相比传统加工制造工艺，3D 打印将三维实体零件转化为各部分二维平面进行加工设计。 不同于传统工艺去除材料的原理，3D 打印技术采用添加材料的方式不需要刀具和模具，在一 台 3D 打印设备上导入三维数据即可精确制造出复杂的结构零件，实现“自由制造”，大大缩 短了零件的加工周期。这种快速生产和灵活性意味着 3D 打印在复杂结构的快速制造上极具优势，可成形几乎任何形状结构。 其中，金属增材制造的原材料多为金属粉末，因制造环境和工艺要求过高，使得原材料的价格昂贵。为了降低制造成本，并且改善制成品的力学性能使其满足要求，可对金属零件的 内部进行拓扑优化，将实心的金属打印件设计用排列规则的晶格单元结构进行中空处理[13-14]。 在满足力学性能要求的同时节省原材料用量，并达到零件轻量化设计的目的。

增材制造技术和晶格曲面单元设计的完美搭配使得三维零件的模型优化和设计制 造完成 了一体化，在机械设计制造的发展道路上具有实际而长远的意义。

本课题拟研究增材制造的关键技术，通过增材制造工艺展现零部件设计的优化理念，从三 维建模角度优化零件的拓扑结构和内部形态，实现对结构改善后的关键功能部件的力学性能 测试。

1.2  国内外研究现状

1.2.1 3D 打印国外发展现状

自工业以来，相当大一部分零部件产品都是用传统工艺的工厂机器生产出来的，这往 往带来诸多不便。但是 3D 打印技术的出现改变了这一情况，原本既复杂又昂贵的零部件制 造变得不再遥不可及。

1983 年，查尔斯·赫尔首先通过激光束对液态感光树脂材料进行追踪和固化的方法，来逐 层制造除了一个小的蓝色塑料茶杯。在这个具有开创性的实验后，3D 打印这个理念应运而生。 1986 年，他的“使用立体光固化成型技术制造三维物体的仪器”获得了美国 4575330 号专利， 并成立了 3D Systems 公司。1988 年该公司推出了第一台 3D 打印机—SLA-250（光固化立体 诚信装置）。之后，随着公司的发展和研究的深入，还陆续推出了基于塑料挤出、选择性激 光烧结、材料喷射等原理的打印机。一跃成为世界上领先的 3D 打印公司[15]。

与 3D Systems 同样占据市场重要地位的企业是 Stratasys 公司。该公司起步于熔融沉积成 型（FDM）打印工序。除了 3D Systems 和 Stratays，还有不下十家世界企业生产和销售 3D 打 印机。

相比于公共打印制造，3D 打印还由于大大降低了个人制造的成本和劳动力，使得个人快 速设计制造不再是问题，其个人制造的发展速度更为惊人。现在很多个人 3D 打印机的所有 者已经几乎随时可以通过软件设计出模型并打印出来。

巨头 3D Systems 公司推出的 Cube 3 和 CUbe Pro 打印机。前者可以制造 ABS 或 PLA 材料 的物体，而后者可以以尼龙为原材料。这两种打印机都可以连接 wifi 并有触摸屏，甚至可以 通过专门的软件从笔记本或是智能手机的端口对其下达打印命令。深得广大打印爱好者的爱。Stratasys 则推出了 MakerBot  Replicator 系列打印机。售价 1375 美元，打印体积为 3.9 英寸

*3.9 英寸*4.9 英寸。拥有内置 wifi 连接、手机联动程序及监控摄像头。同样拥有一批品牌的 狂热爱好者[16]。

在中国，比较领先的打印制造商是太尔时代科技有限公司。他们的 UP 系列打印机简单实 用，能够采用 PLA 或 ABS 作为原料。但是打印速度相对缓慢，且直线 USB 链接，打印中必 须断开与 PC 之间的链接，无法很好地随时监控。仍与上面的几种有一定的差距。 功能晶格结构激光增材设计制造及力学性能测试研究(3):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_206117.html