3DP是一种基于微喷射原理(从喷嘴喷射出液态微滴),按一定路径逐层打印堆积成形的打印技术,这种技术和平面打印非常相似。3DP打印机主要部件为储粉缸和成形室工作台。打印时首先在成形室工作台上均匀地铺上一层粉末材料,接着打印头按照零件截面形状,将粘结材料有选择性地打印到已铺好的粉末层上,使零件截面有实体区域内的粉末材料粘接在一起,形成截面轮廓,一层打印完后工作台下移一定高度,然后重复上述过程。如此循环逐层打印直至工件完成,再经后处理,得到成形制件。
同立体印刷、叠层实体制造和选择性激光烧结快速成形技术相比,3DP不需要昂贵的激光系统,具有设备价格便宜、运行和维护成本低的优势。与熔融沉积快速成形技术相比,3DP可以在常温下操作,具有运行可靠,成形材料种类多和价格低的优势。此外,与其它RP系统相比,3DP还有操作简单、成形速度快、制件精度高、成形过程无污染,适合办公室环境使用等优点。
图1:3DP仪器构造

金属零件快速制造技术代表了RP技术的最新发展方向。目前,真正能够制造精密金属零件的快速成型技术只有选择性激光熔化和选择性激光烧结。SLS成型方法成型金属零件时,多采用树脂或低熔点材料包覆的金属粉末作为原材料,通过激光扫描使树脂熔化将金属粉末固结在一起,在成型后经过脱脂、浸渗低熔点金属(如青铜等)来提高致密度。使用该技术成型,金属零件工序复杂且零件强度与精度多数情况下仍达不到要求。而选择性激光熔化SLM技术是一种极具创新的快速成型技术,能一步加工出具有冶金结合,相对密度接近100%,具有复杂结构、高的尺寸精度的金属零件。目前,金属3D打印成本偏高是其主要缺点之一。
在总成本构成中,购置设备成本约占总成本的3/4。而上述两种工艺的设备均属于工业级打印设备,价格普遍较为昂贵。其次,金属3D打印的材料通常有钛粉、铝合金粉和不锈钢粉。耗材成本虽然仅占总成本11%,但是相较于其他普通金属材料,这些材料成本要高出将近10倍左右。如德国EOS公司所生产的不锈钢粉、铝硅粉、钛合金粉,其价格是传统粉体的10至20倍。而3D打印用钛粉成本约为180万/吨,是普通航空用钛材价格的9倍多。
图2:3D打印成本构成

表1:3D打印技术的优劣及对应的经典机型

图3:全球3家重要公司在各种打印技术中的关联关系
