三維打印成型技術(shù)最新研究進(jìn)展撰寫(xiě)要求資料(共15頁(yè))

1、快速成型技術(shù)(jsh)論文作業(yè)題目(tm):三維打印成型(chngxng)技術(shù)最新研究進(jìn)展撰寫(xiě)要求姓 名：冶福山 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)：材料成型及控制工程 院 系：機(jī)械學(xué)院 2013年10月日摘要(zhiyo) 快速成型制造技術(shù)是制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向，也是當(dāng)前各大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)競(jìng)相開(kāi)發(fā)的前沿制造技術(shù)。在這領(lǐng)域美國(guó)(mi u)一直處于領(lǐng)先地位，而歐洲國(guó)家、日本、中國(guó)也取得了豐碩的成果。目前，快速成型技術(shù)成本相對(duì)較高，主要應(yīng)用在一些大企業(yè)，因此，研究的熱點(diǎn)問(wèn)題重要集中在較低成本、開(kāi)發(fā)新型能源、新型材料和新的成型工藝與方法上，以加快快速成型技術(shù)的推廣。在這種形式下，三維打印快速成型機(jī)誕生了。三維

2、打印技術(shù)無(wú)需激光系統(tǒng)，造價(jià)和使用成本低，且可靠性高，設(shè)備體積小，形成速度快，是一種能夠被普及的快速成型系統(tǒng)。本文(bnwn)對(duì)三維打印成型工藝的最新研究進(jìn)展與成果、三維打印成型設(shè)備的最新產(chǎn)品與技術(shù)情況、三維打印成型技術(shù)用材料研究現(xiàn)狀、三維打印成型的應(yīng)用現(xiàn)狀做了詳細(xì)的討論和介紹。關(guān)鍵詞 快速成型三維打印一、引言當(dāng)今時(shí)代，制造業(yè)市場(chǎng)需求不斷向多樣化、高質(zhì)量、高性能、低成本、高科技的方向發(fā)展，一方面表現(xiàn)為消費(fèi)者興趣的短時(shí)效和消費(fèi)者需求日益主體化、個(gè)性化和多元化；另一方面則是區(qū)域性、國(guó)際市場(chǎng)壁壘的淡化或打破，要求制造業(yè)的廠商必須著眼于全球市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。因此快速地將多樣化、性能好的產(chǎn)品推向市場(chǎng)成為了制

3、造業(yè)廠商把握市場(chǎng)先機(jī)的關(guān)鍵，由此導(dǎo)致了制造價(jià)值觀從面向產(chǎn)品到面向顧客的重定位，制造戰(zhàn)略重點(diǎn)從成本與質(zhì)量到時(shí)間與響應(yīng)的轉(zhuǎn)移，也就是各國(guó)致力于并行工程、敏捷制造等現(xiàn)代制造模式的研究與實(shí)踐的原因。快速成型（Rapid Prototyping）技術(shù)正是在這種時(shí)代的需求下應(yīng)運(yùn)而生的。它是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的總稱(chēng)。它集成了CAD 技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分?；诓牧侠奂釉淼目焖俪尚筒僮鬟^(guò)程實(shí)際上是一層一層地離散制造零件。為了形象化這種操作，可以(ky)想象一整條面包的結(jié)構(gòu)是一片面包落在另一片面包之上一層層累積而成的。

4、快速成型有很多種工藝方法，但所有的快速成型工藝方法都是一層一層地制造零件，區(qū)別是制造每一層的方法和材料不同而已。三維打印成型工藝(gngy)的最新研究進(jìn)展與成果三維打印成型工藝制備陶瓷(toc)基材料的新進(jìn)展采用三維打印成型工藝和反應(yīng)熔體滲透工藝相結(jié)合制備復(fù)合材料，可在較大范圍內(nèi)設(shè)計(jì)材料成分和微結(jié)構(gòu)，并可近尺寸制備復(fù)雜形狀的部件。該方法為航空領(lǐng)域熱結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)和制造提供了新途徑。在1972年，Nickl等人采用化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備單晶時(shí)8，發(fā)現(xiàn)了特別軟的碳化物Ti3SiC2。其硬度表現(xiàn)為各向異性，垂直于基面的硬度是平行于基面硬度的三倍。近年來(lái)，Ti3SiC2三元層狀碳化物因其兼具陶瓷

5、和金屬的優(yōu)異性能而成為研究熱點(diǎn)。與超合金相比，Ti3SiC2具有優(yōu)異的高溫性能和疲勞損傷性能。在Ti3SiC2晶胞中，共棱的Ti6C八面體被緊密堆積的Si原子層所分隔，其中Ti與C之間為典型的強(qiáng)共價(jià)鍵，而Si原子層平面與Ti之間為類(lèi)似于石墨層間的弱結(jié)合9。Ti3SiC2熔點(diǎn)高達(dá)3000，在1700以下真空及惰性氣氛中不分解。Ti3SiC2結(jié)構(gòu)中存在的層間弱結(jié)合力價(jià)鍵使其具有平行于基面的開(kāi)裂能力，在斷裂時(shí)表現(xiàn)出R曲線行為，韌性可達(dá)16MPam1/210。體；Ti3SiC2粉體與水溶基粘結(jié)劑混合干燥后球磨過(guò)篩，Ti3SiC2粉體顆粒表面被粘結(jié)劑包覆，過(guò)篩后的顆粒直徑為40m；在三維打印過(guò)程中，水基

6、溶液噴射在包覆粘結(jié)劑的Ti3SiC2顆粒粉體上，Ti3SiC2顆粒被粘結(jié)成具有特定形狀的顆粒預(yù)制體；在冷等靜壓過(guò)程中，Ti3SiC2顆粒預(yù)制體被致密化；燒結(jié)過(guò)程中，致密化的Ti3SiC2顆粒預(yù)制體被燒結(jié)成致密的陶瓷。以上(yshng)復(fù)合工藝具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，在制備新型陶瓷部件方面極具潛力。但是這種工藝的線收縮率較大，高達(dá)27%32%4。因此，如何(rh)克服三維打印工藝制備材料孔隙率大以及后處理工藝線收縮率大的不足成為研究的重點(diǎn)。三維打印技術(shù)在粉末材料快速(kui s)成形中的研究進(jìn)展與成果、金屬粉末3DP快速成形。金屬材料是目前用量最大使用最廣的材料，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，業(yè)界對(duì)金屬結(jié)

7、構(gòu)零部件的成形工藝也提出了更加嚴(yán)格的要求，要求成形工藝具有低成本、高度柔性化、自動(dòng)化、快速化、數(shù)字化等特點(diǎn)，由于傳統(tǒng)成形工藝的局限性，三維打印成形技術(shù)因能很好地適合以上工藝要求而得到迅速發(fā)展。目前，金屬粉末三維打印成形的研究主要集中在成形工藝參數(shù)控制與優(yōu)化、制件后處理強(qiáng)化工藝改進(jìn)等方面，其目的是解決制件的精度和強(qiáng)度偏低問(wèn)題。最新的研究結(jié)果表明，制件的精度除了受粉末粒徑、數(shù)據(jù)處理誤差、裝置定位誤差和控制誤差等因素的影響外，粘結(jié)劑的飽和度也是影響精度的主要因素。圖1所示為T(mén)iNiHf形狀記憶合金粉末在粘結(jié)劑飽和度不同（分別為55%、110%、170%）的條件下制備的寬度為300m的線條試樣12。由

8、圖可知，圖1（b）的外形最完整，且尺寸誤差也最小。從圖1中還可發(fā)現(xiàn)，3個(gè)試樣的邊緣都有不同程度的“結(jié)瘤”和“粘渣”現(xiàn)象，這是由于粘結(jié)劑從輪廓邊界溢出而粘結(jié)非截面輪廓區(qū)域的粉末形成的。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生對(duì)制件表面粗糙度和尺寸偏差都有很大的影響，所以，消除“結(jié)瘤”和“粘渣”現(xiàn)象的發(fā)生可有效提高制件精度，而控制粘結(jié)劑的飽和度并不是減少或消除這種現(xiàn)象的有效方法。有報(bào)道提出，采用精細(xì)激光束和慢速掃描對(duì)輪廓邊緣進(jìn)行燒結(jié)可大幅度提高SLS工藝的精度，有研究人員在3DP工藝中采用類(lèi)似的方法來(lái)達(dá)到提高精度的目的，即在噴頭掃描輪廓邊緣時(shí)，減小噴嘴直徑并降低掃描速度，但這種方法對(duì)精度的提升效果并不明顯，這主要是由于3D

9、P工藝中噴射的粘結(jié)劑微滴在粉末中有一個(gè)固化過(guò)程，噴射在輪廓邊緣的粘結(jié)劑微滴在沒(méi)有固化前會(huì)向周?chē)a(chǎn)生不規(guī)則擴(kuò)散，這個(gè)擴(kuò)散過(guò)程會(huì)增大粘結(jié)劑微滴的粘結(jié)范圍，從而使實(shí)際粘結(jié)范圍與理論粘結(jié)范圍產(chǎn)生偏差，影響制件精度。因此，要解決3DP工藝成形制件的精度問(wèn)題還需深入研究粘結(jié)劑微滴大小、噴射方向、噴射速度和粘結(jié)劑固化速度等因素對(duì)粘結(jié)范圍的影響規(guī)律。、陶瓷(toc)粉末3DP快速成形。新型陶瓷結(jié)構(gòu)材料由于具有高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異性能而被廣泛使用，但是其本身硬而脆的特性使其普通加工成形異常困難。3DP工藝的出現(xiàn)為陶瓷和陶瓷基材料的直接快速成形成為可能，相關(guān)的研究報(bào)道也較多。如Moon對(duì)陶瓷粉末材

10、料三維打印粘接成形的過(guò)程進(jìn)行了研究，他發(fā)現(xiàn)除了粘結(jié)劑溶液的粘度和表面張力外，成形粉末的表面粗糙度和孔隙尺寸對(duì)粘結(jié)滲透動(dòng)力學(xué)也有顯著的影響18。Grau等采用三維打印技術(shù)制備了用于漿料澆注的Al2O3陶瓷模具，該模具與傳統(tǒng)的石膏(shgo)模具相比，具有強(qiáng)度高、干燥時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)19。Scosta等采用3DP工藝對(duì)覆膜Ti3SiC2陶瓷粉末進(jìn)行預(yù)成形，通過(guò)冷等靜壓工藝提高其致密度，經(jīng)燒結(jié)后制件的致密度從50%60%提高到99%6。目前陶瓷粉末3DP直接成形工藝研究的重點(diǎn)主要集中在陶瓷坯件的致密化處理、制件性能測(cè)試和分析等方面，尤其是陶瓷坯件經(jīng)燒結(jié)后進(jìn)行浸滲處理間接制備陶瓷基復(fù)合材料已成為該領(lǐng)域的研

11、究熱點(diǎn)。Melcher等采用3DP工藝間接獲得Al2O3/Cu合金復(fù)合材料坩堝制品9。首先通過(guò)三維打印技術(shù)獲得Al2O3陶瓷預(yù)成形坩堝坯件，然后將坩堝坯件進(jìn)行燒結(jié)處理，再將燒結(jié)后的坩堝下滲銅合金，獲得所需的坩堝制品。最后將坩堝底部的板料用于力學(xué)性能測(cè)試，并對(duì)斷裂韌性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明裂紋橋接和裂紋偏轉(zhuǎn)是主要的增韌機(jī)理。WeiZhang等也采用類(lèi)似的工藝路線制備了Al2O3/玻璃復(fù)合材料(f h ci lio)20，對(duì)復(fù)合材料的組織和軸。向（x軸、y軸、z軸方向）性能進(jìn)行了觀察和測(cè)試，研究了分層厚度與復(fù)合材料組織和性能之間的關(guān)系，最小的分層厚度可獲得最致密的材料和較好的力學(xué)性能，材料的y軸方向

12、的力學(xué)性能優(yōu)于另外2個(gè)方向。采用3DP工藝間接成形陶瓷基復(fù)合材料制件的報(bào)道都是基于簡(jiǎn)單形狀制品的成形和浸滲，而成功獲得具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和內(nèi)腔表面的復(fù)合材料制件的研究卻未見(jiàn)有報(bào)道。這主要是由于浸滲材料難以從成形件的表面剝離，且成形件的薄壁結(jié)構(gòu)在剝離過(guò)程中容易變形甚至損毀。另外，由于陶瓷材料的熔點(diǎn)很高，3DP工藝成形的陶瓷制件若經(jīng)高溫?zé)Y(jié)達(dá)到完全致密化所需的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)燒結(jié)爐的性能要求會(huì)很高，而且延長(zhǎng)了制造周期，不利于實(shí)際應(yīng)用的理論指導(dǎo)。因此，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的后處理致密化工藝是當(dāng)前研究陶瓷粉末3DP快速成形工藝的重要課題。三、三維打印成型設(shè)備的最新產(chǎn)品與技術(shù)(jsh)情況（一）典型(dinxng)行業(yè)-

13、電子消費(fèi)品（二）典型(dinxng)行業(yè)-制鞋（三）典型行業(yè)-汽車(chē)制造（四）典型(dinxng)行業(yè)-醫(yī)療三維打印成型技術(shù)用材料(cilio)研究現(xiàn)狀（一）國(guó)外研究(ynji)現(xiàn)狀基于液滴噴射技術(shù)的三維打印快速(kui s)成型出現(xiàn)僅十余年，受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。1992年，美雪麻省理工學(xué)院Sachs等率先采用噴墨技術(shù)實(shí)現(xiàn)粘接溶液的選擇性噴射，逐層粘接粉末，最終獲得三維實(shí)體；以膠體二氧化碳溶液作為粘接劑，對(duì)鋁粉進(jìn)行粘接，每層粉末的厚度為0。127mm，最小成型尺寸為0。432mm，成型完成后進(jìn)行燒結(jié)以提高制件的強(qiáng)度。美國(guó)Z Corporation公司在得到美困麻省理工學(xué)院的三維打印快速成

14、型的授權(quán)(shuqun)后，自1997年以來(lái)陸續(xù)推出了一系列三維打印快速成型機(jī)，主要以淀粉摻蠟或環(huán)氧樹(shù)脂為粉末原料，將粘接溶液噴射到粉末層上，逐層粘接成型所需原型制件。Crau等(1998年)采用三維打印快速成型法制備了用于粉漿澆注的A1203陶瓷模具，與傳統(tǒng)的石膏模具相比，其強(qiáng)度高，干燥時(shí)聞短，澆淀速度可控。美國(guó)Specific Surface公司則采用三維打印快速成型技術(shù)制造復(fù)雜的陶瓷過(guò)濾器。3(00等(1998年)采用三維印快速成型法將松散的A1203陶瓷粉末粘接預(yù)成型，通過(guò)熱等靜壓工藝提高胚料的致密度，再進(jìn)行燒結(jié)得到陶瓷制l牛性能與傳統(tǒng)加工方法相當(dāng)。Scosta等(2002年)對(duì)覆膜T

15、i3Sic2陶瓷粉末進(jìn)行三維打印快速成型預(yù)成型，接著采用冷等靜壓工藝提高其致密度，經(jīng)燒結(jié)后制件的致密度從50-60提高到99。英囡Brunel大學(xué)的Evans等(1990年)將納米陶瓷粉末配置必分散均勻的懸浮液，逐層噴射成型，得到三維陶瓷零件，所研究的陶瓷材料包括ZrO，TiOL，A1203等。Teng等(1998年)對(duì)陶瓷懸浮液的沉積和粘度進(jìn)行了全面的優(yōu)化研究，采用連續(xù)液滴噴射裝臀獲得了清晰的陶瓷圖案。Mott等(1998年)用石墨為臨時(shí)支持物，采用按需落下噴射裝置成型了1200層帶有方洞和懸臂的陶瓷坯體。Moon等(2002年)對(duì)陶瓷粘接成型的過(guò)程進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)(shyn)和理論研究，發(fā)現(xiàn)粘接

16、劑的分子量需小于15000才能滿(mǎn)足噴射和粘接的要求；除了粘接溶液的粘度和表面張力，粉末的性能如表面粗糙度、孔隙尺寸等對(duì)粘接滲透動(dòng)力學(xué)都有顯著的影嚼。Griffith等(1997年)將氯仿液滴噴射到PLLA和PLGA粉末上，逐層粘接將得到肝臟組織工程的支架實(shí)體，其孔隙直徑(zhjng)可達(dá)800pro，PLGA粉末中含有氯化鈉，用去離子水進(jìn)行過(guò)濾后可在支架中產(chǎn)生細(xì)胞生長(zhǎng)所需要的微孔結(jié)構(gòu)。Lam等(2002年)用水作為粘接溶液成型淀粉基聚合物支架(zhji)，再浸入PLLA和PCL的二氯甲烷溶液以增加支架的機(jī)械強(qiáng)度。Lee等(2005年)先用三維打印快速成型顴骨支架的石膏模具，薦采用溶劑澆鑄一顆粒

17、濾瀝的方法得到最終支架，其孔隙均勻，連通性好，平均孔徑約為1001509m，克服了直接成型支架的局限性。Sachs等(1992年)等還研究了直接金屬液滴噴射成型工藝，其原理是將金屬熔化盾，采用某種方式(如超聲波)振動(dòng)熔腔，在噴嘴處得到金屬液滴，然后在電場(chǎng)的作用下定點(diǎn)定時(shí)噴射出來(lái)，堆積成型，其紅寶石噴嘴直徑為509m，試件層厚1009m，可制造復(fù)的注塑模等。美國(guó)加州大學(xué)Orme M等(2000年)通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了影響液滴運(yùn)動(dòng)和定位的豳素，并對(duì)液滴成型樣件的微觀結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了入研究，所開(kāi)發(fā)的設(shè)備樣機(jī)可應(yīng)用于電子封裝、電路扳印霉l等半導(dǎo)體工業(yè)。美國(guó)MicroFab公司(1995年)也對(duì)金屬液滴噴射成

18、型展開(kāi)了研究，其生產(chǎn)的JetLab成型系統(tǒng)通過(guò)改變壓電系統(tǒng)的振動(dòng)頻率來(lái)控制噴頭中氣泡的狀態(tài)，從而決定是否噴出焊滴，均勻焊滴隨著噴頭在平面上的運(yùn)動(dòng)被準(zhǔn)確地噴射到基板上，成型微細(xì)結(jié)構(gòu)件或應(yīng)用于印刷電路板，目前該設(shè)備只能采用聚合物和低熔點(diǎn)焊絲材料，且價(jià)格昂貴。美國(guó)Sanders公司(2000年)則通過(guò)壓電晶體擠壓熔腔從麗噴射熱熔性材料液滴，并通過(guò)電場(chǎng)使部分帶電金屬液滴偏轉(zhuǎn)聚焦，使液滴精確地噴射到基板上，逐層堆積成型金屬原型制件，噴嘴直徑為0。lmm，噴射液滴直徑為0。3-0。4mm，成型精度為圭O。025mm，使用材料為聚合物或低熔點(diǎn)金屬。美國(guó)3D Systems公司的選擇性液滴噴射采用呈線性排列的

19、多個(gè)熱噴頭，有選擇性地一層層噴射熔化的熱塑性塑料，其噴射液滴的直徑為O。076mm，分辨率可達(dá)300dpi，價(jià)格便宜，使用方便。以色列Objet Geometries公司開(kāi)發(fā)的Objet Quadra=維打印快速成型設(shè)備(shbi)，逐層噴射光敏聚合物液滴，并采用紫外線進(jìn)行固化。其噴嘴共有1536個(gè)，層厚可以達(dá)No。02 mln，熊夠建立光滑的表面，并實(shí)現(xiàn)細(xì)小特征的成型，對(duì)具有復(fù)雜幾何形狀和復(fù)雜內(nèi)部型腔的制件，還能夠噴射第二種材料，以便建立支撐。（二）國(guó)內(nèi)研究(ynji)現(xiàn)狀基于噴射技術(shù)的三維打印快速成型同樣受到國(guó)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注，并在一些領(lǐng)域形成了自己的特點(diǎn)。華中理工大學(xué)馬如震、劉進(jìn)等強(qiáng)6(19

20、98年)闡述了基于微小熔滴快速成型技術(shù)的加工工藝和成型方法，并對(duì)振幅、溫度、飛行距離、壓電晶體的振動(dòng)頻率、掃描速度和噴射頻率等參數(shù)進(jìn)行分折。天津大學(xué)陳松(1999年)等將液滴噴射技術(shù)應(yīng)用到化工造粒過(guò)程，生產(chǎn)粒徑在l一3nun的粒狀產(chǎn)品，并對(duì)噴射過(guò)程中射流斷裂現(xiàn)象進(jìn)行觀察，對(duì)射流斷裂形成均勻液漓的流速、頻率范圍及噴頭形狀、材料特性、振動(dòng)方向等因素影響進(jìn)行探討。西安交通大學(xué)盧秉恒等(2001年)研制出一種基于壓電噴射機(jī)理三維打印快速成型機(jī)噴頭，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析噴頭形狀，驅(qū)動(dòng)電壓，工作頻率等參數(shù)對(duì)噴頭流量的影響。清華大學(xué)顏永年等(2002年)提出一種低溫冰型快速成型技術(shù)，以水作為成型材料，冰點(diǎn)較低的鹽水

21、作為支撐材料，通過(guò)選擇性噴射和快速冰凍(bngdng)制造成型零件。顏永年等(2002年)還以納米晶輕基磷灰石膠原復(fù)合材料和復(fù)合骨生長(zhǎng)因子作為成型原料，采蔫液滴噴射成型的方式制造出非均質(zhì)、多孔結(jié)構(gòu)的細(xì)胞載體支架結(jié)構(gòu)，植入人體藤，在體液和復(fù)合骨生長(zhǎng)因子的共同作用下，依靠細(xì)胞載體支架結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)新骨生成，原有支架在新骨長(zhǎng)成之后逐步降解。中圈科技大學(xué)(2004年)自行研制了八噴頭組合液滴噴射裝置，有望在微制造、光電器件以及材料科學(xué)中得到應(yīng)用。五、三維打印成型的應(yīng)用(yngyng)現(xiàn)狀由于快速(kui s)成型的技術(shù)在各方面的應(yīng)用比較廣泛，本小節(jié)主要介紹三維打印快速成型技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。(一)原型(y

22、unxng)制作三維打印快速成型可以用于產(chǎn)品模型的制作，以提高設(shè)計(jì)速度，提高設(shè)計(jì)交流的能力，成為強(qiáng)有力的與用戶(hù)交流的工具，進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及評(píng)估，樣品功能測(cè)評(píng)。除了一般工業(yè)模型，三維打印快速成型可以成型彩色模型，特別適合生物模型，產(chǎn)品模型以及建筑模型等【221。此外，彩色原型制件可通過(guò)不同的顏色來(lái)表現(xiàn)三維空間內(nèi)的溫度、應(yīng)力分布情況，這對(duì)于有限元分析是非常好的輔助作用。(二)快速模具三維打印快速成型可用于制作母模、直接制模和間接制模，對(duì)正在迅速發(fā)展和具有廣闊應(yīng)用前景的快速模具領(lǐng)域起到積極的推動(dòng)作用。將三維打印快速成型制件經(jīng)后處理作為母模，澆注出硅橡膠模，然后在真空澆鑄機(jī)中澆注聚亞胺酯復(fù)合物，可復(fù)

23、制出一定批量的實(shí)際零件。直接制作模具型腔是真正意義上的快速制造，可以采用混合用金屬的樹(shù)脂材料制成，也可以直接采用金屬材料成型。三維打印快速成型直接制模能夠制作帶有工形冷卻道的任意復(fù)雜形狀模具，甚至在背襯中構(gòu)建任何形狀的中空散熱結(jié)構(gòu)以提高模具的性能和壽命。美國(guó)Z Corporation公司開(kāi)發(fā)一種由鑄造砂，石膏和一些添加劑組成的ZCast粉術(shù)材料，直接用三維打印快速成型模具型腔，可用于直接澆注低熔點(diǎn)金屬，如鋁，鋅、鎂等，成型時(shí)間從幾個(gè)星期降至幾小時(shí)到幾天，大大降低制造的時(shí)間和成本。(三)快速(kui s)制造快速成型技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是快速經(jīng)濟(jì)地制造金屬、陶瓷或其他功能材料零件。美國(guó)Extrude

24、Hone公司采用金屬和樹(shù)脂粘接劑粉末(fnm)材料，逐層噴射光敏樹(shù)脂粘接劑，并通過(guò)紫外光照射進(jìn)行固化，成型制件經(jīng)二次燒結(jié)和滲銅，最后形成60鋼和40銅的金屬制件。其金屬粉末材料的范圍包括低碳鋼、不銹鋼、碳化鎢、以及上述材料的混合物等。美國(guó)ProMetal公司通過(guò)噴射液滴逐層粘接覆膜金屬合金粉末，成型后再進(jìn)行燒結(jié)，直接生產(chǎn)金屬零件。美國(guó)Automated Dynamics公司則生產(chǎn)噴射鋁液滴的快速成型設(shè)備，每小時(shí)可以噴射lkg的鋁滴。(四)醫(yī)學(xué)(yxu)模型三維打印快速成型可以應(yīng)用在假肢與植物的制作，利用模型預(yù)制個(gè)性假肢，提高精確性，縮短手術(shù)時(shí)間，減少病人的痛苦。此外，三維打印快速成型制作醫(yī)學(xué)模

25、型可以輔助手術(shù)策劃，有助于改善外科手術(shù)方案，并有效的進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷，大幅度減少手術(shù)前、手術(shù)中和手術(shù)后的時(shí)間和費(fèi)用，其中包括上頜修復(fù)、膝蓋、骨盤(pán)的骨折，脊骨的損傷，頭蓋骨整形等手術(shù)，給人類(lèi)到來(lái)巨大的利益【23241。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Mattel兒童醫(yī)院于2002年8月對(duì)危地馬拉年僅l歲的頭部聯(lián)體女?huà)氤晒Φ剡M(jìn)行分離手術(shù)，利用Objet公司QuadraTempo快速成型設(shè)備逐層噴射丙烯酸光敏樹(shù)脂建立地顱骨模型進(jìn)行手術(shù)策劃，起到了很好的效果。(五)制藥工程(gngchng)緩釋藥物可以使藥物維持再希望的治療濃度，減少副作用，優(yōu)化治療，提法病人的舒適度，是目前研究的熱點(diǎn)。緩釋藥物具有復(fù)雜內(nèi)部孔穴和薄壁

26、部分，麻省理工學(xué)院采用多噴嘴三維打印快速成型，用PMMA材料制備了支架結(jié)構(gòu)，將幾種用量相當(dāng)精確的藥物打印入生物相融的，可水解的聚合物基層中，實(shí)現(xiàn)可控釋放藥物的制作。美國(guó)Therics公司使用三維打印快速成型生產(chǎn)這種可控釋放藥物，其藥劑偏差量小于1，而當(dāng)前制藥方法的藥劑含量偏差約為15t251。三維打印快速成型避免了采用激光成型所會(huì)產(chǎn)生的的大量熱量(rling)，對(duì)保證有機(jī)物的活性具有重要的意義；此外粉末粘接成型能夠形成精度不高等缺點(diǎn)，但是藥物的制造中，這些都不是問(wèn)題，因此三維打印快速成型在可控釋放藥物的制作上有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前三維打印快速成型能夠快速地、無(wú)浪費(fèi)(lngfi)地制造具有復(fù)雜藥物

27、釋放曲線，精確藥量控制的藥物。（六）組織工程目前組織工程的研究熱點(diǎn)是獲得由細(xì)胞及生物物質(zhì)和基質(zhì)材料所組成的組織器官。在組織器官的制造過(guò)程中，生物因子根據(jù)設(shè)計(jì)要求的可控緩釋對(duì)于組織器官的生長(zhǎng)起著重要的調(diào)控作用，用三維打印快速成型器官組織的支架結(jié)構(gòu)可以對(duì)其孔隙率以及孔徑的分布進(jìn)行控制，得到所需的孔隙梯度結(jié)構(gòu)，從而控制組織器官的降解速率，實(shí)現(xiàn)組織缺損的修復(fù)。此外，細(xì)胞直接裝也是研究的熱點(diǎn)，液滴噴射能夠?qū)崿F(xiàn)包括細(xì)胞在內(nèi)的各種生命單元和物質(zhì)的復(fù)雜空間排布。美國(guó)Clemson大學(xué)基于熱敏材料固化工藝，對(duì)熱可逆凝膠和倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)液采用液滴噴射成型。清華大學(xué)采用基于液滴噴射的成型技術(shù)，提出分層原位不

28、完全交聯(lián)固化工藝，把細(xì)胞基質(zhì)材料復(fù)合單元作為成型對(duì)象的細(xì)胞基質(zhì)材料液滴受控組裝技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)了類(lèi)組織前體的成型制造。(七)微納制造液滴噴射技術(shù)能夠在微觀尺寸上精度控制反應(yīng)物，能夠逐層制造任意形狀的微細(xì)部件。例如：Ago等在n型硅片上噴射Co納米顆粒懸浮液，然后以析出的納米Co作為化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)碳納米管的位置選擇催化劑，制成了場(chǎng)發(fā)射用的多層碳納米管陳列。近年來(lái)，隨著高分子功能材料的發(fā)展，以聚合物材料制作半導(dǎo)體器件已成為熱門(mén)研究課題。同制作聚合物光電器件的其他方法相比，液滴噴射具有在柔性基底上大面積直接噴射部件的潛力，噴射過(guò)程中原料的浪費(fèi)小于2，優(yōu)勢(shì)明顯。Jambson等采用液滴噴射技術(shù)將CdS

29、e納米晶嘧啶懸浮液噴射在原、漏電極之間，再經(jīng)加熱、封裝后得到場(chǎng)效應(yīng)晶體管。Yang等則將聚乙烯二氧噻吩水溶液噴射在ITO透明電極上，再旋涂一層電致發(fā)光聚合物，聚對(duì)苯乙烯和陰極(ynj)材料，制成了聚合物電致發(fā)光徽標(biāo)。Sirringhaus等在聚酰亞胺玻璃上，利用玻璃和聚酰亞胺不同的親水、疏水特性，控制噴射聚一聚苯乙烯磺酸液滴，并使之自組裝成源、漏和柵極，制成了全聚合物場(chǎng)效應(yīng)三極管。參考文獻(xiàn)【1】盧清萍快速原型制造(zhzo)技術(shù)高等教育出版社，2001：111【2】虞鋼，虞和濟(jì)集成化激光(jgung)智能加工工程冶金工業(yè)出版社，2001：l15【3】騰功勇，王從軍，陳學(xué)彬，黃樹(shù)槐影響SLS技術(shù)

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