第1章　3D打印技術與聚合物材料概述

1.1　3D打印技術的概念

3D打印屬于增材制造，是依據零件的三維CAD模型數據，全程由計算機控制將離散材料（絲材、粉末、液體等）逐層累加制造實體零件的技術。相對于傳統的材料去除（切削加工）技術，3D打印是一種“自下而上”材料累加的制造過程。

自20世紀80年代末以來，3D打印技術逐步發展，這期間也被稱為“材料累加制造（material increase manufacturing）”“快速原形（rapid prototyping）”“分層制造（layered manufacturing）”“實體自由制造（solid free-form fabrication）”“3D打印技術（3D printing）”等。名稱各異的叫法分別從不同側面表達了該制造技術的特點。

3D打印是數字化技術、新材料技術、光學技術等多學科發展的產物。其工作原理可以分為如下兩個過程：

①數據處理過程　利用計算機輔助設計三維CAD數據，將三維CAD圖形切割成薄層，完成將三維數據分解為二維數據的過程。

②逐層累加制造過程　依據分層的二維數據，采用所選定的制造方法制作與數據分層厚度相同的薄片，每層薄片按照順序疊加起來，就構成了三維實體，實現了從二維薄層到三維實體的制造過程。這一過程是將三維復雜結構降為二維結構，制造二維結構，然后再由二維結構累加為三維結構。

采用這種原理，3D打印技術不需要傳統的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設計數據在一臺設備上可快速而精確地制造出任意復雜形狀的零件，從而實現“自由制造”，解決許多過去難以制造的復雜結構零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且越是復雜結構的產品，其制造的速度作用越顯著。

目前，世界科技強國和新興國家都將3D打印技術作為未來產業發展新的增長點加以培育和支持，歐美等發達國家紛紛制定了發展3D打印技術的國家戰略，被美國“America Makes”、歐盟“Horizon 2020”、德國“工業4.0”、“中國制造2025”等戰略計劃列為提升國家競爭力、應對未來挑戰亟須發展的先進制造技術。近二十年來，3D打印技術取得了高速發展，在各個領域都取得了良好的應用效果，特別是在航空航天、醫療、軍工、汽車等重要領域具有廣闊的應用前景。