【文章內容簡介】 作鑄造模型的蠟質材料。 為了打印多種材料及提高成型速度，材料噴射系統(tǒng)能夠同時使用多個打印頭。因此一個單獨作業(yè)能夠使用多種材料，分別用于創(chuàng)建支撐結構與建造材料。材料噴射系統(tǒng)也可以打印多維材料及有梯度級別的材料零部件。它主要的發(fā)展技術如下： l Stratasys的Connex設備通過同時噴射兩種不同材料創(chuàng)造出了“數(shù)字材料”，且搭配不同比例材料生產(chǎn)出的零部件具有不同的材料特性。數(shù)字材料是一種沉積時借助UV（紫外線）將其固化的光聚合物。，而Connex系統(tǒng)則需花費1660萬美元。 l 3D Systems提供了一種被稱為多噴墨建模的材料噴射技術。該技術屬于3D Systems ProJet系列系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包含其他三種技術工藝。ProJet系列材料噴射系統(tǒng)價格為616萬美元。 l Solidscape提供的產(chǎn)品能夠生產(chǎn)用來鑄造金屬小部件的蠟模，即小型高精度蠟成型。這個技術同時結合了專有熱塑性的噴墨技術及每一層的高精度銑削。 l 瑞典H246。gan228。s公司開發(fā)了一個專注于不銹鋼的金屬陶瓷材料噴射系統(tǒng)，其零部件在構建后必須經(jīng)過熱處理。 （3）粘結劑噴射（Binder jetting） 粘結劑噴射是通過噴墨打印頭將液體粘結劑擠到材料粉末中的一種成型技術。該技術噴射的材料與材料噴射幾乎一樣。但是，不同之處在于，該技術噴射的不是建造材料，而是一種使粉末保持所需形狀的液體，即液體粘結劑。 粘結劑噴射技術起源于MIT，也被稱為3DP（三維打印）。20世紀80年代，MIT的學生保羅〃威廉姆斯和他的導師伊萊〃薩克斯教授發(fā)明了3DP。由于當時的“增材制造”設備操作復雜且價格昂貴，3DP成為了受歡迎的替代品。MIT將3DP相關技術申請了專利并授權給了Z Corp.、ExOne、Voxeljet等公司。隨后該技術的發(fā)展主要如下： l 最初Z ，目前作為3D Systems PROJET X60系列在售，該系統(tǒng)使用的是石膏粉末及水溶性粘合劑，且部分機型還能夠實現(xiàn)全彩打印。ProJet x60系列是辦公兼容3D打印機，它能提供一系列料倉、成型速度以及色彩選項。 l ExOne開發(fā)出將液體粘結劑噴射到金屬粉末床或砂粉床的技術。金屬零部件由粘結劑噴射生產(chǎn)出來后，必須與金屬進行再次燒結和滲透。ExOne設備為砂粉和金屬材料提供料倉。雖然對于金屬零部件，還要考慮燒結和滲透耗費的額外時間，但是，這些設備仍能以相對較高的速度構建零部件。ExOne系統(tǒng)因為擁有大型構建盒，所以較為昂貴。 l Voxeljet提供的是帶有寬幅打印頭的大型系統(tǒng)，使用的粉末材料包括丙烯酸類聚合物和鑄造砂。粘結劑在室溫條件下發(fā)生反應，但是在零部件移動之前，粘結劑必須在粉床中經(jīng)過數(shù)小時的固化。Voxeljet系統(tǒng)擁有大型料倉，所以與其他高分子材料“增材制造”系統(tǒng)相比較為昂貴，價格為12140萬歐元。 （4）片材實體成型（Sheet lamination） 片材實體成型是將多層材料薄片壓成一個單獨的三維實體的一種成型原理。它通過刀具或激光束將實體的外形輪廓從紙、塑料或金屬的材料薄片中切出（想象將一個杯子放在一張紙片上，沿著杯底的形狀切出輪廓），當切片全部完成后，再將這些切片層按壓融合為一個三維實體。它主要的發(fā)展技術如下： l LOM由來自美國Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功，是首個商業(yè)化的片材實體成型技術，它使用的主要是一面涂有熱熔膠的牛皮紙和一個用來連續(xù)壓層的熱壓輥。因為LOM工藝材料僅限于紙，性能一直沒有提高，以逐漸走入沒落，大部分廠家已經(jīng)或準備放棄該工藝。 l Mcor Technologies的3D打印機以標準紙張層為建造材料，該設備使用A4或信紙大小的辦公用紙，選擇性地將水溶性膠粘劑分散到紙張層，且借助鎢硬質合金刀片在每一層中切割以形成輪廓。該技術的材料成本是業(yè)內最低的，設備價格范圍從Matrix 300+。 l Fabrisonic的UAM也是一種片材實體成型技術，它的工作原理是使用超聲波焊接技術將金屬薄片疊加成堅固的金屬物體。Fabrisonic提供結合了UAM和全數(shù)控加工能力的SonicLayer?系列三個系統(tǒng)。 （5）光固化（Vat photopolymerization） 光固化是使用光聚合在定向區(qū)域內固化液體光敏樹脂的一種成型技術。立體光固化成型（SL）由3D Systems創(chuàng)始人Charles W. Hull 于1984年開發(fā)并申請專利。SL使用UV激光和計算機系統(tǒng)控制的XY掃描鏡逐層在液體光聚合物的表面循著所打印形狀的輪廓和橫截面進行掃描。 1986年3D Systems推出商品化樣機SLA1，這是世界上第一臺快速原形系統(tǒng)。隨著新技術的不斷發(fā)展，SL設備銷量逐漸下降，但3D Systems仍生產(chǎn)該設備，其SLA系統(tǒng)相對較為昂貴。隨后該技術的發(fā)展主要如下： l Envisiontec使用DLP來固化光敏樹脂。DLP使用高分辨率的數(shù)字光處理器投影儀來逐層固化液態(tài)光聚合物，從而快速精準的完成模型的制造。DLP的發(fā)展帶來了高分辨率和精細化的部件。該公司的Perfactory系統(tǒng)通過一個透明建成區(qū)來固化光敏樹脂，且自上向下地構建部件。根據(jù)成型速度、容量等特性的差異。 l DWS是一個光固化系統(tǒng)的意大利制造商。與Envisiontec的Perfactory相似，DWS的零部件也是自上而下的構建，但它是通過一個透明容器使用固態(tài)激光器來固化光敏樹脂。根據(jù)成型速度、容量等特性的不同，DWS三個模型的價格位于1萬歐元到30萬歐元之間。 l Lithoz的CeraFab 7500使用LED光源來固化陶瓷光聚合物，其最低價為22萬歐元；Asiga使用DLP 與 LED技術的Pico，售價為9,000美元；Innovation MediTech GmbH 提供了價格為2435萬歐元的三種“掃描LED技術”系統(tǒng)；2011年Rapid Shape GmbH 開始銷售LED/DLP 光聚合系統(tǒng)，售價17萬歐元；2012年Formlabs 發(fā)布了價值3,300美元的Form 1，且于2013年5月開始出貨。 l 薄膜光固化是將帶有一層薄光聚合物的透明膜拉到整個曝光區(qū)域來接觸前層表面，接而通過這個透明膜形成一個完整層的技術。3D Systems將這種技術稱為薄膜傳遞成型，且在ProJet 1000和1500系統(tǒng)中運用了該技術。此外，韓國公司Carima也在Master Plus中采用這項技術。 （6）粉末床熔化（Powder bed fusion） 粉末床熔化技術使用熱能在粉末床表面掃描，該熱能大多源于激光或電子束，被熱能照射到的粉末材料融化并冷卻后就形成了固體形態(tài)。 一般而言，聚合物和金屬材料都適用于該技術。對于聚合物而言，如果部件周圍的粉末沒有熔化，就能夠將其當作物件的內部支撐，因而通常不需要額外的支撐結構，也就減少了對其他支撐材料的需求。而對于金屬材料來說，一般則需要錨來連接部件與基礎底板，以及支撐向下的表層。這是因為金屬粉末的熔點較高，如果不使用錨的話，構建室中的熱梯度升高就會導致熱應力和變形。 粉末床熔化是高溫過程，所以由熱引起的變形、應力及失真都是所有材料潛在的問題。激光系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品，其表面光潔度和精細度通常會比電子束系統(tǒng)生產(chǎn)的更好，且激光系統(tǒng)在某種程度上相對便宜。但電子束系統(tǒng)的運行速度更快，同時，電子束系統(tǒng)對零部件產(chǎn)生較少的殘余應力，從而導致更少的失真，且不需要錨和支撐結構。 與其他技術相比，由于材料成本、聚合物粉末的回收以及惰性氣體與安全性對設備要求，粉末床熔化相對較為昂貴，特別是生產(chǎn)金屬的設備價格達到12140萬歐元。該技術的主要發(fā)展如下： l . Dechard于1989年研制成功。多年前，3D Systems 就已經(jīng)供應選擇性激光燒結（SLS）技術，目前SLS系統(tǒng)的生產(chǎn)線就是sPro系列產(chǎn)品，售價在35萬美元到85萬美元之間。 l EOS也較早提供激光燒結技術，它的系統(tǒng)主要采用塑料、金屬和鑄造砂。其中，F(xiàn)ormiga P和EOSINT P采用塑料粉末， EOSINT M采用金屬粉末，EOSINT S則使用樹脂涂層的鑄造砂。，其鑄造砂系統(tǒng)則以69萬歐元起步。 l EOS將該技術稱為直接金屬激光燒結（DMLS）技術，它是目前公認的最為流行的直接金屬制造技術；SLM Solutions GmbH 與 ReaLizer GmbH 提供被稱為選擇性激光燒結（SLM）的系統(tǒng)；Phenix Systems提供了四個基于粉末床熔化技術的系統(tǒng)；Arcam AB采用通過高真空環(huán)境下電子束將融化的金屬粉末層層疊加的電子束熔煉（EBM）積層制造技術；日本公司Matsuura提供了Lumex Avance25，這是一種結合粉末床熔化技術與數(shù)控銑床的混合系統(tǒng)。 l 目前，全球還有許多其他公司提供粉末床熔化技術，包括日本的Aspect及一些國內公司如北京隆源、陜西恒通等。Blueprinter是一家丹麥公司，它提供一種獨特的名叫選擇性熱燒結的粉末床熔化技術，其聚合粉末的能量來源不是激光，而是熱打印頭。目前，粉末床熔化設備生產(chǎn)的零部件越來越多地被用于最終產(chǎn)品，因此，為了確保技術質量和可重復性，許多制造商提供的設備都已經(jīng)開始配臵技術控制功能。 （7）直接能量沉積（Directed energy deposition） 在直接能量沉積技術中，由打印頭吹出粉末材料，粉末一旦遇到熱能焦點就會立即熔化并逐漸融合形成金屬部件。一般情況下，直接能量沉積的能量來源于激光，且所使用的原材料為金屬粉末。 直接能量沉積系統(tǒng)具有獨特的功能，它可以同時沉積一種以上的材料，能夠升級零部件的功能。同時，多數(shù)直接能量沉積系統(tǒng)使用4 軸或5軸運動系統(tǒng)，又或是機械臂來安裝打印頭，因此其建造過程不再限于平行面上的連續(xù)水平層。這一特點使得該技術能夠在現(xiàn)存零部件中添加材料，比如修復磨損的零件或工具。 由于金屬材料加工、多種材料選擇、多軸運動以及技術控制都導致了直接能量沉積系統(tǒng)價格昂貴，其售價為35150萬美元。該技術的主要發(fā)展如下： l Optomec激光工程化凈成形（LENS）是一種直接能量沉積技術，該技術將金屬粉末吹入高功率激光束產(chǎn)生的熔融金屬池中。 l POM Group過去生產(chǎn)的是直接金屬沉積（DMD）系統(tǒng)，但是該公司在2012年被AM3D收購，目前只出售