磁性输送带
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．５，２０２１浅析高速３Ｄ打印与普通３Ｄ打印的不同点李慧敏，俞光辉
（同济大学工程实践中心，上海２０００９２）
摘 要：近年来，高速３Ｄ打印技术发展迅速。以光固化成型技术为例，介绍了普通３Ｄ打印技术和高速３Ｄ打印技术的工作原理，并从打印速度、打印件的外观精度、打印件的物理性能三个方面对比了两种打印技术，并进行了总结。 关键词：高速；普通；３Ｄ打印；对比
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ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２１．０５．０２３
! 引言
普通的３Ｄ打印技术，又被称为“增材制造”技术，虽然只有约３０年的历史，但已经走进了人们的生活和工作中［１－２］。其实普通的３Ｄ打印技术并不是最准确的称呼，这是因为普通的３Ｄ打印是将二维打印反复重复，即通过重复二维打印来构建三维实体，所使用的原理实际上是二维打印技术。近几年，高速３Ｄ打印技术发展迅速，它和普通的３Ｄ打印技术有所不同。本文主要以ＳＬＡ技术为例，介绍两种技术的不同之处。
" 两种$*打印技术的工作原理
１ １ 普通３Ｄ打印技术的工作原理子母锁
１９８６年，被称为“３Ｄ打印之父”的美国科学家ＣｈａｒｌｅｓＨｕｌｌ获得了一项３Ｄ打印技术专利授权，随后创立了３ＤＳｙｓ ｔｅｍｓ公司。１９８６年第一台３Ｄ打印机问世，之后３Ｄ打印技术发展迅速，世界各地陆续出现了各种规格和型号的３Ｄ打印机。
这里以立体光刻技术为例，介绍该类打印机的工作原理。立体光刻技术英文全称是ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙａｐｐａｒａｔｕｓ，简称ＳＬＡ。该技术使用的材料是光敏树脂，它是一种透明的，具有黏性的液体。液态的光敏树脂遇到紫外激光后会发生光聚合反应，从而变成固体。如图１（ａ）所示，在树脂槽的底部有一部分透明区域，这可以作为打印界面。开始打印第一层时，打印平台离透光区域的距离为一个层厚的高度。在计算机的控制下，紫外激光光束扫描透明区域，扫描到的
地方变为固体。之后打印平台抬高一个层厚的高度，继续第二层打印，依次重复，每打印一层都需要将打印件从树脂槽底部“拔”出来，即需要固－固分离。
１ ２ 高速３Ｄ打印技术的工作原理
２０１５年，北卡罗莱纳州大学团队发明了连续液面成型技术［４］；２０１９年，美国西北大学团队开发出大面积快速打印技术［５］；德国弗劳恩霍夫模具和成型技术研究所开发出“螺旋挤压增材”制造技术［６］。以上都属于高速３Ｄ打印的范畴。
这里以连续性液体成型技术为例，介绍其工作原理，示意图如图１（ｂ）所示。连续性液体成型技术英文全称为ｃｏｎｔｉｎｕ ｏｕｓｌｉｑｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，简称ＣＬＩＰ。丙烯酸树脂遇到氧气会导致氧阻聚效应。该技术利用这一特点，使机器在打印过程中，在图中所示的透氧窗口和固化区域之间产生一个“死区”。而辐射光依然可以透射通过死区，在其上方继续产生光聚合反应。该技术在打印过程中，需要将固体从液态的树脂材料中分离，即需要固－液分离。因为力度较小，所以分离速度很快。
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技术与市场
通乳器
技术应用
２０２１年第２８卷第５期
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图１ ３Ｄ打印工作原理
［３］
# 两种$*打印技术的特点２ １ 打印速度
以普通ＳＬＡ技术为例，每打印一层，都需要将打印件固体部分从树脂槽上分离，而且提拉打印件的粘附力较大。这样打印层数越多，固－固分离需要的时间就越多。而连续液面成型技术，每一层的固－液分离，提拉粘附力较小，可以实现打印平台的连续上升。这样打印速度可以提升到上百倍，
甚至千倍。
图２ 在毫秒尺度内，利用高速３Ｄ打印技术
打印的螺旋结构
２ ２ 打印件的外观精度
随着科技的发展，目前制造业已经实现纳米级别的材料制作，但是微米级别的制造还是很难达到。以熔融沉积型的３Ｄ打印技术为例，常用的层厚度尺寸是０．２ｍｍ，相对于微米尺度差得很远，而普通的光固化成型机器，层厚也远高于这个级别。尺寸精度的不同，会导致打印件表面的精度不同，普通３Ｄ打印
件的表面可以看到一层一层的纹路，而使用连续液面成型技术打印的模型表面会比普通３
Ｄ打印件表面光滑很多，该尺寸精度可以达到微米尺度。图２是在毫秒时间尺度内，利用高速３Ｄ打印技术打印的螺旋结构。
普通３Ｄ打印的基本原理是分层制造、逐层叠加。既然是一层一层的打印，层与层之间的纹路就造成了打印的缺陷，如图３（ａ）所示。而高速３Ｄ打印速度快、尺寸精度高，进而缺陷就小，甚至不会出现缺陷，打印好的成品近似为图３（ｂ）。２ ３ 打印件的物理性能
如图４（ａ）所示，普通３Ｄ打印机打印的测试样件，在３个方向上的力学性能差距较大，从左往右，相对抗拉强度逐渐减小。而使用连续液面成型技术打印的模型，它的力学性能不会随着打印方向的变化而变化，如图４（ｂ）所示，３个方向上相对抗拉强度几乎一样，具有高弹性和减震性。
图３ ３Ｄ打印分层切片
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技术应用ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．５，２０２１
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图４ ３Ｄ打印件相对抗拉强度图
结语
鉴于高速３Ｄ打印技术比普通３Ｄ打印技术在各个方面的优点，今后的应用面会更加广泛。由于打印件的高弹性，可以用于制作运动鞋。打印件缺陷较小，可以用于制造新的涡轮叶片。由于打印件的力学性能更好，打印件很坚固，因此可以打印汽车、飞机等的零件。此外，还有很多潜在的应用价值，比如打印生物支架、微光学元件、光学超材料，以及进行微小零部件的规模化生产等等。参考文献：
［１］ 朱艳青，史继富，王雷雷，等．３Ｄ打印技术发展现状［Ｊ］．
制造技术与机床，２０１５（１２）：５０－５７．
［２］ 秦瑞冰，乌日开西·艾依提，滕勇．ＦＤＭ式３Ｄ打印技术
研究进展［
Ｊ］．制造技术与机床，２０２０（２）：４０－４４．［３］ 赵光华，刘志涛，李耀棠．光固化３Ｄ打印：原理、技术、应
用及新进展［Ｊ］．机电工程技术，２０２０，４９（８）：１－６＋６５．
作者简介：
李慧敏（１９８９—），女，山西大同人，博士，工程师，研究方向：快速成型技术及创新应用。
（上接第６５页）
程中对四角及周边和放置时与地面及其他物品接触部位进行了包裹保护，对局部有破坏情况位置严格按照防腐工艺进行修补处理，以确保拦污栅及埋件防腐性能安全可靠，延长使用运行时间。 安装工艺：底槛、门楣与常规情况一样安装后，进行二期砼浇筑；横梁安装后两端浇筑进混凝土内，横梁为中空结构，为了增加横梁的刚强和稳定性，在安装并浇筑混凝土后从预留孔向横梁内浇筑Ｃ２０混凝土。 结语 苏布雷水电站拦污栅采用了横梁固定式、斜面式拦污栅，栅叶分层分片，横梁采用流线式并按水流流向布置。栅叶的制造简单，安装灵活快捷，倾斜安装提高了清污效率；流线型横梁可以有效地减小过栅的水头损失，可大大提高低水头电站的经济效益。但缺点是：固定安装形式不利于有水情况下拦污栅的维护、检修和更换；流线型拦污栅横梁的结构复杂给制造增加了难度。
为保证拦污栅安装质量以及快速检修及更换栅叶，本项目
采用了拦污栅部分整体吊装方案，对现有起重设备也进行了改进。
本拦污栅采用部分整体吊装方案，不同于常规轨道、栅叶分别单独单节（片）的施工方法，为以后或类似结构施工提供了借鉴参考；拦污栅吊运充分利用现有设备加以改进，实现了不增加其他起重运输设备下的栅叶快速更换，可为类似工程的设计改进提供参考。参考文献：
［１］ 中华人民共和国电力工业部．水利水电工程钢闸门设计
规范ＤＬ／Ｔ５０３９－９５［Ｓ］．北京：中国电力出版社，１９９５．［２］ 杨逢尧，魏文炜．水工金属结［Ｍ］．北京：中国水利水电出
版社，
２００５．［３］ 刘细龙，陈福荣．闸门与启闭机［Ｍ］北京：中国水利水电
出版社，２００２．
作者简介：
翟福春（１９６２—），男，辽宁清源人，本科，高级工程师，从事水利工程项目建设管理工作。
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