多材料零件3D打印技术现状及趋势
                                 施建平1，2，杨继全2，3，王兴松1
                                 (1.东南大学机械工程学院，江苏 南京〓211189)
                        （2.江苏省三维打印装备与制造重点实验室，江苏 南京〓210042）
                         （3.南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏 南京〓210042)
    多材料零件（也称异质材料零件）由于兼顾控形、控材和控性等优越特性，在航空航天、特种工业、医学工程等领域具有广阔应用前景，日益成为国内外3D打印领域的研究热点。介绍了多材料零件3D打印技术涉及的两个关键问题：多材料零件的建模方法和多材料零件的3D打印成型技术。结合多材料零件3D打印技术的应用与发展趋势，分析了多材料零件3D打印研发过程中亟待解决的关键技术。


    当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高，由均质材料制造的零件其性能已难以满足产品的功能需求，因此对多材料零件的制造进行研究成为当今的研究热点之一。多材料零件又称为异质材料零件（heterogeneous objects, HEO），是按产品的最优使用功能要求进行设计制造的零件，一般是指由多种材料按一定分布规律组合而成的功能性零件。
    综合目前研究现状，多材料零件的研究主要涉及两个关键问题: 多材料零件的建模和多材料零件成型。零件模型的表达方式中，传统的三维CAD几何模型只能表达零件的几何信息，而多材料零件模型要求所用的表达方式能同时反映零件的几何信息和材料信息。
    在多材料零件成型技术研究方面，利用3D打印技术分层制造的工艺特点，从理论上解决了制造具有任意复杂内部结构的多材料零件的问题。3D打印技术的加工面可以深入到零件内部，对于零件内部各个点、线、面上堆积的材料具有很好的可控性，可以快速进行多材料零件的制造。随着一些新的3D打印工艺的出现，3D打印技术可以制造出的产品种类也越来越多，如彩色零件、生物体模型、多功能电路板、微型传感器以及组织器官等。多材料零件的数字化设计制造将成为3D打印技术领域的前沿课题之一。

1〓多材料零件的定义及分类
    自然界中的物体大多是由多种材料构成的非均质物体，称为多材料零件，也称异质实体零件，其材料组份在空间分布上相异，如动物的骨骼、牙齿和植物中的竹子等，它们的结构形式就属于典型的异质实体，其特点就是具有最高强度的物质分布在需要最高强度的区域，这是自然界进化的结果，也是最优的物质结构形式，这样一种结构形式能降低结构破损的机率，使得生物体能更好地适应生存环境。
    虽然异质实体目前已是多个学科共同的研究热点，但却无明确分类，本文按照功能和结构形态将其分为人造型异质实体、自然型异质实体和变异型异质实体3类
1.1〓人造型异质实体
     人造型异质实体是指按照人为意愿而成型的非均质物体，按照其成型过程可分为装配型异质实体和合成型异质实体，其中装配型异质实体是指在人工或机械的辅助下由多个不同材料的零件组装

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基金项目：国家自然科学基金资助项目（61273243）；2014年江苏省科技支撑计划（工业）资助项目（BE2014009-3）；江苏省高校自然科学研究基金资助项目（15KJB510018）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2242016R20004）；江苏省自然科学基金资助项目（BK20150407，BK20150973）；江苏省高校自然科学基金面上项目(15KJB410001)
作者简介：〖施建平（1987—），男，江苏淮安人，东南大学博士研究生，主要研究方向为数字化快速成型技术。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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