展望3D打印產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

現(xiàn)在制造業(yè)界已公認(rèn)3D打印機(jī)能夠隨心所欲制作各種形狀的產(chǎn)品，但也有部分從業(yè)者覺(jué)得3D打印機(jī)所打印制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比不上傳統(tǒng)加工制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，認(rèn)為3D打印機(jī)只適合制作對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求不高的產(chǎn)品。其實(shí)3D打印作為一種將材料薄層逐層疊加成型的數(shù)控加工工藝有著制作超高強(qiáng)度制品的發(fā)展前景。

3D打印機(jī)疊加積累（反復(fù)打?。┎牧媳拥姆椒ㄒ话闶菍⑷廴诓牧嫌纱蛴☆^重復(fù)噴涂加厚或者是將粉末材料鋪設(shè)一層后用激光燒結(jié)然后重復(fù)鋪設(shè)、燒結(jié)。當(dāng)使用納米金屬顆粒作為打印原料時(shí)，因?yàn)榧{米金屬顆粒的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于普通金屬塊體材料，可以在較低的溫度下將納米金屬顆粒熔融后由打印頭重復(fù)噴涂積累成型，而在采用將粉末材料鋪設(shè)后再燒結(jié)而重復(fù)積累成型方式時(shí)納米金屬顆粒也可按照所鋪設(shè)的構(gòu)型被充分熔融再凝固，而且打印時(shí)控制所疊加的每一層材料的厚度就可以控制每一層材料熔融后再凝固所形成的晶體的大小，（當(dāng)熔融的金屬層足夠單薄且附著在冷的基材上凝固時(shí)因?yàn)榻禍匮杆龠€可以獲得高強(qiáng)度的非晶態(tài)金屬結(jié)構(gòu)）當(dāng)控制使所疊加的每一層材料的厚度很微小時(shí)就可得到微晶結(jié)構(gòu)制品，（使用激光熔融金屬時(shí)，宜采用功率大而作用時(shí)間短的脈沖激光只使被照射部位盡快熔融而避免長(zhǎng)時(shí)間照射使相鄰的已結(jié)晶部位重新熔融造成已完成加工部位的晶體生長(zhǎng)融合到正在加工的部位。且激光束的波長(zhǎng)越短其最小照射光斑直徑就可控制得越小其熔融加工的精度就越精細(xì)，如要熔融比激光照射光斑更小的區(qū)域可使激光束平行于材料疊加平面且讓光束只有局部與疊加鋪設(shè)的材料位置重合射中材料而光束的另一部分則在材料上方射過(guò)不射中正在加工和已加工的材料，先在離激光頭遠(yuǎn)的區(qū)域鋪設(shè)一棑材料當(dāng)所鋪設(shè)材料被激光束加工完后再在離激光頭近一些的區(qū)域鋪設(shè)一棑材料如此逐漸推進(jìn)鋪滿一層后再鋪設(shè)另一層材料并將激光束同步平行調(diào)整保持激光束與被加工材料只有一部分重合即可進(jìn)行持續(xù)操作）如果對(duì)材料進(jìn)行有計(jì)劃地疊加、熔融（打印時(shí)可進(jìn)行逐行、逐列、隔行、隔列、交叉行列等任意順序打?。┖涂販啬蹋闪硗庖孕」β使馐o助照射而控制降溫方向）還可使結(jié)晶的方向被有計(jì)劃地定向控制可得到按照計(jì)劃意圖排列的晶體結(jié)構(gòu)。顯然當(dāng)金屬制品具有按設(shè)計(jì)意圖定向排列結(jié)晶的微晶結(jié)構(gòu)時(shí)其強(qiáng)度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鑄造、鍛造工藝所能得到的強(qiáng)度。（可惜每層疊加材料的厚度越微小則打印速度越慢，滿足了強(qiáng)度就難以滿足制作速度）使用其他非金屬打印原料時(shí)如果材料顆粒屬于納米粒度而且材料每層疊加的厚度足夠微小，對(duì)熔融和凝固過(guò)程也精確地控制，則同樣可以得到高強(qiáng)度微晶結(jié)構(gòu)（當(dāng)熔融層足夠單薄且附著在冷的基材上凝固時(shí)因?yàn)榻禍匮杆龠€可以得到高強(qiáng)度的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)）。至于打印復(fù)合材料的制品時(shí)，因?yàn)?D打印機(jī)可對(duì)不同的材料的交叉疊加及積累進(jìn)行精致的數(shù)字化控制，使得各種不同材料可按照設(shè)計(jì)意圖精確地、復(fù)雜地、充分地進(jìn)行混合配置成型，所以其制品強(qiáng)度相較于傳統(tǒng)加工工藝可有著明顯優(yōu)勢(shì)。

所以即使現(xiàn)在有些 3D 打印機(jī)存在著所打印制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，但那只是受制于打印原料顆粒不夠小、對(duì)疊加層的厚度控制不夠細(xì)微、對(duì)熔融和凝固過(guò)程的控制不夠精確等原因，而 3D 打印技術(shù)隨著其加工精度不斷提高是適于制作高強(qiáng)度制品的。希望有關(guān)部門能對(duì) 3D 打印技術(shù)給予足夠重視和支持，使本國(guó)的制造業(yè)高端技術(shù)能緊跟世界潮流。