创客集结号：3D打印技术的缺点及解决方法

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现有3D打印技术的缺点及解决方法

1、材料的限制

目前主流的3d打印技术可以实现聚合物塑料、某些金属或者陶瓷打印，但目前无法实现打印的材料还非常多。材料的限制主要表现为两个方面的限制，一方面，目前的3D打印技术可打印的材料种类有限，无法完全适应工业生产中所需的各种各样的材料的打印。这使得3D打印技术只能应用于一些特定场合，普及推广仍有很大的障碍。另一方面，针对特定的3D打印机，可打印的材料种类更是特定的几种或几类，这使得针对每种或每类材料，就需要设计专属的3D打印机，通用性不如传统的机械加工好。虽然目前在多材料打印上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。

解决方法：针对以上两方面问题，可以以这样的思路寻求解决方案。一、研发新材料，这也是国家目前大力发展的方向。通过研发新型的打印性能好、材料性能还能达到传统材料要求材料，提高3D打印技术的通用性。二、提高3D打印机本身的通用性。可以从模块化设计角度出发，本体结构保持一致，对不同种类或类型的材料，只改变部分部件如喷头，而且部件的拆装性能要好，方便更换。

2、打印效率低效率低可以从两个角度进行分析。一、与传统机械加工比较，机械加工是在毛坯的基础上减材形成，通常毛坯和零件之间相差的材料较少，即需要去除的材料少，加工比较快；而3D打印技术必须将所有零件实体所需材料通过增材方式堆叠，材料体积大。所以从去除或堆叠得材料体积量来比较，增材的体积量通常比减材的体积量要大。二、从成型运动方面考虑，传统的机械加工主运动多为旋转运动，而3D打印技术为直线运动，旋转运动更容易达到更大的速度，而且保持一定的稳定性，3D打印技术的扫描运动为直线运动，很难达到较大的速度。因此，3D打印技术不仅所需加工的体积量大，而且运动速度受限，所以综合加工效率低。

解决方法：针对问题一，可以考虑在一定的规则毛坯材料上增材，减少需要打印的材料量，主要是用于大批量生产情况下，预先设计一系列实体轮廓中所包含的最小毛坯，在毛坯的基础上打印。针对问题二，从机构学角度，可以设计可高速运动的机构 ，如并联机构。另外也需要协调设计材料，增快其熔融速度或凝固速度。还可以从软件及轨迹规划角度着手，采用梯度设计思想，对于有强度等方面要求的，填充率选择大一些，其他部分填充率小一些，而不是像目前整个实体都选择同一填充率。

3、质量和精度低：

首先是质量问题，由于3D打印采用“分层制造，层层叠加”的增材制造工艺，层与层之间的结合再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，而零件材料的微观组织和结构决定了零件的物理性能如强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性、气密性等大多不能满足工程实际的使用要求。其次是精度问题，由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善，其打印成型零件的精度包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都较差，不能作为功能性零件，只能做原型件使用，从而其应用将大打折扣。

解决方法：对于质量问题，可以考虑从打印路径的角度出发，使打印纹理走势与零件主要受力方向一致，增加其强度，防止在力的作用下，零件发生撕裂或破坏。对于精度问题，尽可能研究高分辨率打印技术，将层分辨率降低，但也要考虑与打印效率的匹配问题。另外可以增减材技术相结合，通过减材技术进行表面处理或其他后处理。

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