淺析2016年我國3D打印技術七大成果
做為先進制造技術的代表，增材制造在我國高端產品的研發領域擁有不少“不可磨滅”的功績。隨著我國3D打印技術的不斷發展，在高端工業領域的應用也逐漸增多，如航空部件的加工制造，工業級產品的設計制造以及核工業等領域的各類應用成果，都凸顯了我國增材制造技術正在邁向一個新的“臺階”！
領跑全球：武漢造最大激光3D打印設備
由武漢光電國家實驗室（籌）完成的“大型金屬零件高效激光選區熔化增材制造關鍵技術與裝備（俗稱激光3D打印技術）”順利通過了湖北省科技廳成果鑒定。深度融合了信息技術和制造技術等特征的激光3D打印技術，由4臺激光器同時掃描，為目前世界上效率和尺寸最大的高精度金屬零件激光3D打印裝備。該裝備攻克了多重技術難題，解決了航空航天復雜精密金屬零件在材料結構功能一體化及減重等“卡脖子”關鍵技術難題，實現了復雜金屬零件的高精度成形、提高成形效率、縮短裝備研制周期等目的。
據了解， 華中科技大學武漢光電國家實驗室教授曾曉雁領導的激光先進制造研究團隊，在國家863和自然科學基金項目等資助下，經過十年的長期努力，在SLM成形理論、工藝和裝備等諸多方面取得了重要成果，特別是突破了SLM成形難以高效制備大尺寸金屬零件等瓶頸。此前，我國在SLM技術領域與國際先進水平相比有較大差距，大部分裝備依賴進口。項目率先在國際上提出并研制出成形體積為500×500×530mm3的4光束大尺寸SLM增材制造裝備，它由4臺500W光纖激光器、4臺振鏡分區同時掃描成形，成形效率和尺寸迄今為止同類設備中世界最大。
此外，項目還攻克了多光束無縫拼接、4象限加工重合區制造質量控制等眾多技術難題，實現了大型復雜金屬零件的高效率、高精度、高性能成形。首次在SLM裝備中引入雙向鋪粉技術，其成形效率高出同類裝備的20-40%，標志著我國自主研制的SLM成形技術與裝備達到了國際先進水平，所研制的零件不僅大大縮短了產品的研制周期，簡化了工序，更重要的是將結構-功能一體化，獲得性能優良的、輕質的零件。SLM技術成形精度高、性能好、且不需要工模具，屬于典型的數字化過程,目前在復雜精密金屬零件的成形中具有不可替代性，在精密機械、能源、電子、石油化工、交通運輸等幾乎所有的高端制造領域都具有廣闊的工業應用前景。經過質詢與討論后，鑒定委員會一致認為該項目在SLM整體技術達到國際先進水平，其中在SLM裝備的成形尺寸和效率達到國際領先水平，并建議進一步拓展材料與裝備的應用范圍。
國內3D打印光固化技術獲重大進展
中科院福建物構所3D打印工程技術研發中心林文雄課題組在國內首次突破了可連續打印的三維物體快速成型關鍵技術，并開發出了一款超級快速的連續打印的數字投影（DLP） 3D打印機。該3D打印機的速度達到了創記錄的600 mm/h，可以在短短6分鐘內，從樹脂槽中“拉”出一個高度為60 mm的三維物體，而同樣物體采用傳統的立體光固化成型工藝(SLA)來打印則需要約10個小時，速度提高了足足有100倍!
傳統的SLA技術采用逐層固化、層層累積的方式來構造三維物體，層與層之間需中斷光照射，然后在已固化區域表面重新覆蓋或填充精確、均勻的光敏樹脂，再進行光照射形成新的固化層，這種方式系統復雜且耗時。2015年3月，美國Carbon3D公司最早提出“連續液面生長技術”（CLIP）。該技術是通過透氧材料特氟龍引入氧氣作為固化抑制劑，在樹脂底部形成一層薄的液態抑制固化層，即所謂的“固化死區”，避免已固化區域與底部粘連，使固化過程保持連續性，從而比傳統的3D打印速度快25—100倍，達到500mm/h。
福建物構所提出了一種特殊的半滲透性透明元件，作為樹脂槽內底面的一部分，固定于打印光源的照射路徑上。該類型半滲透性透明元件對氧氣的透過率比一般高分子聚合物高，最高可達到5—10倍，因此氧氣或空氣均可作為固化抑制劑使用。具體的打印技術原理是：利用DLP投影系統提供照射光源，照射樹脂槽底部的構建區域形成固化區域；同時通入氧氣或空氣，氧氣或空氣透過半滲透性透明元件進入樹脂槽，在內底面和固化區域之間形成一層幾十微米厚的抑制固化層。由于液態抑制固化層的存在，固化區域與樹脂槽底部能輕松無損傷分離，實現全程固化的高速連續性，獲得最大打印速度超過600 mm/h，比美國Carbon3D公司發布的連續3D打印設備速度快約20%。
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