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行业领域

高端装备制造产业,制造业

需求背景

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，又称增材制造 [1]  ，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

我公司从事增材制造设备、软件、材料自主研发及产业化应用，目前在黑龙江省、江西省已建立国内最大的3D打印产业化基地，产品类别包括各类环境景观装饰及工业品，在表面工程（激光金属及无机粉末材料3D打印）、再制造技术（激光熔覆）、工业大数据等领域都有合作需求。

需解决的主要技术难题

产品表面精度、光洁度；工艺控制软件；无机和有机材料分析；大数据分析软件；

材料选择及成型技术. 以光固化造型技术而言, 负型聚合立刻成型的技术还没有, 如果是正型溶剂型的, 技术可行, 而且也有, 但若是高模量要求的话对材料的选择是个很大的限制. 高模量通常意味着刚性分子结构和较差的溶解性, 同时聚合结束之前室温脱溶剂成膜的话要有高分子量, 溶剂法通常受限于高分子量和分子量分布, 传统缩聚需要一些know-how, 若是atrp或raft这些近十年流行的自由基聚合对于那些耐温/高模/可溶/耐弯折等一系列要求的话单体选择是个很大问题. 若是热塑性的话可考虑固相聚合, 但分子量控制和分子量分布控制是个问题. 这直接影响你所谓3D打印的"精度"问题.

期望实现的主要技术目标

3DP微滴喷射3D打印技术；SLS选区激光烧结；SLM激光金属熔融改进技术

1. 化学元素

对于3D打印用金属粉末纯净度要求很高。除测定主要元素及杂质元素外，对原材料的氧、氮、氢含量也有要求。

测定方法：由于测定方法众多，本文在此以钛合金为例说明：光谱分析仪测定钛合金中Fe、Al、V等元素；以惰性气体熔热传导/红外线原理的氧氮氢分析仪测定材料中氧、氮、氢含量；碳/硫分析仪测定原材料中碳元素含量，以上测定方法可综合使用。另外，还可采用能谱仪及X射线衍射仪定性或半定量对元素成分测定。

2. 颗粒形状

颗粒形状是指粉末颗粒的几何形状。可笼统的划分为规则形状和不规则形状。而颗粒的形状对粉末的流动性、送装密度以及烧结熔融过程的影响很大。通常情况下金属粉床熔融过程要求粉末球形度越高越好。测定颗粒形貌时常用表面形状因子、体积形状因子和比例形状因子。

一般情况下，非球形粉末表面和内部结构疏松，导致打印件内部存在一定的气孔缺陷，而球形粉末在这一方面能较好的改善。

测定方法：颗粒表面积观测设备可用扫描电子显微镜。

3. 粒径及粒度分布

通常用直径表示颗粒的大小称之为粒径。由于组成粉末的无数颗粒不属于同一粒径，因此需要用不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量来表征粉末颗粒的分布情况。表示不同尺寸的在一定尺寸区间的体积百分比。图1为呈正态分布的粒度分布图形。

3D打印金属粉末粒度≤50mm。但一般工艺过程并非单独使用超细粉而是将细粉与粗粉配比使用，通过细粉填充道粗粉的空隙中，提高熔融/烧结密度，改善打印质量。

处理进度