桌面3D打印设备改造复合打印(3)

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3D打印技术的发展起源可追溯至上世纪70年代末到80年代初，Alan Hebert（1978年，美国）、小玉秀男（1980年，日本）、Charles Hull（1982年，美国）、丸谷洋二（1983年，日本）四人分别各自提出了此概念。1986年，Charles Hull率先推出光固化（SLA）方法，并创立了世界上第一家3D打印设备的公司3D Systems。1988年，美国Scott Crump发明了熔融沉积制造（FDM）技术，并成立Stratasys公司。1989年，C.R.Dechard发明选择性激光烧结法（SLS）。1933年，Emanual Sachs发明了一种新型3D打印技术，通过向金属、陶瓷等粉末喷射粘结剂,使材料逐片成型，烧结后制成最终产品，该技术随后被用在3D打印机上。随着技术的发展，3D打印工艺愈发成熟，并且不断有新的工艺得到开发。多种工艺的3D打印机目前已成功实现商品化，如表1.1所示，其中SLA、SLS、FDM等为主流技术[6]。

表1.1 主流3D打印技术的类型和属性

工艺常用材料市场

立体光固化成形

（stereo lithography apparatus，SLA）液态光敏树脂成型制造

熔融沉积成型

（fused deposition modeling，FDM）热塑性塑料成型制造

选择性激光烧结

（selective laser sintering，SLS）热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末成型制造

直接零部件制造

选择性激光熔化

（selective laser melting，SLM）金属粉末成型制造

直接零部件制造

粘结剂喷射

（three dimension printing，3DP）粉末状材料、粘结剂成型制造

压铸模具

直接零部件制造

材料喷射聚合材料、蜡成型制造

铸造模型

片层压纸、金属成型制造

直接零部件制造

3D打印是一种综合性很强的应用技术，涵盖了数字建模、机电控制、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿科学技术知识，科技含量很高。3D打印机是3D打印技术的核心设备,集机械、控制及计算机技术等为一体。作为一个复杂庞大的机电一体化系统，3D打印机的主要子系统有高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等等。此外，3D打印技术体系还包括设计与控制软件、新型打印材料和打印工艺等重要组成部分[7]。

1.2 国内外复合打印的研究现状

1.2.1 常用3D打印技术的复合打印原理

1.2.2 卫星打印

1.2.3 电路打印

1.3 3D打印的发展趋势

2 桌面3D打印设备改造总方案

2.1 改造目的和要求

人们对于的终极梦想是，所需任何物品都可以通过实时打印出来。但就目前来说，即便是最先进的打印机，也无法做到这一点。工业级3D打印机已经能够规模化地打印一些可以实际投入使用的产品，代替了传统机加工；而桌面级3D打印机，基本还只能做原型制造，打印出的产品模型不具备实际使用功能[27]。

伴随着微纳卫星研究的热潮，3D打印凭借快速自由制造复杂三维结构的优势再次拓展了应用领域。但是，现有的普通3D打印设备并不能实现利用3D打印直接制造卫星的目标，只能打印出外壳，或者其中部分零件，而传感器和芯片等电子元件目前暂时难以被打印出来。打印电子元件的需求对的设备、材料和技术都。本课题集中研究了对一台桌面级FDM 3D打印机进行改造，使其能够打印电路，因为能打印电路就意着有可能打印完整的电子产品。