3D打印技术在精密检测工程中的应用

罗云丽

（梧州职业学院，广西壮族自治区 梧州 543000）

1 3D打印技术

3D打印，是一种快速成型技术，也是一种增材制造，主要就是通过三维模型作为基础的一种打印技术，在传统平面印刷技术的基础上，通过喷头进行三维运动，实现二维图层叠加打印的模型打印方法，采用对层级材料进行增加，从而生成相应的三维实体，是材料增加的过程，对于这种形成过程，也称之为熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM），是实际发展中较为成熟的技术之一，和传统技术比较分析，3D打印技术有着良好的安全性以及便捷性，在当前各个行业中有了很好的应用，比如，珠宝设计行业以及工业设计中，还有建筑、航天、汽车等行业中有着普遍性的应用。

2 3D打印材料应用

在增材制造技术发展中，材料作为非常重要的基础，对于3D打印技术的发展有着很大的影响。现阶段，针对3D打印技术当中的材料主要有以下相关方面：

2.1 通用塑料

通用塑料主要指的就是自身的机械性能比较差，不能应用在结构当中，并且还不可缺少的塑料，这种产量比较大，价格也低廉，使用范围广的塑料称之为通用塑料。目前通用塑料品种多，3D打印技术在实际的应用中，所涉及到的材料主要有丙烯腈–丁二烯–苯乙烯共聚物（ABS）和聚烯烃等。然而通用塑料当中所存在的相关缺陷，对于3D打印要求不能满足，因此，就需要结合材料实际情况做好相应的改性操作。

聚烯烃主要包含聚乙烯以及聚丙烯等材料，这些材料在性价比以及性能方面有着非常明显的优势，是典型的聚烯烃塑料。因为其分子结构比较特殊，在外界自然环境中很容易将杂质混入其中并产生氧化，比如，变色以及强度变弱等。有关人员通过研究发现，通过松木碱法所制作的碱木质素，在聚丙烯的工业化发展中有着良好的抗老化性以及抗紫外线的能力。

2.2 工程塑料

工程塑料是一种热塑性材料，主要就是在结构材料当中进行有效应用，在相关强度、硬度以及抗老化性等方面有着很重要的作用。因此在当前的3D打印材料当中应用非常的普遍，比较常见的工程塑料主要有以下相关方面：

2.2.1 ABS工程塑料

ABS是一种三元共聚物，其中A代表的是丙烯腈B代表丁二烯，S代表苯乙烯，一般是不透明状态，气味刺激性比较小，颜色呈乳黄色，具有高强度以及高韧性等特点，在表面加工处理方面较为容易等。但是，这种材料的耐候性特点比较差，很容易出现收缩变形，在成型当中有刺激性很强的气味出现。为了可以将这种材料自身的属性改进，以及在成型方面的缺点进行改善，就需要加强不断研究和开发，通常在实际的应用中主要采用填充其他相关材料以此来提升其性能。

2.2.2 PC树脂(聚碳酸酯)

PC树脂作为一种比较成熟化的热塑性材料，由于其强度较高、燃点高、耐冲击性能良好，在当前的电子电器以及汽车医疗等行业有着很好的应用。PC树脂颜色单一，白色比较多，强度也相较于ABS材料高，在当前的工程领域中有着良好的性能，但是这种材料自身的粘度比较高，流动性也非常的差。

2.2.3 PA树脂(尼龙)

尼龙材料作为一种白色的粉末，自身具备良好的力学性能，其整体优点也非常的突出，在当前的汽车以及电器等产品当中被普遍应用，这种材料的粉末粒径比较小，在模型的制作中精度也是非常的高，热塑变形温度在110 ℃，粉末熔融温度180 ℃；在完成烧结之后能够对后处理过程实现节约，可以有良好的抗拉伸性能。但是在颜色选取中存在一定的局限性，为了使得颜色多样化，一般都是采用喷涂以及其他方式进行着色，但是这种材料自身的吸水性比较大，在低温条件下耐冲击性能比较低，尺寸也不稳定，需要对其实施改良之后才可以应用。

2.2.4 PEEK树脂(聚醚醚酮)

PEEK这种材料作为一种比较特殊的塑料，其自身性能良好，在当前的生物医学以及工程领域有着普遍的应用。但是，这种材料作为一种生物惰性材料，基于此，对于实际应用有很大的影响。加强PEEK材料和纤维材料的融合应用，可以将材料的属性有效改进，该材料在当前的实际应用中，结合自身碳纤维以及高强度等方面的属性特点，在强度和模量方面的性能有着明显的提升，对于这种材料自身的抗变形能力也可以提升。

2.3 生物塑料

生物塑料主要就是在外界相关影响因素下，可以实现分解或者降解，从而降解为相应的无污染的物质。随着当前人们自身环境保护意识的提升，在3D打印材料的选取中，对于生物塑料的应用非常的常见，尤其是在医疗等事业的发展中，对于生物塑料的应用有着很重要的作用。

2.3.1 PLA(聚乳酸)

PLA（聚乳酸）是一种环保性良好的聚合物材料，其主要就是采用农作物秸秆实现发酵，以此来对乳酸进行获取，并且采用聚合的方式获取聚乳酸，这种材料自身具备良好的相容性以及可降解性，能够很好地应用于各种加工方式当中，比如，吹塑、热塑等，使用比较便捷，在光色度以及透明度等方面，和其他材料相比较有着良好的特征。3D打印技术在制造中结构比较复杂，并且可以准确地实现，这种优点使得3D打印技术在现阶段医学事业的发展中有着广泛的欢迎度。例如，在针对骨组织的制作当中，还有相应的医学模型制作方面。然而因为这种材料自身有相应的高脆性等特点，对于实际应用有着很大的影响，因此，就需要不断加强这方面属性的有效开发和改进。

2.3.2 PCL(聚己内酯)

这是非常常见的一种生物降解性热塑性材料，其特点主要就是无毒以及熔点较低，其熔点约为60 ℃，有着良好的生物相容性以及可降解性特点，在医学组织工程当中可以作为支架材料，比如，身体相关器官的修复等方面。但是这种材料自身的机械性能不强，为了对其性能有效改善，相关研究人员可以通过对无机成分改性处理，以此实现打印技术的实现，从而在完成改性处理之后，材料自身的抗冲击性以及抗变形能力也能够很好的提升。

2.3.3 PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯－1，4－环己烷二甲醇酯)

PETG作为一种共聚酯，这种状态就是处于没有完全结晶的状态，特点是抗脆性以及明度良好，并且无毒以及相容性良好，自身的注塑性能良好，可以应用在一些强度要求较高的零件中。因为其力学性能以及特性良好，在当前的塑料产品生产以及医疗、包装等方面有着很好的应用。但是这种材料变形温度较低以及价格比较贵，对于其广泛应用有着很大的影响。

2.3.4 光敏树脂

光敏树脂（UV树脂）的组成主要是由预聚体和聚合物单体所构成，同时进行光敏剂的添加，这种材料自身具备良好的粘度低以及液体流动性良好等特点，在当前的3D打印中，是保证打印精度良好的主要聚合物材料之一。在工业生产以及医疗行业中被普遍应用。尽管光敏树脂材料优点众多，但是还有很多问题存在，比如，会有较为显著的变形特点，以及收缩率比较大，对其应用也会有一定程度上的影响。

2.3.5 金属材料

3D打印当中，金属粉末的要求非常的高，尤其是在纯度以及粒度布局方面的要求，需要其能够符合相应的标准要求。现阶段，应用在3D打印当中的金属粉末材料主要有模具钢、不锈钢和钛合金等方面。除此之外，在进行珠宝印刷当中应用的相关贵金属材料粉末，比如，黄金或者白银等。另外，在3D打印的应用中，钛金属材料也非常重要，特别是金属材料的强度以及耐腐蚀性等方面，和其他金属材料相比较，性能良好，所以，在航天以及火箭等结构比较复杂的零部件生产中应用非常良好。通过3D打印技术，不断加大新合金材料的开发以及应用，传统合金开发中，需要的冶炼时间比较长，并且代价很高，通过3D打印就可以将这些问题有效处理。并且金属类的3D打印技术使用范围比较广，在目前的多个行业中有所应用。

2.3.6 陶瓷材料

陶瓷材料自身的特性优良，尤其是在强度以及耐高温和化学稳定性方面有着良好的优势，其在当前大部分行业中有着显著性的应用。然而，因为陶瓷材料自身具有一定的缺点，比如，脆性高以及硬度高等，加工难度大，特别是一些复杂的零部件，由于实际的加工成本比较高，在开发中周期也比较长，这对于新产品的开发需求很难有效满足。3D打印当中相对于陶瓷材料的要求方面，通常是将陶瓷粉末和相关粘合粉末进行混合生产，粘合剂粉末实施激光烧结实现熔融，通过无机粉末自身的粘结固化作用，并最终采用热烧结来对产品的机械强度提升。

2.3.7 石膏

石膏本质上是一种硫酸钙，化学式为二水硫酸钙。在当前很多生产行业中有所应用，比如，食品以及农业等方面，和其他的3D打印材料对比分析，石膏的优势主要表现在：①粒径小，调整空间大；②安全绿色；③能够实现彩色打印；④价格比较低。石膏在当前的医疗骨科中有着很普遍性的应用，3D打印的石膏支架能够采用三维扫描针，对于每个患者实际的损伤程度实施合理设计，这种新型石膏保护框架，其优点主要体现在比较轻以及便于维护等，也可以实现皮肤的有效呼吸。但是，石膏也有很多缺点，在完全硬化之后会存在一定的空隙，其密度和强度都不高，耐水性比较差等，这对于石膏的应用有着很大的影响。为了能够对所存在的这些问题有效处理，就需要在生产中加入相应的粘性材料，从而形成相应的复合型材料，通过这些物质的添加，可以将硫酸钙的弹性增强，相关研究人员将明胶加入其中，对其性能有效改善，制备了明胶/硫酸钙（GLGel/CS）复合材料，在实际的生物相容性当中有着很好的优势，可以很好地解决耐水性差以及强度低等问题。

3 3D打印技术在精密检测工程中的应用

现阶段，在各个行业当中，3D打印技术有着普遍性的应用，并且应用性也在不断地提升。随着3D打印技术的快速发展，相应的产业规模也在不断地扩大，这就表明，3D打印技术在社会经济发展中逐渐成为经济支柱性产业之一，3D打印技术在我国还有非常大的发展延伸空间。

4 3D打印技术未来发展重点

4.1 简化生产过程

3D打印技术在一定意义上可以将产品生产过程进行简化，将产品的制造过程时间缩短，以此来对生产效率提升。随着时间以及成本等方面的不断有效完善，也难免会出现相应的质量问题。但是随着打印产品质量的不断提升，在更多的行业发展中3D打印技术被有效应用，所占有的市场份额也在不断增大，这是3D打印技术主要的发展方向。并且，在发展过程中，还需要加强对模型产权问题的有效维护，以及对于3D打印设备的有效研究和开发，降低打印的成本，减少材料消耗。

4.2 提升材料使用率

和传统的生产模式相比较，3D打印技术可以将生产中所需要的材料成本大大地降低，在传统生产中，车间生产以及流水线当中，模具出现误差，使得产品合格率不高，在生产过程中也会出现大量的消耗品，对材料的实际使用效率非常低。尽管对于一些边角料可以进行回收利用继续生产使用，但是该过程所存在的成本较大问题非常的明显。3D打印技术采用数字化建模技术，将材料有效转化为实物的一种技术，这种生产精度高、简单高效，可以保证材料在实际的生产过程中高效化以及精准化应用，对材料的使用效率往往很高，在生产中相应的成本也能够大大地节约，从而将企业的生产效率提升，生产经济效益增大，特别是针对一些生产稀有材料产品的企业来讲，这种优势更加的明显，基于此，在当前高价值以及高精度产品加工生产中，3D打印技术有着非常重要的作用。

5 结语

总之，在当前各个领域中，3D打印技术有着非常普遍性的应用，其相应的发展空间也是非常广阔，并且其中也存在相应的缺陷，所以，相关研究人员就需要结合材料以及研究技术等加强有效开发以及研究，使得在各个行业的发展中3D打印技术能够起到相应的作用，从而为人们的生活提供良好的便捷条件。