快速原型和快速制造领域发展和应用的趋势

作者：清华大学 颜永年

欢迎访问e展厅 展厅 5 三维打印机展厅 三维打印机, 快速成型机, 3D打印材料/光固化材料, 快速成型制造软件, ... 纵观当前快速成形技术发展现状，可明显看出如下发展和应用趋势： 由于大量的原创性发明来自于中小企业，针对他们的需求设计制造快速成形设备成为该领域的一个重要方向。成形空间较小、价格较低、可靠性更高、操作简便甚至无需培训、材料和运行费便宜成为适于中小企业应用的RP设备所必备的条件。为此，国内外主要RP设备制造公司相继推出新设备，它们分别是Z Corporation公司的 Z310 plus、Stratasys 公司的Dimension系列和Prodigy plus、北京太尔时代公司的太尔 Print 3D和太尔mini Print 3D等。如太尔mini Print 3D，成形空间为130×130×130mm3，使用材料为ABS塑料，颜色多种（如白、红、黄等）、强度高、弹性好、操作简便;一键打印，无需培训;耗材仅为国外的1/2;设备小巧美观，无噪音和污染，宜于办公室使用;智能支撑，支撑易剥离;软件ModelWizard功能强大。 特种性能金属材料关键件的直接快速制造是快速成形技术发展的另一重要趋势，其特征：（1）成形材料为特种性能金属材料（钛、钨及高温合金）；（2）直接得到功能零件；（3）主要应用于航天、国防、医疗等领域。成形方法有三种：（1）激光选区烧结和熔化技术（SLS、SLM）；（2）激光熔覆快速制造技术（LENS、DMD、LAM、DLF等）；（3）电子束选区熔化技术（EBSM、EBM）。激光烧结的成形件强度不够高，而激光熔覆则强度高，但功率大（≥2KW）。电子束选区熔化技术具有能量利用率高、可成形材料广泛、真空环境无污染、成形速度快等特点，正受到更多的关注和研究。 微纳米加工正成为快速制造的新领域，日本大阪大学我国学者将双光子吸收与光固化RP相结合，用非线性方法获得了尺寸小于光学亚衍射限，达到120nm的微结构，完成了“纳米牛”。美国University of Illinois将微笔喷射与RP相结合，成型网状三维结构，丝径为0.5～5.0μm 清华大学利用激光捕获粒子或者细胞，与RP相结合，进行微米级结构堆积成型。 铸造工业是快速制造发展的老领域，近几年成绩颇丰。目前主要有基于微滴喷射的RP铸型制造和基于激光束的RP铸型制造两大类，前者的研究单位有清华大学和佛山峰华公司的无木模铸型制造技术（PCM）和美国ProMetal公司的快速铸型制造技术（RST）；后者主要有我国华中科技大学和北京隆源公司及德国EOS公司的覆膜砂激光选区烧结技术（Direct Cast）。PCM技术成本低、无需木模，型、芯同时成形、无起模斜度、易于制造含自由曲面的大型铸型（≈1500mm），而Direct Cast易达到较高的精度，铸型尺寸小（一般小于500mm），成本较高，能量利用效率低。 隐形牙畸正领域正在成为快速制造应用的重要领域。北京时代天使生物科技有限公司采用CXM-I型牙颌石膏模型层析设备和Auro-350光固化设备（北京殷华公司制造）和牙颌畸形过程计算机辅助诊断与矫治设计系统（OrthoDS，清华大学激光快速成形中心开发）完成研发，并投入运营。 生物材料快速制造是发展极快的RP新领域。清华大学开发的低温沉积制造LDM工艺将快速成形的离散-堆积原理与热致相分离法相结合完成具有精细分级结构的组织工程支架低温下成形，保持了生物材料的活性。采用LDM工艺完成了孔隙率达90％的聚酯-磷酸钙骨支架，与第四军医大学合作，进行了大段骨的损伤修复和大段人工骨诱导羊腰椎椎体间脊柱融合。多分支多层血管支架研究的进展也是生物材料RP成形技术的成就之一。 基于RP工艺，清华大学于2003和2005年分别完成第一代和第二代细胞三维受控组装机，多种类型的细胞及仿生外基质材料在计算机控制下，按设计的结构被排布成一种特殊的（合适的）空间结构，形成类组织前体，经培养而发育成具有特定生理、生化和力学功能的组织。细胞三维受控组装技术，是构建复杂组织器官、生物传感器和微生理系统的重要前沿技术。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/27/2007)