而从整体来说,3D打印技术的未来发展主要有以下两方面:(1)大型精密机床型。类似于大型生产设备,适合于工厂大规模生产,运动副的精度非常高,以保证能够实现高速和高精度的扫描打印运动;(2)桌面小巧型。类似于普通打印机,适合于家庭使用、办公应用或科学研究等。
4 3D打印技术的发展阻碍
3D打印技术虽然已经取得了很好的发展,但是由于其多学科与技术的交叉性,以及复杂的工艺性,限制着向更广和更深的层次发展,主要存在以下问题:
(1)打印成型速度慢:对于3D打印机来说,一般都是由点形成线来打印填充平面,然后再累积成实体的,时间从数小时到数十小时乃至数百小时不等。为了提高成型的速度,最有效的方法就是提高打印头运动的速度。但受打印头机械特性的制约,提高扫描速度存在着巨大的困难,面临着成型质量的严重下降。此外,填充轨迹也影响打印成型的速度,合理规划填充的轨迹,尽可能以减少打印头的“空程”浪费,有效地提高打印成型的速度。
(2)打印成型精度低:打印成型的零件误差主要来自以下几个方面:① 分层制造的原理带来的误差。用切片去分层打印实体只是得到了实体的具体数目截面的信息,并没有截面间的相关信息,造成了实体的表面误差,分层厚度越大,误差越明显。② CAD模型转换成STL文件带来的误差。STL文件是利用小三角形平面片来离散三维模型复杂的表面,用平面代替曲面会存在特定的误差,为了减少转换误差,可直接对三维模型进行切片处理来得到精确的截面轮廓。③ 工艺过程造成的误差。主要有:a) 层面收缩引起的变形。打印层面冷热不均,产生内应力,导致物理模型尺寸不稳定;b) 湿度的影响。零件吸入水分等不稳定因素造成变形;c) 高度即Z轴方向累积造成的变形。目前3D打印技术的平面(X和Y方向)精度都已非常高,但竖直(Z方向)的精度仍未突破0.1mm[17]。
(3)成本较高、价格昂贵:随着3D打印技术的发展,价格有下跌的趋势,但总体上依然昂贵。在国内,人们对这项技术有着极大的兴趣,但由于价格昂贵,市场处于徘徊低迷的状态。而且—些表面简单的新产品模型,可以用CNC加工的方法,没有必要巨资购买3D打印机。
(4)打印成型件性能不够理想,且无法直接制作金属零件:各种打印成型工艺使用的材料都限制在一个狭窄的范围,打印出来的零件大都较脆且强度较差,无法令人满意。另外,由于工艺的不稳定,现在仍没有直接制作金属零件的3D打印机,主要原因在于金属粉末熔体的粘度远远地大于聚合物熔体的粘度,烧结过程中存在球化效应,故直接制作金属零件的3D打印技术有着极为广泛的市场前景。