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3D 打印世界 | 刊首语 Editorial
1
出版人及董事总经理
EDITORIAL
李广连 董 事 纪大伟 ( 澳大利亚 ) 劳莉
刊首语
杂志编委会 上海市增材制造协会
可能相对于桌面 3D 打印正在艰难地打开市场与备受争议，工业 3D 打印作为 潜伏已久的一项技术，在某些关键的技术性问题或者政策法规方面得到突破就可以
湖北省 3D 打印产业技术创新战略联盟 广州增材制造技术行业协会
很轻易地被目前的制造体系所接受。这几年随着技术与应用对接更加紧密，也得益
主 编
于政府和社会各界的关注，各个工业 3D 打印设备制造商可以说是在抓紧啃食应用
余 佳 Jane.Yu@iRecyclingTimes.com
市场，从 2015 年开始这种加速度前进的趋势也愈加明显。 本期《3D 打印世界》专门从应用的角度采访了目前国内手板界的一家具有相 当规模的企业“东莞科恒手板模型”，科恒从 2011 年开始采用工业级的 SLA 3D 打印 设备，从一开始的一台到 2015 年爆发性的三十多台机器，这其中一个很重要的原 因就在于所用的打印耗材——光敏树脂在性能、种类、价格上不断地满足了应用 的需要。最近，还有一个更直观的新闻可以看出这种加速的趋势，珠海西通电子 在年前发布的一款工业级 3D 打印机近日获得了一个大单，英国 Greenwich Planet 一口气买下了 30 台设备。不管是在中国还是海外发达国家，在劳动力的价格不再 低廉的情况下，3D 打印适逢其时，这个市场正在走向成熟。
编 辑 张艳萍 曾伟清 王 莉 伍颖珊 李敏君 阮燕茹 美术设计 邓德胜 罗宇洪 周婵媛 钟晓俊 广告业务，请联系 梁雪燕
另外，3D 打印在其他的高端工业领域近期也有不俗的成绩。航空航天方面， 俄国近日发射了一颗 3D 打印的微型立方体卫星，这颗卫星的大部分部件是由塑料 材料打印而成，电池外壳则是由氧化锆陶瓷材料打印而成，在世界尚属首次。虽然 波音用 3D 打印制造飞机的燃油喷嘴已经不是新闻，但前不久装载有 19 个 3D 打印
Anna.Liang@iRecyclingTimes.com 媒体公关，请联系： 傅晓颖 Grace.Fu@iRecyclingTimes.com
燃油喷嘴的最新机型波音 737MAX 首飞成功还是非常振奋人心的。相对于直接制 造零部件，其实 3D 打印在航天航空的应用更多在于零部件的修复和性能改善上， 法国一家 3D 打印公司 BeAM 去年就帮一家航空公司修复过 800 多个零部件。 核电可以说是一个非常高不可及的领域，而年初，西安铂力特就宣布他们帮 中核北方核燃料元件有限公司 3D 打印了 CAP1400 自主化燃料原型组件下管座， 这是国内首次实现核燃料元件的 3D 打印，这可以说是一个新的开端。 在石油天然气方面，著名市场分析机构 Gartner 预测，到 2019 年，全球 10% 的石油天然气公司都将使用 3D 打印机来制造日常作业中使用的零部件和设备，因 为远距离的运输以及海关等问题都使得 3D 打印在现场直接制备和修复零件的能力 显得很有必要，但相关知识产权问题还是一个拦路虎。 其实，不管是普通制造业还是高端工业领域都会和 3D 打印联系起来，补充还 是颠覆，找准切入点，然后时间会证明一切。
出版人 李广连
高级市场与销售经理 何兆璋 Sam.Ho@iRecyclingTimes.com 通信地址： 广东省珠海市明珠南路 2021 号 金嘉创意谷 1 栋 4 楼 珠海再生时代文化传播有限公司 电话：+86 (0)756 3959280 传真：+86 (0)756 3959299 电子邮箱：info@iRecyclingTimes.com 网址：www.inside3dprinting.com.cn
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www.inside3dprinting.com.cn 第 13 期
第 13 期 www.inside3dprinting.com.cn
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CONTENTS 01
刊首语 Editorial
04
资讯 Information
06
目 录
环球 World News
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18 PEOPLE 人物
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他和他的工厂见证了手板行业 的历史，并选择拥抱了 3D 打 印。在和 3D 打印的激情碰撞 中，3D 打印赋予了手板产业 与众不同的能力，让这个行业 得以迸发出全新的活力。
观察 Observation 08
3D 打印真的能释放无限潜能吗？
12
3D 打印的潜力股 ——陶瓷 3D 打印的分类及基本介绍
16
碳纤维 3D 打印将成 2016 年爆点？
人物 People 18
文炳华：3D 打印为手板注入新的生命力 ——专访东莞市科恒手板模型有限公司董事长
技术 Technology 24
一种镶缸套铝合金缸体铸件的快速制造方 法
28
一种 3D 打印立体光刻快速成型光敏树脂 的制备及性能研究
应用 Applications 34
宝马增材制造 25 周年：3D 打印如何影响 汽车制造？
36
华曙高科积极研发新成果 抢占汽车 3D 打印应用高地
38
增材制造如何为土豆服务？
41
3D 打印油井设备钻头的设计沟通模型
42
增材制造创造燃烧器上的奇迹
专栏 Columnists 45
增材设计制造航空发动机面临哪些挑战？
46
创客 Marker
本杂志版权归珠海再生时代文化传播有限公司所有。 未经书面同意，不得转载。本杂志所有采用的文章，仅代表作者观点，并不代表本杂志立场。如有文章出现错误，敬请原谅，并欢迎指正。
www.inside3dprinting.com.cn 第 13 期
新品速览
4
资讯 Information | 3D 打印世界
IDC：未来四年中东、非洲 成3D打印增速最快地区
NVBOTS 开发出可打印 21 种金属的 3D 打印机 美国NVBOTS公司宣称，开发出一款新型的金属3D 打印机，能打印21种不同金属材料，包括铝、镍、锡 、不锈钢和镍钛合金等，并能在同一3D打印作业中 使用多种金属。其技术主要采用电来熔融金属丝，精 度来自于该公司一项特殊专利，这是基于粉末的金属 3D打印技术不能做到的。
高速光固化3D打印机Gizmo Gizipro 2X 3D打印相关产品专业卖场iMakr宣布，将展出号称3D 打印速度比CLIP技术还快的光固化3D打印机Gizmo Gizipro 2X。其产品开发商澳洲Gizmo 3D公司称，
2019 年 10% 的 石 油 天 然 气 公 司 将 使 用
其3D打印机能够在短短6分钟之内，以50微米的Z轴
3D 打印
分辨率3D打印出150毫米×80毫米×26毫米大小的对 象。
虽然目前 3D 打印技术还不能取代大型工业设备 的制造，但是在一些大型的装备行业，比如石油 和天然气，它已经表现出相当大的应用潜力。日前， 著名市场分析机构 Gartner 预测，到 2019 年，全 球 10% 的石油天然气公司都将使用 3D 打印机来 制造日常作业中使用的零部件和设备。 该公司称，在短期内，3D 打印可以显著减少零部 件原型、制造、维修和重新设计所需的时间；长
韩国 Rokit 推出新型生物 3D 打印机 韩国3D打印设备厂商Rokit推出一款应用于组织工程 和生物医学研究的新型生物3D打印机——3Dison Invivo，可兼容多种生物材料，包括PLGA、PCL、 PLL A、胶原蛋白、海藻酸钠、丝素蛋白等。另外， 它能够将细胞打印成3D结构，这些结构可以成长为 可移植的组织。
期来看，3D 打印技术将会改变范围广泛的各种设
3D 打印电路板公司 Nano Dimension 获批纳
备部件的生产方式。这对于那些因距离比较远而
斯达克上市
导致普通零部件的供应受到限制，或者经常会由
以色列 3D 打印商 Nano Dimension2 月 22 日宣布，
于运输和海关清关的问题导致时间延误的公司来
公司获批以美国存托股票（ADS）的形式在纳斯达克
说是非常有价值的。
股票交易所上市。成为纳斯达克的挂牌公司，将大大
3D 打印的引入对于企业 IT 设施的影响是巨大的，
有助于这家年轻而有前途的 3D 打印公司在美国市场
但也可能导致由于未经许可或者付费就复制其它
获得知名度，从而加速电路板 3D 打印的市场和进程。
公司的零部件所产生的专利和其它法律问题。石
2015 年底，Nano Dimension 获得了来自以色列首席
油天然气公司的 CIO 们提供必要的灵活性来促进
科学家的 130 万美元的投资，用于命名为“DragonFly
创新，同时实现访问控制和安全。
2020”的电路板 3D 打印机研发，成为获投资总额 1310 万美元中数额最大的一笔。 目前 Nano Dimension 的打印技术可以达到 90 微米， 公司在技术研发上稳扎稳打，取得了一系列专利， 并宣布与 Flex（伟创力）合作生产和销售“DragonFly
仅 300 美元 玩具巨头美泰推出儿童版 3D 打印机
2020”。
玩具巨头美泰推出一款专供儿童使用的3D打印机
“成为纳斯达克的挂牌公司是企业总体发展战略的重要
ThingMaker，及一款支持iOs和Android系统的App
一步，因为我们希望增加 Nano Dimension 在美国投
——ThingMaker Design。由美泰与欧特克合作开发
资界的认知，扩大我们在美国市场的知名度。”Nano
，简单易用的App让孩子们只需通过拖放即可进行设
Dimension CEO Amit Dror 表示。
计；打印一旦开始，构建室就自动上锁；使用安全环 保线材。亚马逊网站售价为299.99美元。 第 13 期 www.inside3dprinting.com.cn
3D 打印世界 | 资讯 Information
新品速览
5
根据知名市场研究机构IDC的最新报告，2015年中东和非洲（MEA）的3D打印 市场销售总额仅为4700万美元，但是到2019年这一数字将猛增至13亿美元。
具有反光特性的 3D 打印线材
该公司新发布的半年3D打印消费指南（Semiannual 3D Printing Spending
德国知名工程师KaiPar thy开发了一种有趣的材料—
Guide）表明，在2015—2019年期间，该地区的3D打印市场销售额的年复合增
—REFLECT‐o‐L AY。在白天毫不起眼，表面呈现普
长率（CAGR）为30.8%，优于全球26.9%的年复合增长率。
通的灰色，但是一到晚上，被光束照射时，却具有反
IDC的3D打印研究表明，MEA地区的3D打印机市场已经准备好进入主流领域。 那些对3D打印技术起到支持作用的技术正在以飞快的速度发展和向几乎每一个 方向扩张，从而在医疗、教育、建筑和零售等行业中产生了范围非常广泛的应
光的特性，看上去闪闪发光。这在交通安全方面及装 饰方面有很大的应用潜力，如3D打印具有反光特性 的汽车零部件，比如扰流板、保险杠等，以增加汽车 的安全性。
用案例。 在中东地区的石油天然气公司，3D打印技术应用正在不断增加。这些公司正在 寻求在一些位置比较偏远的分支机构实现零部件的快速原型。而医疗行业是3D 打印技术用户增长最快行业之一，在该领域中，主要驱动力来自于3D打印技术 提升病人生活质量的能力。
中石化燕化高科首推含专利无绳 3D 绘画笔 中石化北京燕山石化高科技术有限责任公司将推出专 利产品“无绳便携式3D绘画笔”，采用可充电式设计，
知名 3D 打印材料公司光华伟业正式挂牌新三板
锂电池充电后，待机时间长达10分钟，便于携带和使
2016 年 2 月 23 日，全国中小企业股份转让系统通知，
国内首家挂牌新三板的专业 3D 打印材料生产商。
用，消除了传统绘画笔因插电工作带来的安全隐患，
全国知名 3D 打印材料品牌“eSUN 易生”的生产商深
光华伟业成立于 2002 年，是国家级高新技术企业，
另外，产品外形美观，对耗材的适应性强，选用低温
圳光华伟业股份有限公司获准挂牌新三板，这也是
国家战略性新兴产业新材料项目和深圳市 3D 打印
耗材。武义斯汀纳睿三维科技有限公司取得代理权。
材料重点技术攻关项目承担单位，是聚 乳酸国家标准制订单位之一。2015 年， 光华伟业获准成为 FDM 3D 打印材料和 PCL 材料国家标准牵头起草单位。2007 年，光华伟业进入 3D 打印材料制造领域， 经过十年的努力，公司“eSUN 易生”品牌 桌面 3D 打印耗材占领了欧美主流市场， 并通过全球近 40 家代理销往 80 多个国 家，赢得了良好的声誉。
傲趣三维发布 P-Glass 仿玻璃耗材 傲趣三维推出高透明耗材P‐Glass，创新性的将PETG 和PC复合制成。这种耗材透光率≥92%，雾度≤0.2% ，光学性能超过了玻璃（玻璃透光率一般在80%‐
铂力特获德国 EOS M400 设备等中国区总代理 2016 年 2 月 24 日，德国 EOS 公司与西安铂力特激
3D 打印市场的理解和铂力特在金属 3D 打印技术上
光成形技术有限公司授权经销商签约仪式在西安隆
的领导力相结合，推进 EOS 3D 打印设备、原材料
重举行，正式授权铂力特作为 EOS M400 设备中国
在国内航空航天、汽车、能源、工业等领域的输出。
90%）。P‐Glass不但拥有优秀的光学性能，而且易 于打印、收缩率低、成型稳定，环保无毒。
区总代理，EOS 钛粉、铝粉、镍基合金粉末 中国区总代理以及 EOS 其他设备在航空航天 领域中国区总代理，铂力特将负责 EOS 设备 在国内的推广及销售。 铂力特是国内最大的金属增材制造技术全套 解 决 方 案 提 供 商，EOS 成 立 于 1989 年， 是 先临三维发布新款齿科三维扫描仪
世界著名的快速成形设备制造商。从 2012 年
先临三维在美国芝加哥齿科展发布齿科三维扫描仪新
开始，铂力特与 EOS 已密切合作了四年，铂
品AutoScan‐DS300，可支持功能颌架扫描，能精确
力特累计销售 EOS 设备 30 余台，成为 EOS
实现咬合关系转移。面向高端种植修复应用，如大跨
国内最大的设备代理商。双方期望将 EOS 对
度桥，咬合重建等病例。首次使用300万像素相机， 细节水平提高。 www.inside3dprinting.com.cn 第 13 期
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环球 World News | 3D 打印世界
01
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02 03
01 | 加拿大 加拿大 NewPro3D 推出 ILI 高速 3D 打印
04
05
技术 在今年的 CES 展会上，加拿大的初创企 业 NewPro3D 展示了他们的“世界上最快 的 3D 打印机”，在几分钟内现场制作出 一个大型、复杂的晶格结构。 该 公 司 称， 他 们 发 明 的 智 能 液 体 界 面 （Intelligent Liquid Interface，简称 lLI） 技术不受尺寸或者几何形状的限制，甚至 有可能打印出最长为 25 英尺的对象—— 一个这种尺寸的原型正在进行中。该公司 目前已经转入到了另外一项更加雄心勃勃
03 | 美国
的项目——打造世界上最快的金属 3D 打
首位带 3D 打印仿生假肢的模特亮相纽约
印机上。
时装周 2016 年 春 夏 纽 约 时 装 周 Shaholly Ayers 作为首位带 3D 打印仿生假肢的模特亮相， “断臂维纳斯”信步 T 台，重新诠释了爱与 美的新寓意。 Shaholly 所戴的假肢来自于非盈利组织 Limbitless Solutions，该组织专注于为肢 体残缺的孩子开发 3D 打印的低成本假肢。 与市场上动辄数万甚至十几万美元的商业
02 | 美国
性肌电假肢相比，这款 3D 打印仿生手臂
科学家发明新型生物 3D 打印机 可按需定
成本仅有几百美元，而且重量要轻得多。
制人体“零件”
这 只 手 臂 的 大 部 分 都 是 用 ABS 塑 料 在
美国北卡罗来纳州维克森林大学医学院的
FDM 3D 打印机上打印出来的，手腕上的
科学家开发出一种改进版的生物 3D 打印
透明格子则用了 PolyJet 技术 3D 打印。
04 | 美国
机。据称，用它能打印人体尺寸的、具有
为佩戴者精心设计，Limbitless Solutions
波音“全方位悬浮 3D 打印”专利技术获批
一定机械强度的、多种形状的人体组织、
希望尽量从审美的角度提升其吸引力。
近日，航空巨头波音的一项“全方位悬浮
骨骼，甚至器官。
Limbitless 也希望通过此次与 Shaholly 成
3D 打印”专利技术获得美国专利局通过。
科学家们此次研发的 3D 打印机，使用计
功的合作，提醒那些同样遭受截肢不幸的
该技术用磁悬浮“支撑”3D 打印的对象，
算机控制喷嘴，以一种非常精确的模式逐
妇女和女童们：3D 打印的假肢同样也可
这样一来就可以设置多个打印头，并按需
层挤出沉积材料。该 3D 打印机拥有 4 个
以让他们更自信地绽放自己的美丽。
随时调整旋转打印中的对象，实现高效、
喷嘴，一些挤出水凝胶，还有一些则挤出
全方位的 3D 打印。据了解，这种独特的
可生物降解材料，用来给打印出来的组织
增材制造系统将会实现高度自动化操作，
提供结构和强度支持。当辅助材料溶解和
能精确检测部件某一区域在空间中的位
组织在机器中完成孵化时，它就有可能植
置，从而达到精确、稳定的打印效果。
入人体。借助微通道技术，养分和氧气可
关于悬浮的“支撑力”来源，波音认为磁悬浮、
被输送到人工组织任何部位的细胞中，克
声波悬浮，甚至量子悬浮、静电悬浮都是
服了尺寸的限制，打印出了足够大的组织。
可能的选择。
第 13 期 www.inside3dprinting.com.cn
3D打印世界 | 环球 World News
7
07 07 | 韩国 韩 国 saehwa IMC 将 3D 打 印 整 合 进 轮 胎模具制造 韩国最大的轮胎模具制造商 saehwa IMC 近日宣布，已成功收购 3D 打印公司立方 科技 60% 股份，并计划将 3D 打印技术 整合进轮胎模具制造，从而更快、更高效 地为客户供应环保、高性能的轮胎产品。 立方科技拥有三项核心的增材制造专利技 术，能够将 3D 建模和 3D 打印技术用于 轮胎模具制造。 “3D 打印能够帮助我们更 精确、小批量的地制造出多种型号的轮胎 模具，这也是轮胎工业目前的发展趋势，” saehwa IMC 战略规划主管康荣焕称，“我
08
们希望在今年四月份用 3D 打印制造出第 一个轮胎模具的产品。”
06 | 瑞典 投资 2 亿 西门子克朗在瑞典建金属 3D 打印工厂 日前，德国工业巨头西门子宣布，将在瑞 典开设一间大规模制造金属 3D 打印部件 的工厂，投资总额达 2 亿克朗。据称，西 门子公司在瑞典的这家工厂将配备先进的
08 | 新西兰
05 | 英国
金属 3D 打印机器，其主要用于快速成型、
新西兰航空将用 3D 打印制造客机商务舱
英国科学家研发出高强度的可再生 3D 打
快速制造和本公司的工业燃气涡轮机系列
的托盘
印植入物
部件的快速修复。
新西兰航空称，他们已经在其客机的商务
近日，英国诺丁汉特伦特大学的研究人员
西门子分布式发电全球业务总监表示，通
舱里使用了 3D 打印的鸡尾酒托盘，一旦
研发出了一种微结构 3D 打印骨植入假体，
过此次投资，西门子可以开发新型改进部
获批，他们将在几周内安上这些托盘。另
可以帮助骨癌或骨损伤患者更快地恢复。
件，更高效地维修期工业燃气及产品，维
外，他们准备进一步扩大对该技术的应用，
据介绍，他们通过在零度以下温度中 3D
修时间从几个月缩短到几周。
调整备件库存和削减制造成本。
打印出骨骼晶体，大大提高了骨植入假体
新西兰航空首席运营官 Bruce Parton 表
的强度和韧度。
示，由于飞机需要更换的部件通常较少，
研究人员表示，将 3D 打印技术与冷冻结
使用传统制造方式来生产往往价格高昂、
合起来，还能够显著降低此类医疗装置的
交付缓慢，而采购则容易产生库存问题。
制造时间和成本。在骨科植入物的应用中，
相比之下，3D 打印已经能在不影响安全
将有利于以人体可降解材料来替代金属材
的情况下，制造出符合成本效益的轻质航
料。
天零部件。 www.inside3dprinting.com.cn 第 13 期
12
观察 Observation | 3D打印世界
陶瓷作为一种材料，其历史非
高，通常无法使用普通金属刀具进行
manufacturing methodologies, such
常悠久。最早的陶瓷制品是由天然的
加工，只能通过磨削或热和化学的方
as traditional machining） [2]。3D打
矿物经过塑形和高温煅烧制成的。陶
法来达到要求的加工精度，因而导致
印技术近年来迅速发展，并被广泛的
瓷制品根据其生产原料可以分为传统
这一工序的费用昂贵且非常耗时。如
应用于工业、科研、教育、医疗等领
陶瓷和现代陶瓷 ，传统陶瓷仍由天
何降低陶瓷制品的加工成本，增加其
域，而且新的应用方式正源源不断的
然的矿物作为原料，而现代陶瓷则利
生产效率，一直是一个很有价值的问
被开发出来。将3D打印技术应用于
用提纯的矿物或人工合成的材料。传
题。
陶瓷材料的加工，为陶瓷这种难加工
[1]
统陶瓷应用于我们生活中的方方面
增材制造技术（Additive
材料提供了全新的加工思路，也使得
面，如瓷器、砖、玻璃等；现代陶瓷
Manufacturing, AM），最初也称为
一些传统意义上无法加工的复杂陶瓷
则具有更独特的功能，应用于不同
快速原型技术（Rapid Prototyping,
零件得以加工。目前工业生产陶瓷的
的专业场合，例如电子器件、医用器
RP）、固体自由制造（Solid
所用的材料为主要为粉体材料，而粉
械、耐高温防护材料、生物陶瓷支架
Freeform Fabrication, SFF），通俗
体材料正适合作为3D打印技术的原
等。陶瓷材料具有独特的特性，使得
的叫法为3D打印（3D printing），
材料，所以3D打印技术具有加工陶
其加工方式有别于金属、聚合物等材
是一种只有三十年历史的制造技术，
瓷材料的内在优势。
料。目前工业生产陶瓷的制造方法有
ASTM F2792 增材制造技术术语标准
根据Andrea Zocca [3]等人的分
压制成型、浇注成型、可塑成型、带
将这种技术定义为：根据三维模型
类方法，陶瓷3D打印技术按照陶瓷
条成型以及坯体机械加工[1]。经过制
数据，通常通过将材料逐层叠加来
成型的步骤分为直接方法、间接方法
造成型后的陶瓷零件要进行致密化过
制造物体，与传统机械加工所用减
和负型方法。还可以按照3D打印的
程，也就是烧结过程来达到其应有的
材制造技术相反（process of joining
打印技术类别进行分类，几乎所有的
特性，有些零件需要进一步处理以达
materials to make objects from
3D打印技术都可以应用于陶瓷材料
到尺寸要求或是表面光洁度要求。由
3D model data, usually layer upon
的成型，其中三维打印、激光选区烧
于烧结过后的陶瓷制品硬度大，脆性
layer, as opposed to subtractive
结、光固化三种技术可以实现更高精
3D 打印的潜力股 3D ——陶瓷
打印的分类及基本介绍
撰文：西安交通大学 连芩
第 13 期 www.inside3dprinting.com.cn
3D 打印世界 | 观察 Observation
13
度和更复杂结构成型，应用较广。本 文按照第二种分类方法对陶瓷3D打 印技术进行简要介绍。 三维打印（Three-Dimensional Printing, 3DP） 三维打印技术通过在粉床中向 特定区域喷涂粘结剂以粘结粉体来实 现一层的制造，而后在下降一层厚度 的粉床中再次平铺一层粉体，进行下 一层的制造。这种技术制造完成的陶 瓷素坯被包裹在粉床中，由于有了 周围粉体的支撑作用，可以加工出 复杂的形状和悬垂结构而不用增加支 撑结构。由于这种技术本身的特性， 它可以加工各种陶瓷粉体，代表公司 有美国ExOne、Therics、3Dsystems 公司，德国VoxelJet公司。应用范围 包括铸造模具、型芯、生物陶瓷支架 等。其中ExOne公司利用其专利粉体 和粘结剂，将其产品应用到砂型铸 造，用于铸造发动机缸体。
光固化（Stereolithography , SLA） 光固化增材制造技术出现于 1986年，Charles W. Hull在这一年获 得了紫外光光固化专利[4]，成立了3D System公司并推出了商业化设备。 光固化技术是一种利用液态的单体或 预聚物在紫外光照射下产生聚合反应 转化为固体聚合物，而后通过叠加固 化层实现加工实体零件的技术。陶瓷 光固化技术利用紫外光固化树脂陶瓷 复合材料或陶瓷浆料，通过逐层累积 成形零件。其中树脂陶瓷混合材料成 形的零件可以直接使用，陶瓷浆料成 形的零件还要进行干燥、烧结等处 理，最终得到陶瓷零件。上世纪90 年代密歇根大学安娜堡分校材料科学 与工程学院Michelle L. Griffith[5]等人 在最早开始了陶瓷光固化技术的研 究，他们利用3D System公司 SLA‐ 250光固化机（氩离子激光器，波长 351nm）进行了氧化铝、二氧化硅、
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观察 Observation | 3D打印世界 化，成功制成了光子晶体模型、叶轮模型和一体化陶瓷铸 型。课题组 [7]采用先光固化制造树脂材料负型，而后凝胶 注模的办法制造磷酸三钙生物陶瓷骨支架，如图3。课题 组[8]利用光固化直接成形技术制造磷酸三钙骨支架，如图 4。
图 1 陶瓷 3D 打印技术示意图 [3]（a）三维打印， （b）光固化，（c）激光选区烧结，（d）喷墨式打印
图 3 利用光固化树脂模具制造的生物陶瓷骨支架 [7]
图 4 光固化直接成型制造的生物陶瓷支架及其微孔 [8]
国内还有清华大学张定军 [9] 等人对PZT﴾锆钛酸铅， PbZrO3和PbTiO3的固溶体﴿压电陶瓷光固化技术进行了研 究。他们以Auro350﴾北京殷华激光快速成形与模具技术有 限公司，激光扫描式﴿为实验平台，利用压电陶瓷粉末和光 敏树脂混合悬浮液（固相质量分数30%）制成了压电陶瓷 微器件。 近年来欧美的增材制造公司不断推出新技术、新材 料、新工艺。其中推出陶瓷光固化材料、设备和工艺的公 司有美国3D System和Asiga、德国Envisiontec、意大利 图 2 陶瓷光固化 3D 打印的多种陶瓷零件 [6]
DWS、奥地利Lithoz、法国3DCeram。这些公司分别推出 了不同种类的树脂陶瓷复合材料和可最终烧结成陶瓷零件
氮化硅等陶瓷浆料固化实验，初步建立了丙稀酰胺基陶瓷
的陶瓷浆料。其中树脂陶瓷复合材料制成的零件主要用于
浆料光固化工艺体系。
需要耐一定高温，耐磨的应用场合，例如制作硫化橡胶零
西安交通大学机械学院先进制造技术研究所是国内最 早开展光固化3D打印研究的研究机构。在树脂光固化的
件的模具。相比于普通的树脂零材料，添加了微陶瓷颗粒 填料的这种复合材料具有更加优异的性能。
[6]
研究基础之上，李涤尘课题组 对基于硅溶胶的水基陶瓷 浆料光固化工艺进行了深入研究。他们以SPS450B 光固
选区激光烧结（Selective Laser Sintering , SLS）
化成形机（陕西恒通智能机器公司，激光扫描式）为实验
选区激光烧结技术利用激光能量，加热并熔化粉体
平台，首先研究了水基陶瓷浆料的成分对于其粘度和光固
材料，使之完成成型。其主要应用于加工高分子聚合物或
化特性的影响，进而优化了陶瓷浆料的组成和制备工艺。
金属材料，但同样也可以加工陶瓷材料。通过激光选区烧
而后进行光固化理论模型的建立和固化工艺的研究，优化
结技术加工陶瓷零件，按照原理可分为两种方式，一种为
激光扫描参数。最后对成型素坯的干燥和烧结工艺进行优
直接方式；另一种为间接方式。其中直接方式在粉体中不
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3D 打印世界 | 观察 Observation
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添加粘接剂，利用激光的能量完成陶瓷材料粉体间的局部
合材料的粘度进行控制，以得到连续和可控的挤出过程，
致密化过程；间接方式为在粉体中添加粘接剂，激光将低
混合材料的成分对于最后成型的零件质量有很大的影响。
熔点的粘结剂熔化，而后粘结剂将陶瓷粉体粘结成型。直
总体上，3D打印技术在陶瓷零件制造领域有着很大
接方式遇到的困难为陶瓷材料的高熔点和对热应力的敏
的潜力和广阔的应用空间。但目前仍存在技术难点，主要
感性（烧结过程中的热应力会使得陶瓷零件产生裂纹），
是由于现有大多数的3D陶瓷打印技术应用于小型、多孔、
间接方式制造的陶瓷零件仍需要后处理才可以达到较高的
定制化的陶瓷零件，还难以完成大块、致密的陶瓷零件加
致密度，例如通过冷等静压后再进行烧结。激光选区烧结
工。再者，每一种陶瓷打印技术，都需要为其选择特定状
技术受到了各发达国家的重视，很多国家都发展了自己的
态的原材料，才能发挥出这种技术的最大优势。在利用
产业。这方面的代表公司有德国EOS、Concept Laser、
3 D打印技术加工完陶瓷素坯后，仍旧需要利用致密化过
Realizer、SLM Solutions、FIT，英国Renishaw、Sheffield
程使得陶瓷材料达到最佳的性能，所以，陶瓷3 D打印技
Uni，美国3D Systems，瑞典ARCAM，丹麦Blue printer，
术需要与传统意义上的陶瓷加工技术和理论有机地结合起
法国Phenix，日本Matsuura等。
来，这样才能更好的完成陶瓷材料的加工。
喷墨式打印（Inkjet Printing） 喷墨式打印技术利用喷头上的成排的微喷嘴将陶瓷 悬混液直接喷射到基质上，然后控制液滴的铺展和干燥过 程，逐层成型。根据喷嘴喷射技术的不同，悬混液的主要 成分为水或有机质。因为喷嘴的尺度要求和打印的连续性 要求，陶瓷颗粒的粒径通常在亚微米级，而且要求粒径分 布在很小的范围内。这样打印出的陶瓷素坯零件具有较高 的致密度。
图 5 陶瓷 3D 打印技术示意图 [3] （a）叠层制造， （b）自由挤出成型
叠层制造（Laminated Object Manufacturing , LOM） 叠层制造技术利用薄层材料，利用激光器在每一层上 切割出零件分层后的轮廓，在想去除的区域切割出方格。 然后利用热辊压将涂有粘接剂的这一层薄层材料粘接到前 一层上。在加工完整个零件后，去除切割出方格的区域，
参考文献 [1] 戴维, 里彻辛, 棣秀芳. 现代陶瓷工程[J]. 性能· 工艺· 设计. 北京: 中 国建筑工业出版社, 1992. [2] Standard A. F2792. 2012 Standard terminology for additive manufacturing technologies[J]. West Conshohocken, PA: ASTM International. See www. astm. org.﴾doi: 10.1520/F2792‐12﴿, 2012. [3] Zocca A, Colombo P, Gomes C M, et al. Additive Manufacturing of Ceramics: Issues, Potentialities, and Opportunities[J]. Journal of the American Ceramic Society, 2015, 98﴾7﴿: 1983‐2001. [4] Hull C W. Apparatus for production of three‐dimensional objects by stereolithography: U.S. Patent 4,575,330[P]. 1986‐3‐11. [5] Griffith M L H J W. freeform fabrication of ceramics via stereolithograph[J]. Journal ofthe American Ceramic Society, 1996. [6] 周伟召. 复杂陶瓷零件光固化快速成形制造工艺研究[D]. 西安交 通大学, 2011. [7] Li X, Li D, Lu B, et al. Fabrication of bioceramic scaffolds with pre‐designed internal architecture by gel casting and indirect stereolithography techniques[J]. Journal of Porous Materials, 2007, 15﴾6﴿: 667‐671. [8] Bian W, Li D, Lian Q, et al. Design and fabrication of a novel porous implant with pre‐set channels based on ceramic stereolithography for vascular implantation[J]. Biofabrication, 2011, 3﴾3﴿: 034103. [9] 张人佶, 颜永年, 张定军. 立体光固化制备功能陶瓷器件的研究[C]. 第四届全国快速成形与快速制造学术会议, 2006: 55‐57.
连芩，西安交通大学机械工程 学院副教授，博士生导师。2006年 西安交通大学获得博士学位；2008 年获得首届中国博士后科学基金特别 资助；2010年获得国家留学基金委资
即得到加工的零件。这种技术可以以带状的陶瓷素坯作为
助于英国利兹大学访学进修，并获得
薄层材料，通常应用于电子陶瓷领域。
英中国际合作项目资助进行人造组织 仿生制造技术研究。主要研究方向为增材制造﴾3D 打印﴿技
自由挤出成型（Extrusion Freeforming, EFF） 自由挤出成型技术通过喷嘴将粘度较高的陶瓷与胶体 混合材料挤出，而后按照每一层的路径进行成型，逐层制 造。不同的混合材料需要利用不同的方式固定挤出后的形
术与生物制造。面向人类对健康生活的需求，通过3D打印 工艺创新，开发新型医疗器械制造技术与装备。“个性化颅 颌面骨替代物设计制造技术及应用”获2014年中国国家技术 发明二等奖，“颅颌个性化骨替代物设计制造技术及应用”被 评为2011 年教育部科技成果一等奖。
状，然后再进行后处理得到陶瓷零件。这种技术需要对混 www.inside3dprinting.com.cn 第 13 期
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人物 People | 3D打印世界
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ࡌ፝ 3D ᆐ၄ۇᓖྜྷ ቤࡼညෘೆ ——专访东莞市科恒手板模型有限公司董事长 撰文：曾伟清
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3D打印世界 | 人物 People
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“很简单，是一门技术，有口饭吃，好找工作。”谈及当初为 什么与手板结缘时，文炳华一语带过了当初踏进手板行业的原因。 怀着上世纪八九十年代的纯手工业者最简单纯朴的想法——混口 饭吃，文炳华加入了中国第一批从事手板行业的大军，从最开始 的手工到铣床车床、雕刻机、CNC 机加工再到如今的 3D 打印， 他见证了整个手板行业的发展历程。 最开始“首板”的称呼已经演变成了今天的“手板”，而文炳华的 手板帝国也由当初的“一个作坊，几个师傅”发展成为了如今业界 的知名企业“东莞市科恒手板模型有限公司”，并且随着近年来 3D 打印技术的发展，科恒成功将联泰的 SLA 3D 打印机纳入技术版 图中，在手板行业竖起了“科恒 3D 打印”的大旗。科恒厂房内齐刷 刷的 30 多台 SLA 3D 打印机也彰显出了文炳华欲建“全国 3D 打印 服务中心”的决心。 3D 打印如何实现概念落地是近年来谈得最多的问题，联泰 3D 打印与科恒手板的摩擦碰撞开辟出的手板 3D 打印新天地无疑 是成功的经典范例。本期《3D 打印世界》带您了解的是手板行业 的 3D 打印故事。 舍得之间 方能成就 从手工业起家，文炳华并不像大部分的手工艺者那样，仅仅 执着于提高眼前的手工技艺，他对新技术有着异乎寻常的关注度 与敏锐度，甚至能先于潮流做敢于吃螃蟹的人。正像他在办公室 悬挂的两个端端正正的大字“舍得”，他深知，在取舍间能及时抓 住新机遇方能有所成就。 “我从 2002 年就开始接触了 3D 打印，那时叫快速成型，当 时的技术和材料都不行。”回忆起第一次接触 3D 打印的经历，文 炳华还觉得颇有意思。当时他并没有看到设备，而是看到了做出 来的产品——一个风筒，“当时不能用一个手拿，要用两个手托， 因为打印出来的风筒很软，稍微动一下就会破碎，又软又脆。” 3D 打印作为一项工艺，在很早以前就出现了，21 世纪初也 曾风靡一时，但是当时却没有大规模地被应用。虽然文炳华第一 次与 3D 打印打照面的体验并不好，却也没有打消他对 3D 打印 的兴趣。2005 年，文炳华花了 20 多万块购买了一台国外的 FDM
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技术 Technology | 3D 打印世界
一种镶缸套铝合金缸体 铸件的快速制造方法 撰文：广东峰华卓立科技股份有限公司 吴爵盛，金枫，张全艺，卢强
1、前言
会受到影响，铸造后铝铁的结合率会不稳定，容易产生不
随着汽车工业的迅速发展，降低油耗，改善对环境的
良品。因此，现有技术还有待于改进和发展。
污染等呼声越来越高，这就要求汽车零部件设计中尽可能
本文以国内某厂直列四缸镶缸套铝缸体为例，结合公
多的采用轻量化的材料，节约有限资源，以达到减轻汽车
司所拥有的两种无模快速制造技术及设备，运用先进的计
自重的要求。发动机作为汽车的核心，它的研发是一个系
算机模拟分析软件、合理的工艺设计、高效的感应加热技术，
统工程；而缸体是汽车发动机中最大、最复杂的铸件，目
成功制造出合格的样件，尤其适合单件、小批量的快速制
前大多采用高强度灰铸铁铸造。由于汽车轻量化的要求，
造和新产品开发。
铝合金是目前高档轿车发动机的首选材料。现阶段国外广 泛应用的合金牌号包括 AlSi7Cu3、AlSi10Mg、AlSi7Mg 等，
2、技术要求及难点分析
通过不同的浇注方式及热处理工艺达到性能指标，满足热
2.1 技术要求
工况环境下的工作要求。
镶缸套铝合金缸体铸件如图 1 所示，缸套为合金铸
铝合金缸体目前主要采用低压、组芯砂型重力和翻砂
铁 标 准 件， 由 客 户 提 供。 铸 件 材 料 为 ZAlSi7MgA‐T6，
铸造工艺制造。低压铸造吸收了重力铸造中底注平稳充型
铸件轮廓尺寸为 366mm*350mm*278mm，均匀壁厚为
和压力铸造中铸件在压力下结晶凝固的优点，已成为生产
4mm，铸件重量为 19.2kg。缸套与缸套之间的最小壁厚（铝
铝合金铸件的重要工艺；但低压铸造设备的硬件成本投入
厚）是 2mm，要求铝铁的贴合率 >95%, 四缸孔间距满足
大，整个工艺从设计到投产周期很长，一般适合于单品的
±0.4mm 要求，二、三缸孔相对一、四缸孔位置度小于
批量化生产。组芯砂型重力铸造铝合金缸体是近些年在国
Φ0.8mm，满足 GBT 19055‐2003 全速全负荷工况下 300h
内外开始大量生产的成熟工艺，浇注完毕后用机械手等工
可靠性试验要求。
装将砂型倾翻实现顺序凝固。而传统的制造方式是开模具，
2.2 难点分析
然后通过翻砂铸造，一套模具费用在几十万左右，周期大
● 由于缸套间铝厚为 2mm，用传统砂型铸造方式容
概在 2‐3 个月，开出的模具需要反复修模才能达到要求， 并且要考虑拔模斜度、倒钩等因素；若是研发阶段，制作 一套模具可能就制作几件毛坯，试验不合格又得修改或重 新设计图纸，修改或重新制作模具，缺乏制作的柔性和快 速响应。
易产生冷隔及浇不足； ● 经分析发现油道比较多且长，加工后打压容易出现 渗漏现象； ● 缸套定位尺寸精度要求高；铝铁贴合率要求高， >95%。
另一方面，采用镶合金铸铁缸套的铝合金缸体，铝铁 的结合程度和缸套的定位精度是实现的难点；特别是样件 阶段，浇注时缸套的温度和温度梯度直接影响到铝铁的结 合率。通常是将缸套在外部加热后再装配到要浇注的砂型 内部，快速浇注完后再倾翻实现顺序凝固。由于缸套加热 后才移动装配到砂型内部，温度会快速、不均匀下降，安 装时间很短，对各工序的操作要求很高，缸套的定位精度 第 13 期 www.inside3dprinting.com.cn
图 1 铸件 3D 图
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3、工艺设计
成铝渣。陶瓷滤网可以阻止铝渣通过浇注系统进入铸件本
3.1 浇注系统设计
体，从而提高铸件的内在质量。通过计算机软件模拟，精
由于这款缸体处于试制阶段，前期供货为 3 件，交货
确计算出冒口模数和冒口颈模数、体积等，在保证最大工
周期为 35 天。针对技术要求与难点分析，综合先前经验，
艺出品率的状态下生产出合格铸件。
采用组芯砂型立浇工艺，实现低紊流充型，控制凝固顺序，
3.2 加工余量及毛坯基准设计
达到理想的定向凝固。在轴瓦及厚实处放置冷铁或加冒口
本缸体铸件结构复杂，加工余量设置为 4mm，最顶
确保铸件受力部位组织致密，保证延伸率、强度、硬度等
部为最后充型，铝液内可能会有铝渣或气孔，顶面加工余
满足技术要求。顶部设置冒口，补缩实现顺序凝固，如图
量放到 7mm，其中 3mm 起集渣作用，去除多余余量后交
2 示，单浇口双倾斜式直浇道可使浇注平稳，减少二次生
货。Z 向毛坯基准设计于底砂型上，如图 4 所示。
图 2 浇注系统设计
图 3 模拟分析
3.3 缸套定位及感应加热工装设计
图 4 毛坯基准
因为本缸体为新品研发，数量只有 3 件，用传统方法
本缸体对缸套的位置度要求很高——缸套经过加工后
开模具翻砂造型完全没有优势，而近年发展迅速的无模快
的理论壁厚仅为 1.75mm，偏差稍大，整个缸体就会报废。
速制造技术则具备快速、高效、精确、柔性、经济的特点，
所以，我们通过设计一套辅助工装来保证其位置度，即通
非常适合本组型芯的制作。
过加工模具材料— 装配—三座标检测等工序保证尺寸及位 置度。辅助工装如图 5 所示。
无 模 铸 型 制 造 技 术（Patternless Casting Manufacturing，简称 PCM）是将 CAD 计算机三维设计、
3.4 缩尺设计
3D 打印技术与传统铸造工艺有机结合而设计开发出的一种
根据经验，除缸套定位缩尺设计为 0.35‐0. 5% 外，其
数字化制造的综合技术。它利用 3D 打印的离散 / 堆积原理，
余取 0.9‐1.0%。
无需模具，实现自动供砂、定量混砂、自动铺砂、自动打
3.5 铸型设计
印粘结剂而胶联固化成形，然后下降一层再重复铺砂和打
铸型的设计如图 6 所示；组型合箱后的效果，如图 7
印，逐层堆积形成需要的型芯，特别适合单件、个性化、
所示。
多品种小批量复杂型芯的柔性快速制造和新产品开发。 模型直接铣削加工技术及装备是将 CAD 计算机三维
4、型芯制作及辅助工装
设计、数控铣削加工技术与传统铸造工艺有机结合而设计
4.1 利用两种无模快速制造技术制作型芯
开发出的一种数字化制造的综合技术及装备。它利用数控
图 5 缸套定位及感应加热工装
图 6 铸型设计分解图
图 7 组型合箱后的效果图 www.inside3dprinting.com.cn 第 13 期
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一种 3D 打印立体光刻快速成 型光敏树脂的制备及性能研究 撰文：南昌大学材料科学与工程学院 黄笔武，谢王付，杨志宏
摘要：本文报道了一种应用于 3D 打印立体光刻快速 成型的 3DPSL‐1 型光敏树脂制备方法，并对该光敏树脂性
1. 引言 3D 打印也可称为增材制造技术 [1‐3]，3D 打印的出现
能进行了研究。研究结果表明：该光敏树脂透射深度（Dp）
使制造复杂零件变得简单和快捷。目前，比较成熟的 3D
为 0.14mm，临界曝光量（EC）为 14.1﴾mJ/cm2﴿，30℃时，
“纸叠层快速成型”， “选 打印工艺 [4‐6] 主要有“熔丝沉积快速成型”，
黏度为 359mPa.S。在 25℃，3DPSL‐1 型光敏树脂密度为
择性激光烧结快速成型”和“立体光刻快速成型”。最早、最
1.17g/cm3，固化后的密度为 1.21g/cm3，固化体积收缩率
广泛用于工业上的 3D 打印工艺是立体光刻快速成型 [7‐8]，
为 3.31%。该光敏树脂固化物样条拉伸强度为 21.0 MPa，
它是利用计算机控制紫外激光在光敏树脂液面上按二维截
弹性模量为 1108.2 MPa，断裂伸长率为 10.6%，该固化物
面的形状逐点扫描，使树脂固化，固化后的树脂便形成一
的玻璃化温度为 47℃。把该光敏树脂作为打印材料应用于
个二维图形，如此逐层扫描，固化，最终即可得到完整的
3D 打印立体光刻快速成型设备上制作了活动钳子这个零
三维实体（俗称：零件）[9]，其工艺原理见图 1。零件质量
件，其制作效果较好。该光敏树脂的研制将对推动国内 3D
的好坏主要取决于光敏树脂性能的好坏，开发性能好的光
打印立体光刻快速成型技术的进一步发展起到较好的积极
敏树脂是 3D 打印立体光刻快速成型技术研究热点 [10]。3D
作用。
打印立体光刻快速成型技术的光敏树脂实际上是紫外光固
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化树脂应用的进一步延伸，紫外光固化树脂的制备和性能 国内外研究报道颇多
[11‐13]
。
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成型光敏树脂，它的光敏预聚物既含有丙烯酸酯又含有环 氧树脂，它的光敏引发剂既含有自由基型引发剂又含有阳
在国外应用于 3D 打印立体光刻快速成型的光敏树脂
离子型引发剂，自由基型引发剂在紫外光的作用下分解出
发展到现在大致可分为两种类型，早期即 1988—1995 年
自由基引发丙烯酸酯聚合，阳离子型引发剂在紫外光的作
商品化的立体光刻快速成型光敏树脂是自由基型光敏树脂，
用下分解出质子酸，质子酸引发环氧树脂进行开环聚合，
它的光敏预聚物是丙烯酸酯预聚物，它的引发剂是自由基
它的收缩率较丙烯酸酯的双键断裂聚合的收缩小，因此，
型引发剂。自由基型引发剂在紫外光的作用下分解出自由
这类自由基 ‐ 阳离子混杂型光敏树脂制造的零件精度明显
基，自由基引发丙烯酸酯的键（也称为双键）断裂，分子
较自由基型光敏树脂好。现在，美国 Huntsman 公司和
间一个接一个的互相聚合，成为分子量较大的高分子化合
DSM SOMOS 公司生产的光敏树脂即为自由基 ‐ 阳离子混
物。自由基型光敏树脂的主要优点是光敏性好， 但聚合时
杂型光敏树脂 [14‐16]。
收缩率较大，制造的零件精度差，易翘曲变形，精度难于
在国内，生产 3D 打印立体光刻快速成型设备的单位
满足要求，最终还是逐渐被自由基 ‐ 阳离子混杂型光敏树
主要有西安交通大学先进制造技术研究所、上海联泰公司
脂所取代。1995 年以后的商品化的 3D 打印立体光刻快速
和华中科技大学快速成型中心。这几个单位开发的立体光 刻快速成型设备性价比已达到了美国 3D Systems 公司的 设备水平。但是，直到现在，和它们设备配套的光敏树脂 仍然大部分需要进口美国公司的光敏树脂。在我国其它从 事 3D 打印立体光刻快速成型工艺的公司，现在也基本上 都是进口美国 DSM SOMOS 公司和 Huntsman 公司的光 敏树脂，其进口价高达每公斤 1400 元人民币。因此，对 于 3D 打印立体光刻快速成型的光敏树脂进行研究，使之 国产化，显得非常重要。本文报道了一种应用于 3D 打印 立体光刻快速成型的 3DPSL‐1 型光敏树脂制备方法，并对 光敏树脂性能进行了研究。 www.inside3dprinting.com.cn 第 13 期
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应用 Applications | 3D 打印世界
增材制造如何
为土豆服务 Idaho Steel 成立于 1918 年，所
“所有这些部件都是通过不同
从事的行业可以充分抵御各种经济周
的数控车床加工的，这意味着每台
根 据 Idaho steel 的 介 绍， 制 作
期的影响：食品加工业。他们的总部
机器都需要操作者，”艾伦布兰肖，
一套完整的土豆相关模板所需的零件
位于爱达荷州，公司生产的土豆加工
IdahoSteel 首席执行官说。“这一制
要耗费 25 天。换算成数字的话就是
设备在当地有很高知名度，因为爱达
造过程是艰巨的，花了 250 个小时来
200 到 250 个小时，每一班 10 小时。
荷州的特产之一就是土豆。
制作一套完整的部件和活塞。其中一
现在，这些时间已经被缩短到大约
些部件多达 80 个组成部分，完全依
90 小时或者说是 5 天，且工时不受限，
靠紧固件将它们连接在一起。
因为 ProX 500 可以在周末昼夜不停
变化中的土豆模具
快速炸薯条
该 公 司 开 始 于 一 个 小 车 间， 在
这些劳动密集型的任务使 Idaho
地工作。制作出来的零件无需后处理
二战期间 Idaho Steel 的机器是在第
Steel 需要寻找一种更快速的方式来
或装配，这些零件已经通过数控铣床
一个生产脱水土豆薄片并供应给军队
制 作 土 豆 冲 压 件。Idahosteel 向 位
完成了所需的打磨。如果一个客户想
的。据该公司称，有部他们生产的土
于美国南卡罗来纳州罗克希尔的 3D
豆加工机经历 50 年目前仍在运行中。
Systems 求助，计划使用一台 3D 打
Idaho Steel 说，1978 他们首先发布
印 机 来 帮 助 减 少 加 工 时 间。 最 初，
了旋转土豆加工设备，该不锈钢设备
Idaho steel 于 2013 年购买了一台桌
因大规模投产而享有很高知名度。
面级打印机来弥补其他技术的不足。
近年来，Idaho Steel 与麦当劳、
通过 3D Systems 当地的一家经
Ore‐Ida 等家喻户晓的食品领域巨擎
销商 Intermountain3D，Idaho Steel
密切合作，加工薯条、薯饼和其他需
购 买 了 一 台 ProX 500 SLS（ 选 择 性
要的形状。2008 年 IdahoSteel 改进
激光烧结）设备。请注意，这不是一
了 Nex‐Gem 设备（其旋转加工机）
台金属打印机，而是使用 DuraForm
使 它 可 以 按 需 切 削 土 豆。 多 年 来，
塑料材料，3D Systems 称其为热塑
IdahoSteel 的客户不断要求更复杂的
材料来进行打印的。这将模板生产时
切削形状，这要求该公司快速创建出
间减少了将近三分之一。另外，由于
模具并发货，这使得他们为了满足交
操作者无需特意照看设备，他们就可
货要求而几乎没有停机时间。
以自由地完成其它制作任务。
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IdahoSteel 首席执行官艾伦 . 布兰 肖介绍 ProX 500 3D 打印机如何快 速生产土豆成型模具
3D 打印世界 | 应用 Applications
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3D打印油井设备 钻头的设计 沟通模型
石油钻井所用的金刚石复合体
处理。洗井液从钻头水口流出之后，
难 点 二： 该 油 井 钻 头 的 尺 寸 是
钻头（PCD），将金刚石切削后精确、
沿胎体表面排列成连串的金刚石脊背
200mm，制作检测样品时，要求 1:1
高密度地排枚在鱼尾钻头体上制成。
间沟槽，向径向方向冲刷。钻头上的
打印，并保证整体打印精度在 0.1mm
它基本上是不取心钻头。
沟槽分布是金刚石钻头重要的结构，
以内。
钻头是使用天然金刚石表镶制 成，金刚石颗粒在每克拉 2‐10 粒之
因钻进的岩石不同而有所区别，沟槽 成型为不规则形态。
难点三：满足实物检测需求的同 时，还要控制费用成本和时间效率。
间 , 颗粒粗大、晶形完整 , 每个钻头
昂贵的造价，加上流线型的外形
经过一段时间的了解、评估与沟
上金刚石总量达数百克拉。因而金刚
结构，对于钻头的设计和制造提出了
通，该油井钻头公司认可了 3D 打印
石钻头价格极为昂贵 , 一般 7‐8 英寸
重重挑战。新疆克拉玛依某油井钻头
& 增材制造技术，选定由杭州先临三
﴾1 英寸 =25.4 毫米 ﴿ 的金刚石钻头售
公司也遇到了同样的困难：
维科技公司提供技术和设备方案。
价在十万美元以上。金刚石颗粒在钻
先临三维公司基于客户的需求，
头胎体的表面上 , 呈螺旋状或辐射状
推 荐 了 SLA 工 艺 和 iSLA450 设 备，
排列。
可以一体化打印内部含有优化冷却 沟槽的钻头模型，且精度可以达到 0.05mm。 该客户的实际使用结果也显示， 难点一：如何保证批量制造前，
通过 SLA 打印技术完成的实体样件，
钻 头 的 CAD 设 计 是 符 合 使 用 需 求
可用于设计评估、沟通交流和洗井液
的？虽然如今的电脑模拟检测技术已
的水路检测，还可以用作最终产品的
经有很大的发展，但是与实际使用环
制造原型，帮助了钻头设计研发部门
为保证昂贵的金刚钻头有效工
境和流程还是会有差异。面对钻头如
的创新迭代和设计保密，降低了产品
作，延长使用寿命，需要对工作中因
此昂贵的造价，设计图纸的实物检测
出错风险，提高了产品交付效率，且
高速运转产生高温的金刚钻头做冷却
是必需的。
节约了检测成本。 （来源：先临三维） www.inside3dprinting.com.cn 第 13 期