香港理工大學(xué)的Wai Sze YIP、Suet TO研究團(tuán)隊(duì)在《Frontiers of Mechanical Engineering》2024年8月刊發(fā)表了題為“3D printing for ultra-precision machining: current status, opportunities, and future perspectives”的綜述型論文，文章概述了用于3D打印的超精密加工（UPM）技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了將UPM與3D打印相結(jié)合的好處，并進(jìn)一步討論了將這兩種先進(jìn)制造技術(shù)融入潛在行業(yè)的未來(lái)前景。

       研究背景

       UPM和3D打印是兩項(xiàng)極具潛力的新興技術(shù)，UPM遵循減材制造原理，3D打印基于快速成型和增材制造原理。然而，3D打印技術(shù)雖然有一定的優(yōu)勢(shì)，但在精度、表面質(zhì)量等方面仍存在不足，因此提出將3D打印和UPM技術(shù)相結(jié)合。本文描述了UPM和3D打印技術(shù)的突出特點(diǎn)和來(lái)源。詳細(xì)闡述了兩種技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用，并對(duì)這種技術(shù)結(jié)合的前瞻性發(fā)展進(jìn)行了評(píng)估。研究的目的是利用先進(jìn)制造和加工技術(shù)的能力來(lái)推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步并彌合相關(guān)研究領(lǐng)域的現(xiàn)有差距。

       主要研究?jī)?nèi)容

       UPM基于減材制造原理，通過(guò)銑削、研磨和拋光等方法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)加工精度，廣泛應(yīng)用于激光、光學(xué)、電子等領(lǐng)域，但存在材料去除率低和可持續(xù)性問(wèn)題。其使用的刀具如金剛石刀具，對(duì)加工質(zhì)量至關(guān)重要，且表面生成機(jī)制受多種因素影響，模擬建模和人工智能技術(shù)可輔助優(yōu)化加工過(guò)程。

       3D打印基于增材制造原理，能制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，具有材料浪費(fèi)少、成本效益高等優(yōu)點(diǎn)，但存在精度、表面質(zhì)量和材料等方面的挑戰(zhàn)。該技術(shù)分為擠出式和基于激光的增材制造等類型，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，也可用于傳統(tǒng)加工，如制造模具、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等。

       3D打印在工業(yè)應(yīng)用中存在局限性，如打印材料缺陷、表面質(zhì)量差、尺寸精度受多種因素影響等，在微尺度制造商業(yè)化方面也面臨挑戰(zhàn)。不同的3D打印技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，如選擇性激光燒結(jié)（SLS）設(shè)備和材料成本高，熔融沉積建模（FDM）有明顯打印痕跡等。

       3D打印技術(shù)可制造多種材料的切削刀具，如硬質(zhì)合金、陶瓷和金剛石刀具等，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)，能提高加工性能，在UPM中有市場(chǎng)潛力。對(duì)3D打印部件進(jìn)行UPM可解決其表面質(zhì)量、尺寸精度和機(jī)械性能等問(wèn)題，在模具、光學(xué)、機(jī)械和微電子等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，能提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能。UPM后處理可改善3D打印部件的表面光潔度、尺寸精度和材料性能，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，兩者結(jié)合對(duì)實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用潛力至關(guān)重要。

       UPM與3D打印技術(shù)的結(jié)合在工具、模具和生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)有廣闊前景，可提高工具性能和定制性、改善模具功能和表面完整性、推動(dòng)醫(yī)療設(shè)備研發(fā)。未來(lái)研究應(yīng)聚焦于提高智能3D打印和智能UPM技術(shù)水平和有效性，實(shí)現(xiàn)兩者更深度融合，以拓展應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和加工效率提升。