第1章　3D打印技術(shù)與聚合物材料概述

1.1　3D打印技術(shù)的概念

3D打印屬于增材制造，是依據(jù)零件的三維CAD模型數(shù)據(jù)，全程由計算機(jī)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(shù)。相對于傳統(tǒng)的材料去除（切削加工）技術(shù)，3D打印是一種“自下而上”材料累加的制造過程。

自20世紀(jì)80年代末以來，3D打印技術(shù)逐步發(fā)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(shù)（3D printing）”等。名稱各異的叫法分別從不同側(cè)面表達(dá)了該制造技術(shù)的特點(diǎn)。

3D打印是數(shù)字化技術(shù)、新材料技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等多學(xué)科發(fā)展的產(chǎn)物。其工作原理可以分為如下兩個過程：

①數(shù)據(jù)處理過程　利用計算機(jī)輔助設(shè)計三維CAD數(shù)據(jù)，將三維CAD圖形切割成薄層，完成將三維數(shù)據(jù)分解為二維數(shù)據(jù)的過程。

②逐層累加制造過程　依據(jù)分層的二維數(shù)據(jù)，采用所選定的制造方法制作與數(shù)據(jù)分層厚度相同的薄片，每層薄片按照順序疊加起來，就構(gòu)成了三維實體，實現(xiàn)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(fù)雜結(jié)構(gòu)降為二維結(jié)構(gòu)，制造二維結(jié)構(gòu)，然后再由二維結(jié)構(gòu)累加為三維結(jié)構(gòu)。

采用這種原理，3D打印技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設(shè)計數(shù)據(jù)在一臺設(shè)備上可快速而精確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實現(xiàn)“自由制造”，解決許多過去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，其制造的速度作用越顯著。

目前，世界科技強(qiáng)國和新興國家都將3D打印技術(shù)作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點(diǎn)加以培育和支持，歐美等發(fā)達(dá)國家紛紛制定了發(fā)展3D打印技術(shù)的國家戰(zhàn)略，被美國“America Makes”、歐盟“Horizon 2020”、德國“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”等戰(zhàn)略計劃列為提升國家競爭力、應(yīng)對未來挑戰(zhàn)亟須發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)。近二十年來，3D打印技術(shù)取得了高速發(fā)展，在各個領(lǐng)域都取得了良好的應(yīng)用效果，特別是在航空航天、醫(yī)療、軍工、汽車等重要領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。