而3D打印技術(shù)在理論上適用于任何類(lèi)型的制造，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然受到很多的限制。其中最重要的是質(zhì)量?jī)r(jià)格比。如果您是一家初創(chuàng)企業(yè)，想要盡可能地省錢(qián)，那么FDM 3D打印機(jī)會(huì)看起來(lái)不錯(cuò)。但是要單論3D打印質(zhì)量和材料強(qiáng)度，選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)和光固化(SLA)3D打印會(huì)帶給您更好的結(jié)果。那么您該怎么選呢？

幸運(yùn)的是，多虧了耶魯大學(xué)機(jī)械工程和材料科學(xué)系的兩位科學(xué)家Joseph T. Belter和Aaron M. Dollar的研究成果，廉價(jià)的FDM技術(shù)也能打印出更強(qiáng)的3D對(duì)象。根據(jù)這兩位科學(xué)家最近在《Plos One》雜志上發(fā)表的一篇論文，他們正在探索將低成本的FDM 3D打印技術(shù)與強(qiáng)度更好的樹(shù)脂材料相結(jié)合。比如使用ABS和PLA材料的3D打印對(duì)象，在打印完成后將更強(qiáng)的樹(shù)脂注入其復(fù)雜的中控結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)使用戶(hù)既能保留FDM 3D打印的好處（廉價(jià)），又為其在制造領(lǐng)域更為廣泛的應(yīng)用創(chuàng)造了可能性。

兩位科學(xué)家在論文稱(chēng)，這種方法相當(dāng)簡(jiǎn)單。“通過(guò)在打印部件中仔細(xì)放置空隙，并用高強(qiáng)度的樹(shù)脂填充它們，我們可以將零部件整體的強(qiáng)度和剛度分別提升45％和25％。”他們寫(xiě)到。“該方法保留了3D打印快速和容易構(gòu)造的好處和制造復(fù)雜幾何形狀的能力。”

當(dāng)然，目前我們已經(jīng)有了一些提升3D打印對(duì)象強(qiáng)度的方法，比如3D打印出復(fù)雜的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，或者優(yōu)化層與層之間的粘結(jié)強(qiáng)度等。但是，Belter和Dollar指出，這些技術(shù)仍然受到線(xiàn)材自身強(qiáng)度的限制。學(xué)過(guò)材料科學(xué)的學(xué)生可能會(huì)覺(jué)得，其實(shí)ABS或PLA與其它樹(shù)脂材料的差異性并不是太大。但是ABS和PLA對(duì)象在打印過(guò)程中會(huì)失去很多抗拉和撓性強(qiáng)度——而注入的樹(shù)脂則沒(méi)有這種損失。

為了測(cè)試他們的理論，Dollar和Belter使用幾種方法來(lái)給3D打印的設(shè)計(jì)中引入管道和中空區(qū)域介紹運(yùn)河和中空區(qū)域，然后往里面注入普通的樹(shù)脂：其中兩個(gè)填充了聚氨酯樹(shù)脂和一個(gè)則是標(biāo)準(zhǔn)的雙組分環(huán)氧。

這些測(cè)試顯示，讓中空模式發(fā)揮作用的最適當(dāng)方法是根據(jù)部件的預(yù)期功能引入復(fù)雜連接的空洞結(jié)構(gòu)。“例如，如果一個(gè)3D打印的部件需要在螺栓孔附近增加強(qiáng)度，那么可以專(zhuān)門(mén)為這些區(qū)域設(shè)計(jì)一些中空結(jié)構(gòu)起到加強(qiáng)作用，而不需要針對(duì)整個(gè)部件設(shè)置空洞結(jié)構(gòu)。使用這種方法設(shè)計(jì)的部件具有最高的強(qiáng)度重量比，因?yàn)樽⑷氲臉?shù)脂被用在了合適的位置。”他們寫(xiě)道。

在打印出帶有設(shè)計(jì)好空腔的零部件之后，科學(xué)家們?cè)谏厦娲蛄艘粋€(gè)value="1" unitname="毫米">1毫米的孔，然后用注射器通過(guò)該孔注入樹(shù)脂。注射部位顯然應(yīng)該選擇樹(shù)脂不會(huì)泄漏出來(lái)的地方，為了避免空氣聚集在里面，可以選擇鉆一些通氣孔。然而固化過(guò)程對(duì)于普通的家庭用戶(hù)來(lái)說(shuō)就比較困難了，因?yàn)槟阈枰恍╊~外的設(shè)備。“根據(jù)材料制造商的建議，上述樹(shù)脂在注入3D打印部件之前需要在真空室里進(jìn)行脫氣。而在固化期間，零部件會(huì)被放進(jìn)一個(gè)60PSI的壓力室里，以盡量防止在樹(shù)脂內(nèi)形成氣泡。”他們解釋說(shuō)。

然而，測(cè)試的結(jié)果是令人印象深刻的，各個(gè)部件都被證明擁有更高的極限拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。科學(xué)家們使用了一個(gè)Instron材料測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)零部件進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲測(cè)試。“在三點(diǎn)彎曲樣品中，一個(gè)在簡(jiǎn)單打印的中空結(jié)構(gòu)里填充了環(huán)氧樹(shù)脂的部件整體抗曲強(qiáng)度比最優(yōu)選的普通ABS 3D打印對(duì)象高出24％；而環(huán)氧樹(shù)脂填充的樣品剛度也高了25％。”他們寫(xiě)道。“一個(gè)最大的優(yōu)勢(shì)在于強(qiáng)度和剛度相對(duì)于重量的比率分別提升了13.6％和16.1％。”

IE-3076聚氨酯樹(shù)脂的注入也很成功：“IE-3076被證明將3D打印對(duì)象的剛度提升了25％。”他們寫(xiě)道。他們的論文名稱(chēng)是《使用復(fù)合填充技術(shù)強(qiáng)化3D打印的熔融沉積成型部件Strengthening of 3D Printed Fused Deposition Manufactured Parts Using the Fill Compositing Technique》