陶瓷增材制造(3D打印)技术研究进展

高性能陶瓷是现代技术发展和应用不可或缺的关键材料。常规的陶瓷制造技术难以满足对个性化、精细化、轻量化和复杂化的高端产品快速制造的需求。新兴的增材制造技术(3D打印)在高性能陶瓷的成型制造领域具有巨大的发展潜力,有望突破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈,为陶瓷关键零部件的应用开辟新的途径。本文针对陶瓷材料及其快速成型和后处理工艺,重点阐述了三维打印技术、光固化成型技术、选择性激光烧结技术等主流陶瓷增材制造技术的研究现状,并指出了目前存在的问题及发展趋势。     

不同材料在3D打印中的应用

3D打印作为第三次工业革命的重要技术,主要利用计算机三维绘图软件,进行不同打印产品3D模型的建构,并通过对多种复合材料的逐层堆积、黏结成型,来实现机械制造、航空航天、医学或建筑产品的加工生产。主要探讨了不同材料在3D打印中的应用,分别分析金属、聚合物、陶瓷与生物等材料的特性,以及各材料在3D打印中应用的方式与方向。     

基于工程塑料的3D打印技术应用研究进展

针对军用电子产品快速验证的需求,开展了3D打印技术的应用研究。通过分析现有3D打印技术、材料与应用领域,进一步对比分析基于工程塑料的熔融沉积成型(FDM)、立体光固化成型、选择性激光烧结、叠层实体制造四种3D打印技术的优缺点,着重阐述了FDM技术在国内外的工程应用情况,指出国内外FDM技术存在的差距,最后展望了3D打印技术的下一步应用方向。     

3D打印用聚合物材料的进展

3D打印技术是1种快速成型技术(Rapid Prototyping),以三维数字模型为基础,采用不同的材料,通过逐层打印构造实物。目前用量最大、应用最广、成型方式最多的材料是聚合物材料。综述了ABS、PLA、PCL、TPU、光敏树脂、高分子水凝胶及其复合材料的研究进展。近5年的研究成果表明,聚合物材料的综合力学性能得到提高,而且向着智能化方向发展,广泛应用于电、磁、医学等领域。同时,与聚合物匹配的3D打印技术不断革新,速度和精度得到大幅度提升。最后,针对聚合物材料改性过程中存在的界面、加工问题,提出了可行的研究思路。     

3D打印聚乳酸材料加工技术与应用进展

分析了可用于聚乳酸(PLA)材料加工的熔融沉积成型、激光烧结成型、立体光固化成型、熔体微分3D打印以及分层实体制造等3D打印技术的优缺点,详细介绍了不同3D打印技术下PLA材料的成型加工原理、产品质量的影响因素以及相应的PLA材料改性研究进展,并对3D打印PLA材料的加工技术以及在生物医学、工业产品、食品加工、航空航天等领域的应用进行了展望。     

3D打印改变时代制造结构的技术

正"3D打印(3DP)即快速成型技术的一种,它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。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这     

3D打印超硬磨粒工具研究与展望

随着加工产业向着高精密方向发展,超硬磨粒工具的应用越来越广泛。传统制造业很难实现对于具有内外部复杂结构、高加工精密度、高度个性化加工工具制造。新兴的增材制造技术又称3D打印,与传统的材料成型技术最大的区别在于它的材料利用率较高,可以以一种快速的由原材料层层累加的方式生产出任意形状的产品,有望击破传统超硬磨粒工具生产壁垒。文章主要介绍了主流适用于制造超硬磨粒工具的3D打印技术,如光固化成型技术、激光烧结技术和三维打印成型技术,阐述了每种技术的工艺原理,同时指出了目前存在的问题,对未来3D打印技术成型超硬磨粒工具进行展望。     

3D打印成型工艺及PLA材料在打印中的应用最新进展

着重分析了熔融沉积成型、选择性激光烧结、立体光固化、分层实体制造等3D打印成型工艺基本原理及其各自的优缺点;综述了在不同的3D打印成型过程中对PLA材料的改性要求;系统论述了3D打印PLA材料在生物医学、机械制造、铸造加工、日常生活等领域的应用现状及最新进展,并对未来3D打印PLA材料及相关技术进行了展望。     

连续纤维增强热塑性复合材料3D打印的研究进展

结合连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)熔融沉积成型(FDM)工艺的最新发展情况,将该工艺按照原材料初始状态划分为在线预浸与离线预浸两类,并分别介绍各自使用的材料要求及关键打印设备的运行原理;同时综述了CFRTPCs的FDM工艺改进与应用结构及潜在的应用领域。同时针对CFRTPCs打印产品力学性能低的缺点,对包括工艺固有属性、材料种类等方面的原因进行了分析。最后,提出了目前面临的问题,为CFRTPCs的3D打印技术进一步发展提供新思路。     

3D打印技术在包装产品制造中的应用

针对包装产品的传统设计与制造方法设计周期长、制造效率低、生产成本高的问题,提出了将熔融沉积成型3D打印技术应用于包装产品的设计与制造中的方法,分析了3D打印的注意事项。以礼品包装盒为例,详细阐述了基于逆向工程设计的熔融沉积成型3D打印过程。采用3D打印有效解决了传统设计与制造方法的低效高耗的问题,研究结果对推广3D打印技术在包装工业的其他领域应用、提高包装企业设计生产效率和企业效益有一定理论及实践意义。     

3D打印技术制备固体推进剂研究进展

概述了现有固体推进剂成型工艺,指出了3D打印固体推进剂的特点,综述了含能材料3D打印的应用研究现状,重点介绍了适于固体推进剂3D打印成型的材料与工艺,针对固体推进剂3D打印成型存在的困难,提出了可能的解决方法,认为3D打印技术制备复杂结构固体推进剂药柱是一个发展方向。     

基于FDM的可溶性支撑材料打印及溶解工艺研究

讨论了聚乙烯醇(PVA)作为水溶性载体材料,在熔融沉积成型(FDM)三维打印中用于复杂的或镂空产品的支撑部分的应用。首先介绍了PVA材料在FDM打印挤出的难点,然后使用自主研制的PVA材料作为研究对象,通过设计不同的实验方案,优化PVA作为支撑材料的最佳打印参数等。实验采用双喷头FDM打印设备,以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)作为基体材料,通过改变挤出温度、打印平台温度、水溶剂温度和浸泡时间4个参数,优化了PVA与ABS结合打印参数和溶解参数,得到PVA材料的最佳打印温度范围195~205℃,打印平台温度为110~120℃,最适宜水溶剂温度范围85~94℃。     

陶瓷3D打印模型设计技术回顾与展望

本文回顾了以往陶瓷3D打印模型设计技术并介绍了今后陶瓷3D打印模型技术的发展趋势,详细描述了陶瓷熔融沉积成型技术、立体光刻成型技术、选择性激光烧结技术、三维打印技术以及层压实体成型技术等方面的特点。面对陶瓷3D打印模型设计及工艺所存在的问题,对3D打印技术在陶瓷领域未来的发展方向进行了展望。     

3D打印用ABS研究进展

介绍了三维（3D）打印技术、熔融沉积成型（FDM）与3D打印用丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）存在的问题,讨论了3D打印用ABS材料的成分配方、制备工艺、打印工艺、性能与用途,并指出加大对ABS材料的研究力度,使其能够应用于3D打印的同时,不断提升其打印制品的力学性能,赋予其多种特殊性能,以扩宽3D打印ABS材料的应用范围,是重要的研究方向之一。     

三维打印快速成型技术在高分子材料加工中的应用

介绍了使用材料对三维(3D)打印快速成型技术(以下简称为3D打印技术)的发展速度和投入工业化生产进程的影响;介绍了高分子材料快速发展对3D打印技术及其产业链快速发展的推动作用;详细介绍了近几年来3D打印技术使用的高分子材料以及3D打印技术在高分子材料加工中的应用,并对3D打印技术的应用前景进行了展望。     

3D打印技术在耐火预制件中的应用展望

3D打印是一种以模型数据为驱动源,通过逐层堆叠方式构造材料形状或物件的快速成型技术,可望在耐火预制件成型中被借鉴或利用。因此,介绍了耐火预制件生产技术和3D打印的工艺方法与优势,并着重阐述了混凝土3D打印、轮廓工艺和黏结3D打印等新技术在耐火预制件生产中的可行性及应用前景。     

3D打印与硅橡胶浇注成型快速批量加工螺杆

首先使用CAD软件进行螺杆模型设计,借助3D打印技术分段加工出复杂螺杆模型;其次使用液态双组分硅橡胶浇注成型制备螺杆模具;最后使用透明热固性聚氨酯(PU)材料浇注硅胶模具,从而实现单个螺杆模型的快速制造、批量复型,美化模型、减少模型设计和加工成本。采用粗糙度测量仪对3D打印螺杆及批量浇注螺杆进行了表面粗糙度测试。研究结果表明:双组分PU材料浇注出的螺杆模型比3D打印螺杆具有更低的表面粗糙度,加工出的模型表面光滑、成型加工简单快捷。3D打印与硅橡胶浇注成型相结合的这种加工方法为各种塑料模型的开发、快速批量加工提供了一种简便的方法。     

3D打印聚乳酸热塑挤压成型材料的研究及应用

对3D打印聚乳酸(PLA)热塑挤压成型材料的研究进展做了全面的综述。分析了PLA材料在3D打印材料中的优势,介绍了PLA材料的合成方法、结构与性能,以及3D打印PLA材料的改性方法、成型工艺与性能要求,并对3D打印PLA材料在生物医学中的应用做了详细描述;最后讨论了3D打印PLA材料未来的发展前景。     

有机硅3D打印的研究进展

有机硅材料具有良好的生物相容性、化学稳定性和力学性能等,在生物医用、包装与交通运输等方面应用广泛。传统工艺生产有机硅制品时间长、成本高,而且无法做到个性化生产。有机硅的3D打印是用3D打印技术加工成型有机硅材料制品,它能够实现有机硅产品的快速、个性化生产。介绍了直接有机硅3D打印中光固化3D打印与基于挤出的3D打印2种技术在材料、打印工艺方面的研究进展。     

单层曝光时间对DLP光敏树脂3D打印成型精度的影响

针对牙科可铸造树脂材料(CN-2000),研究了采用SLA(立体光固化成型)工艺、在DLP(数字光处理)3D打印成型过程中,单层曝光时间对制品成型精度的影响,并对制品收缩率和尺寸精度进行了研究。研究结果表明:采用PRO4500UV119光机投影模块,牙科可铸造树脂材料的单层曝光时间为2.0 s时,DLP打印成型制品的成型精度较高。所采用的试验研究方法及结语对于研究制定DLP光敏树脂3D打印的工艺流程具有一定的参考价值。