉积成形技术(LDMD)以激光束为热源,通过自动送粉装置将金属粉末同步、精确的送入激光在成形表面上所形成熔池中。随着激光斑点的移动,粉末不断地送入熔池中熔化然后凝固,最终得到所需要的形状。这种成形工艺可以成形大尺寸的金属零件,但是无法成形结构非常复杂的零件。

1.7 电子束熔丝沉积成形(EBF)

电子束熔丝沉积成形技术又称电子束自由成形制造技术(EBF),是在真空环境中,以电子束为热源,金属丝材为成形材料,通过送丝装置将金属丝送入熔池并按设定轨迹运动,直到制造出目标零件或毛坯。这种方法效率高,成形零件内部质量好,但是成形精度及表面质量差,且不适用于塑性较差的材料,因无法加工成丝材。

以上是目前3D打印常见的工艺方法,根据各自的工艺特点在不同的领域有不同的应用,但是这些工艺都是基于离散/堆积的原理,实现零件从无到有的过程。

2 金属材料3D打印技术研究现状

近20年来,3D打印技术取得了快速的发展,所用的材料种类越来越多,成形结构越来越复杂,零件的精度越来越高,使3D打印技术应用范围不断扩大。根据美国技术咨询服务协会Wohler的报告,全球3D打印市场持续增长,2012年3D打印设备与服务全球直接产值是22.04亿美元。如此巨大的市场让世界各国都十分重视3D打印技术,而金属材料3D打印是3D打印技术最前沿的部分之一,在航空航天、医疗等领域应用迅速扩大,未来具有很大的发展潜力。

2.1 国外金属材料3D打印技术研究现状

在20世纪90年代,激光熔融沉积成形技术(LD-MD)首先在美国发展起来。约翰霍普金斯大学、宾州大学和MTS公司通过对钛合金3D打印技术的研究,开发出一项以大功率CO2激光熔覆沉积成形技术为基础的“钛合金的柔性制造”技术,并于1997年成立了AeroMet公司。该公司在2002~2005年之间就通过3D打印技术制备了接头、内龙骨腹板、外挂架翼肋、推力拉梁、翼根吊环、带筋壁板等飞机零部件;美国San-dia国家实验室采用该技术开展了不锈钢、钛合金、高温合金等多种金属材料的3D打印研究,并成功实现了某卫星TC4钛合金零件毛坯的成形。成形过程所用时间相比传统方法明显缩短[4,5,6];2014 年5 月,美海军在巴丹号航母上硬着舰了一架前起落架损坏的鹞式战机,三个月后,“美舰艇备战中心”称舰上人员已经通过3D打印技术修复了该飞机。

同样是在20世纪90年代,德国Fraunhofer研究所提出了利用激光选区熔化(SLM)打印金属材料的方法,并在2002年研究成功[7]。随后多家公司推出了SLM设备,如MCP公司开发的MCPRealizer系统、EOS公司开发的EOSINT M系列,RENISHAW公司开发的AM250系统等。此外,国外多家高校及研究所如德国亚琛工业大学、英国利兹大学、利物浦大学、比利时鲁文大学、日本大阪大学以及英国焊接研究所、德国Fraunhofer激光技术研究所等得到了欧盟第六七框架计划、德国研究基金等机构及波音、洛克希德-马丁、EADS等大型航空航天企业的资助,对SLM材料特性、缺陷控制、应力控制等基础问题开展了大量研究工作[8,9,10,11,12,13]。 在SLM技术的应用方面,2012 年GE通用电气航空集团收购了名叫Morris的3D打印企业,采用激光选区熔化3D打印技术为LEAP喷气式发动机制造燃油喷嘴,目前GE航空集团已经接受了超过4000台LEAP喷气式发动机的订单,其中要通过3D打印制造的零件数量巨大。另一方面,SLM技术在医疗领域也得到了应用,例如通过SLM技术成形Co-Cr合金的可摘除式局部义齿,不锈钢材料的基底冠、全冠和固定桥[14,15,16,17,18]。

20世纪90 年代,瑞典的Chalmers工业大学与Arcam公司合作开发出了另一种金属材料3D打印技术-电子束选区熔化成形(EBM)技术,Arcam公司随后在2003年推出了首台商用的EBM设备,并相继推出了一系列的EBM产品,客户包括国外许多工厂、高校及研究机构。EBM工艺目前主要在航空航天及生物医疗方面有所应用,目前通过EBM打印的颅骨、股骨柄、髋臼杯等骨科植入物已经得到了临床应用,EBM技术在此方向的研究应用已经较为成熟;近年来,EBM技术在航空航天领域的发展十分迅速,多家航空公司都开展了利用EBM技术制造航空发动机复杂零件的研究,其中意大利AVIO公司利用该技术成功的制备出了TiAl基合金发动机叶片,引起了航空制造界广泛关注。

2.2 国外政府对3D打印的支持情况

由于3D打印技术诸多优点及其广阔的市场前景,世界上多个国家都加大了对3D打印技术的投入。2012年8月美国拨款3000万美元在俄亥俄州成立了国家增材制造创新研究所(National Additive Manu-facturing Innovation Institute,NAMII),在2013年3月,该中心从其成员项目申报中遴选了首批7项研究资助项目,总金额950万美元。在2014年1月,该中心又从其成员项目中选择了15项进行资助,总经费为1930万美元。这些项目包括了3D打印材料、工艺、装备与集成、质量控制等方面,反映出美国在3D打印领域开展了广泛的研究,产业布局较为完整;2013 年6月,英国政府宣布将向18个创新型3D打印项目投入1470万英镑进行资助,项目期限是1~3 年;在2013年10月,日本经济产业省设立了新物造研究工作组(Study Group on New Monodzukuri),目的在于改变日本在3D打印技术方面落后于欧洲和美国的态势,以增强日本的全球竞争力。日本政府在2014年预算案中划拨款40亿日元用来实施以3D成形技术为核心的制造革命计划,包括金属材料3D打印设备的研发、精密3D打印系统技术的开发、3D打印零件的评价研究等。各国大力投入,促进了3D打印技术快速发展。

2.3 国内金属材料3D打印技术发展情况

国内开展3D打印技术研究的时间基本与世界同步,目前开展3D打印技术研究的单位也很多,几个领先的单位和高校的工作各有特色,在某些研究领域处于国际领先地位。

20世纪90年代,西北工业大学、北京航空航天大学等高校就开始了有关激光快速成形技术的研究[4,19,20]。西北工业大学建立了激光快速成形系统,针对多种金属材料开展了工艺实验,近年来西工大团队采用3D打印技术打印了最大尺寸3m、重达196kg的飞机钛合金左上缘条;北京航空航天大学同样在大尺寸钛合金零件的3D打印方面开展了深入的研究,在“十一五”期间,采用激光熔融沉积方法制备出了大型钛合金主承力结构件;华中科技大学在激光选区熔化和激光选区烧结方面开展了很多工作,对金属材料及高分子材料的3D打印进行了研究,并且开发了拥有自主知识产权的SLM设备-HRPM系列粉末熔化成形设备;西安交通大学在生物医学用内置物的3D打印以及金属材料的激光熔融沉积成形方面开展了工作,完成了多例骨科3D打印个性化修复的临床案例,通过激光熔融沉积制备了发动机叶片原型,最薄处可达0.8mm,并具有定向晶组织结构[21,22]。清华大学在国内也较早地开展了3D打印技术研究,研究领域主要是在电子束选区熔化(EBM)技术方面,并且研发了相关的3D打印设备[23,24]。

国内除了高校之外,许多研究所也在开展3D打印技术研究。西北有色金属研究总院在电子束选区熔化工艺及设备研发方面进行了研究,并开展了钛合金、TiAl合金的电子束熔化成形工艺研究[25,26];中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所开展了电子束熔丝沉积成形的研究工作,并具备此类设备的研发能力,采用这种方法已经成形出2100mm×450mm×300mm钛合金主承力结构件[27,28];中国航空工业集团公司北京航空材料研究院近年来开展了激光熔融沉积成形的系统研究,发挥了航材院材料、工艺、检测、失效分析等专业优势,成立了由多专业联合参与的“3D打印研究与工程技术中心”,旨在推动3D打印技术在航空、航天、生物医学等领域的快速应用,特别在金属基复合材料、梯度材料、超高温结构材料、航空关键件修复等方面开展了深入研究,部分成果已经获得应用。

为了推动3D打印技术的快速发展和产业化,国家工信部2015年2月联合发改委及财政部发布了《国家增材制造产业发展推进计划(2015~2016年)》,明确了中国3D打印技术发展的目标和方向,同时也指出中国增材制造产业化仍处于起步阶段,与先进国家相比存在较大差距,尚未形成完整的产业体系,离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离。关键核心技术有待突破,装备及核心器件、成形材料、工艺及软件等产业基础薄弱,政策与标准体系有待建立,缺乏有效的协调推进机制。

3 金属材料3D打印需要重点研究的技术问题

采用激光、电子束为热源的3D打印金属构件,就是将金属粉末或金属丝按设定的路径一层层堆焊叠加,最终形成目标零件,其本质是焊接。所以,3D打印金属零件内部必然存在气孔、裂纹、夹杂、未熔合等焊接缺陷,因此金属材料3D打印技术研究的重要课题之一是缺陷控制技术。3D打印成形的金属材料存在组织和力学性能的各向异性,表面质量、尺寸精度和一致性也有别于传统的铸造、锻造,因此3D打印制件的力学性能和尺寸精度是另一个研究重点。另外,如何提高打印效率,降低批量生产成本,也是急需解决的问题。具体来说,金属材料的3D打印技术应在提高3D打印粉末质量和收得率、提高3D打印设备能力和开发过程监控系统、制定3D打印制件无损检测标准规范、建立3D打印材料全面力学性能数据库、研究3D打印材料失效行为及预测寿命几个方面予以重点关注。

3.1 提高3D打印粉末质量和收得率

粉末粒度(D50中位粒径)、球形度、流动性、夹杂、气体含量等影响打印件的质量。

激光熔融沉积成形对粉末粒度的适应性较宽,从小到几十微米大到几百微米都可以应用,细粉末适合打印精细结构,粗粉末适合打印大尺寸和大加工余量的结构,但粉末粒度小于40μm时,送粉稳定性变差,不利于成形,而粉末粒度过大,需要采用大功率,过大的热输入将影响某些材料的力学性能。对于激光熔融沉积成形来说,采用粗粉末的打印效率要明显高于细粉末,节约打印时间,降低打印成本。激光和电子束选区熔化成形比较合适的粉末粒度为25~45μm,粉末粒度过大或过小将会增加打印件的表面粗糙度和内部孔隙率。可见,打印零件时应根据打印方法不同、零件技术要求不同,来选择不同粒度的粉末。

粉末球形度、流动性是影响3D打印制件的重要因素。粉末球形度不好,或者存在较高比例的 “卫星粉”,会影响送粉和铺粉的稳定性,影响打印件的外观质量,增加内部缺陷,特别是在送粉时,球形度不好的粉末聚焦性差,粉末焦点分散,降低了粉末利用率,增加了形成缺陷的概率。粉末中的陶质夹杂物和O2,N2,H2等气体,会在打印件内部形成高熔点夹杂和气孔。

因此,应研究3D打印粉末制备技术,提高粉末质量,并应系统研究粉末质量与打印质量之间的因果关系,建立3D打印粉末分类和质量控制的统一标准。

另外,粉末价格是影响3D打印件价格的重要因素,特别是钛合金细粉,价格居高不下,抬高了选区熔化打印件的价格,不利于该技术的推广应用。因此,在提高粉末品质的同时,应研究如何提高粉末的收得率,以及粉末的回收再利用。

3.2 提高3D打印设备能力和开发过程监控系统

对于选区熔化3D打印设备,最有代表性的有德国EOS、美国OPTOMEC、瑞典ARCAM,目前中国同类型的自主知识产权设备还存在技术差距。选区熔化3D打印设备主要问题是:一是设备尺寸小,最大的设备也只能打印400mm×400mm×400mm的零件;二是效率较低,零件打印时间长,成本较高;三是表面粗糙度、尺寸精度还不十分理想。如精密铸造表面粗糙度可优于Ra3.2,甚至可以达到Ra1.6 以下,而激光3D打印件目前最好水平为Ra6.4左右,一般在Ra10以上,电子束铺粉式3D打印表面在Ra20~30 左右。因此,需要提高选区熔化3D打印设备的精度,研究打印较大零件的设备,提高打印效率。

对于激光熔融沉积成形设备,应提高送粉过程的稳定性,这一方面取决于送粉器的稳定性和送粉头的精度。但是不管送粉系统如何精密,由于粉末质量的波动、工艺参数的波动都会影响打印零件的质量,因此需要打印过程的监控系统,能及时发现并自动或人工干预,改善打印质量。如粉末焦点的形状和尺寸,可用粉末成像系统进行测量,如图2所示;采用照相系统实时监视熔池的尺寸和波动以及成形质量,如图3所示。由于3D打印是多参数共同影响打印质量,因此打印过程监控显得尤其重要。

3.3 制定3D打印制件无损检测标准规范

如前所述,金属3D打印的本质是焊接,气孔、夹杂、未熔合、裂纹等焊接缺陷几乎不可避免,图4是某激光送粉式3D打印样件不同批次出现的缺陷情况,可以看出3D打印制件缺陷尺寸、数量,存在随机性和波动性。因此必须建立适于3D打印零件的无损检测方法和标准。一是研究采用什么方法、什么设备去有效识别不同类型缺陷;二是具体结构的无损检测工艺。由于3D打印件多为复杂结构,这给无损检测带来了很大难度,采用常规方法存在检测不准和无法检测的问题,因此需要研究新的检测方法和设备,例如在线检测;三是缺陷类型、尺寸、数量、分布的界定标准。目前缺少工程应用的统一的缺陷控制标准规范。

3.4 建立3D打印材料全面力学性能数据库

飞机和发动机一些重要结构承受疲劳载荷,在循环应力、腐蚀或高温环境下,要求有足够的疲劳寿命,确保飞行安全。因此,一种材料或结构是否能够安全可靠使用,需要通过一系列力学性能指标来评价。一般包括:室、高温拉伸性能、室温压缩性能、静力热稳定性能、DFR性能测试、冲击性能、断裂性能、室、高和低温疲劳性能、谱载疲劳性能、裂纹扩展速率及门槛值、谱载裂纹扩展性能、蠕变及持久性能、应力腐蚀开裂KISCC性能等,并且这种评价是多批次的。目前,金属材料3D打印,主要集中在常规力学性能、疲劳性能测试研究,积累的力学性能数据还很有限,所研究的材料牌号也较少,不能为飞机和发动机结构设计提供足够的力学性能数据。

力学性能表征与测试是建立在完善的粉末和打印工艺研究基础上的,也就是通过大量的基础研究,界定了粉末标准、工艺规范、化学成分、缺陷控制标准,在此基础上,表征和测试的对象是在一个标准流程和过程质量控制条件下获得的3D打印材料。在这样的前提条件下,获得的力学性能数据才有意义,才有可比性。

3.5研究3D打印材料失效行为及预测寿命

3D打印材料组织存在不均匀性、各向异性,与锻造相比内部缺陷形态不同,在快速凝固条件下相成分和相比例与传统的铸造、锻造工艺相比存在差异,非加工表面较粗糙,这些差异决定3D打印构件的失效模式和寿命不同于铸造、锻造制件。因此,针对3D打印材料需要深入研究:微观组织特征及演变规律、组织评价方法;在组织不均匀、各向异性条件下的断裂特征与断裂行为;存在气孔、夹杂、未熔合、微裂纹等不同缺陷条件下断裂特征与断裂行为和界定缺陷类型、尺寸、数量、分布;材料表面完整性影响及评价;材料的耐久性和损伤容限特性评估模型;谱载疲劳裂纹扩展行为及寿命预测;特定环境下的材料的损伤与失效;典型结构的破坏与寿命预测;服役条件下的跟踪评估和失效分析等。只有上述失效行为认识清楚了,在航空构件设计选择和3D打印技术应用方面才不至于盲目,才能提高可靠性。

4 结束语

3D打印是一种先进制造技术,它为材料和结构提供了一种新的制造方法,是传统制造技术体系的重要补充。尤其是短流程、适合复杂结构等特点,给材料和结构设计者提供了丰富的想象空间,使传统制造技术难于实现的结构变得易于实现。但是,任何一种技术都有局限性,3D打印也不例外,基于熔化金属实现的金属结构3D打印,目前它更适合塑性好的金属材料,3D打印难焊金属材料还有很多困难,还需要大量的研究和验证。

铸造、锻造、焊接等金属材料制造技术经过上百年的研究、应用和发展,积累了丰富的使用经验,形成了完善的标准体系。3D打印也一样需要一个漫长技术积累和验证过程,只有通过长期、大量的应用研究,发现和解决方法本身固有的问题,才能使3D打印技术的应用不断向广度和深度发展。

摘要：本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。

3.3D打印技术发展分析 篇三

下面，我们对传统制造技术和3D打印技术作一下比较。传统的工业制造方法多是“减材制造”，即在整块材料的基础上去除多余部分，将剩下的部分制成产品；而作为“增材制造”的3D打印技术则是利用3D数据，进行逐层分切打印，层层打印出来的切片会不断叠加，最终形成一个完整的立体物体，在生产过程几乎不会产生任何废弃物。

3D打印技术的发展也是日新月异，下面就介绍一下目前较为先进的3D打印/印刷设备及其应用。

3D激光打印机

3D激光打印机（参见图1），包括模型工作台1、置于模型工作台1上方的感光鼓2、粉末盒3、信号转换装置4、固定于机体上的转轴5和置于转轴5上的转印皮带6。感光鼓2分别与粉末盒3、转印皮带6相接触，信号转换装置4与计算机相连，转印皮带6为一条且其上设有两个感光鼓2，每个感光鼓2分别设有一个粉末盒3、一个信号转换装置4；两个粉末盒3中的一个填充有热熔粉末，另一个填充有非热熔粉末。

3D激光打印机的使用方法（参见图2），包括以下步骤：

①由计算机按层分解3D立体图，形成从下至上一系列序号规则的正平面图，生成每个正平面的同时生成一个与之对应的反平面图，即每层得到正、反两个图形。其中：分解3D立体图的层厚度等于打印机相邻两个可打印点中心的距离，如：分辨率为6dpi，则相邻两个可打印点中心的间距为42.3微米，即按42.3微米的厚度分解3D立体图。反平面图为可打印区域与正平面图的差集；可打印区域是指模型工作台1内部区域在水平面的投影。

②启动打印机。

③计算机生成的正、反两个图形经信号转换装置4分别转换成载有正、反图形信息的光束。

④其中，一个感光鼓2充电获得电位后，经载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像。

⑤正图形映像的静电潜像经过设在粉末盒3内的磁刷后，吸附一层热熔粉末；经转印皮带6转移到模型工作台1上方，按常规加载电压使热熔粉末落入模型工作台1，在模型工作台1内形成由热熔粉末铺成的正图形。

⑥另一个感光鼓2充电获得电位后，经载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像。

⑦反图形映像的静电潜像经过设在粉末盒3内的磁刷后，吸附一层非热熔粉末；经转印皮带6转移到模型工作台1上方，按常规加载电压使非热熔粉末落入模型工作台1，在模型工作台1内形成由非热熔粉末铺成的反图形。

⑧每层图形打印完成后，重复步骤④至⑦，再继续打印上一层，直至整个3D立体图打印完毕。其中：打印过程中，粉末盒3、信号转换装置4固定，转印皮带6随着转轴5转动，感光鼓2旋转。

⑨加热模型工作台1，直至模型工作台1内的热熔粉末全部凝固成一个整体（形成最终需要的3D产品）。

3D喷墨打印机

3D喷墨打印机主要包括：

①用于混合两种或更多种流体的装置。

②用于在水平和垂直方向中在印刷期间移动印刷头的装置。

3D喷墨打印方法包括以下步骤：

①提供具有不同组成的两种或更多种流体至喷墨打印机。

②以受控量混合两种或更多种流体。

③使用喷墨打印机将两种或更多种流体的混合物喷射到载体上。

④通过光化辐射或电子束至少部分固化被喷射的混合物。

⑤重复步骤②～④以便在载体上构筑3D浮雕。

适用于3D喷墨印刷，特别是用于制备胶版印刷形式的喷墨印刷机通过图3显示。具有套筒形状的载体2被安装在围绕其轴3旋转的鼓1上，两种或更多种喷墨流体的混合物通过印刷头4喷射到载体2上，在混合物喷射在载体2上之后，喷射的混合物朝着其被固化装置5暴露的区域旋转，固化装置5可以是辐射固化装置，如UV灯或一系列UV-LED灯，也可以是电子束固化装置，或者两者的结合，每一层的固化可以是完全的，但优选地进行部分固化或针式固化（pin curing），优选伴随着在喷射全部的层之后最终的完全固化，然后固化的喷射流体通过鼓1进一步旋转至第二层区域。这种循环可被重复多次，直到获得足够高度的浮雕。

随着浮雕形成的进程，印刷头4距载体的距离将减小，可能导致图像假缺陷。因此，载体2和印刷头4之间的距离被保持大约恒定。这种恒定，可通过在垂直方向Y（与旋转轴3垂直的方向）移动印刷头4远离鼓1来实现。喷墨印刷头4能够在水平方向X（与旋转轴3平行的方向）移动以便能覆盖载体2的全部宽度。

3D打印机的运用——打印食物

用于3D食物打印机（如图4所示），由机械臂1、步进电机转盘2、食物喷嘴3、传输带4、烘焙箱5、托盘6和计算机7组成；计算机7通过数据线连接机械臂1和步进电机转盘2，步进电机转盘2置于机械臂1下方，以铰链形式固定，食物喷嘴3安装在步进电机转盘2的四周，托盘6放置在传输带4一端上，传输带4另一端通向烘焙箱5。

机械臂1能够受计算机控制上升下降和移动，步进电机转盘2能够受计算机控制，将需要使用的食物喷嘴3旋转到指定位置，4个食物喷嘴3安装在步进电机转盘2周围，每个食物喷嘴3内添加有不同口味的液体果酱、奶油等食物；食物喷嘴3为圆柱形空心针筒结构，两端口径不相同，连接步进电机转盘2的一端的口径范围为3cm以内，另一端的口径范围为2mm以内，食物喷嘴3的长度范围为10cm以内。传输带4长1.2m。

通过为3D食物打印机订制的计算机软件，自动识别美食图纸，依据图纸的图层属性，计算机可事先模拟出美食状态，确认后，计算机输出信号到3D食物打印机；传输带4将糕点衬底运输到打印机操作区域，机械臂1下降，同时步进电机转盘2旋转，将需要的食物喷嘴3旋转到操作位置，食物喷嘴3内气压增加，将果酱或奶油涂抹糕点衬底上，涂抹厚度为0.5cm，同时机械臂1按照图纸上该食物对应图层的形状均匀移动，直到完成第一层“喷墨打印”；随即机械臂1回到原位，如果该食物对应图层厚度属性未达到要求，将进行第二层“喷墨打印”，如果已完成该图层打印，步进电机转盘2旋转，将下一个需要操作的食物喷嘴3旋转到操作位置进行下一层“喷墨打印”。

完成食物打印后，传输带4依据计算机软件设定的食物属性，将需烘焙的糕点运输至烘焙箱5进行烘烤，完成食物制作。

4.3D打印技术概述 篇四

摘要：3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等都可以用该技术制造出来。

关键词：3D打印，快速成型，添加制造，增材制造

引言：3D打印技术是一项革命性技术其重要性可能与电脑时代相媲美。3D打印制造不需在工厂进行操作,也就意味着无需机械加工或者任何模具,这毫无疑问将大大缩短产品的研制周期提高生产效率并降低生产所需的人力资源成本.以目前加式制造的发展情况判断,3D打印机之后必将是社会制造的迅猛发展。

部分。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些

领域传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。如2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试 以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。1 3D打印技术简介

3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造（AM，Additive Manufacturing）。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成 3D打印技术的基本概念

3D打印机出现在20世纪 90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置.它与普通喷墨打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把打印材料一层层叠加起来，最终把计算 机上的蓝图变成实物。这种打印技术称为3D立体打印技术。3D打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式

形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。设计出三维图形无需模具即可整体成形，这就是“3D打印”名字的由来。由于成品是增加材料、逐 渐铺陈所得，即每次只铺一层，因此 打印技术又被称为“增加材料制造技术”。

3D打印技术或称为增材制造是一系列技术的组合，即通过一台机器逐次添加物层的方式来制造一个物品，其组合由计算机辅助设计（CAD）、激光 成型、挤出机，或能一次打印一层物质的打印机针头构成。增材制造能一次性生成复杂的几何物体，其内部可以有空腔或活动部件而传统的机械不能胜任以这种方式进行制造。

3D打印技术（增材制造）已经在消费品，汽车工业及航空工业等领域部分获得应用。它对于制造新奇廉价的物品很合适但生产大体积低价格且有足够强度的部件其能力有限。据估计到2023年，,增材制造有望取代一些传统的规模化生产企业，导致大量拥有现代生产能力的本地化微工厂出现，有效缩短生产周期，简化供应链。在这一过程中，发展中国家将是主要受益者，因为增材制造相对于传统制造而言，其对工业基础建设的要求更低。理论上来说，当3D打印技术成熟后，随着打印材料的添加的不同，可以打印任何东西，包括人体器官（原料是细胞）、房子（原料是建筑材料）、机械（原料是金属）等，并且可以按照你想要的一模一样打印出来，只要你在计算机前把要打印的东西的形状等设置好即可。的成熟而得到飞速的发展。

1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。

1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

2005年，市场上首个高清晰彩色 3D打印机由Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2011年6月6日，发布了全球第一款 打印的比基尼（泳衣、衬衫）。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机 2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。

2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。

3D打印技术的本质在于个性化需求的创意设计理念。因而3D打印技术的发展,体现了人性的完善和完美过程。3D打印过程原理

每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到

胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫3 3D打印的发展简史

除松散的粉末即可“刨”出模型，而3D打印技术的胚芽源于18世纪西

剩余粉末还可循环利用。

欧的雕塑艺术。19 世纪在北美被重视。

打印耗材由传统的墨水、纸张转变随着20世纪计算机和网络技术的发展，为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是3D打印技术才真正诞生，并由于条件

经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。

低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

三维打印技术还有其他重要的优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品”，借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。应用发展现状

如今三维打印技术的精度约为0.1毫米，而且打印机本身的售价偏高，不过，随着技术的进步和成本的降低，一台普通三维打印机的成本有望比1985年的激光打印机还要低。但生物三维打印机也面临着诸多挑战，其中之一是其打印出的物体如何与身体其他器官尤其是大的组织更好地结合，因为任何打印出来的器官或身体组织都需要同身体的血管相连，而这可能非常难实现。一旦克服了这个技术障碍，在未来几十年内，生物打印技术将成为一项标准技术。现在3D打印技术还不够成熟，材料特定、造价高昂，打印出来的还都处于模型阶段，也就是说真正用于生5 技术优势

三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作，桌面打印机可以打印出小物品，而且，人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里；而自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品，则需要更大的打印机和更大的放置空间。

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降

活应用的还并不多，但3D打印技术的前景很好，未来将有可能得到普及，进入我们的生活。

发展展望

5.3D打印技术论文 篇五

选择性激光烧结技术

许春宝

（中国矿业大学 矿业工程学院，班级 采矿12-6班 学号 01120176 江苏 徐州221116）摘要：综述了选择性激光烧结技术的原理及使用现状，指出了该技术发展的热点和关键。关键词：选择性激光烧结技术；发展；应用

中图分类号：TF124.36文献标识码 A文章编号：

Selective Laser Sintering(SLS)

Chunbao Xu

（School of Mining Engineering,China University of Mining and technology, xuzhou 221008,China)Abstract：This article reviews the principle of SLS and the use of the status quo, the material is the key to the development of SLS.Keywords：SLS;Material;Application引言

目前，国内外快速原型（Rapid Prototyping，简称RP）领域中已有近20 种不同的原型工艺系统，但是这里我们就选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering,SLS)进行探讨。2正 文

（一）SLS的基本原理

该技术由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。粉床上未被烧结部分成为烧结部分的支撑结构，因而无需考虑支撑系统（硬件和软件）。

由于该类成型方法有着制造工艺简单，柔性度

高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点，针对以上特点SLS主要应用于铸造业，并且可以用来直接制作快速模具。

（二）SLS在模具制造中的应用。1． 直接制造模具。

美国DTM公司于1994年推出Rapid Steel制造技术，在SLS—2000系统中烧结表面包覆树脂材料的铁粉，初次成形零件后，置人铜粉中再一起放人高温炉进行二次烧结，制造出的注塑模在性能上相当于7075铝合金，寿命可达5万件以上。

2.采用SLS技术快速制作高精度的复杂塑料模，代替木模进行砂型铸造。或者将铸造树脂砂作为巧烧结材料，直接生产出带有铸件型腔的树脂砂模型, 进行一次性浇铸。在铸造行业中, 传统制造木模的方法，不仅周期长、精度低，而且对于一些复杂的铸件，例如叶片、发动机缸体、缸盖等制造

中国矿业大学青年科研基金资助项目（2005A047）

作者简介:王延庆(1978—)，男，山东肥城人，博士，讲师，cumtwyq@163.com。

木模困难。采用SLS技术可以克服传统制模方法的上述问题，制模速度快，成本低，可完成复杂模具的整体制造。

3.选择易熔消失模料作为烧结材料，采用SLS技术快速制作消失模，用于熔模铸造，得到金属精密制件或模具。运用SLS技术能制造出任意复杂形状的蜡型，实现快速、高精度、小批量生产。

4.根据原型制造精度较高的EDM电极，然后由电火花加工模具型腔。一个中等大小，较为复杂的电极，通常只需要4到8小时即可完成，而且复形精度完全能满足图纸的要求。福特汽车公司曾采用此技术制造汽车模具取得了满意的效果。

5.以SLS成形实体为母模，翻制硅橡胶模，石膏模，环氧树脂模，或者通过RP技术制作模具的基本原型，然后对其进行表面处理，通过金属冷喷涂或电铸等方法，在原型表面形成一定厚度且具有一定强度、硬度和表面质量的薄膜制作模具。

6.将RP技术与精密铸造技术相结合，实现金属模具的快速制造。上海交通大学开发了具有我国自主知识产权的铸造模样计算机辅助快速制造系统，为汽车行业制造了多种模具，北京隆源自动成型系统有限公司也为企业制造了多种精密铸模。

（三）SLS在快速原型制造中的应用可快速制造设计零件的原型，及时进行评价、修正以提高产品的设计质量；使客户获得直观的零件模型；制造教学、试验用复杂模型。单件或小批量生产。对于那些不能批量生产或形状很复杂的零件,利用SLS 技术来制造,可降低成本和节约生产时间,这对航空航天及国防工业更具有重大意义。

（四）SLS使用的材料（1）金属材料

在金属粉末成形方面, 常用如下3种

金属粉末进行成形单一金属粉末;金属与低熔点金属粘结剂的混合粉末;»金属与有机粘结剂的混合粉末。由于单一金属性能单一, 激光烧结以后不能够达到所要求的指标, 固在研究中通常采用后两种形

式的混合金属粉末。上海海事大学对于Fe-C粉末进行了激光烧结实验, 发现对于Fe含量99.16%, C含量014%的Fe-C混合粉末, 在激光功率4715W, 扫描速度0.13m/ s, 扫描间距0.11mm, 切片层厚0.125mm烧结出具有一定精度、致密度的复杂金属零件。根据烧结过程产生的液相量及致密化引起的成形增长方向的收缩, 推导了Fe-C烧结件的相对密度模型, 该模型反映了烧结工艺参数与烧结致密度的关系中北大学使用了Mo/Cu金属粉末进行激光烧结实验, 在成形过程中, 选择了1510W的激光功率, 1000mm/s的扫描速度, 0.11mm的扫描间隔等加工参数得到了烧结密度为6.151g/cm。（2）聚合物材料

全世界对于聚合物的研究主要集中在聚

苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)以及工程塑料(ABS)、聚丙烯(PP)等4个方面。对于纯的PS粉末进行烧结得到的原型件变形率较大, 因此现在所使用的均为PS的混合粉末(PS、滑石粉、氧化铝、碳酸钙), 这样的混合粉末进行激光烧结。目前, 使用PA12所得的原型件, 强度可达60MPa, 但是它的收缩变形较大, 这也是当今研究的一个热点。

（3）陶瓷材料

常用的陶瓷材料主要有SiC和Al2O3。由

于烧结温度很高, 所以不能够用激光直接烧结, 需要加入粘结剂, 从而制成陶瓷生坯, 然后通过后处理去除粘结剂, 最后得到最终陶瓷原型件。国外对SiC与有机聚合物的混合粉末进行了烧结研究，国内的南京航空航天大学、大连理工大学、上海交通大学研究了Al2O3 与NH4H2PO的激光烧结, 经过二次烧结后外理, 可以得到强度较高, 密度分布均匀的原型件。南昌航空工业学院对Al2O3/PS复合材料进行了研究, 原型件的翘曲变形量不大于0.13mm, 体积密度不小于0.196g/cm3。缺口冲击韧性的提高幅度大约为20%~50%, 最大缺口抗击强度达到1015kJ/m并且韧性也有所提高。

（4）新型SLS原料的研制-木塑复合材料

木塑复合材料是指采用木纤维或植物纤维与热塑性塑料复合, 经过热压、熔融挤出等不同加工方式制成的绿色环保复合材料。这种新型的代木材料具有可降解性、环境污染小、寿命长、美观、可再生、成本低、力学性能防虫、抗滑、防腐、可喷涂和尺寸稳定性好等优点, 而且可像木材一样进行加工、粘接和固定, 因此木塑复合材料在建筑、家具、运输、包装、公共设施等领域应用前景广阔。目前, 东北林业大学郭艳玲教授等人提出应用木塑复合材料进行选择性激光烧结快速原型制造, 在国内外尚属首次。木塑复合材料是采用了木粉热熔胶、氢氧化钠、聚丙烯(PP)、相容剂、引发剂、润滑剂等按比例的机械式混合制备的材料。使用激光成型机(HRPS-ÓA)对制备的木塑材料进行激光烧结。烧结件通过打磨、烘干、渗蜡等后处理之后形成的原型件已经可以达到一定的性能要求。

（五）SLS的局限性

目前的技术水平，SLS的缺点也是显而易见：在成型的过程中因为是把粉末烧结，所以工作中会有很多的粉状物体污染办公空间，一般设备要有单独的办公室放置。另外成型后的产品是一个实体，一般不能直接装配进行性能验证。另外产品存储时间过长后会因为内应力释放而变形。对容易发生变形的地方设计支撑，表面质量一般。运营成本较高，设备费用较贵。能耗通常在8000瓦以上。材料利用率约100%。目前应用此工艺时，以蜡粉末及塑料粉末作为原料较多，而用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺尚未获得实用。结束语

选择性激光烧结技术（SLS），是一种基于离散—堆积思想的加工过程，根据所选材料的差异有不同的工艺方法和加工方式。由于自身优势，SLS已经得到了飞速的发展和广泛的应用，但也存在一些缺陷和不足。只有在实际工作中不断积累经验，才能设计出既满足使要求有满足烧结工艺要求的模型。

随着SLS技术的发展,新工艺新材料的不断出现,势必会对未来的实际零件制造产生重大影响，对制造业产生巨大的推动作用。

参考文献 百度百科； 维基百科；

6.3D打印技术发展及其应用前景 篇六

课程名称：3D打印技术

班级： 姓名：

学号: 时间：2016年10月7日

一、3D打印技术兴起

3D打印产业是工业制造领域新发展起来的技术，被誉为“具有业革命意义的制造技术”。运用3D打印技术的主要生产流程是先用计算机软件设计出一个立体的加工样式，再通过3D打印机用特制的固体材料进行打印。广泛应用于工业制造、文化创意及数码娱乐、航空航天、生物医疗、消费品、建筑工程、教育和个性化定制等领域。由此可见3D打印技术需要依托信息技术、精密仪器和科学材料等多个领域的技术，作为一项新兴的多科学交叉的技术，必须在这些相关的领域投入相应的研发力量才能真正掌握其整个的核心技术。

二、简介3D打印机

3D打印机英文 “3D Printers”，3D打印机这个名称是近年该产品来针对民用市场而出现的一个新词。其实在专业领域 他有另一个名称快速成形技术。快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技 术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。

三、3D打印技术原理

说到它的原理，其实也并不不复杂，其运作原理和传统打印机工作原理基本相同。传统打印机是只要轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像，而打印机 首先将物品转化为一组3D数据，然后打印机开始逐层分切，针对分切的每一层构建，按层次打印。

例如我们制作一个塑料材质的苹果，首先我们需要在电脑上使用3D软件制作出一个苹果的3D模型文件，然后把它转换成3D打印机支持的文件格式。接下来需要给3D打印机放入塑料耗材，现在3D打印机就可以制作了。这个过程是不是像我们的平面打印机的操作呀！好下面说重点。打印系统在制作的时候会从这个苹果3D模型底部开始切成很多片（多少片呢？这个要根据打印机的技术指标它所支持的“层厚”来决定。）也就是我们上面说的截面图。最先开始制作的是苹果模。

四、几种主要的3D打印机技术

（一）SLA技术3D打印机

SLA是最早实用化的快速成形技术。SLA 是“Stereo lithography Appearance”的缩写，即立体光固化成型法。用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。

SLA技术主要用于制造多种模具、模型等；还可以在原料中通过加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快，精度较高，但由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。

（二）SLS技术3D打印机

SLS(Selective Laser Sintering)选择性激光烧结（以下简称 SLS）技术。最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 Carlckard于1989年在其硕士论文中提出的。后美国DTM公司1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinter Sation。选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

与其它3D打印机技术相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前，可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复 杂的支撑系统，所以SLS的应用越来越广泛。

（三）LOM技术3D打印机

分层实体制造法（LOM———Laminated Object Manufacturing），LOM又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料、薄膜或复合材料）为原材料。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。

该技术的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高，缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。

（四）FDM技术3D打印机

熔积成型（FDM—Fused Deposition Modeling）法,该方法使用丝状材料（石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝）为原料,利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高1℃）,在计算机的控制下,喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。该技术污染小。

五、3D打印技术优点

（一）制造快速

3D打印机技术是并行工程中进行复杂原型或者零件制造的有效手段,能使

产品设计和模具生产同步进行,从而提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极0大的降低了新品开发的成本及风险，对于外形尺寸较小,异形的产品尤其适用。

（二）CAD/CAM技术的集成

设计制造一体化一直来说是现在的一个难点,计算机辅助工艺（CAPP）在现阶段由于还无法与CAD、CAM完全的无缝对接，这也是制约制造业信息化一直以来的难点之一,而快速成型技术集成CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术,使得设计制造一体化的概念完美实现。

（三）完全再现三维效果

经过快速成型制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型，无论外表面的异形曲面还是内腔的异形孔，都可以真实准确的完成造型，基本上不再需要再借助外部设备进行修复。

（四）材料种类繁多

到目前为止，各类3D打印机设备上所使用的材料种类有很多，树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末，基本上满足了绝大多数产品对材料的机械性能需求。

（五）创造显著的经济效益

与传统机械加工方式比较，开发成本上节约10倍以上，同样，快速成型技术缩短了企业的产品开发周期，使的在新品开 发过程中出现反复修改设计方案的问题大大减少，也基本上消除了修改模具的问题，创造的经济效益是显而易见的。

六、3D打印技术未来发展的主要趋势

3D快速成形技术除了与其他RP技术一样,可以用于产品的概念原型与功能原型件制造外,3D快速成形技术还因其独特的成形特点,使其在生物医学工程、制药工程和微型机电制造等领域有着广阔的应用前景。随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。

提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求；软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软 件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造；拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。

【参考文献】：

[1] 王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷。2012，(09).[2] 王雪莹.D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企事业，2012，(09)[3] 刘海涛.光固化三维打印成形材料的研究与应用[D］.华中科技大学博士论文 [4] 胡发宗等.三维立体打印机的成形技术[J］.模具技术，2004 [5] 吕德平.激光打印机原理与维修[J］.中国计算机用户，1994,5.[6] 陈清，打印机技术研究和未来应用发展趋势初探[D],2010,4 [7] 邵华，3D打印机技术在未来电工教学应用中的设想[A],2011.9 [8] 刘厚才.莫健华.刘海涛.三维打印快速成形技术及其应用[J].机械科学与技术，2008(9):1184-1186．

7.3D打印技术优劣分析与前景展望 篇七

1 3D打印技术简介

3D打印技术, 在学术上又被称为“添加制造”技术, 也可称做增材或增量制造。3D打印技术的主要工艺类型有以下几种, 如:光固成型技术、立体光刻技术、PVC塑料复膜烫印技术以及熔融挤出成型技术和三维喷绘打印技术等[2]。产品的类型则主要有桌面级和工业级两个级别, 其中桌面级可以直观阐述3D打印技术所包含的工艺原理与流程, 工业级3D打印机可划分为直接产品制造和快速原型制造两种类型。

2 3D打印技术的主要应用

3D打印技术可以应用到各个行业, 只要这个行业能够提供模型或者是原型。目前, 3D打印技术已经在工业设计、航空航天、机械制造、文化艺术、军事等领域得到了较为广泛的应用。随着技术自身的发展, 它的应用领域将继续扩展。这些应用主要表现在以下四个方面:

(1) 设计功能原型:设计师通过制造的原型去证明设计的合理性, 同时还可以使用三维组件进行性能的测试和细致的工程评价。原型组件的制作可以大幅度提高生产效率, 一般可以提升数小时到数十个小时, 而且还便快速找出缺点, 避免因为后期出现的工程性变更而付出不应有的代价。

(2) 模型工具制造:在企业的制造工序中, 如果需要模型、夹具、测量仪器、样品、钻模等工具, 就可以使用3D打印技术进行制作, 就不需要在购买和安装机器上消耗大量时间和经济成本。进行铸型或浇铸, 3D技术打印设备在工作制作方面有助于节约时间, 减少不必要的支出, 同时优化生产操作, 减少人为因素的影响。

(3) 制造成品:3D打印现已成为产品制造行业的主导技术, 3D打印技术与传统生产技术相比, 能够大幅度降低生产成本, 加快生产周期。同时可以忽略时间和空间的限制, 在有必要的时候对产品进行模型修改, 可以给企业在开拓小批量定制产品方面提供技术保障。

3 3D打印技术的优势与不足

3.1 3D打印技术的优势

(1) 产品的数字化制造。通过CAD/CAM等可将产品结构数字化, 直接将模型甚至是图纸制造成零件。其中将零件模型化或图纸化还具有可通过互联网技术快速传播的优势, 将有效推广产品制造快速化和分散化的生产优势。

(2) 产品的降维优化制造。3D打印技术可将原来的三维结构的零件解构成二维结构, 然后分层进行打印即可形成成品零部件。根据3D打印技术的制造原理, 任何一个复杂解构的零件都可以被制造出来, 并且制造更为简单方便, 更适应未来市场的发展。

(3) 产品的直接制造。对于某些复杂的零部件, 传统的制造方法并不能一次成型, 而是需要制造出各个零件进行后期装配, 但3D打印技术的出现改变了这一状况, 它可实现任意零部件的一次成型。3.2 3D打印技术存在的问题

(1) 现有材料种类过少。目前限制3D打印技术推广的最主要因素是可用材料的缺乏。现在看来, 适用于3D打印的材料只有树脂、金属和塑料等为数不多的几种。但是要实现3D打印技术在更大范围的推广, 就必须研究更多的可用之“材”。现在最迫切需求的是3D打印可用的金属材料, 例如钛合金、镍基合金、不锈钢等, 但是这些材料的使用还在研究当中。

(2) 不完善的3D打印工艺。因为现今的3D打印工艺还不能满足生产实际的需要, 打印出来的零部件精度和表面质量难以达到使用要求, 所以只能作为生产制造模型使用。3D打印产品采用逐层打印的工艺, 但是即使每层连接都很紧密, 仍然不能和传统的锻件相比。

(3) 成品使用性能差:3D打印技术目前还处在初级阶段, 所以制造产品的使用性能较差, 在精度、刚度和强度等方面还存在较多不足。以目前的技术情况, 3D打印技术只能达到几十毫米的精度。因此, 3D打印技术不大适合使用在精度较高的研究领域[2]。

4前景展望

根据国际快速制造行业权威提出的报告显示, 全世界的3D打印产业的总产值在1988~2010年间保持着26.2%的速度快速增长。同时该报告还指出, 未来五年时间内3D打印产业的总产值还将继续快速增长, 到2016年将设备制造和服务计算在内, 行业的总产值将达到31亿美元, 到2020年可达52亿美元。随着3D打印技术的发展和商业应用崛起, “个性化定制”产品的大批量生产将成为典型的生产模式。将3D打印应用于现代服务业, 可以细分出更多的新兴行业和商业运作模式, 从而催生更多的经济发展机遇[4]。3D打印技术的发展同时会带动行业内制造技术、产品加工技术改进和管理水平的提升, 使企业能够快速响应市场需求, 及时调整产品战略。

5结语

3D打印技术作为“第三次工业革命”的重要标志, 已经不再依靠概念炒作, 而是逐步进入人们的生活, 体现在生活的方方面面。不难看出, 3D打印技术蕴含着无限的潜力, 在未来必将掀起传统制造业界内的重大变革。3D打印技术与传统制造技术应当形成优势互补, 而并非只是简单的替代关系。同时我国科技工作者应该及时抓住发展机遇, 注重产学研相结合以及自身创新意识的培养, 注重和先进国家和地区的技术交流, 不可错过3D打印技术以及诸多新技术发展的机遇期。

摘要：3D打印是最近兴起的一种快速成型的技术, 现在已经引起了社会的广泛关注。3D打印技术相比传统制造技术具有不可超越的优势, 但也存在着一些不足之处。本文对3D打印技术的优劣进行了分析和比较, 对其发展前景进行展望, 也对其发展方向提出一些可行性建议。

关键词：3D打印,优势与劣势,发展前景

参考文献

[1]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业 (中旬刊) , 2012 (09) :3-5.

[2]李小丽, 马剑雄, 李萍等.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表, 2014, 35 (01) :1-5.

[3]王文涛, 刘燕华.3D打印制造技术发展趋势及对我国结构转型的影响[J].科技管理研究, 2014, 34 (06) :22-25, 30.

8.3d打印技术现状分析 篇八

何为3D 打印

早在1986年，有科学家利用立体光刻技术将3D数字模型变成实物，随后，还有人发明了通过分层堆积特殊材料实现模型成型的技术，也就是我们常见的热熔技术。在学术上，3D打印并不陌生，在科研和工业上被称为“快速成型技术”，在许多高校的设计专业也都设有相关的学科，所以3D打印并非不陌生，也不新鲜，但是该技术进行市场化运作，现在才刚刚开始，而且由于材料技术的积累和发展，通过特定的控制系统，在专用平台上按照事先设计好的形状实现立体物品的成型。所以，“3D打印”是一个相对广义的概念。

从技术层面来看，“3D打印”是所有能将数字模型变成物理实物的技术总称，主流的3D打印技术有多种，比如热融技术、立体光刻技术、激光烧结技术，还有类似于喷墨技术的三维打印技术等，它们有着各自的特点和应用层面，比如热融技术是将特殊树脂或塑料加热融化，然后以分层的方式不断堆积，材料冷却后固化形成立体物品，表面相对粗糙，但是材料成本低廉，在模型设计和制造业有着广泛的应用。立体光刻技术是利用紫外线激光逐层扫描一种特殊化学成分的液体，液体发生固化，逐层建立立体模型，所用材料单一，不能进行多色成型，耗材成本高昂。选择性激光烧结技术可以加工金属等强度较高的材料，利用激光烧结粉末材料形成立体物品，所以成型后的物品表面粗超，需要后期加工才能使用，可以选择的材料范围较广。还有许多3D打印技术正在被研发，如果有一天人类打破材料的局限性，那么3D打印才有可能真正走进我们的生活。

目前，我们从国内外关于3D打印的新闻报道中得知，我们熟悉的树脂、陶瓷、金属、建筑材料还有食品，可以通过“3D打印”的方式实现个性物品的快速成型，在医学领域，也有研究人员利用“3D”打印的方式重建生物细胞组织和人体骨骼，由于材料技术在过去的大量积累，为“3D打印”在实际应用领域提供了广阔空间和巨大潜力。3D 打印技术不仅局限于制造业，个人用户也能成为3D打印机的重要市场空间。

3D打印令人激动的应用

目前，3D打印技术已经在多个领域进入应用阶段，包括制造业、设计业、建筑业、生物领域、医学领域、文物保护领域等。

传统的制造业，无论是零件还是成品，都是批量生产的，当客户有个性化需求的时候，制造成本就会大幅上升，而3D打印就是一个很好的个性化制造技术，能够根据不同客户的需求制造满足其需求的产品，所以，3D打印在制造业会发挥巨大作用。我们已知有公司利用3D打印技术生产液晶屏等产品。

在任何商品领域，大到宇宙飞船、飞机汽车，小到儿童玩具，所有人类需要的物品在设计过程中，设计人员需要进行不断的改进，而数字模型必需要通过实物模型进行测试和模拟，过去设计人员利用手模或者开模制作实物模型，相对时间长，或者成本较高，而3D打印技术正好能满足设计人员在设计过程中制作实物的需求。福特汽车、欧洲宇航局等已经为其设计人员配备了桌面级的3D打印机，帮助他们提高效率。

在建筑业，设计师的图纸变成模型非常复杂，需要花费的时间较长，一定程度上延长了设计周期，3D打印技术可以帮助设计师解决这一问题；另一方面，我们所见到的大多数建筑物是由钢筋、混凝土等材料通过大型机械和人工来实现建筑设计师的设计图。如果利用3D打印技术，未来的建筑可能会更加个性，而且只需通过拼装就能盖好房屋，减少人力支持和材料浪费。

而在医学和生物技术领域，据了解，一个人体心脏瓣膜，利用3D打印技术只需要10美元的高分子材料，大大降低了成本。另外有报道称有公司利用3D生物生长技术，将不同细胞细致的混合，进而生成人造肉，在生物领域，还有科学家利用3D技术将动物细胞加工形成器官，这是3D打印技术在生物领域的前沿应用。

如今，古代文物由于自然因素和人为因素受到严重破坏，文物工作组通过影像技术获取文物数据信息，然后利用3D打印机重建文物模型，以便更好的研究，在文物保护中有着非常大的价值。相信看过电影《十二生肖》的朋友，就会知道3D打印机是如何复制文物的。

3D打印的现状

目前，美国在3D打印的技术和应用有着领先优势，而且美国也是3D打印最大的市场，美国总统奥巴马在两次公开演讲中多次提到3D打印技术，鼓励学习新技术，创造更多就业，重振美国经济。美国3D打印技术和打印设备供应商在资本市场上也获得较大的推动力。奥巴马在国情咨文当中的讲话曾经提到：“现在有我们可以做的事情。这些事情可以加速这一潮流。去年，我们在俄亥俄州的杨斯敦创造了第一个制造业革新中心。一个曾经的百叶窗式库房变成了一个艺术实验室。在那里，新工人在学习3D打印技术。这种技术可以革新我们制作几乎任何东西的方法。没有理由这个在其他城镇不能发生。”

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3D打印在亚洲又是什么情况呢？2012年底日本出现了首家3D打印体验馆，随后在中国西安市有一家类似苹果零售店的3D打印体验店开张，2个月之前，一个拥有不同类型的3D打印硬件设备和个性化服务的3D打印体验馆在北京开馆。中国对新技术和新商业模式的跟进非常迅速，没有丝毫犹豫。在中国，从2012年下半年至今，许多有着工业背景、材料技术、控制技术、电子技术的公司先后投入研发3D打印技术，在资本市场上，3D打印概念股在过去的半年中一路飘红，在一段时间内引跑股市。

工业级3D打印机与民用级3D打印机在许多方面有着较大的差异，包括成型精度、材料强度、模型尺寸等方面，3D打印机在飞机、汽车的设计和研发中已经开始崭露头角；不少行业的商品研发中，也利用3D打印机进行模型制作，从而加快设计的效率，降低模型研发成本，对于个人而言，也有不少模型爱好者利用3D打印机打印自己设计的模型。不同技术、不同应用的3D打印机售价差距也非常大，桌面级的产品售价在1万～3万人民币左右，而昂贵的高端3D打印机售价几十万甚至上百万，不同的用户需求根据自身的需求来进行对应的选择。

随着桌面级3D打印机的上市，3D打印已经与越来越多的个人和中小型公司关系密切，我们可以利用这些小型化的3D打印机制作个性化的模型。在国内，太尔时代的UP！桌面3D打印机在高校教学、科研和设计领域有着较高的知名度，而美国MakerBot 的桌面3D打印机也开始在国内市场上销售，特殊的PLA材料在可塑性等方面表现更好。然而3D打印在金属材料加工方面还无法替代精度更高的数控机床。

亲身感受3D打印机

笔者试用过的桌面3D打印机有两款，一款是来自太尔时代的UP！，一款是来自美国的MakerBot Replicator2，前者为国内品牌，售价9999元，体积小巧，结构简单，采用三轴联动控制打印头的移动，成型尺寸为140mm×140mm×140mm，尺寸并不大，成型平台底板需要加热，采用了ABS塑料作为材料，打印头工作温度在260摄氏度左右，打印层厚0.15mm～0.4mm，在软件内可以调整模型的大小与位置，直接连接电脑就可以使用，驱动软件有中文汉化，在使用之前需要对打印机进行初始化以及调平成型平台。

MakerBot在国际上名气较大，亮相于CES2011，Replicator 2是MakerBot旗下第二代桌面3D打印机，国内行货售价在2.5万元左右，改进了一代产品的许多不足。Replicator 2外观拥有很强的科技感，主要由黑色的外壳、可变色的LED灯、热融打印头、三轴步进电机、无需加热的成型平台组成，支持脱机打印，用户使用与其匹配的MakerWare软件，就可以对STL 模型文件进行设置和调整，然后导出.x3g文件，复制到SD卡中，插入到打印机读卡器上，就可以脱机打印了，比较简单，虽然MakerWare还没有汉化，但是交互界面非常简单，用户能够轻松使用。MakerBot Replicator2相比太尔时代的UP！，打印模型尺寸要更大，为28.5cm×15.3cm×15.5cm，采用了PLA材料，强度更高，可塑性强，相比之下，成本也比ABS塑料要高。目前我们常见的是透明色、蓝色、红色等单色材料，但是据了解，MakerBot在材料方面已经研发出了不同色系的PLA，比如半透明色系、金属色系等，目前还没有在国内上市。与太尔UP！打印机相同的是，打印3D模型可以自动构建支撑，避免模型细节出现问题。

这两款桌面级的3D打印机比较具有代表性，一款为国产品牌，一款外国品牌，在制作模型方面，细节上的差异主要由材料的差异组成，然而在易用性方面，MakerBot更甚一筹，然而在成本、体积以及可调节方面，UP！也有一定的优势。

3D打印的未来

3D打印能够在许多领域中找到合适的应用方式，然而整个商业模式和产品链仍然需要完善，无论是技术还是产品，可提升空间仍然较大，目前来看，3D打印的产业链主要由硬件设备供应商、材料供应商、模型软件供应商和3D打印服务商组成，美国市场产业链相对完善，国内3D打印的发展仍然处于初期，在技术和材料以及服务方面仍然有较大的差距，但是国内对3D打印技术的跟进速度却非常快，也就是说，随着市场的发展，中国3D打印技术与发达国家之间的距离会逐渐缩短。