3D打印研究報(bào)告：3D打印技術(shù)：粒狀物料成型
時(shí)間：2016-03-24 14:04 來源：南極熊 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
2015年，南極熊3D打印網(wǎng)與華融證券合作，共同對(duì)3D打印行業(yè)的一批優(yōu)秀企業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，共計(jì)走訪了近50家優(yōu)秀的3D打印企業(yè)，涵蓋華北、華東、華中、華南以及西部地區(qū)的一些公司，企業(yè)類型上覆蓋了印機(jī)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)、耗材研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)、打印服務(wù)企業(yè)、代理公司、設(shè)計(jì)公司、云平臺(tái)等。在長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月的走訪及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研之后，華融證券撰寫了一系列的研究分析報(bào)告。
3DP的主要缺點(diǎn)包括：
（1） 設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高。
（2） 生胚強(qiáng)度不高。但是可通過浸滲等后處理工序進(jìn)行加強(qiáng)。
主要廠商和設(shè)備情況
工作原理
選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering, SLS）技術(shù)的工作過程與 3DP相似，都是基于粉末床進(jìn)行的，區(qū)別在于 3DP是用噴射粘結(jié)劑來粘結(jié)粉末，而SLS是利用紅外激光燒結(jié)粉末.計(jì)算機(jī)將物體的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一層層截面的2D數(shù)據(jù)并傳輸給打印機(jī)，打印機(jī)控制激光在鋪設(shè)好的粉末上方選擇性地對(duì)粉末進(jìn)行照射，激光能量被選區(qū)內(nèi)的粉末吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，加熱到燒結(jié)溫度的粉末顆粒間接觸界面擴(kuò)大、氣孔縮小、致密化程度提高, 然后冷卻凝固變成致密、堅(jiān)硬的燒結(jié)體，加工成當(dāng)前層。然后活塞使工作臺(tái)降低一個(gè)單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結(jié)的當(dāng)前層之上，設(shè)備調(diào)入新一層截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，與前一層截面粘結(jié)，此程逐層循環(huán)直至整個(gè)物體成型。
SLS技術(shù)在成型金屬零件時(shí)，主要有幾種方式：
（1） 采用 2種以上不同熔點(diǎn)的金屬粉末，通過熔化低熔點(diǎn)成分潤(rùn)濕并填充高熔點(diǎn)結(jié)構(gòu)金屬粉末顆粒間隙，將結(jié)構(gòu)材料粘結(jié)起來燒結(jié)成金屬零件；
（2） 通過激光熔化金屬粉末顆粒的外層，而粉末顆粒的內(nèi)部并沒有熔化的方式，將粉末顆粒通過外層燒結(jié)粘結(jié)在一起；
（3） 采用高分子聚合物材料包裹高熔點(diǎn)的金屬粉末，激光熔化聚合物材料以將金屬粉末粘結(jié)起來獲得原型件的方式，然后經(jīng)過焙燒、熔浸低熔點(diǎn)金屬液、熱等靜壓等后處理工序進(jìn)步制件的密度.
SLS技術(shù)最早由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 Carl Deckard和 Joe Beaman開發(fā)并取得專利，他們創(chuàng)立了 DTM公司進(jìn)行基于 SLS技術(shù)的 3D打印設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn).2001年，DTM被 3D System收購(gòu).
主要廠商和設(shè)備情況
國(guó)際主要典型公司為 3D System，前文已作介紹，國(guó)內(nèi)典型公司為北京隆源，公司是國(guó)內(nèi)最大的 SLS技術(shù)提供商，公司全稱為北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司為三帝打印科技有限公司(3DP Technology, Inc.)控股子公司.成立于1994年，注冊(cè)于中關(guān)村科技園區(qū).自 1994年研制成功第一臺(tái)激光快速成型機(jī)始，便傾力開發(fā)選區(qū)激光粉末燒結(jié)（SLS）快速成型機(jī)，同時(shí)致力于快速原型的應(yīng)用加工服務(wù)。是我國(guó)最早開發(fā)、生產(chǎn)、銷售激光選區(qū)粉末燒結(jié)快速成型機(jī)（工業(yè)級(jí) 3D打印）的企業(yè)，榮膺北京市科委認(rèn)定的高新技術(shù)企業(yè)、中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)和海淀區(qū)創(chuàng)新企業(yè)。公司于 2002年通過了 ISO9001國(guó)際質(zhì)量體系認(rèn)證。2013年，三帝打印科技公司控股隆源成型，使隆源成型再次啟動(dòng)并駛?cè)?/span>3D打印的“高鐵”時(shí)代。作為國(guó)內(nèi)最大的 3D打印（SLS）技術(shù)服務(wù)供應(yīng)商，隆源成型通過擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 3D打印設(shè)備及產(chǎn)品、全面的工藝及雄厚的技術(shù)實(shí)力為用戶提供個(gè)性化的定制服務(wù)。隆源成型加工服務(wù)中心已為航空航天、汽車摩托車、泵業(yè)閥體等行業(yè)快速制造了大批量的異形復(fù)雜制件。迄今，公司已擁有近 400家設(shè)
備和加工服務(wù)用戶，遍布航空航天、船舶、汽車制造、電子、鑄造、醫(yī)療、文化藝術(shù)及研究院所和高校。
典型設(shè)備是 3D System公司生產(chǎn)的 ProX 500和 sPro系列，主要適用于功能型熱塑塑料。
主要性能指標(biāo)如下：
（1） 構(gòu)建尺寸：550 x 550 x 750mm（ 22 x 22 x 30 英寸）
（2） 層厚：0.08 - 0.15 mm (0.003 - 0.006 英寸)
（3） 體積構(gòu)建速度：1.8 升/小時(shí)（ 110 立方英寸/小時(shí)）
（4） 掃描速度：6 米/秒和 12 米/秒（ 240 英寸/秒和 480 英寸/秒）
（5） 激光功率/類型：70 瓦/CO2
應(yīng)用
由于機(jī)械性能不佳，SLS較少用于金屬功能零件的制造，但是其能夠?qū)崿F(xiàn)模型、樣機(jī)的快速制作，也可以較高的建造速度用于非金屬零件的小批量生產(chǎn)。能夠應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、航空航天、醫(yī)療用品、電子產(chǎn)品外殼等領(lǐng)域。
（3）小批量、特殊零件的制造加工.當(dāng)遇到一些小批量、特殊零件的制造需求是，利用傳統(tǒng)方法制造往往成本較高，而利用 SLS工藝可以快速有效的解決這個(gè)問題，從而降低成本.
（4）快速模具和工具制造.目前，隨著工藝水平的提高，SLS制造的部分零件可以直接作為模具使用，經(jīng)過后處理，甚至可以直接用功能性零件而使用.
（5）在逆向工程上的應(yīng)用.利用三維掃描工藝等技術(shù)，可以利用 SLS工藝在沒有圖紙和 CAD模型的條件下按照原有零件進(jìn)行加工，根據(jù)最終零件構(gòu)造成原型的 CAD模型，從而實(shí)現(xiàn)逆向工程應(yīng)用.
（6）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用.由于 SLS工藝制造的零件具有一定的孔隙率，因此可以用于人工骨骼制造，已經(jīng)有臨床研究證明，這種人工骨骼的生物相容性較好.
由于 SLS原理的特點(diǎn)，該工藝可以采用任何加熱時(shí)粘度降低的粉末材料，包括蠟、PC、尼龍、金屬等等，但對(duì)粉末的粒徑有較為嚴(yán)格的要求，當(dāng)粉末粒徑為 0.1mm以下時(shí)，成型后的原型精度可達(dá)±1%.
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料研究結(jié)果顯示， SLS工藝的材料有各類粉末，包括金屬、陶瓷、石蠟以及聚合物的粉末，如尼龍粉、覆裹尼龍的玻璃粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、蠟粉、金屬粉（成型后常需進(jìn)行再燒結(jié)及滲銅處理）、覆裹熱凝樹脂的細(xì)砂、覆蠟陶瓷粉和覆蠟金屬粉等，SLS工藝采用的粉末粒度一般在50--125um之間.SLS用的復(fù)合粉末通常有兩種混合形式：一種是粘結(jié)劑粉末與金屬或陶瓷粉末按一定的比例機(jī)械混合；另一種則是把金屬或陶瓷粉末放到粘結(jié)劑稀釋液中，使其具有粘結(jié)劑包裹的金屬或陶瓷粉末.為了提高原型的強(qiáng)度，用于 SLS工藝的材料正漸漸地轉(zhuǎn)向金屬和陶瓷.
4、選擇性激光熔化（SLM）/ 直接金屬激光燒結(jié)成型（DMLS）
SLM特點(diǎn)
SLM的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
（1） 成型的金屬零件致密度高，可達(dá) 90%以上，某幾種金屬材料成型后的致密度近乎 100%；抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能指標(biāo)優(yōu)于鑄件，甚至可達(dá)到鍛件水平；顯微維氏硬度可高于鍛件；
（2） 由于是打印過程中粉末完全融化，因此尺寸精度較高；
（3） 與傳統(tǒng)減材制造相比，可節(jié)約大量材料，對(duì)于較昂貴的金屬材料而
言，可節(jié)約一定成本。
SLM的主要缺點(diǎn)包括：
（1） 成型速度較低，為了提高加工精度，加工層厚較薄，加工小體積零件所用時(shí)間也較長(zhǎng)，因此難以應(yīng)用于大規(guī)模制造；
（2） 設(shè)備穩(wěn)定性、可重復(fù)性還需要提高；
（3） 零件的表面粗糙度較高；
（4） 熔化金屬粉末需要大功率激光，能耗較高。
SLM技術(shù)的代表公司為德國(guó)的 EOS，德國(guó) EOS GmbH Electro OpticalSystems公司自 1989年在德國(guó)慕尼黑成立以來，一直致力于激光粉末燒結(jié)快
速制造系統(tǒng)的研究開發(fā)與設(shè)備制造工作。EOS公司現(xiàn)在已經(jīng)成為全球最大同時(shí)也是技術(shù)最領(lǐng)先的雷射粉末燒結(jié)快速成型系統(tǒng)的制造商，其所擁有的雷射燒結(jié)
技術(shù)也正是 e-manufacturing的核心技術(shù)。e-Manufacturing是由 EOS公司所倡導(dǎo)的全新 e制造整合服務(wù)，基于激光粉末燒結(jié)成型技術(shù)的全新制造概念。直接進(jìn)行快速的立體制作，達(dá)到彈性大、低成本的制造模式。這種制造方式能夠符合從單件產(chǎn)品制造到批量生產(chǎn)的不同市場(chǎng)需求。EOS雷射粉末燒結(jié)快速制造系統(tǒng)，適于應(yīng)用在 3C產(chǎn)品開發(fā)、航太產(chǎn)品、精密模具、樣品打樣、生醫(yī)材料制造上。目前德國(guó) EOS公司在金屬粉末雷射快速制造設(shè)備上為全球最頂尖供應(yīng)商。典型設(shè)備為 EOS公司的 EOSINT M 280，主要參數(shù)如下。
SLM應(yīng)用
由于能夠?qū)崿F(xiàn)較高的打印精度和足夠的機(jī)械性能，SLM不僅可用于模型、樣機(jī)的制造，也可用于復(fù)雜形狀的金屬零件的小批量生產(chǎn)，能夠應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療用品等領(lǐng)域.
目前，SLM技術(shù)最令人矚目的是在 Elon Musk的 SpaceX公司開發(fā)的新一代 Dragon V2載人飛船的 SuperDraco引擎的制造中的應(yīng)用——SuperDraco引擎的燃燒室是使用 EOS公司的 SLM設(shè)備制造的.SuperDraco引擎的冷卻道、噴射頭、節(jié)流閥等結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度非常之高，3D打印很好地解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造問題.同時(shí)，SuperDraco是在 6900千帕的高溫高壓環(huán)境下工作，而且作為一款在一次載人過程中多次點(diǎn)火的引擎，其重復(fù)使用次數(shù)和可靠性相當(dāng)重要，SLM制造出的零件的強(qiáng)度、韌性、斷裂強(qiáng)度等性能完全可以滿足各種嚴(yán)苛的要求.
世界范圍內(nèi)，已經(jīng)有多家成熟的設(shè)備制造商，包括德國(guó) EOS公司、德國(guó)MCP公司、Concept laser公司等。EOS應(yīng)用 SLM技術(shù)的設(shè)備包括 EOSINT M系列、EOS M系列、PRECIOUS M系列。
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南極熊將逐漸免費(fèi)公開這些3D打印行業(yè)研究報(bào)告的內(nèi)容，以提供給3D打印行業(yè)內(nèi)外人士作為參考資料。南極熊作為3D打印行業(yè)第一互動(dòng)媒體，一直致力于推動(dòng)3D打印行業(yè)的發(fā)展，除了發(fā)布最新的行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，南極熊還開展產(chǎn)品評(píng)測(cè)，組織線下交流活動(dòng)，提供優(yōu)質(zhì)的3D模型下載，對(duì)行業(yè)進(jìn)行深度研究等。本次聯(lián)手華融證券，就是希望與專業(yè)的行業(yè)研究機(jī)構(gòu)合作，共同推出專業(yè)的研究報(bào)告。與其他國(guó)內(nèi)外所謂的研究機(jī)構(gòu)相比，本報(bào)告不但具有一定的專業(yè)性，而且分析深入，干貨多，而且是免費(fèi)開放給所有熊友
3D打印專題研究系列報(bào)告之四3D打印技術(shù)：粒狀物料成型
概述：本文主要介紹粒狀物料成型相關(guān) 3D 打印工藝，具體包括 3DP、SLS、SLM、DMLS、EBM、SHS等主流粒狀物理成型工藝，這些工藝大多可應(yīng)用于工業(yè)級(jí) 3D打印領(lǐng)域，我們主要從這些工藝的技術(shù)原料、優(yōu)缺點(diǎn)、涉及材料、主要應(yīng)用、典型公司及設(shè)備等幾方面進(jìn)行介紹.
原理基本相同
基本原理都是將 3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 2D數(shù)據(jù)，通過電腦控制 3D打印機(jī)逐層進(jìn)行打印，最后形成成品，所不同的是在進(jìn)行粉末連接的時(shí)候采用的方法不同，一般有激光、電子束、熱量、粘劑等，采用激光、電子束進(jìn)行3D打印的一般需要較為苛刻的外部條件，適用于工業(yè) 3D打印機(jī)，利用粘劑、熱進(jìn)行連接的對(duì)外部環(huán)境要求不算太苛刻，可發(fā)展桌面級(jí)打印機(jī).
優(yōu)缺點(diǎn)并存
粒狀物料成型相關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括成型速度快、材料廣泛、能夠制造復(fù)雜構(gòu)造等特點(diǎn)，但同時(shí)也存在強(qiáng)度低、一般需要后處理、部分技術(shù)路徑需要預(yù)加工、成本較高等缺點(diǎn)，目前階段，是傳統(tǒng)技術(shù)的重要補(bǔ)充，暫時(shí)還不能完全替代傳統(tǒng)技術(shù).粒狀物料成型相關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括成型速度快、材料廣泛、能夠制造復(fù)雜構(gòu)造等特點(diǎn)，但同時(shí)也存在強(qiáng)度低、一般需要后處理、部分技術(shù)路徑需要預(yù)加工、成本較高等缺點(diǎn)，目前階段，是傳統(tǒng)技術(shù)的重要補(bǔ)充，暫時(shí)還不能完全替代傳統(tǒng)技術(shù).
材料均為粉末
粒狀物料成型的材料均為粉末，包括金屬粉末、塑料粉末、陶瓷粉末等等，不同的技術(shù)路徑對(duì)材料的物理、化學(xué)性能有差別化的要求，通過這些技術(shù)可以將粉末材料轉(zhuǎn)化為固體材料，賦予一定的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能.
應(yīng)用領(lǐng)域有待拓展
目前多用于產(chǎn)品開發(fā)階段受制于機(jī)械性能較差等因素，目前通過粒狀物料成型 3D打印工藝更多的應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)階段，雖然也可以直接用于直接制造，但與傳統(tǒng)工藝相比，通過 3D打印的直接制造成本仍然較高，不具有競(jìng)爭(zhēng)力，其應(yīng)用領(lǐng)域還有待進(jìn)一步拓展.
結(jié)論與展望
粒狀物料成型是將粉末狀材料變?yōu)橛袡C(jī)械強(qiáng)度的立體物件的過程，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些缺點(diǎn)正在被逐步克服，如 SLM解決了 SLS不能完全融化粉末的問題、SHS解決了燒結(jié)粉末需要高強(qiáng)度激光的問題，但同時(shí)我們也看到，一種技術(shù)不能完全替代另一種技術(shù)，各有特點(diǎn)，我們認(rèn)為在未來一段時(shí)間內(nèi)這些粒狀物料成型技術(shù)還將繼續(xù)存在，技術(shù)含量更高的技術(shù)也將不斷出現(xiàn)，粒狀物料成型技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊.
相關(guān)研究：
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3D打印專題研究系列報(bào)告之三_3D打印技術(shù)：光聚合成型_20151229
目 錄
1、概述 .......................................................................................................................................................................................... 5
1、原理基本相同 ................................................................................................................................................................. 5
2、優(yōu)缺點(diǎn)并存 ..................................................................................................................................................................... 5
3、材料均為粉末 ................................................................................................................................................................. 5
4、應(yīng)用領(lǐng)域有待拓展，目前多用于產(chǎn)品開發(fā)階段 .......................................................................................................... 5
2、三維打印（3DP） .................................................................................................................................................................. 6
工作原理 ............................................................................................................................................................................... 6
特點(diǎn) ....................................................................................................................................................................................... 7
主要廠商和設(shè)備情況 ........................................................................................................................................................... 7
應(yīng)用 ..................................................................................................................................................................................... 10
材料 ..................................................................................................................................................................................... 10
3、選擇性激光燒結(jié)（SLS） ..................................................................................................................................................... 10
工作原理 ............................................................................................................................................................................. 10
特點(diǎn) ..................................................................................................................................................................................... 12
主要廠商和設(shè)備情況 ......................................................................................................................................................... 12
應(yīng)用 ..................................................................................................................................................................................... 14
材料 ..................................................................................................................................................................................... 15
4、選擇性激光熔化（SLM）/ 直接金屬激光燒結(jié)成型（DMLS） ..................................................................................... 15
SLM工作原理 ..................................................................................................................................................................... 15
SLM特點(diǎn) ............................................................................................................................................................................. 16
SLM主要廠商和設(shè)備情況 ................................................................................................................................................. 17
SLM應(yīng)用 ............................................................................................................................................................................. 18
SLM材料 ............................................................................................................................................................................. 19
DMLS工作原理 .................................................................................................................................................................. 20
DMLS特點(diǎn) .......................................................................................................................................................................... 20
DMLS應(yīng)用 .......................................................................................................................................................................... 20
DMLS材料 .......................................................................................................................................................................... 20
5、電子束熔煉（EBM） ........................................................................................................................................................... 21
工作原理 ............................................................................................................................................................................. 21
特點(diǎn) ..................................................................................................................................................................................... 22
主要廠商和設(shè)備情況 ......................................................................................................................................................... 23
應(yīng)用 ..................................................................................................................................................................................... 24
材料 ..................................................................................................................................................................................... 24
6、選擇性熱燒結(jié)（SHS） ........................................................................................................................................................ 25
工作原理 ............................................................................................................................................................................. 25
特點(diǎn) ..................................................................................................................................................................................... 25
主要廠商和設(shè)備情況 ......................................................................................................................................................... 26
應(yīng)用 ..................................................................................................................................................................................... 27
材料 ..................................................................................................................................................................................... 27
圖表目錄
圖表 1：粒狀物料成型各種工藝對(duì)比 ........................................................................................................................................ 6
圖表 2：3DP工作原理 ................................................................................................................................................................ 7
圖表 3：3D SYSTEM歷年收入及增速情況 ............................................................................................................................. 8
圖表 4：3D SYSTEM歷年利潤(rùn)及增速情況 ............................................................................................................................. 9
圖表 5：PROJET®660PRO設(shè)備 ............................................................................................................................................... 9
圖表 6：SLS工作原理 ............................................................................................................................................................... 11
圖表 7：SPRO 230 HS設(shè)備 ...................................................................................................................................................... 13
圖表 8：SLS應(yīng)用舉例 ............................................................................................................................................................... 14
圖表 9：SLM工作原理 ............................................................................................................................................................. 16
圖表 10：EOSINT M 280設(shè)備 ................................................................................................................................................. 18
圖表 11：SLM應(yīng)用舉例 ........................................................................................................................................................... 19
圖表 12：SLM工作原理 ........................................................................................................................................................... 22
圖表 13：ARCAM A2X設(shè)備 .................................................................................................................................................... 23
圖表 14：EBM應(yīng)用舉例 ........................................................................................................................................................... 24
圖表 15：SHS技術(shù)原理圖 ....................................................................................................................................................... 25
圖表 16：BLUEPRINTER M3設(shè)備 ........................................................................................................................................ 26
圖表 17：SHS應(yīng)用舉例 ............................................................................................................................................................ 27
1、概述
1、原理基本相同
基本原理都是將 3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 2D數(shù)據(jù)，通過電腦控制 3D打印機(jī)逐層進(jìn)行打印，最后形成成品，所不同的是在進(jìn)行粉末連接的時(shí)候采用的方法不同，一般有激光、電子束、熱量、粘劑等，采用激光、電子束進(jìn)行 3D打印的一般需要較為苛刻的外部條件，適用于工業(yè) 3D打印機(jī)，利用粘劑、熱進(jìn)行連接的對(duì)外部環(huán)境要求不算太苛刻，可發(fā)展桌面級(jí)打印機(jī).
2、優(yōu)缺點(diǎn)并存
粒狀物料成型相關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括成型速度快、材料廣泛、能夠制造復(fù)雜構(gòu)造等特點(diǎn)，但同時(shí)也存在強(qiáng)度低、一般需要后處理、部分技術(shù)路徑需要預(yù)加工、成本較高等缺點(diǎn)，目前階段，是傳統(tǒng)技術(shù)的重要補(bǔ)充，暫時(shí)還不能完全替代傳統(tǒng)技術(shù).
3、材料均為粉末
粒狀物料成型的材料均為粉末，包括金屬粉末、塑料粉末、陶瓷粉末等等，不同的技術(shù)路徑對(duì)材料的物理、化學(xué)性能有差別化的要求，通過這些技術(shù)可以將粉末材料轉(zhuǎn)化為固體材料，賦予一定的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能.
4、應(yīng)用領(lǐng)域有待拓展
目前多用于產(chǎn)品開發(fā)階段受制于機(jī)械性能較差等因素，目前通過粒狀物料成型 3D打印工藝更多的應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)階段，雖然也可以直接用于直接制造，但與傳統(tǒng)工藝相比，通過 3D打印的直接制造成本仍然較高，不具有競(jìng)爭(zhēng)力，其應(yīng)用領(lǐng)域還有待進(jìn)一步拓展.
2、三維打印（3DP）
工作原理
三維打印（3D Printing, 3DP）是一種基于粉末床、噴頭和石膏的三維打印技術(shù)（Powder bed and inkjet head 3D printing，3DP的工作方式與二維平面打印相似，都利用了噴射打印的技術(shù)，二維打印的噴頭用于噴射墨水，而 3DP的噴頭用于噴射液態(tài)粘結(jié)劑.計(jì)算機(jī)軟件將打印對(duì)象的 3D數(shù)據(jù)“切割”為一層層截面的 2D數(shù)據(jù)，傳輸?shù)饺S打印機(jī)，三維打印機(jī)根據(jù)截面的 2D數(shù)據(jù)，控制噴頭移動(dòng)、在鋪設(shè)好的粉末上方選擇性地噴射粘結(jié)劑，將相應(yīng)位置的粉末粘結(jié)在一起而形成第一層的截面.然后活塞使工作臺(tái)降低一個(gè)單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已粘結(jié)的截面之上，噴頭再根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行新的一層的噴射打印，與前一層截面粘結(jié)，此過程逐層循環(huán)直至整個(gè)物體成型.由于未粘結(jié)的粉末可以起到支撐的作用，3DP無需額外的支撐結(jié)構(gòu)就可以打印相當(dāng)復(fù)雜的形狀.3DP技術(shù)于 1993年由麻省理工學(xué)院的學(xué)者研發(fā)，1995年 Z Corparation公司獲得了排他性的使用許可.3D System于 2012收購(gòu)了 Z Corporation，繼續(xù)生產(chǎn)基于 3DP技術(shù)的 3D打印設(shè)備和材料.
特點(diǎn)
3DP的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
（1） 打印速度快.3DP僅有粘結(jié)劑是通過噴頭噴射，作為支撐材料的粉末全部是通過鋪撒的方式放置，因此打印速度比 FDM快很多.
（2） 多打印頭同時(shí)工作.可以同時(shí)打印多個(gè)物體，也可以同時(shí)打印物體的不同部分，提高了打印速度.
（3） 色彩豐富.3DP具有 24位全彩打印能力的打印技術(shù)，其著色原理與二維打印相同，是通過 C、M、Y、Clear等 4種色彩的粘結(jié)劑按不同比例的混合而形成多種色彩.（4） 無需額外的支撐結(jié)構(gòu)，可打印幾何形狀復(fù)雜的物體.
（1） 設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高。
（2） 生胚強(qiáng)度不高。但是可通過浸滲等后處理工序進(jìn)行加強(qiáng)。
主要廠商和設(shè)備情況
3D System公司是應(yīng)用該技術(shù)的主要廠商，公司成立于 1993年，注冊(cè)地為美國(guó)特拉華州，公司是全球領(lǐng)先的 3D打印、印刷解決方案提供商，也是 3D打印概念的締造者.公司為企業(yè)和個(gè)人提供專業(yè)的 3D打印設(shè)備、集成打印材料以及定制零部件服務(wù)，受到用戶的一致好評(píng).公司致力于提供實(shí)用性較強(qiáng)、物廉價(jià)美的 3D打印設(shè)備、更具創(chuàng)造性的 3D打印內(nèi)容、3D作圖軟件、及解決方案等.最新數(shù)據(jù)顯示，公司 2015年上半年實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 3.3億美元，同比增長(zhǎng)10.68%；實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)-2687萬美元，較去年同期大幅下滑 483.85%.我們統(tǒng)計(jì)了公司 2006年以來的收入、利潤(rùn)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，公司僅在 2008和 2009年出現(xiàn)過下滑，彼時(shí)金融危機(jī)正影響著全球經(jīng)濟(jì)，2010年開始，公司收入均保持較高速的正增長(zhǎng)，但近兩年增長(zhǎng)幅度有所下滑，2013年以前均能保持 40%以上的收入增長(zhǎng)，2014年下滑至 27%，而 2015年中期更是下滑至 10.68%.
利潤(rùn)變化方面，2006年-2008年公司處于虧損狀態(tài)，但總體上虧損幅度有所下降，2009年公司實(shí)現(xiàn)盈利，隨后一直到 2013年公司利潤(rùn)均呈現(xiàn)正增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2014年出現(xiàn)下滑，下滑幅度達(dá)到 73.61%，而 2015年中期公司出現(xiàn)虧損.
3Dsystem公司基于 3DP應(yīng)用該技術(shù)的產(chǎn)品為 ProJet® x60系列。
主要性能指標(biāo)如下：
（1） 顏色：390,000 色（5 個(gè)打印頭，包括黑色）
（2） 分辨率：600 x 450 dpi
（3） 構(gòu)建尺寸：254 x 381 x 203mm (10 x 15 x 8 英寸)
（4） 層厚： 0.089 - 0.102 mm (0.0035 - 0.004 英寸)
（5） 垂直構(gòu)建速度：28 mm/小時(shí) (1.1英寸/小時(shí))
（6） 噴頭數(shù)：1520
（7） 每次建造原型數(shù)目：36個(gè)
應(yīng)用
由于具有打印速度快、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)，3DP可以用于在工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)意模型、原理樣機(jī)的制造，建筑、工程和施工中建筑模型的制造，也可以用于地球空間分析、教育、醫(yī)療等領(lǐng)域.
材料
3DP及時(shí)實(shí)際為三維粉末粘接，所用的材料主要涉及兩方面，一是被粘結(jié)的粉末材料，二是粘接用的粘膠劑，下面分別介紹.
（1）粉末材料
粉末材料主要作為產(chǎn)品的主體部分，根據(jù)構(gòu)成成本不同主要分為陶瓷粉末、金屬粉末和塑料粉末等.陶瓷粉末包括礬土、氧化鋯等；金屬粉末包括鋁、鈦合金、不銹鋼等；塑料粉末則包括 ABS、PLA、PP等.
（2）粘劑
粘劑的作用是將粉末粘結(jié)起來，其應(yīng)該具有與粉末附著后快速粘合、較強(qiáng)的結(jié)合力、后處理過程中不被去除等特點(diǎn).從大類上劃分可分為有機(jī)粘劑和無機(jī)粘劑.
3、選擇性激光燒結(jié)（SLS）
選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering, SLS）技術(shù)的工作過程與 3DP相似，都是基于粉末床進(jìn)行的，區(qū)別在于 3DP是用噴射粘結(jié)劑來粘結(jié)粉末，而SLS是利用紅外激光燒結(jié)粉末.計(jì)算機(jī)將物體的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一層層截面的2D數(shù)據(jù)并傳輸給打印機(jī)，打印機(jī)控制激光在鋪設(shè)好的粉末上方選擇性地對(duì)粉末進(jìn)行照射，激光能量被選區(qū)內(nèi)的粉末吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，加熱到燒結(jié)溫度的粉末顆粒間接觸界面擴(kuò)大、氣孔縮小、致密化程度提高, 然后冷卻凝固變成致密、堅(jiān)硬的燒結(jié)體，加工成當(dāng)前層。然后活塞使工作臺(tái)降低一個(gè)單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結(jié)的當(dāng)前層之上，設(shè)備調(diào)入新一層截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，與前一層截面粘結(jié)，此程逐層循環(huán)直至整個(gè)物體成型。
（1） 采用 2種以上不同熔點(diǎn)的金屬粉末，通過熔化低熔點(diǎn)成分潤(rùn)濕并填充高熔點(diǎn)結(jié)構(gòu)金屬粉末顆粒間隙，將結(jié)構(gòu)材料粘結(jié)起來燒結(jié)成金屬零件；
（2） 通過激光熔化金屬粉末顆粒的外層，而粉末顆粒的內(nèi)部并沒有熔化的方式，將粉末顆粒通過外層燒結(jié)粘結(jié)在一起；
（3） 采用高分子聚合物材料包裹高熔點(diǎn)的金屬粉末，激光熔化聚合物材料以將金屬粉末粘結(jié)起來獲得原型件的方式，然后經(jīng)過焙燒、熔浸低熔點(diǎn)金屬液、熱等靜壓等后處理工序進(jìn)步制件的密度.
SLS技術(shù)最早由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 Carl Deckard和 Joe Beaman開發(fā)并取得專利，他們創(chuàng)立了 DTM公司進(jìn)行基于 SLS技術(shù)的 3D打印設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn).2001年，DTM被 3D System收購(gòu).
特點(diǎn)
SLS的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
（1） 材料種類廣泛.可使用的材料包括尼龍、聚苯乙烯等聚合物，鐵、鈦、合金等金屬、陶瓷、覆膜砂等；
（2） 成型效率高.由于 SLS技術(shù)并不完全熔化粉末，而僅是將其燒結(jié)，因此制造速度快；
（3） 材料利用率高.在加工過程中，SLS可直接成型，不需要支撐材料，也不會(huì)出現(xiàn)廢料，因此材料利用率特別高，幾乎可以達(dá)到 100%，這也在一定程度上降低了成本；
（4） 生產(chǎn)周期短.在整個(gè)加工過程中都是數(shù)字化控制，成型時(shí)間也僅為幾小時(shí)到幾十小時(shí)，而且在加工過程中可隨時(shí)做修正，生產(chǎn)周期較短；
（5） 無需支撐材料.與其他需要支撐材料的工藝不同，SLS的工藝特點(diǎn)決定了在加工過程中不需要支撐材料，后處理較為簡(jiǎn)便；
（6） 應(yīng)用面廣.由于幾乎可以使用所有加熱后粘度降低的粉末材料，因此 SLS的應(yīng)用利于較廣，可用于制造原型設(shè)計(jì)模型、模具母模、精鑄熔模、鑄造型殼和型芯等.
SLS的主要缺點(diǎn)包括：
SLS成型金屬零件的原理是低熔點(diǎn)粉末粘結(jié)高熔點(diǎn)粉末，使得制件的孔隙度高，機(jī)械性能差，特別是延伸率很低，很少能夠直接應(yīng)用于功能零件的制造上.在燒結(jié)過程中會(huì)因粉末材料的融化而產(chǎn)生異味，而且由于 SLS所用的采用差別較大，有時(shí)需要比較復(fù)雜的輔助工藝，如需要對(duì)原料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)處理（加熱）、造成完成后需要進(jìn)行成品表面的粉末清理等.SLS的主要缺點(diǎn)包括：SLS成型金屬零件的原理是低熔點(diǎn)粉末粘結(jié)高熔點(diǎn)粉末，使得制件的孔隙度高，機(jī)械性能差，特別是延伸率很低，很少能夠直接應(yīng)用于功能零件的制造上.在燒結(jié)過程中會(huì)因粉末材料的融化而產(chǎn)生異味，而且由于 SLS所用的采用差別較大，有時(shí)需要比較復(fù)雜的輔助工藝，如需要對(duì)原料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)處理（加熱）、造成完成后需要進(jìn)行成品表面的粉末清理等.
國(guó)際主要典型公司為 3D System，前文已作介紹，國(guó)內(nèi)典型公司為北京隆源，公司是國(guó)內(nèi)最大的 SLS技術(shù)提供商，公司全稱為北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司為三帝打印科技有限公司(3DP Technology, Inc.)控股子公司.成立于1994年，注冊(cè)于中關(guān)村科技園區(qū).自 1994年研制成功第一臺(tái)激光快速成型機(jī)始，便傾力開發(fā)選區(qū)激光粉末燒結(jié)（SLS）快速成型機(jī)，同時(shí)致力于快速原型的應(yīng)用加工服務(wù)。是我國(guó)最早開發(fā)、生產(chǎn)、銷售激光選區(qū)粉末燒結(jié)快速成型機(jī)（工業(yè)級(jí) 3D打印）的企業(yè)，榮膺北京市科委認(rèn)定的高新技術(shù)企業(yè)、中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)和海淀區(qū)創(chuàng)新企業(yè)。公司于 2002年通過了 ISO9001國(guó)際質(zhì)量體系認(rèn)證。2013年，三帝打印科技公司控股隆源成型，使隆源成型再次啟動(dòng)并駛?cè)?/span>3D打印的“高鐵”時(shí)代。作為國(guó)內(nèi)最大的 3D打印（SLS）技術(shù)服務(wù)供應(yīng)商，隆源成型通過擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 3D打印設(shè)備及產(chǎn)品、全面的工藝及雄厚的技術(shù)實(shí)力為用戶提供個(gè)性化的定制服務(wù)。隆源成型加工服務(wù)中心已為航空航天、汽車摩托車、泵業(yè)閥體等行業(yè)快速制造了大批量的異形復(fù)雜制件。迄今，公司已擁有近 400家設(shè)
備和加工服務(wù)用戶，遍布航空航天、船舶、汽車制造、電子、鑄造、醫(yī)療、文化藝術(shù)及研究院所和高校。
典型設(shè)備是 3D System公司生產(chǎn)的 ProX 500和 sPro系列，主要適用于功能型熱塑塑料。
（1） 構(gòu)建尺寸：550 x 550 x 750mm（ 22 x 22 x 30 英寸）
（2） 層厚：0.08 - 0.15 mm (0.003 - 0.006 英寸)
（3） 體積構(gòu)建速度：1.8 升/小時(shí)（ 110 立方英寸/小時(shí)）
（4） 掃描速度：6 米/秒和 12 米/秒（ 240 英寸/秒和 480 英寸/秒）
（5） 激光功率/類型：70 瓦/CO2
應(yīng)用
由于機(jī)械性能不佳，SLS較少用于金屬功能零件的制造，但是其能夠?qū)崿F(xiàn)模型、樣機(jī)的快速制作，也可以較高的建造速度用于非金屬零件的小批量生產(chǎn)。能夠應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、航空航天、醫(yī)療用品、電子產(chǎn)品外殼等領(lǐng)域。
具體而言，SLS的應(yīng)用可大體歸納為六個(gè)方面.
（1）快速原型制造.SLS工藝能夠快速制造模型，從而縮短從設(shè)計(jì)到看到成品的時(shí)間，通過制造出的原型可以對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，從而提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)也可以使客戶更加快速、直觀的看到最終產(chǎn)品的原型.
（2）新型材料的制備及研發(fā).采用 SLS工藝可以研制一些新興的粉末顆粒以加強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度.
（3）小批量、特殊零件的制造加工.當(dāng)遇到一些小批量、特殊零件的制造需求是，利用傳統(tǒng)方法制造往往成本較高，而利用 SLS工藝可以快速有效的解決這個(gè)問題，從而降低成本.
（4）快速模具和工具制造.目前，隨著工藝水平的提高，SLS制造的部分零件可以直接作為模具使用，經(jīng)過后處理，甚至可以直接用功能性零件而使用.
（5）在逆向工程上的應(yīng)用.利用三維掃描工藝等技術(shù)，可以利用 SLS工藝在沒有圖紙和 CAD模型的條件下按照原有零件進(jìn)行加工，根據(jù)最終零件構(gòu)造成原型的 CAD模型，從而實(shí)現(xiàn)逆向工程應(yīng)用.
（6）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用.由于 SLS工藝制造的零件具有一定的孔隙率，因此可以用于人工骨骼制造，已經(jīng)有臨床研究證明，這種人工骨骼的生物相容性較好.
材料
由于 SLS原理的特點(diǎn)，該工藝可以采用任何加熱時(shí)粘度降低的粉末材料，包括蠟、PC、尼龍、金屬等等，但對(duì)粉末的粒徑有較為嚴(yán)格的要求，當(dāng)粉末粒徑為 0.1mm以下時(shí)，成型后的原型精度可達(dá)±1%.
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料研究結(jié)果顯示， SLS工藝的材料有各類粉末，包括金屬、陶瓷、石蠟以及聚合物的粉末，如尼龍粉、覆裹尼龍的玻璃粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、蠟粉、金屬粉（成型后常需進(jìn)行再燒結(jié)及滲銅處理）、覆裹熱凝樹脂的細(xì)砂、覆蠟陶瓷粉和覆蠟金屬粉等，SLS工藝采用的粉末粒度一般在50--125um之間.SLS用的復(fù)合粉末通常有兩種混合形式：一種是粘結(jié)劑粉末與金屬或陶瓷粉末按一定的比例機(jī)械混合；另一種則是把金屬或陶瓷粉末放到粘結(jié)劑稀釋液中，使其具有粘結(jié)劑包裹的金屬或陶瓷粉末.為了提高原型的強(qiáng)度，用于 SLS工藝的材料正漸漸地轉(zhuǎn)向金屬和陶瓷.
4、選擇性激光熔化（SLM）/ 直接金屬激光燒結(jié)成型（DMLS）
SLM工作原理
SLM的工作原理與 SLS相似，都是將激光的能量轉(zhuǎn)化為熱能使金屬粉末成型，其主要區(qū)別在于 SLS在制造過程中，金屬粉末并未完全熔化，而 SLM在制造過程中，金屬粉末加熱到完全熔化后成型.計(jì)算機(jī)將物體的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一層層截面的 2D數(shù)據(jù)并傳輸給打印機(jī)，打印機(jī)控制激光在鋪設(shè)好的粉末上方選擇性地對(duì)粉末進(jìn)行照射，激光能量被粉末吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，選區(qū)內(nèi)的金屬粉末加熱到完全熔化后成型，加工成當(dāng)前層。然后活塞使工作臺(tái)降低一個(gè)單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結(jié)的當(dāng)前層之上，設(shè)備調(diào)入新一層截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，與前一層截面粘結(jié)，此程逐層循環(huán)直至整個(gè)物體成型。SLM的整個(gè)加工過程在惰性氣體保護(hù)的加工室中進(jìn)行，以避免金屬在高溫下氧化。
SLM的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
（1） 成型的金屬零件致密度高，可達(dá) 90%以上，某幾種金屬材料成型后的致密度近乎 100%；抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能指標(biāo)優(yōu)于鑄件，甚至可達(dá)到鍛件水平；顯微維氏硬度可高于鍛件；
（2） 由于是打印過程中粉末完全融化，因此尺寸精度較高；
（3） 與傳統(tǒng)減材制造相比，可節(jié)約大量材料，對(duì)于較昂貴的金屬材料而
言，可節(jié)約一定成本。
SLM的主要缺點(diǎn)包括：
（1） 成型速度較低，為了提高加工精度，加工層厚較薄，加工小體積零件所用時(shí)間也較長(zhǎng)，因此難以應(yīng)用于大規(guī)模制造；
（2） 設(shè)備穩(wěn)定性、可重復(fù)性還需要提高；
（3） 零件的表面粗糙度較高；
（4） 熔化金屬粉末需要大功率激光，能耗較高。
SLM主要廠商和設(shè)備情況
SLM技術(shù)的代表公司為德國(guó)的 EOS，德國(guó) EOS GmbH Electro OpticalSystems公司自 1989年在德國(guó)慕尼黑成立以來，一直致力于激光粉末燒結(jié)快
速制造系統(tǒng)的研究開發(fā)與設(shè)備制造工作。EOS公司現(xiàn)在已經(jīng)成為全球最大同時(shí)也是技術(shù)最領(lǐng)先的雷射粉末燒結(jié)快速成型系統(tǒng)的制造商，其所擁有的雷射燒結(jié)
技術(shù)也正是 e-manufacturing的核心技術(shù)。e-Manufacturing是由 EOS公司所倡導(dǎo)的全新 e制造整合服務(wù)，基于激光粉末燒結(jié)成型技術(shù)的全新制造概念。直接進(jìn)行快速的立體制作，達(dá)到彈性大、低成本的制造模式。這種制造方式能夠符合從單件產(chǎn)品制造到批量生產(chǎn)的不同市場(chǎng)需求。EOS雷射粉末燒結(jié)快速制造系統(tǒng)，適于應(yīng)用在 3C產(chǎn)品開發(fā)、航太產(chǎn)品、精密模具、樣品打樣、生醫(yī)材料制造上。目前德國(guó) EOS公司在金屬粉末雷射快速制造設(shè)備上為全球最頂尖供應(yīng)商。典型設(shè)備為 EOS公司的 EOSINT M 280，主要參數(shù)如下。
主要性能指標(biāo)如下：
（1） 構(gòu)建尺寸：250 x 250 x 325 mm (9.85 x 9.85 x 12.8英寸)
（2） 層厚：0.03mm/0.06mm
（3） 掃描速度：最快 7米/秒
（4） 激光功率/類型：Yb-fibre 激光發(fā)射器，200 W或 400 W
由于能夠?qū)崿F(xiàn)較高的打印精度和足夠的機(jī)械性能，SLM不僅可用于模型、樣機(jī)的制造，也可用于復(fù)雜形狀的金屬零件的小批量生產(chǎn)，能夠應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療用品等領(lǐng)域.
目前，SLM技術(shù)最令人矚目的是在 Elon Musk的 SpaceX公司開發(fā)的新一代 Dragon V2載人飛船的 SuperDraco引擎的制造中的應(yīng)用——SuperDraco引擎的燃燒室是使用 EOS公司的 SLM設(shè)備制造的.SuperDraco引擎的冷卻道、噴射頭、節(jié)流閥等結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度非常之高，3D打印很好地解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造問題.同時(shí)，SuperDraco是在 6900千帕的高溫高壓環(huán)境下工作，而且作為一款在一次載人過程中多次點(diǎn)火的引擎，其重復(fù)使用次數(shù)和可靠性相當(dāng)重要，SLM制造出的零件的強(qiáng)度、韌性、斷裂強(qiáng)度等性能完全可以滿足各種嚴(yán)苛的要求.
世界范圍內(nèi)，已經(jīng)有多家成熟的設(shè)備制造商，包括德國(guó) EOS公司、德國(guó)MCP公司、Concept laser公司等。EOS應(yīng)用 SLM技術(shù)的設(shè)備包括 EOSINT M系列、EOS M系列、PRECIOUS M系列。
SLM材料
與 SLS類似，可以用于 SLM技術(shù)路徑的粉末材料也比較廣泛，一般可以將 SLM技術(shù)路徑使用的粉末材料分為三類，分別是混合粉末、預(yù)合金粉末、單質(zhì)金屬粉末.（1） 混合粉末.
（1） 混合粉末.混合粉末由一定比例的不同粉末混合而成，在設(shè)計(jì)過程中需要考慮激光光斑大小對(duì)粉末粒度的要求.現(xiàn)有的研究表明，利用 SLM成型的構(gòu)件機(jī)械性能受致密度、成型均勻度的影響，而目前混合粉的致密度還有待提高；
（2） 預(yù)合金粉末.根據(jù)成分不同，可以將預(yù)合金粉末分為鎳基、鈷基、鈦基、鐵基、鎢基、銅基等，研究表明，預(yù)合金粉末材料制造的構(gòu)件致密度可以超過 95%；
file:///C:\Users\nanji\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps8EDA.tmp.png
file:///C:\Users\nanji\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps8EFC.tmp.png
file:///C:\Users\nanji\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps8F0F.tmp.pngfile:///C:\Users\nanji\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps8F10.tmp.png
（3） 單質(zhì)金屬粉末。一般，單質(zhì)金屬粉末主要為金屬鈦，其成型性較好，致密度可達(dá)到 98%。
DMLS工作原理
DMLS（Direct Metal Laser Sintering）又稱金屬激光燒結(jié)、金屬直接表面燒結(jié)或者激光熔覆.其原理是通過在基材表面覆蓋熔覆材料，利用激光使其與基材表明一起熔凝在一起的方法.DMLS（Direct Metal Laser Sintering）又稱金屬激光燒結(jié)、金屬直接表面燒結(jié)或者激光熔覆.其原理是通過在基材表面覆蓋熔覆材料，利用激光使其與基材表明一起熔凝在一起的方法.
DMLS特點(diǎn)
DMLS的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
（1） 對(duì)基材改變較小.通過 DMLS技術(shù)，對(duì)基材的熱影響程度較小，引起的變形程度也較小；
（2） 材料范圍廣.根據(jù)不同的基材，可以使用不同的粉末材料進(jìn)行加工，可以用于不同用途；
（3） 提高部件使用壽命.可對(duì)局部磨損或損傷的大型設(shè)備貴重零部件、模具進(jìn)行修復(fù)，延長(zhǎng)使用壽命；
（4） 降低成本.可以快速修復(fù)受損部件，減少因設(shè)備損壞造成的停工時(shí)間，從而降低維護(hù)成本.DMLS的主要缺點(diǎn)包括：
存在的缺點(diǎn)基本與 SLM路徑相同，主要是成型速度慢、需要大功率激光設(shè)備等。
DMLS應(yīng)用
DMLS主要用于受損零件的修復(fù)，下游行業(yè)主要涉及冶金、石化、船舶、電力、機(jī)械、液壓、化工、模具等行業(yè)，可對(duì)大型轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備重要零部件如軸、葉片、輪盤、曲軸、泵軸、齒軸以及模具、閥門等進(jìn)行腐蝕、沖蝕和磨損后的激光熔覆修復(fù).
DMLS材料
DMLS技術(shù)的材料主要包括自熔性合金粉末、碳化物復(fù)合粉末、自粘結(jié)復(fù)合粉末、氧化物陶瓷粉末等。
（1） 自熔性合金粉末.主要特點(diǎn)是含硼和硅，具有自我脫氧和造渣的性能，因此這類粉末倍成為自熔行合金粉末，可分為鎳基自熔合金、鈷基自熔合金、鐵基自熔合金；（2） 碳化物復(fù)合粉末.碳化物復(fù)合粉末是由碳化物硬質(zhì)相與金屬或合金作為粘結(jié)相所組成的粉末體系.這類粉末中的粘結(jié)相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，特別是經(jīng)預(yù)合金化的碳化物復(fù)合粉末，能獲得具有硬質(zhì)合金性能的涂層；
（3） 自粘結(jié)復(fù)合粉末.自粘結(jié)復(fù)合粉末是指在熱噴涂過程中，由于粉末產(chǎn)生的放熱反應(yīng)能使涂層與基材表面形成良好結(jié)合的一類熱噴涂材料，其最大的特點(diǎn)是具有工作粉和打底粉的雙重功能；
（4） 氧化物陶瓷粉末.氧化物陶瓷粉末具有優(yōu)良的抗高溫氧化能力，還有隔熱、耐磨、耐蝕等性能，是一類重要的熱噴涂材料，也是目前較為重視的激光熔覆材料.
5、電子束熔煉（EBM）
工作原理
電子束熔煉（Electron Beam Melting, EBM）也是一種金屬增材制造技術(shù).EBM的工作原理與 SLM相似，都是將金屬粉末完全熔化后成型.其主要區(qū)別在于 SLM技術(shù)是使用激光來熔化金屬粉末，而 EBM技術(shù)是使用高能電子束來熔化金屬粉末.計(jì)算機(jī)將物體的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一層層截面的 2D數(shù)據(jù)并傳輸給打印機(jī)，打印機(jī)在鋪設(shè)好的粉末上方選擇性地向粉末發(fā)射電子束，電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，選區(qū)內(nèi)的金屬粉末加熱到完全熔化后成型，加工成當(dāng)前層.然后活塞使工作臺(tái)降低一個(gè)單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結(jié)的當(dāng)前層之上，設(shè)備調(diào)入新一層截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，與前一層截面粘結(jié)，此過程逐層循環(huán)直至整個(gè)物體成型.
EBM對(duì)零件的制造過程需要在高真空環(huán)境中進(jìn)行，一方面是防止電子散射，另一方面是某些金屬（如鈦）在高溫條件下會(huì)變得非常活潑，真空環(huán)境可以防止金屬的氧化.
EBM技術(shù)最早由瑞典 Arcam公司研發(fā)并取得專利.Arcam成立于 1997年，專注于 EBM設(shè)備的研發(fā)、制造，目前擁有超過 50項(xiàng)相關(guān)專利.
特點(diǎn)
EBM技術(shù)同樣具有 SLM技術(shù)的致密度高、機(jī)械性能好、硬度高、尺寸精度較高、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)。
與 SLM相比，EBM技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
（1） 電子束的能量轉(zhuǎn)換效率非常高，遠(yuǎn)高于激光，因此能量密度更高，粉末材料熔化速度更快，因此可以得到更快的成型速度，且節(jié)省能源；
（2） 高能量密度能夠熔化高熔點(diǎn)高達(dá) 3400攝氏度的金屬；
（3） 電子束的掃描速度遠(yuǎn)高于激光，因此在造型時(shí)一層一層掃描造型臺(tái)整體進(jìn)行預(yù)熱以提高電子粉末的溫度。經(jīng)過預(yù)熱的粉末在造型后殘余應(yīng)力較小，在特定形狀的造型會(huì)有優(yōu)勢(shì)，且無需熱處理。
EBM技術(shù)同樣具有 SLM技術(shù)的成型效率低、設(shè)備穩(wěn)定性、可重復(fù)性低、表面粗糙度高等缺點(diǎn)。
與 SLM相比，EBM技術(shù)的主要缺點(diǎn)包括：
（1） 由于 EBM對(duì)粉末進(jìn)行預(yù)熱，金屬粉末會(huì)變成類似假燒結(jié)的狀態(tài)，造型結(jié)束后，SLM的未造型粉末極易清除，而 EBM的未造型粉末需要通過噴砂去除，但是復(fù)雜造型內(nèi)部會(huì)有難以去除的問題；
（2） 需要額外的系統(tǒng)以制造真空工作環(huán)境。
主要廠商和設(shè)備情況
瑞典 Arcam公司成立于 1997年，目前已經(jīng)在斯德哥爾摩股票交易所上市，2003年 3月公司第一臺(tái) EBM S12機(jī)器上市，隨后推出基于 EBM技術(shù)的改進(jìn)機(jī)型，目
前在歐洲、亞洲、美洲等地設(shè)有分支機(jī)構(gòu)，典型設(shè)備為 Arcam公司的產(chǎn)品 Q10、Q20、A2X等。
主要性能指標(biāo)如下：
（1） 構(gòu)建尺寸：200 x200x 380 mm
（2） 層厚：0.05mm
（3） 體積構(gòu)建速度：55/80 cm 3/小時(shí)(Ti6Al4V材料)
（4） 掃描速度：最高 8000 米/秒
（5） EBM功率：50-3000W（連續(xù)可變）
應(yīng)用
EBM可用于模型、樣機(jī)的制造，也可用于復(fù)雜形狀的金屬零件的小批量生產(chǎn).目前 EBM主要應(yīng)用于航空航天，如制造起落架部件和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件等，同時(shí)可應(yīng)用于骨科植入物領(lǐng)域，目前已經(jīng)有成功案。
材料
EBM的材料多為金屬材料，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?qiáng)度、彈性、硬度、熱性能等要求有所卻別，因此根據(jù)不同的用途需要進(jìn)行調(diào)配，一般為多金屬混合粉末
合金材料，如目前主流的 Ti6Al4V、鈷鉻合金、高溫銅合金等等。這些材料具有自己獨(dú)有的一些特征，如高溫銅合金具有高相對(duì)強(qiáng)度、潛在的用于高熱焊劑
的應(yīng)用、極好的升高的溫度強(qiáng)度 、極好的熱傳導(dǎo)性、好的抗蠕變性等特征。
6、選擇性熱燒結(jié)（SHS）
工作原理
選擇性熱燒結(jié)（Selective Heat Sintering, SHS）也是一種基于粉末床的增材制造技術(shù)，其工作過程與 SLS有相似之處，區(qū)別在于 SLS使用激光燒結(jié)粉末，SHS使用熱敏打印頭的熱量燒結(jié)熱敏性粉末.計(jì)算機(jī)將物體的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一層層截面的 2D數(shù)據(jù)并傳輸給打印機(jī)，打印機(jī)控制熱敏打印頭在鋪設(shè)好的粉末上方選擇性地移動(dòng)，打印頭的熱量將選區(qū)內(nèi)的粉末加熱至熔融溫度以上，粉末融化并粘結(jié)在一起，加工成當(dāng)前層.然后活塞使工作臺(tái)降低一個(gè)單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結(jié)的當(dāng)前層之上，設(shè)備調(diào)入新一層截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，與前一層截面粘結(jié)，此程逐層循環(huán)直至整個(gè)物體成型.
SHS技術(shù)是由丹麥 Blueprinter公司開發(fā)的。
特點(diǎn)
SHS的優(yōu)點(diǎn)在于：
（1） 是一種低成本的 3D打印技術(shù)，材料和設(shè)備價(jià)格相對(duì)低廉；
（2） 與其他粉末床打印技術(shù)一樣，無需額外的支撐結(jié)構(gòu)，可打印幾何形狀復(fù)雜的物體；
（3） 多打印頭同時(shí)工作，可以打印復(fù)雜的幾何形狀。
SHS的缺點(diǎn)包括：
（1） 材料單一，僅包括熱塑性尼龍粉末；
（2） 成型精度低；
（3） 成型速度低。
主要廠商和設(shè)備情況
丹麥的 Blueprinter公司是唯一應(yīng)用該技術(shù)的廠商，公司成立于 2009年，公司成立的宗旨是制造優(yōu)惠和實(shí)用的適用于辦公室環(huán)境的 3D打印機(jī)，公司的
專利技術(shù) SHS最早亮相于 2011年的歐洲模具展，目前公司產(chǎn)品主要銷售地為歐洲，正在拓展其他國(guó)家市場(chǎng)。
目前推出的主流設(shè)備型號(hào)為 Blueprinter M3。
主要性能指標(biāo)如下：
（1） 構(gòu)建尺寸：200 x1 57 x 140mm
（2） 層厚：0.1mm
（3） 構(gòu)建速度：2-3mm/小時(shí)
（4） 解析度：0.1mm
應(yīng)用
由于只能使用熱敏性塑料粉末，因此采用 SHS技術(shù)打印出的物件強(qiáng)度有限，智能用于創(chuàng)意模型、模具的打印，暫時(shí)不能用于功能件的打印。但與設(shè)計(jì)激光的 3D打印機(jī)相比，該技術(shù)可以放置于辦公室環(huán)境中，從而成為桌面級(jí) 3D打印機(jī)，可以與 FDM技術(shù)形成重要的桌面級(jí)打印機(jī)的技術(shù)來源。
材料
基于 SHS的材料主要是熱敏性材料，如尼龍等，針對(duì)不同的構(gòu)件尼龍粉末的粒徑可能會(huì)有所不同，在打印結(jié)束后打印的最終部件會(huì)被未熔化的粉末所包圍，因此需要進(jìn)行后處理，這就要求材料要能夠易去除。
五、風(fēng)險(xiǎn)提示
1、3D 打印技術(shù)發(fā)展不達(dá)預(yù)期；2、出現(xiàn)更先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)。
免責(zé)聲明
丁思德，張迪，在此聲明，本人具有中國(guó)證券業(yè)協(xié)會(huì)授予的證券投資咨詢執(zhí)業(yè)資格并注冊(cè)為證券分析師，以勤勉的職業(yè)態(tài)度，獨(dú)立、客觀地出具本報(bào)告。本報(bào)告清晰準(zhǔn)確地反映了本人的研究觀點(diǎn)。本人不曾因，不因，也將不會(huì)因本報(bào)告中的具體推薦意見或觀點(diǎn)而直接或間接收到任何形式的補(bǔ)償?shù)取ＨA融證券股份有限公司（已具備中國(guó)證監(jiān)會(huì)批復(fù)的證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格）已在知曉范圍內(nèi)按照相關(guān)法律規(guī)定履行披露義務(wù)。華融證券股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱本公司）的資產(chǎn)管理和證券自營(yíng)部門以及其他投資業(yè)務(wù)部門可能獨(dú)立做出與本報(bào)告中的意見和建議不一致的投資決策。本報(bào)告僅提供給本公司客戶有償使用。本公司不會(huì)因接收人收到本報(bào)告而視其為客戶。本公司會(huì)授權(quán)相關(guān)媒體刊登研究報(bào)告，但相關(guān)媒體客戶并不視為本公司客戶。本報(bào)告版權(quán)歸本公司所有。未獲得本公司書面授權(quán)，任何人不得對(duì)本報(bào)告進(jìn)行任何形式的發(fā)布、復(fù)制、傳播，不得以任何形式侵害該報(bào)告版權(quán)及所有相關(guān)權(quán)利。本報(bào)告中的信息、建議等均僅供本公司客戶參考之用，不構(gòu)成所述證券買賣的出價(jià)或征價(jià)。本報(bào)告并未考慮到客戶的具體投資目的、財(cái)務(wù)狀況以及特定需求，在任何時(shí)候均不構(gòu)成對(duì)任何人的個(gè)人推薦。客戶應(yīng)當(dāng)對(duì)本報(bào)告中的信息和意見進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估，并應(yīng)同時(shí)考量各自的投資目的、財(cái)務(wù)狀況和特定需求，必要時(shí)可就研究報(bào)告相關(guān)問題咨詢本公司的投資顧問。本公司市場(chǎng)研究部及其分析師認(rèn)為本報(bào)告所載資料來源可靠，但本公司對(duì)這些信息的準(zhǔn)確性和完整性均不作任何保證，也不承擔(dān)任何投資者因使用本報(bào)告而產(chǎn)生的任何責(zé)任。本公司及其關(guān)聯(lián)方可能會(huì)持有報(bào)告中提到的公司所發(fā)行的證券并進(jìn)行交易，還可能為這些公司提供投資銀行服務(wù)或其他服務(wù)，敬請(qǐng)投資者注意可能存在的利益沖突及由此造成的對(duì)本報(bào)告客觀性的影響。
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