3D打印技术在高职模具专业教学中的应用

1 代表性工艺(1)：3D打印

现在严格意义上的3D打印机，是1984年麻省理工学院提出的技术，类似现在的喷墨打印机。喷墨打印机是INK墨水喷到的地方出现字，没有墨水喷到的地方就是白纸。3D打印的喷头喷出的不再是墨水，而变成了胶水。白纸现在换成了粉末，一层薄金属粉、陶瓷粉、非金属粉末、石英砂等。凡是胶水喷到的地方，粉末就胶结在一起，没有喷到的地方还是砂子。工作台往下降，再铺一层粉末然后再打印。最终打印出零件出来。但这种制备方式的精度比较低，因为粘结剂有黏度，太稀会渗漏，粘结出来的零件比较粗糙。如果粘结剂太稠，喷出来后会成团，粘结出来的精度也不高。粘结剂少了不易粘接牢固、粘结剂多会收缩会变形。理论上来说精度比较低，该技术出来一段时间后，弊端较大，应用不广泛。

2 代表性工艺(2)：光敏树脂固化(光固化SLA)立体印刷

原理是液体是对紫外光很敏感的树脂，这种光敏树脂装在罐中，用一束激光，发出紫外光，工作台提升到水面上很低，用激光照射后液体就变成固体，该层固化完成后，工作台降低δ厚度。然后再次照射，工作台再次下降。由液体变成固体，经过高温固化后成型。

3 代表性工艺(3)：选择性激光烧结SLS

该技术类似第一种代表性工艺。第一种喷出的是粘结剂，该种技术打印头是出来一束激光，光能量较高。它是在高温下借助红外激光对粉末进行烧结，这有助于粉末颗粒被激光束缚之前凝固，如工作台上铺设一层石蜡粉，激光照射的地方就把石蜡粉烧软了，粉末融为一体，没烧的地方还是粉末，烧完了后，工作台下降δ厚度，再铺设δ厚度的粉末，一层层烧结，就可以烧结出任意复杂形状。该过程之后是后处理部分，需要对未烧结的粉末悬浮液中取出模型并进行喷砂处理。它相比于FDM技术不需要任何支持结构的模型，因为模型可以悬浮在粉末中，所以制作出的模型，形状比较复杂，可以轻松打印出可以移动的对象。本技术相比第一种3D打印技术有较多优势，如：1.激光波长短，可以聚光细，这样零件的精度就有保障；2.材料可以是金属或非金属。金属材料构建的制造方式是：使用高分子材料，密度如果非常低，把高分子材料构件埋在砂子里面，然后将金属浇筑进去，高分子材料遇到金属就会挥发为气体，原来高分子材料就被金属材料填充，这样就可以很快做出金属材料出来。

选择性激光烧结技术SLS常使用的材料有尼龙氯化物、碳酰亚胺、PEBA等材料。可以打印活动材料，设计原型、硬件、电子产品外壳、医疗设备、雕塑等。它实际是一种零浪费的技术，未烧结的粉末可以反复使用，但是需要一定的中性气体保护如氮气保护，以防止粉末在长期使用中被氧化。

4 代表性工艺(4)：熔融沉积造型FDM，熔丝挤出造型

采用热塑性高分子材料通常是聚丙交酯或丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，通过滚轮往加热头送，经过高温软化后挤出到工作台上，挤出的丝的直径就是一层的厚度，如挤出头的直径是0.5，那每一层的厚度就是0.5。然后一层层挤出，粘出塑料的零件，这种方法类似蛋糕上裱花工艺。这种主要是应用于桌面机，价格便宜。它首先使用卷盘式的热塑性丝，加热喷头，等待喷头达到合适温度后热塑性丝送入挤出头，融化喷出。在挤出过程中，挤出头是安装在3坐标轴系统中，使挤出头可以在X、Y、Z3个轴上移动，加热后融化的材料被挤出为细条，通过逐层沉积在制定的位置，冷却后固化，通常在挤出头上部安装有风扇以加快冷却速度。

5 代表性工艺(5)：叠层实体造型(LOM)

在LOM叠层实体造型技术中，类似于千层底鞋垫，一层层粘结起来。它通过加压和加热将材料层、塑料层、纸层融合或层压起来。用一卷牛皮纸，牛皮纸背面刷了不干胶，使用激光束来进行裁剪成需要的形状，不需要的地方可以划成网格，使用滚轮加热，背面的不干胶软了后，就与上一次剪裁的材料粘结起来，然后工作台下降δ厚度，再进行下一层的裁剪，就相当于一页页纸来粘结，换成Paper、plastic就可以得到相应材料的成型零件，也能承受一定的压应力。通常，材料涂覆有粘结剂层、在进料辊加热以融化粘结剂，然后将该层粘结到上一层。使用刀片或激光来绘制，以方便最终模型的提取。由于纸层制品具有木样的性能，可以承受砂型铸造，纸制品通常会刷漆密封防潮。现在衣服的裁剪已经绝大多数都是类似的激光裁剪了。他的精度受制于层的厚度，取决于材料，这种打印方式相比于其他几种方式来说，它并不十分精确。

3D打印技术有以下特点：高速制备；节省时间、经济成本；设计自由度提高；加强设计创新；小批量生产；精度可控；产品统一。

3D打印更多地服务于设计，缩短产品研制周期，使产品研制成本大大降低。但以上这几种制备方式的零件强度都不太高，需要进行再处理。模具专业学生在学习3D打印技术时，要弄清楚几种增材制造技术的构型原理。待未来需要效率更高、性能更好的材料出现后，3D打印技术必将得到飞速发展。