3DP打印技术的原理、特点及应用

3DP打印技术中文全称为三维印刷工艺，英文全称为Three-Dimensional Printing。该工艺是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人于1993年研发。

一、3DP打印技术的原理

3DP打印技术（简称3DP技术）通过喷头运用粘接剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”（个人理解：粘接）在材料粉末上面。因为粘接的零件强度较低，所以需后处理改善零件性能。

具体工艺过程如下：前一层粘结完毕后，成型缸下降一定的距离（约等于层厚：0.013~0.1mm），同时供粉缸上升一定距离，并推出若干原材料粉末。原材料粉末被铺粉辊推至成型缸，并被压实。喷头在计算机控制下，根据建造截面的成型数据建造截面，多余的原材料粉末被集粉装置收集。如此不断重复送粉、铺粉和喷射粘结剂过程，最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘结剂的部分为干粉，在成型过程中起支撑作用，成型结束后，较容易去除。

二、3DP打印技术的材料

原材料：大部分为粉末状，塑料粉末、陶瓷粉末、石膏粉末、金属粉末、复合材料粉末等。

3DP技术对粉末材料的基本要求（1）颗粒小且均匀（2）流动性好，确保供粉系统不堵塞（3）液滴喷射冲击时不产生凹坑、溅散和空洞

3DP技术对粘结剂（用于粘结粉末的物质）的基本要求（1）易于分散且稳定，可长期存储（2）不腐蚀喷头（3）粘度低，表面张力强（4）不易干涸，能延缓喷头抗堵塞

三、3DP打印技术的特点

3DP技术的优势：（1）无需激光器等昂贵元器件，设备造价降低；（2）成型速度快，成型喷头可用多个喷嘴；（3）可使用多种粉末材料，也可以采用彩色的粘合剂；（4）打印过程无需支撑材料；（5）工作过程较为清洁；（6）可实现大型件的打印（目前可达4m）。

3DP技术的劣势：（1）模型精度和表面质量比较差；（2）强度、韧性相对较差，无法适用于功能性试验；（3）原材料价格较贵。

四、3DP打印技术的后处理

3DP技术打印的后期处理过程相较其他几种3D打印技术的后处理简单。后处理主要包括模具静置、干燥固化、去粉、包覆四个步骤。

（1）模具静置3DP打印结束后，需要将打印的模具静置一段时间，使得成型的粉末和粘结剂通过交联反应、分子间作用力等作用固化完全。

（2）干燥固化当模具具有初步硬度时，可根据不同类别用外加措施进一步干燥固化，例如通过加热、真空干燥等方式。当模具凝固到一定强度后再将其取出。

（3）去粉完成前述工序后，所制备模具可具备较强硬度，这时需要将表面其他粉末除去。可以用刷子将周围大部分粉末扫去，剩余较少粉末可通过机械振动、微波振动、不同方向风吹等除去，也有报道称可将模具浸入特制溶剂中，此溶剂能溶解散落的粉末，不能溶解固化成型的模具，可达到除去多余粉末的目的。

（4）包覆对于去粉完毕的模具，特别是石膏基、陶瓷基等易吸水材料制成的模具，需考虑其长久保存问题，常见的方法是在模具外面刷一层防水固化胶，增加其强度，防止因吸水而减弱强度。或将模具浸入能起保护作用的聚合物中，比如环氧树脂、氰基丙烯酸酯、熔融石蜡等，最后的模具可兼具防水、坚固，美观，不易变形等特点。

五、影响3DP打印快速原型零件坯的精度因素

（1）粉末材料以及与之匹配粘接溶液的性能；（2）粉末层厚度和压实密度；（3）喷射粘滴的定位精度；（4）喷射粘滴对粉末的冲击作用。审核编辑：郭婷

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