一文了解3D打印技术及未来发展方向

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来源：互联网
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2019-11-03
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　　3D打印房子已经不是一件稀奇的事情，前不久在北京通州的一个厂房内，世界上第一个用3D打印的别墅却轰动了整个房产界。

　　据悉，这栋已经建成的别墅400平方米，墙体厚度250cm，高度两层，每层高3米，基础和墙体用钢筋20吨，混凝土C30标号，380立方米，全程由电脑程序操控，经检测其抗震级别达到八级以上。

　　3D打印技术，也称为增材制造技术，是近年来兴起的一种快速成型技术。也被誉为21世纪最具颠覆性的技术之一。3D打印是采用计算机建模技术，通过逐层叠加的办法构筑目标材料，具有快速化、精准化、个性化等优点。

　　早在2013年2月，英国伦敦Softkill Design建筑设计工作室就首次提出了3D打印房屋这一概念，并成功制造了首个建筑模型。

　　而在荷兰埃因霍温市，埃因霍温科技大学宣布，将和承包商VanWijnen，房地产经理Vesteda，材料公司Saint Gobain-Weber Beamix以及工程公司Witteveen+Bos合作，从2019年起将在埃因霍温市连续建造可居住的3D打印混凝土房屋，它是世界上第一种可正式用于居住的3D打印房屋，共有5套。

　　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、光固化立体成形、分层实体制造、电子束选区熔化、激光选区熔化、金属激光熔融沉积、电子束熔丝沉积成形。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　由QYResearch发布的《2017全球3D打印技术市场发展现状及未来趋势》数据显示，全球3D打印市场规模2012年为20.2亿美元，2013年为39.8亿美元，预计2017年将超过50亿美元。美国为最大的市场，占比37.5％，其次为欧洲，占比25.1％，日本占比约9.9％左右，德国占比为9.5％。此外，中国占比大约为7.8％。预计未来全球市场将持续25％左右的增速发展。