3D打印技术的缺点及解决办法

一、结合现有3D打印技术的研究现状，阐述现有3D打印技术的缺点，以及该缺点的解决办

法，针对现有某一种3D打印方法进行改进。简述3D打印技术未来的发展方向（2000字以上）。

现有3D打印技术的缺点及解决方法

1、材料的限制

目前主流的3D打印技术可以实现聚合物塑料、某些金属或者陶瓷打印，但目前无法实现打印的材料还非常多。材料的限制主要表现为两个方面的限制，一方面，目前的3D打印技术可打印的材料种类有限，无法完全适应工业生产中所需的各种各样的材料的打印。这使得3D 打印技术只能应用于一些特定场合，普及推广仍有很大的障碍。另一方面，针对特定的3D打印机，可打印的材料种类更是特定的几种或几类，这使得针对每种或每类材料，就需要设计专属的3D打印机，通用性不如传统的机械加工好。虽然目前在多材料打印上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。

解决方法：针对以上两方面问题，可以以这样的思路寻求解决方案。一、研发新材料，这也是国家目前大力发展的方向。通过研发新型的打印性能好、材料性能还能达到传统材料要求材料，提高3D打印技术的通用性。二、提高3D打印机本身的通用性。可以从模块化设计角度出发，本体结构保持一致，对不同种类或类型的材料，只改变部分部件如喷头，而且部件的拆装性能要好，方便更换。

2、打印效率低效率低可以从两个角度进行分析。一、与传统机械加工比较，机械加工是在毛坯的基础上减材形成，通常毛坯和零件之间相差的材料较少，即需要去除的材料少，加工比较快；而3D打印技术必须将所有零件实体所需材料通过增材方式堆叠，材料体积大。所以从去除或堆叠得材料体积量来比较，增材的体积量通常比减材的体积量要大。二、从成型运动方面考虑，传统的机械加工主运动多为旋转运动，而3D打印技术为直线运动，旋转运动更容易达到更大的速度，而且保持一定的稳定性，3D打印技术的扫描运动为直线运动，很难达到较大的速度。因此，3D打印技术不仅所需加工的体积量大，而且运动速度受限，所以综合加工效率低。

解决方法：针对问题一，可以考虑在一定的规则毛坯材料上增材，减少需要打印的材料量，主要是用于大批量生产情况下，预先设计一系列实体轮廓中所包含的最小毛坯，在毛坯的基础上打印。针对问题二，从机构学角度，可以设计可高速运动的机构，如并联机构。另外也需要协调设计材料，增快其熔融速度或凝固速度。还可以从软件及轨迹规划角度着手，采用梯度

设计思想，对于有强度等方面要求的，填充率选择大一些，其他部分填充率小一些，而不是像目前整个实体都选择同一填充率。

3、质量和精度低：

首先是质量问题，由于3D打印采用“分层制造，层层叠加”的增材制造工艺，层与层之间的结合再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，而零件材料的微观组织和结构决定了零件的物理性能如强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性、气密性等大多不能满足工程实际的使用要求。其次是精度问题，由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善，其打印成型零件的精度包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都较差，不能作为功能性零件，只能做原型件使用，从而其应用将大打折扣。

解决方法：对于质量问题，可以考虑从打印路径的角度出发，使打印纹理走势与零件主要受力方向一致，增加其强度，防止在力的作用下，零件发生撕裂或破坏。对于精度问题，尽可能研究高分辨率打印技术，将层分辨率降低，但也要考虑与打印效率的匹配问题。另外可以增减材技术相结合，通过减材技术进行表面处理或其他后处理。

二、针对现有的一种3D打印方法的改进

针对SLA打印原理，是利用一个紫外激光器进行二维扫描，来实现逐层材料的固化，这样扫描会特别慢，效率较低。提出这样的改进思路：将单个激光器改为一种二维的屏幕型激光器，通过程序控制，将三维模型进行实体分层，然后每打印一层，该面激光器显示的就是该层的形状，从而实现该层的直接成型，而省去了扫描的程序，这样打印速率会明显提高，这样效率会提高很多。

三、3D打印技术未来的发展方向

1、材料方面:在新材料技术的推动下，更多的材料种类可以被打印，而且材料的性能比现有材料更好。同一打印机可打印的材料种类增多，是的3D打印技术更加普及。

2、效率方面:从硬件和软件层面都较现有技术有提高，打印效率实现质的飞跃。

3、质量和精度方面：通过改进现有技术，或者与其他工艺结合，质量和精度都可以达到零件的要求，而并非只能打印快速原型。

4、多材料复合打印:在材料种类越来越多、材料性能越来越好的情况下，多材料复合打印更能充分发挥各种材料的性能优势，是未来的一个发展趋势。

4、新型原理的出现:3D打印技术是比较广义的定义，事实上只要能进行材料增加的技术都可用于3D打印，尤其是在微纳3D打印技术方面，各种新技术在最近几年已经大量涌现。

5、应用领域变广:目前的3D打印技术已经应用于制造领域、建筑领域、航天、军工、汽车、生物科技等领域，在未来的发展中，学科交叉已经成为热门趋势，因此3D打印也会向更多的领域延伸。

6、生产模式的改变：随着3D打印技术的进一步普及，工业领域的生产与设计模式会发生一些显著的变化，生产方式也会发生相应的变化，定制化个性化的生产成为可能。

二、根据现有3D打印技术相关知识，设计一种新的3D打印方法，可结合目前尚未用于3D 打印领域的相关技术。画出所设计技术的原理图，并详分步骤细说明其工作原理、实施步骤和优点。

实现FDM多种材料复合打印的一些想法:

①可打印的材料有不同的种类，每种材料具有各自的优势，如强度、刚度、轻质等方面。

②对于每一种材料，又有几个不同的系列，体现为材料力学性能的不同，分别用于不同的零

件要求。

③每种材料都设计特定的喷嘴，这种喷头是标准化、系列化的，方便更换，更换方式可参考

加工中心刀库换刀的方式进行。

④每种喷头可打印一系列的材料，这些材料有预先的安装接口，当更换材料系列时，喷头部

件移动到相应接口，材料方便送入喷头。

⑤实际打印操作时，可结合工程分析软件，对零件力学性能要求进行分析，可以将零件不同