快速成型与3D打印 三维喷印（3DP和CJP） 24.3DP三维喷印.doc

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 快速成型与3D打印 制作人：吴兵 PAGE 4 制作人：吴兵 三维喷印（3DP） 三维喷印（3DP，Three Dimensional Printing），也称三维打印、三维印刷、立体喷印、黏合喷射、喷墨沉积、喷墨粉末打印、粉末粘结等，美国材料与测试协会增材制造技术委员会（ASTM F42）将3DP的学名定为Binder Jetting（粘合物喷射） 为了不与近年来开始流行的 为了不与近年来开始流行的“3D打印”一词混淆，本文中均采用“三维喷印”作为3DP工艺的中文名称。 三维喷印（3DP）技术由美国麻省理工学院Emanuel Sachs教授团队发明该发明于1989年10月申报了题为“Three-dimensional printing techniques”的专利并于1993年4月获批（US Patent 5,204,055）。，3DP利用类似喷墨打印的微滴喷射技术，以石膏粉末、陶瓷粉末、金属粉末以及砂粉等作为成型材料，通过喷头喷射黏合剂将零件截面轮廓“打印”出来，层层叠加堆积成型。3DP技术曾被授权给Z Corporation、ExtrudeHone、Soligen等6家公司用于开发新的应用，其中Z Corporation（2012年被3D Systems公司收购）开发了Z系列3D打印机，研发出使用CMYK彩色胶水打印的CJP打印技术；ExtrudeHone开发了以钢铁粉末为原料的快速工模具制造系统，2005年ExOne公司从ExtrudeHone公司脱离出来专门从事铸造砂型打印设备生产及技术服务 该发明于1989年10月申报了题为“Three-dimensional printing techniques”的专利并于1993年4月获批（US Patent 5,204,055）。 1. 3DP工艺原理 3DP技术的工作原理如图所示。首先在工作平台上将粉末铺平并压实，接着打印喷头根据指定的零件截面轮廓路径逐行喷射液态黏合剂以黏结粉末，加工完一层后工作平台下降一个层厚距离，进行铺粉、压平、喷射黏合剂、工作台下降等工作循环直至工件完全成型，最后除去加工工件上多余的粉末材料。在加工过程中，未喷射黏结剂的区域的干粉末在成型过程中起到支撑作用，成型结束后非常容易去除。 通常粘合物喷射式3D打印机用水溶液作为黏结剂（“墨水”），采用热泡式喷头喷射水溶性“墨水”。 三维喷印（3DP）原理示意图 2. 成型特点 （1）优点 三维喷印技术色彩丰富，可选择的材料种类很多，可以实现24位全彩打印。这也是该技术最具竞争力的特点之一。 三维喷印工艺采用粉末床结构，利用黏结剂粘接粉末成型，成型过程中不会产生残余应力，因此可以完全通过粉床来支撑悬空结构，而不需要额外的支撑结构。 喷头可以进行阵列式（2D array）扫描而非激光点扫描，因此打印速度快，能够实现大尺寸零件的打印。 没有激光器，设备价格较为低廉。 （2）缺点 精度和光洁度不理想，多用于制作人偶和概念模型，不适合制作结构复杂和细节较多的薄型物件。 利用3DP技术打印出的工件只能通过粉末粘结，粘结剂的粘结能力有限，其强度比较低，基本只能做概念原型。 3DP技术中需要经历繁琐的后处理过程，比如烧结。因此与很多金属直接制造成型技术相比可能没有优势。 3. 3DP生产厂商及设备概况 目前市场上采用3DP技术的主要厂家有美国3D Systems公司、ExOne公司和德国Voxeljet公司；我国武汉易制科技有限公司开发了Easy 3DP系列全彩色3D打印机和大型覆膜砂3DP打印机，台湾天空科技企业有限公司开发了FCP-300系列单色和彩色3D打印机。 3D Systems公司Projet660Pro 彩色3D打印机及打印件 ExOne公司Exerial工业级3D砂型打印机及其生产的砂型 Voxeljet公司VX1000通用型3D打印机和打印的砂型及铸件