展望3D打印产品的结构强度

现在制造业界已公认3D打印机能够随心所欲制作各种形状的产品，但也有部分从业者觉得3D打印机所打印制品的结构强度比不上传统加工制品的结构强度，认为3D打印机只适合制作对结构强度要求不高的产品。其实3D打印作为一种将材料薄层逐层叠加成型的数控加工工艺有着制作超高强度制品的发展前景。

3D打印机叠加积累（反复打印）材料薄层的方法一般是将熔融材料由打印头重复喷涂加厚或者是将粉末材料铺设一层后用激光烧结然后重复铺设、烧结。当使用纳米金属颗粒作为打印原料时，因为纳米金属颗粒的熔点远低于普通金属块体材料，可以在较低的温度下将纳米金属颗粒熔融后由打印头重复喷涂积累成型，而在采用将粉末材料铺设后再烧结而重复积累成型方式时纳米金属颗粒也可按照所铺设的构型被充分熔融再凝固，而且打印时控制所叠加的每一层材料的厚度就可以控制每一层材料熔融后再凝固所形成的晶体的大小，（当熔融的金属层足够单薄且附着在冷的基材上凝固时因为降温迅速还可以获得高强度的非晶态金属结构）当控制使所叠加的每一层材料的厚度很微小时就可得到微晶结构制品，（使用激光熔融金属时，宜采用功率大而作用时间短的脉冲激光只使被照射部位尽快熔融而避免长时间照射使相邻的已结晶部位重新熔融造成已完成加工部位的晶体生长融合到正在加工的部位。且激光束的波长越短其最小照射光斑直径就可控制得越小其熔融加工的精度就越精细，如要熔融比激光照射光斑更小的区域可使激光束平行于材料叠加平面且让光束只有局部与叠加铺设的材料位置重合射中材料而光束的另一部分则在材料上方射过不射中正在加工和已加工的材料，先在离激光头远的区域铺设一棑材料当所铺设材料被激光束加工完后再在离激光头近一些的区域铺设一棑材料如此逐渐推进铺满一层后再铺设另一层材料并将激光束同步平行调整保持激光束与被加工材料只有一部分重合即可进行持续操作）如果对材料进行有计划地叠加、熔融（打印时可进行逐行、逐列、隔行、隔列、交叉行列等任意顺序打印）和控温凝固（可另外以小功率光束辅助照射而控制降温方向）还可使结晶的方向被有计划地定向控制可得到按照计划意图排列的晶体结构。显然当金属制品具有按设计意图定向排列结晶的微晶结构时其强度远高于传统铸造、锻造工艺所能得到的强度。（可惜每层叠加材料的厚度越微小则打印速度越慢，满足了强度就难以满足制作速度）使用其他非金属打印原料时如果材料颗粒属于纳米粒度而且材料每层叠加的厚度足够微小，对熔融和凝固过程也精确地控制，则同样可以得到高强度微晶结构（当熔融层足够单薄且附着在冷的基材上凝固时因为降温迅速还可以得到高强度的非晶态结构）。至于打印复合材料的制品时，因为3D打印机可对不同的材料的交叉叠加及积累进行精致的数字化控制，使得各种不同材料可按照设计意图精确地、复杂地、充分地进行混合配置成型，所以其制品强度相较于传统加工工艺可有着明显优势。

所以即使现在有些 3D 打印机存在着所打印制品的结构强度低的缺点，但那只是受制于打印原料颗粒不够小、对叠加层的厚度控制不够细微、对熔融和凝固过程的控制不够精确等原因，而 3D 打印技术随着其加工精度不断提高是适于制作高强度制品的。希望有关部门能对 3D 打印技术给予足够重视和支持，使本国的制造业高端技术能紧跟世界潮流。