12、3D打印：挑战、解决方案与多目标评估

3D打印：挑战、解决方案与多目标评估

1. 3D打印面临的挑战

3D打印技术在制造业中展现出巨大潜力，但也面临着诸多挑战。其中，材料挤出式3D打印（ME - 3DP）存在着一些关键问题。

1.1 机械性能各向异性

在ME - 3DP中，增强聚合物基体的纤维通常会沿着打印流动方向排列，这使得沿1轴的机械性能得到增强。然而，包括Z方向的2轴机械性能则基本不受影响或有所降低。

1.2 低构建速率

低构建速率是3D打印过程中的一个重大挑战，严重影响了增材制造（AM）的效率和可行性。材料逐层沉积的方式导致生产周期延长，特别是在制造大型或复杂零件时，可能需要数小时甚至数天。与传统制造方法（如注塑成型）相比，3D打印的竞争力受到了限制。低构建速率的原因是多方面的：
- 层叠方法的低效性 ：逐层打印时，打印头或喷嘴在构建区域移动，频繁的启停导致时间效率低下。
- 材料冷却和固化要求 ：ME - 3DP使用的材料通常需要精确的冷却和固化时间，这增加了整体的延迟。
- 支撑结构的需求 ：为防止打印过程中零件变形，需要设计和移除支撑结构，这也增加了时间成本。

2. 解决ME - 3DP关键挑战的潜在路线图

为了克服ME - 3DP的关键挑战，人们提出了一些潜在的解决方案。

2.1 先进材料工程

探索具有增强可打印性和优化热性能的新型材料，有望加快沉积速率并减轻各向异性。同时，改进挤出机制，如采用多喷嘴系统或连续挤出方法，可以提