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日前上映的电影《十二生肖》中，成龙扮演的国际大盗用高科技扫描手段获取了国宝兽首的三维数据，远程传输到一台神奇的机器上，马上就成功复制出一模一样的铜兽首，这一幕令观众啧啧称奇。这样看似很科幻的场景，是采用了3D打印技术而呈现出来的。
3D打印已不再是一个遥远的概念，它正在逐渐融入我们的日常生活。目前，不少网店正在热推小型3D打印机，受到企业、学校等群体的欢迎。近日西安、北京等城市也陆续开设了面向大众的3D打印应用商店。基于3D打印的美好发展前景，我们不妨探讨一下，如果在广州开设一家3D打印应用商店，可以从哪些方面着手？
去年11月，世界上首家3D影楼“Omote 3D Shashin Kan”在日本东京开门营业，这家影楼利用先进的CT扫描仪和3D打印技术打印出来的3D人像惟妙惟肖，甚至连皱纹和头发等细节都能打印出来，让人叹为观止。据介绍，在拍摄的过程中，首先需要对模特进行15分钟的全身扫描，随后扫描所得到的全部信息在经过软件处理之后发送给3D打印机，一个栩栩如生的人像模型就被打印出来了。目前该影楼打印的3D人像尺寸从10厘米到20厘米不等，值得注意的是，打印人像的价格并不便宜，10厘米高的规格需支付约1617元人民币。
记者了解到，3D打印店已经在美国、欧洲、日本等地出现。紧随着这股流行风潮，主打3D打印的商店也开始在国内城市亮相。去年12月下旬，国内首家3D打印照相馆在西安落户，顾客只要静待15分钟，等全身外形被扫描至计算机，再经过2~3小时的打印，便可以收获一个立体的迷你版“自己”。
今年1月15日，北京工业设计创意产业基地内新开了一家3D打印体验馆。据当地媒体报道，真人雕像是该馆最吸引人的打印项目，如果是一对新人来光顾，用三维照相的方式拍摄结婚照，最后得到的不再是合影照片，而是充满趣味的结婚雕像。除了真人雕像，该馆还可以按需提供多种打印作品，如易拉罐、戒指、动漫玩偶、iPhone手机座、3D游戏里的人物角色、个性花瓶等等，打印一个约15厘米高的人物模型，花费是数百元。
了解：什么是3D打印？
3D打印是一种快速成型技术，它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。目前，该技术在珠宝、鞋类、汽车、航空航天等许多领域都有所应用。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。使用不同规格的3D打印机，我们将可以打印出汽车、飞机等庞然大物，还可以打印出巧克力、钥匙扣、手机壳等趣味生活物品，甚至还能用3D打印笔现场作画，制作出天马行空的模型。尽管目前受技术条件限制，3D打印在工业领域以外的应用还不够多，但其发展潜力为多方人士看好。
开店难题：耗材贵门槛高 推广有难度
广州先创广告公司创意总监张佳佳在接受记者采访时称，现在筹备开一家3D打印店，将面临三方面难题。
首先是3D打印机、耗材的成本很高。
昨日记者在淘宝网搜索“3D打印机”，已有1400多个搜索结果。淘宝卖家提供的3D打印机价位在2000元至45万之间。目前销量最高的一款打印机的售价为5999元，近期成交49笔，卖家展示出的打印成果有小规格的储物盒(创业网:
3D打印使用的“墨水”，一般是一些固体的塑料及环保的聚乳酸材料，目前一台3D打印机只能用特定耗材，比如金属3D打印机就只能用几种金属做耗材，而不能用尼龙、树脂等其他材料。这意味着，如果创业者想提供多类材质的3D打印服务，就得配置更多的打印机，进一步增加了制作成本。
第二个难题是技术门槛高，3D打印机的操作者必须会建模。
上述3D打印作品的流程看似简单，但其背后的“技术活”却不简单。记者向科技行业专家了解到，要制作一个3D打印产品，首先要制作数字模型，先通过扫描设备制作“粗稿”，再经过复杂的修改，生成3D打印机能识别的文件；或者是用计算机辅助设计(CAD)软件自己进行3D建模。这意味着，创业的商家必须配备价格不菲的扫描设备，或者是自己掌握建模技术。
第三个难题是很难将3D技术转化为民用需求。前两个难题导致了3D打印的创业成本很高，那么创业的商家在付出这么高的创业成本后，推出的商品也不会很便宜，导致创业者经营困难。
成都首家3D打印照相馆关门
2015年1月7日上午，记者来到位于成都东郊记忆内的成都首家3D照相馆——“造梦机”3D照相馆，只见大门紧闭。“半年前就关门了。”院内一位清洁工人告诉记者，刚开业时，几乎每天晚上和周末，店内都挤满了人。
“我们已经搬到成都青羊工业集中发展区，不再做人像打印业务了。”记者拨通成都造梦机文化传播有限公司总经理倪泰乐的手机，确认了店铺关门的消息。据他透露，门店关门是因为公司投资人突然撤资，也带走了部分技术人员。现在，公司转做工业模型和建筑模型。
几乎和“造梦机”同时开业，成都春熙路上一家名为XYZ的3D打印照相馆也已离开了这片繁华商区。辗转打听，记者才得知这家照相馆已经搬到温江。“一开始几乎只做3D打印人像，单价在1000元上下，客人远没有想象的多。春熙路的房租已经负担不起了。”经理漆明海解释说。如今，人像打印只占这家公司业务的一半，“虽然通过改进技术，把单价降到400元左右，但需求量还是太小，我们已经不接散客，只接全国各地的其他照相馆的批发订单。另一半业务靠打印工业模型来支撑。”
现在倪泰乐的公司主要与房地产公司合作，用3D打印技术制作沙盘。转战网店后，虽然也接受人像打印的订单，但他还是将工业领域作为公司重要赢利点。“目前，3D打印技术在产品展示上较为成熟，这个领域的需求更大，利润也更高。”倪泰乐说。
目前，在成都开门店坚持3D打印人像的公司，只有“品啦造像”一家。2013年底，在一家互联网公司工作的刘东加盟上海“品啦造像”，在成都环球中心开起一家门店。“他家的人像做得挺精致的，但给孩子打个10几公分的小人像就要八九百，还是太贵了。”1月10日，成都市民肖玲琳带着7岁的女儿来到“品啦造像”，看过一圈后还是决定放弃。
“生意不是很好。”刘东说，目前来看，市场需求没有预想的大，只能达到预期的7成。
在成都，3D打印技术其实也并非仅限于人像打印。去年10月，四川大学华西医院在３Ｄ打印技术的辅助下，为一位患者成功完成颈椎单开门椎管扩大成形手术；2013年6月，四川广汉三星堆博物馆引进3D扫描仪和打印机，用于文物修复；彭州有一家专门做飞机发动机维修的3D打印企业……
项目概述
一万元做什么生意？本项目是一个服务型项目，投资者只需要加盟一家门店，就可以掘金3D打印市场。目前在广州、北京、青岛等地，具有该项目的加盟店，其中多家旗舰店的月营业额超过20万元。而上海长风景畔店开业仅一个月就收回了18万元的前期投资。
项目特点
1.适应范围广。目前已经被证实可以成为草根投资者切入的市场有婚庆市场、礼品市场、旅游市场、教育市场、建筑行业等领域。
2.利润高。以婚庆市场中的真人玩偶为例，销售价约百元/个，而成本仅为几十元，利润空间极高。
3.操作简单。以前市场中的3D打印机操作复杂，而本创业项目提供的打印机操作十分简单，仅仅需要简单培训数个小时，就可以熟练操作。
4.原材料有保证。之前很多人难以涉足3D打印行业，因为个人购买相关耗材没有保证，而通过加盟方式基本可以解决这个难题。
5.提供一站式解决方案低成本“0”库存。项目方提供一站式打印技术/打印设备/打印耗材/3D打印应用解决方案服务。低成本投入，零库存滞购，独创的非常N+1市场运作模式，全面覆盖，15天启动市场，1个月赚回成本开始盈利。
市场分析
3D打印市场是一个前景极为广阔的市场，目前已经越来越多的行业开始接受3D打印。以常州的代理商为例，在2015年第一季度，他依靠向5所学校销售25台3D打印机就赚取了7.5万元的毛利，同时在常州大学城毕业季期间，他只做水晶内雕、半身全彩人像、水晶彩照等业务，赚取了毛利约4万元；与万达影城合作，只做3D版的海贼王等玩偶，赚取了毛利1万元；与婚纱影楼合作赚取了约2万元；其他业务赚取了3.5万元，整个第一季度共赚取了近18万元的毛利。
投资条件
一万元做什么生意？开个3D打印店最低投入仅需9800元，目前为止项目方开展优惠活动，零加盟费、零保证金，可以说投资者是介入的最佳良机。
效益估算
因业务不同，毛利润率空间不同，但是目前为止项目的加盟店中，超过90%的门店都是当月收回前期投入，并产生了一定额度的利润，即使按照最低投入核算，这些门店的当月最低盈利都要过万元。
投资风险
3D打印机质量风险。
3D打印机创业要考虑到原材料价格和产品价格，看顾客是否能承受。
3D打印机开店虽然新颖时尚，但常有关门的新闻，只赚眼球不赚钱。
此项目更适合一、二线城市开业，小城市开店可能顾客不足。
此项目需要做好市场宣传。
相关新闻
爱好日本漫画的童鞋一定听说过日本漫画《出包女王》，这部漫画由长谷见沙贵负责剧本、矢吹健太朗负责绘画的，在日本周刊《少年Jump》2006年的第21、22期开始连载，同时，该漫画已被改编为视频游戏。其中第二季将从7月6日在美国上映。
为了给宣传造势，博人眼球，发行商专门打造了一个真人尺寸的3D打印人偶：梦梦·贝莉雅·戴比路克，她是《出包女王》中的主要人物。
在漫画中，梦梦·贝莉雅·戴比路克是统领银河系的戴比路克星第三公主，此女患有性格分裂症。表面上看起来个性温柔，做事深思熟虑，在温和中又带点腹黑。当然，她又是一位典型的动漫少女：粉红色短发、紫色眼睛和一条黑色的长尾巴。而这次3D打印出来的人偶，身着新娘内衣套装，暴露尺寸相当大，整体看上去性感迷人，宅男看了，简直能够被瞬间秒杀！
厂商推出的这个人偶由Nobuhiro Nakayama设计，早在2014年1月份，该公司就推出了一款同样的人偶进行出售，但大小只有现在的六分之一，售价为82美元。厂商这次使用原来同样的设计，并将模型的尺寸放大6倍，使人偶的高度达到5英尺左右。当然这个人偶并不是一次性打印出来的，而是分成很多模块分别打印出来再进行拼接而成，最后再喷上五颜六色的漆，显得十分美丽动人，据说，当该款人偶出现在展会现场上的时候，当时人气爆棚。
文/尔东
２０１５年第１期（总第１６９期）
上海塑料
ＳＨＡＮＧＨＡＩＰＬＡＳＴＩＣＳ
综述
３Ｄ打印用高分子材料的研究与应用进展
张云波，乔雯钰，张鑫鑫，马芳，翟莲娜。顾哲明
（上海材料研究所增材制造研发与应用中心，上海市工程材料应用评价重点实验室，上海２００４３７）
摘
要：３Ｄ打印技术属于快速成型技术的一种，被认为是第三次工业革命的核心技术之一，而３Ｄ
打印材料是影响３Ｄ打印技术发展与应用的关键因素。综述了近年来３Ｄ打印用高分子材料的国内研究现状，归纳其应用情况，并对未来高分子材料在３Ｄ打印领域的发展进行展望。
关键词：３Ｄ打印；高分子材料；熔融沉积快速成型技术；光敏树脂中图分类号：Ｕ４６１；ＴＰ３０８
文献标识码：Ａ
文章编号：１００９—５９９３（２０１５）０１－０００１－０５
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆ
ＺｈａｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
Ｋｅｙ
Ｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｄｉｎ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ
Ｆａｎｇ，Ｚｈａｉ
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ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｔｈｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｉｎｆｕｔｕｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ；ｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｆｕｓｅｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｒｅｓｉｎ
３Ｄ打印属于快速原型制造技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用工程塑料或金属粉末等可黏合特性，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成形技术［１１。该技术能够简化产品制造程序，缩短产品研制周期，提高效率并降低成本【２］．可广泛应用于医疗、文化、国防、航天、汽车及金属制造等产业，被认为是近２０年来制造领域的一个重大技术成果。
根据打印技术原理以及所适用材料的不同，３Ｄ打印技术可分为激光熔覆成型技术（ＬＣＦ）、熔融沉积快速成型技术（ＦＤＭ）、选择性激光烧结技术（ＳＬＳ）、立体光固化技术（ＳＬＡ）、三维印刷成
型（３ＤＰ）等。３Ｄ打印材料是３Ｄ打印的物质基础，也是限制３Ｄ打印进一步发展的技术瓶颈（３－４］。目前，美国、日本、欧洲等国家都站在２１世纪制造业竞争的战略高度，对快速成型技术投入了大量的研究，尤其是在研究发展打印材料方面，使３Ｄ打印技术得到了迅速发展。常用的３Ｄ打印材料可分为金属材料、高分子材料和无机非金属材料三大类，其中用量最大、应用范围最广、成型方式最多的材料为高分子材料，其主要包括高分子丝材、光敏树脂及高分子粉末３种形式。
１高分子丝材
￥上海产学研合作计划项目（沪ＣＸＹ－２０１３—１７）；上海市科学技术委员会启明星计划（Ｂ类）项目（１４ＱＢｌ４００７００）：上海市科委应用技术开发专项资金项目（２０１４—１０２）作者简介：张云波，男，１９９１年生，研究生，主要从事３Ｄ打印高分子材料的研究
万方数据
２
上海塑料２０１５年第１期
高分子丝材是适用于ＦＤＭ型３Ｄ打印机的主要材料。ＦＤＭ是目前最具有生命力的快速成型技术之一．它以丝状塑料为打印耗材，利用电加热方式将丝材加热至高于熔化温度，在计算机的控制下，将熔融的材料涂覆在工作台上，逐层堆积形成三维工件同。材料的研究与发展在一定程度上决定了３Ｄ打印技术能否得到进一步的推广和应用，而作为适用于ＦＤＭ的高分子丝材，应具备高机械强度、低收缩率、适宜的熔融温度、无毒环保等基本条件『ｑ。目前，应用于ＦＤＭ打印的成型材料主要有丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物（ＡＢＳ）、聚乳酸（ＰＩＡ）、聚碳酸酯（ＰＣ）、聚苯砜（ＰＰＳＦ）、聚对苯二甲酸乙二醇酯一１，４一环己烷二甲醇酯（ＰＥＴＧ）等。
１．１
ＡＢＳ树脂
ＡＢＳ是指聚丁二烯橡胶与单体丙烯腈和苯乙烯
的接枝共聚物。ＡＢＳ综合了丁二烯、苯乙烯和丙烯腈各自的优良性能，具有强度高、韧性好、耐冲击、易加工等优点，此外还具有良好的绝缘性能、抗腐蚀性能、耐低温性能和表面着色性能等，在家用电器、汽车工业、玩具工业等领域有着广泛的应用同。ＡＢＳ的优良性能使它成为ＦＤＭ中最常用的热塑性工程塑料，其打印过程稳定、打印制品强度高、韧性好。但ＡＢＳ也存在一些缺点：ＡＢＳ材料具有较大的收缩率，打印制品易收缩变形，表面易发生层间剥离及翘曲等现象，打印过程中有异味产生。仲伟虹［８］等对短切玻璃纤维增强的ＡＢＳ复合材料进行了改性研究，研究发现短切玻璃纤维的加入可以显著提高ＡＢＳ树脂的硬度和强度，同时能够降低ＡＢＳ的收缩率，减少成型制品的形变，但会使材料脆性变大；通过在基体中加入适量的增韧剂和相容剂．能够大幅提高ＡＢＳ复合材料丝的力学性能和韧性．从而使得短切玻璃纤维增强的ＡＢＳ复合材料能够适用于熔融沉积快速成型技术。聂富强１９］发明并公布了一种基于３Ｄ打印新型ＡＢＳ材料的制备方法，该制备方法采用连续本体法，将聚丁二烯剪碎后加入单体丙烯腈和苯乙烯混合树脂中，加入稀释剂后开始加热，在特定温度下加入引发剂，连续本体聚合后得到ＡＢＳ树脂。该方法投资低、操作及后处理简单、产品纯净，可在２３０～２７０ｏＣ范围内用于ＦＤＭ型３Ｄ打印，适用于大多数桌面型３Ｄ打印机。
１．２
ＰＬＡ树脂
万方数据
ＰＬＡ是一种新型的可生物降解的热塑性树脂，利用从可再生的植物资源（如玉米）中提取的淀粉原料经发酵过程制成乳酸，再通过化学方法转化成聚乳酸。ＰＬＡ最终能降解生成二氧化碳和水，不会对人体及环境带来危害，是一种环境友好型材料【１０ｌ。此外，聚乳酸还具有优良的力学性能、热塑性、成纤性、透明性、可降解性和生物相容性，但也存在一些不足．最突出的缺点就是其韧性差，打印制品脆性较大。近年来，国内有不少针对聚乳酸增韧改性的研究：张向南｛１１－１２１等人通过熔融共混法制备了通用注塑级聚乳酸材料，研究了刚性粒子种类、增韧剂种类和协同增韧剂等对ＰＬＡ力学性能的影响，结果表明协同增韧剂较单一增韧剂对ＰＬＡ有更好的增韧效果。汤一文［１３１等人研究了一些无机增韧剂对聚乳酸的增韧改性效果，与有机增韧剂相比。无机增韧剂不仅可以提高ＰＬＡ的韧性，同时还可以提高ＰＬＡ的刚性，实现增韧增刚同时进行。成都新柯力化工科技有限公司发明了一种３Ｄ打印改性聚乳酸材料及其制备方法【１４】，该发明主要是利用低温粉碎混合反应技术对ＰＬＡ进行改性处理，提高了ＰＬＡ的韧性、冲击强度和热变形温度．使ＰＬＡ在３Ｄ打印材料中具有更加广阔的应用前景。增韧改性后的ＰＬＡ材料用于３Ｄ打印．打印温度一般在２００—２４０℃．热床温度为５５～８０℃，材料收缩率小、成型产品尺寸稳定、表面光洁、不易翘曲、打印过程流畅、无气味，适合大多数ＦＤＭ型３Ｄ打印机。
１．３
ＰＣ树脂
ＰＣ是分子链中含有碳酸酯基的一类聚合物总
称，是一种性能优良的热塑性工程树脂，也是当前用量最大的工程塑料之－－［１５～６１。ＰＣ几乎具备了工程塑料的全部优良特性，无味、无毒、强度高、抗冲击性能好、收缩率低，此外还具有良好的阻燃特性和抗污染性等优点。将ＰＣ制成３Ｄ打印丝材，其强度比ＡＢＳ丝材高出６０％左右，具备超强的工程材料属性。但ＰＣ也存在一些不足：颜色较单一，只有白色；而ＰＣ中一般都含有双酚Ａ（ＢＰＡ），而双酚Ａ是一种致癌物质，欧盟认为其在加热时会析出从而被人体吸收，影响人体代谢过程，尤其对婴幼儿的发育、免疫力危害更大。国内傲趣电子科技有限公司于２０１４年正式发布了一款食品级ＰＣ
线材，该款线材选用德国拜耳公司食品级的ＰＣ原
２０１５年第１期
张云波，等：３Ｄ打印用高分子材料的研究与应用进展
３
料制作，不含双酚Ａ，可用于３Ｄ打印。打印过程喷嘴温度为２５５—２８０℃。平台温度为１２０。１５０℃．不会堵塞喷头，易成型，成型制品外观细腻，尺寸精准，支持大多数ＦＤＭ３Ｄ打印机。中国科学院化学研究所发明并公布了一种３Ｄ打印芳香族聚酯材料及其制备方法旧，该发明是利用芳香族聚碳酸酯和芳族聚酯进行共混改性以提高其抗冲击性能．共混物经牵引拉伸成细条后，再用一定剂量的电子束辐射照射使其发生一定程度的交联．达到本体增强的目的，同时保持良好的熔融加工性能，使芳族聚酯在３Ｄ打印材料中具有更加广阔的应用前景。
１．４
ＰＰＳＦ
ＰＰＳＦ俗称聚纤维酯，是所有热塑性材料中强度最高、耐热性最好、抗腐蚀性最强的材料，广泛用于航空、航天、交通工具及医疗行业等领域【１８～９１。Ｓｔｒａｔａｓｙｓ公司于２００２年推出了适合ＦＤＭ技术的工程塑料ＰＰＳＦ，其耐热温度为２０７～２３０℃，适合高温的工作环境阎。在各种快速成型工程材料之中，ＰＰＳＦ有着最高的耐热性、强韧性以及耐化学品性。
１．５
ＰＥＴＧ
ＰＥＴＧ（聚对苯二甲酸乙二醇酯一１，４一环己烷二甲醇酯）是最近才被应用于３Ｄ打印领域的一种新型聚酯，是一种结晶度很低的共聚酯，具有优异的光学性能、高光泽表面以及良好的注塑加工性能，此外还具有无毒、环保等优良特性∞。ＰＥＴＧ丝材不仅能解决ＰＬＡ丝材韧性不足的问题，同时还能克服ＡＢＳ丝材易收缩、打印产品尺寸稳定性不佳等问题。目前，国内外关于这方面的研究报道还较
少。
２光敏树脂
光敏树脂即ＵＶ树脂，由聚合物单体、预聚体与紫外光引发剂组成，在一定波长紫外光（２５０—
３００
ｎｍ）的照射下引发聚合反应，完成固化。近几
年，光敏树脂正被用于３Ｄ打印新兴行业，因其优秀的特性而受到行业青睐与重视【２１】。光敏树脂是３Ｄ打印中立体光固化技术（ＳＬ气）所用主要材料，通过激光、数码光等光束在计算机控制下照射光固化材料表面，逐层扫描凝固，堆积构成一个三维实体。其特点是表面精度高、细节表现好，可用于原型及模具制造、精密铸造。光敏树脂的性能直接影响制造产品的精度及性能，所以制备高性能的光固化树
万方数据
脂材料是研究的重点。作为ＳＬＡ技术应用的光敏树脂，在成型精度、成型速度、一次固化程度、溶胀系数、黏度、成本等性能指标方面有更高的要求［笠仍］。
国内对ＳＬＡ光敏树脂材料的研究起步较晚．但近年来发展较为迅速。段玉岗㈣等针对树脂收缩引起零件形变的问题，研究制备了一种低翘曲混杂型光敏树脂。该树脂体系结合了自由基和阳离子聚合体系的优点。该树脂的开发使制作精度达到了０．２％，扩大了光固化快速成形技术在工业产品设计及开发中的应用范围。刘甜阎等以二缩水甘油醚和丙烯酸为主要原料，合成了一系列低黏度的二缩水甘油醚二丙烯酸酯预聚物，研究了反应温度、催化剂的种类及用量等条件对反应速率的影响：同时，将合成的产物作为光敏预聚物配成３Ｄ打印光固化树脂并对其进行性能测试．结果表明所配制的光固化树脂体积收缩率在５％左右，柔韧性优于以双酚Ａ型环氧丙烯酸酯为预聚物的光敏树脂。唐富兰［２６１等将改性后的纳米ＳｉＯ：原位分散到自由基一阳离子混杂型的光敏树脂中，通过黏度测定和ＳＥＭ观察，发现纳米ＳｉＯ：在光敏树脂中分散性好。这种改性的光敏树脂应用于ＳＬＡ系统，实验结果表明当ＳｉＯ：质量分数在１％～２％时，成型件的弯曲强度和硬度均有明显的提高。合肥杰事杰新材料股份有限公司发明了一种用于３Ｄ打印的聚苯乙烯微球改性光敏树脂及其改性方法［２７１，所制备的聚苯乙烯微球改性光敏树脂具有成型速度快、力学强度高、尺寸稳定性好等优点，而且制备工艺简单，可直接应用推广到３Ｄ打印领域制备具有复杂结构的部件。
３高分子粉末
选择性激光烧结技术（ＳＬＳ）是一种以激光为热源烧结粉末材料成形的快速成形技术。从理论上来说．任何受热后能够粘结的粉末均可作为ＳＬＳ烧结的原料．包括高分子、陶瓷、金属粉末和它们的复合粉末。高分子粉末由于所需烧结能量小、烧结工艺简单、原型质量好，已成为广泛应用的ＳＬＳ成型的原材料。但ＳＬＳ技术本身存在的问题和局限导致其所适用的材料仍然十分有限，为满足功能件对强度、精度等的较高要求，开发和研究高性能高分子成形材料至关重要。ＳＬＳ技术所用高分子粉末材
４上海塑料２０１５年第１期【成都3d打印】
料应具有粉末结块温度低、收缩小、内应力小、强度
高、流动性好等特点【２㈣】。
目前，常见的高分子粉末有聚苯乙烯（ＰＳ）、尼龙（ＰＡ）、尼龙与玻璃微球的混合物、聚碳酸酯（ＰＣ）、聚丙烯（ＰＰ）、蜡粉等。国内对高分子粉末的研究还不是很多。汪艳１３０１等通过对激光作用下不同高分子材料烧结行为的研究分析，揭示出非结晶聚合物和结晶聚合物具有不同的激光烧结机理。徐林ｆ３】】等制备了碳纤维增强的碳纤维／尼龙一１２复合粉末，并对该复合粉末材料的烧结工艺以及烧结件力学性能进行了研究，结果表明碳纤维的加人大大提高了烧结件的抗弯强度以及抗弯模量。广东银禧科技股份有限公司发明了选择性激光烧结聚丙烯粉末材料的制备及应用方法【３２】，该发明中采用深冷粉碎的方法得到聚丙烯粉末，由气流筛分机进行分级并收集粒度在１５～７４“ｍ（８００～２００目）范围内的聚丙烯粉末。该发明制得的聚丙烯粉末具有很好的烧结性能，成型件具有较高的力学性能和尺寸精度。上海杰事杰新科技股份有限公司发明了选择性激光烧结用尼龙共混聚乙烯粉末材料及其制备方法【３３】．通过粉末的制备、表面处理、改性和筛分等步骤制得尼龙共混聚乙烯粉末材料，材料的力学性能、表面粗糙度均得到了有效改善，同时具备优良的理化性能和外观质量，可满足汽车、机械模具、电子仪器等领域的ＳＬＳ制件需求。
４展望
近年来，３Ｄ打印技术发展迅速，应用领域逐渐增多，作为３Ｄ打印的物质基础，打印材料的发展决定了３Ｄ打印的发展前景。目前，国内关于３Ｄ打印材料的相关标准还不完善，许多材料仍然依赖国外进ＶＩ，价格昂贵，造成了打印成本较高．使得３Ｄ打印技术难以普及化和产业化。因此，当下最急需的就是完善３Ｄ打印材料相关标准，加大对材料的研发力度，尤其是在新材料的研发及应用方面，提倡思维创新，鼓励技术革新，丰富打印材料种类，提高材料质量，进而推动我国３Ｄ打印产业的发展。作为３Ｄ打印的主要材料之一，高分子材料因其具有优异的机械性能、耐热性以及尺寸万方数据
参考文献
【１】卢秉恒，李涤尘．增材制造（３Ｄ打印）技术发展【Ｊ】．机械制
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【２］王雪莹．３Ｄ打印技术与产业的发展及前景分析［Ｊ】．中国
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Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
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稳定性等许多优点，将会具有广阔的发展空间。
［１
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（收稿Ｅｔ期：２０１５－０２—０６）
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｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝‘・｝｛・｝÷｝＿｛・｝｛・｝＿｛・｝÷｝｛・｝÷｝｛・｝｛・｝｛・｝｛・｝＿｛・｝÷｝＿｛・｝＿｛・｝｛・｝｛・｝＿｛・｝｛・｝｛・｝｛・｝＿｛・｝÷｝＿｛・｝÷｝＿｛・｝｛・｝＿｛・｝｛・｝｛・｝｛・｝｛・｝＿｛・｝｛・｝＿｛・｝
河南沃焘超高化工科技有限公司简介
河南沃森超高化工科技有限公司由濮阳市中原石化实业有限公司、上海化工研究院、上海联濮化工科技有限公司于２０１３年１０月共同出资组建，主要是从事超高分子量聚乙烯及后加工产品的生产、经营。
项目总投资３．１亿元．占地６０亩。将分期建设２００００吨／年超高分子量聚乙烯，１００００吨／年超高分子量聚乙烯管材加工，５０００吨／年超高分子量聚乙烯隔膜料加工生产装置。计划到２０１５年５月，第一期建设完成１００００吨／年超高分子量聚乙烯生产装置。项目全部建设完成后，将形成‘树脂一管材一纤维一制品’新材料产业链，将在不断提高我国高性能超高分子量聚乙烯技术水平和产业化能力方面发挥
突出作用。
支持的重点发展行业。该重点项目落户于河南濮阳市．符合国家濮阳高经济技术发区的产业导向要求，同时也是实施国家当前优先发展的产业政策的重要体现。
目前．全球超高分子量聚乙烯总生产能力约为１９万吨／年．其中我国总生产能力约为４．５万吨／年。因此．落户于濮阳经济技术开发区年产二万吨的超高分子量聚乙烯及后加工项目．建成后将成为国内最大的超高分子量聚乙烯及后加工的产业基地。上海化工研究院是国内最早开发超高分子量聚乙烯项目的研究单位。目前．已在上海金山工业区形成了成套生产能力，２０１４年，超高分子量聚乙烯树脂和管材、纤维专用树脂总产量已达到１２０００吨／年，年销售收入一亿四千万元。其产品种类、牌号齐全，且超高纤维专用料和管材专用料在国内独占鳌头。被国家科技部、商务部、国家质检总局授予《国家重点新产品》证书，２０１３年，获得中国石油和化学工业联合会的科技进步一等奖。这些都为这个项目提供了成熟的技术和市场支持．也展示了项目良好的发展远景。
超高分子量聚乙烯因其特殊而优异的性能被广泛应用于石油化工、纺织、运输、机械、采矿、港口、农业、建筑、医疗、军事、反恐、防暴、航空、航天、海洋等各重要领域．对国民经济各个领域的发展都具有重要意义。且超高分子量聚乙烯在国家“十三五规划”中被列为国家重点高科技发展新材料项目，是国家
万方数据
在好莱坞大片《碟中谍4》中，有一个片段让观众感叹：在一台连接电脑的机器前，“阿汤哥”面部数据经过扫描进入电脑，很快，这台看似平凡无奇的“快速成型机”就在几分钟内克隆出与真人面部别无二致的3D人脸面具。
随着3D打印技术的日趋成熟，如此吸引眼球的高科技，并非只存在于科幻剧情里，在2013成都科技活动周上，特设的3D打印展区让蓉城市民感受到3D打印的神奇。
从克隆分毫不差的脸庞，到打印出一架飞机，一幢楼宇„„这个被美国《时代》周刊列为“美国十大增长最快的工业”之一的3D打印技术(又称三维打印技术)，正在颠覆着工业制造业既有的轨迹。然而，在全球范围内，由于热源稳定性、可控性问题
无法突破，金属3D打印尚处于空白。在成都，一帮企业科研人员瞄准这个“世界难题”找到了解决方案，预计明年，全球首个金属3D打印机有望“成都造”。
破题关键真火科技将解决热源问题
火，人类文明前行之源。对于方兴未艾的3D打印而言，“火”的问题，同样是必须破解的核心技术环节。
“做3D打印，特别是需要稳定超高温的金属3D打印，‘火’的问题同样至关重要，因为它需要稳定度、瞬时热能极高、适应度极强超高温热能供应，而我们就专注于干这事儿。”成都真火科技有限董事长朱华告诉记者，真火科技成立虽不满周年，但从
事离子束相关领域研发，却始于10多年前。眼下，真火科技的层流电弧等离子体发生及应用技术研发与产业化，其相关应用已覆盖到铁路轨道表面处理等相关产业领域，而他们的“蓝海战略”里，最核心的则是解决金属3D打印热源研发的命题，并促成金属3D打印机的研发成形。
据了解，目前世界上的3D打印机主要以树脂为材料，生产工业模型、零部件等产品。不过，对于那些要求高强度的产品来说，目前还处于仅能模仿形状和设计的试验阶段，而新一代3D打印机将能够复制发动机和飞机的零部件等产品，“3D打印要真正促成‘新一代工业革命’，必须完成从树脂材料制造到金属材料制造的攻坚，而其中，热源问题，就是破题的关键。”
那么，破解热源问题，“成都创新”技术将如何推进金属3D打印从蓝图变为现实？“众所周知，熔化树脂的温度低于熔化金属，而金属3D打印的核心，就是要将树脂粉末替换成金属粉末，再根据塑性进行层层堆砌。”朱华分析，金属粉末熔化与塑型，需要稳定、可控、适应的热源，而层流电弧等离子体技术，是最佳的解决方案。
朱华举了个例子，大自然的风、河水都大多以无序的湍流方式活动，而理想的层流电弧等离子体技术，就相当于让“八面来风”“四面引水”变成一个风向、流向，汇集能量的同时，再将能量放大，从而让热源能达到稳定的数万摄氏度高温，同时，真火科技完成了热能释放的可控，“何时何段需要多少温度的热源，
调节一下控制台，就能完成。”
成功在即金属打印机年底出试验机
瞄准下一代3D打印机，今年8月，日本机构表示将在2014年度撮合大型重工企业和大学等研究机构共同成立新的研究开发小组，目的是开发能够复制金属立体物的打印机，攻坚金属3D打印机及应用市场，各国可谓“摩拳擦掌”。
“基于3D打印产业方向的倾注，成都动得很早，西部地区首个3D打印产业技术创新联盟就诞生于成都，我们是理事单位，在金属3D打印机研发方面，我们将与成都市其他院所、高校、企业联合攻坚。”据真火科技总经理李向阳告诉记者，预计今年
第8期2016年8月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechnique
DOI：10．13462/j．cnki．mmtamt．2016．08．011
No．8Aug．2016
文章编号：1001－2265（2016）08－0039－03
FDM3D打印尺寸误差及其工艺补偿方法研究*
董秀丽，尹德强，方
辉，张文君
（四川大学制造科学与工程学院，成都610000）
摘要：针对熔融沉积成型的3D打印零件由于打印材料状态波动而产生的尺寸误差，以螺纹连接件作
为实验实例，对不同打印部位由打印材料热胀冷缩而产生的尺寸变动进行了分析。通过实验数据对比分析，提出了提高3D打印精度的改进措施，并对熔融沉积成型3D打印机使用过程中的部分技术问题进行了描述和分析，提出了相应的技术应用建议。关键词：3D打印技术；尺寸误差；收缩中图分类号：TH162；TG506文献标识码：A
FDM3DPrintingDimensionErrorandItsCompensationMethodＲesearch
DONGXiu-li，YINDe-qiang，FANGHui，ZHANGWen-jun
（CollegeofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniversity，Chengdu610000，China）
Abstract：Takingthedimensionerrorofthefuseddepositionmoldingof3Dprintingparts，whichiscausedbythestateoffluctuationoftheprintmaterial，astheresearch＇sobject，thispapertakesthethreadedcon-nectingjointsastheexperimentalinstances，andanalyzestheparametricmodificationsofthedifferentprint-ingpositionswhicharecausedbytheheatbilgescoldshrinkoftheprintingmaterials．Accordingtothecom-parisonandanalysisontheexperimentaldata，theimprovementoftheaccuracyofthe3Dprintingisputfor-ward．Besides，someofthetechnicalproblemsintheusingofthefuseddepositionmoldingof3Dprintingmachinearedescribedandanalyzed．Andthecorrespondingtechnicalapplicationadviceisraisedaswell．Keywords：3Dprintingtechnology；dimensionerror；shrinkage
0引言13D打印机选用
2002年美国就已制造出能打印金属零件的3D打
35战机已进印机且使用激光打印的钛合金零件的F-［1］
行了试飞。国内3D打印技术水平发展迅速但是大多处于研发阶段，做出来的成机质量也低于欧美国家，但3D打印技术得到我国极大的重视，以西安交通大学、华中科技大学、清华大学等为首的团体在研究研发
［2-3］
。中也取得了极大地进步
由于成型机理和成型材料等诸多方面的限制，目前通过3D打印技术制造的零件精度和强度相对于传统金
［4］
属切削加工而言仍有差距。特别的，对于熔融沉积成
FDM）等特定类型的3D型（FusedDepositionModeling，
打印技术及设备，由于其打印零件的精度受到打印材料、熔融温度、冷却速度等多种因素的综合影响，其工艺
［5-6］
技术研究具有显著的现实意义和应用价值。本文针对熔融沉积成型3D打印零件由于打印材料状态波动而产生的尺寸误差，并对FDM类型3D打印工艺进行了技术性研究，提出了相应的技术应用建议，为进一步提高3D打印零件的精度提供技术支持。
FDM是目前技术比较成熟的3D打印类型，具有
打印设备和材料成本低、打印过程无打印设备成本低、
污染等优点，故选用FDM3D打印机进行打印尺寸误差及其工艺补偿方法实验研究。
FDM3D打印机打印工作流程如图1所示
。
图1FDM3D打印工作流程
2
2．1
3D打印螺纹连接件实例
螺纹连接件
通过实验打印 =6mm的螺栓和螺母各50枚，分别测量了螺栓螺母配合的尺寸误差以及螺栓螺纹和光杆部分的误差。
收稿日期：2016－02－25；修回日期：2016－03－26
*基金项目：国家自然科学基金资助（51175356）；四川省科技支撑计划资助（2014GZ0114）
（E－mail）1316286755@qq．com；通讯作作者简介：董秀丽（1990—），女，山东菏泽人，四川大学硕士研究生，研究方向为增材制造技术及其应用，
（E－mai）171458823@qq．者：尹德强（1982—），男，山东日照人，四川大学讲师，博士，研究方向为数值计算在先进制造装备中的应用，
com。
·40·组合机床与自动化加工技术
（3）3D打印螺栓光杆数据记录
表3
序号
1
2
3
第8期
螺栓光杆数据记录
4
5
6
7
8
9
10
5．625．565．555．615．475．585．525．535．545．525．575．555．615．635．575．595．635．605．655．55
直径/mm
图23D打印螺柱和螺母实体
5．625．615．585．595．645．565．615．525．475．705．635．595．615．525．455．575．665．545．555．685．665．595．645．615．565．535．565．655．645．65
2．2数据记录
（1）3D打印螺栓螺纹数据记录测量工具：数显游标卡尺。
打印温度：220℃；打印速度：40mm/s；打印层厚：0．4mm；喷嘴直径：0．2mm。
表1
序号
1
2
3
螺栓光杆尺寸算术平均值为：5．5848mm；标准方差为：0．05489
。
螺栓螺纹数据记录
4
5
6
7
8
9
10
5．505．475．465．405．395．415．405．385．435．41
直径/mm
5．465．505．515．525．475．505．435．435．445．435．495．425．495．415．455．515．505．325．435．585．525．455．415．515．465．555．395．415．345．625．465．475．445．445．385．425．425．425．465．43
计算螺栓螺纹尺寸的算术平均值为：5．4508mm；标准方差为：0.05653
。
图5螺栓光杆尺寸分散
2．3实验测量误差分析
ABS（树脂）等FDM类型3D由于PLA（聚乳酸）、［7］
打印机材料的热胀冷缩特性，导致打印零件的实际尺寸要比理论尺寸偏小，此外，同种材料的收缩程度又受加工零件形状尺寸、外界环境、生产制备机器设置参数等的影响也不尽相同。
根据断面收缩率公式：
图3表2
序号
1
2
3
螺栓螺纹尺寸分散
（D-M）/D］×100%ΔS=［（1）
（2）3D打印螺母数据记录
螺母数据记录
4
5
6
7
8
9
10
5．315．435．465．395．475．385．345．365．475．35
直径
/mm
5．485．495．355．325．435．425．405．435．365．425．335．465．425．435．365．475．505．485．415．485．395．425．445．385．485．455．475．355．345．365．475．495．455．495．515．405．425．415．375．36
螺母尺寸的算术平均值为：5．4170mm；标准方差为：0．05452。
图4螺母尺寸分散
D是理论尺寸；M是实际测量尺寸。式中，
计算实验结果表明：
（1）同尺寸螺母收缩最大，螺栓螺纹次之，螺栓光杆最小。
（2）由正态分布曲线可知，就离散程度来说，螺母最小，螺栓光杆次之，螺栓螺纹最大。
根据螺纹连接件尺寸实验数据，就尺寸误差大小而言有以下结论：
①同尺寸螺纹连接件收缩大小不一样，螺母是内螺纹，零件外轮廓尺寸要比6mm大的多，可以给内螺纹加固支撑的作用，但零件尺寸越大收缩也就越大，故
导致零件不能进行正确的螺母尺寸收缩要比螺栓大，
啮合而出现滑丝现象；
②螺栓螺纹和光杆尺寸实验数据，说明收缩误差不仅与零件外轮廓尺寸有关，还与散热面积大小有关，螺纹的散热面积大故收缩也大，光杆散热面积相对较小，所以收缩要比螺纹小。
根据螺纹连接件尺寸实验数据，就尺寸分散而言有以下结论：
①螺母尺寸分散最集中，也是由于外轮廓尺寸的加固支撑作用，使尺寸分散相对较稳定；
2016年8月董秀丽，等：FDM3D打印尺寸误差及其工艺补偿方法研究·41·
②螺栓螺纹尺寸不一，散热面积较光杆要大且不
尺寸分散较螺栓光杆部分要大。所以，离散程度均匀，
中螺母最小，光杆次之，螺栓螺纹最大。
3
3．1
改进措施
实验改进措施分析
力及零件形状结构的不同而引起的散热不均。建议添
轮辐等支撑结构以减小壁厚，采用填充等优化加肋板、
零件。例打印3D打印机显示操作屏外壳，加肋板减【成都3d打印】
不管是整体变形还是表面纹理粗糙程度小壁厚前后，
都明显优化
。
针对打印材料的热特性，根据在螺纹连接件实验中得出的误差收缩数值，对于提高打印质量，提出以下解决方法：
（1）在螺栓连接中，为了使螺栓螺母能尽可能接
而不会出现近理论值并能够达到正确的配合的状态，
滑丝现象，可增大零件尺寸以补偿材料收缩带来的误差，使补偿后的零件更加接近理论值并达到正确使用的目的，即实验经验补偿。
在其他参数不变条件下，进行对比实验，打印直径为6．1mm的螺栓10个，测量尺寸如表4所示。
表4
序号
1
2
图6操作屏外壳优化前后
4结论
实验改进螺栓尺寸记录
3
4
5
6
7
8
9
10
直径/mm5．525．595．615．625．565．595．65．565．615．58
求得算术平均值为：5．5480mm；标准方差为：0.030258。
改进后打印出来的螺栓零件实际尺寸更接近理论尺寸，说明增大理论直径来补偿打印零件尺寸是可行的。
（2）FDM类型3D打印机打印材料种类有限，为了更好地解决材料收缩问题，我们在切片算法中选择材
使最终呈现出材料料种类并自动将收缩率计算在内，
收缩后的尺寸以确定理论值，这样就能够使打印的零件尺寸误差尽可能小，即算法改进补偿。
（3）PLA材料的收缩率很大，可以使用方法降低
比如添加其他材料以增加PLA的改性它的收缩率，
等。
打印尺寸误差是影响3D打印零件投入实际应用的关键性因素，通过FDM类型打印机打印螺纹连接件
分析了不同部位误差及分散范围差的尺寸收缩实验，
提出改进这种打印零件尺寸收缩缺陷的措异的原因，
施以达到零件理论尺寸实现应用的目的，以及不同零件不同结构部位进行3D打印时应注意的问题。另几点实际操作遇到的工艺问题及对这些问题提出建议，希望能给更多的人带来思索。
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（编辑
李秀敏）
3．2其他工艺问题
（1）切片路径缺陷问题：打印小直径螺栓时出现
是由于喷头打印过程中因切片算法路径的凹槽现象，
方向转变，加上材料的收缩而引起的材料分布不均匀，最终导致路径闭合不完整，直径越小凹槽越严重。对此可以优化切片算法打印路径，例如，打印闭合路径圆时，①可以使算法设置打印路径大于一个圆，把收缩及路径转变带来的路径不闭合覆盖掉；②使路径闭合点在垂直方向的不同位置。
（2）粘连堵丝：长时间打印，喷头附近温度很高，开始重新打印新零件时，材料容易粘连在喷头挤出口造成堵塞，导致打印失败。对此，喷头加热块最好不要外露以防与打印进行中的材料层发生粘连引起变形、材料分布不均、翘边及严重时至喷头堵塞等，可以考虑
隔热层等类似结构隔开加热块。加防护罩、
（3）变形：打印过程中最常见的变形是翘边，打印厚度不同的零件，翘边的程度不同。打印螺母面积、时，无填充的要比填充的变形大，零件的材料、散热能
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