对增材制造和3D打印机械性能趋势的科学计量评论

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摘要：江苏激光联盟导读： 3D打印技术对现代工业的要求越来越高。本文综述了近年来研究人员的发现与对比，为未来的研究和发展提供大量数据支持。 如今，工业的挑战越来越要求通过3D打

江苏激光联盟导读：

3D打印技术对现代工业的要求越来越高。本文综述了近年来研究人员的发现与对比，为未来的研究和发展提供大量数据支持。

如今，工业的挑战越来越要求通过3D打印来制造具有极大设计灵活性且无浪费的复杂形状。与铸造和机械加工等传统制造技术不同的是，增材制造技术使设计师能够在降低运营成本和材料浪费的同时快速制作原型。因此，了解与增材制造工艺和3D打印材料机械性能相关的文献现状，对于确定本课题未来的研究方向具有重要意义。本文采用文献计量学分析方法，又称科学计量学。

研究使用R和VOSviewer的Bibliometrix软件包确定了趋势和超越主题。数据通过搜索方程直接从Scopus数据库导出。结果表明，在所分析的1271份文献中，2015年是研究进入发展阶段的一年，增长率为20.8%。美国在出版物方面处于领先地位，中国和英国紧随其后。同样，我们观察到发表文章数量和h-index最高的作者是C.B. Williams，其次是A.A. Zadpoor和J. Muller。此外，本文还介绍了研究人员使用最多的关键词的时间演变，以及基于3D打印材料机械性能的增材制造研究的趋势和研究差距。

1，介绍

增材制造或快速原型由3D打印及在制造过程中使用材料的机械、化学和物理特性决定。这种类型的制造使用逐层的方法来构建具有复杂或自定义几何形状的元素。增材制造的这些特点在生物医学、健康、航空航天、建筑、汽车、食品和牙科行业得到了显著关注。

在增材制造工艺中，3D打印方法是最常见的方法，该方法使用被称为熔融沉积建模(FDM)的聚合物长丝，然后通过选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)和喷墨打印的增材制造粉末。增材制造(AM)是一种利用基于计算机辅助设计的三维模型、3D打印设备逐层制造的方法。

根据ISO/ASTM :2015，有7类增材制造技术:材料挤压(ME)，其中材料加热并通过模具选择性分布，以形成3D零件；材料喷射(MJ)，以液滴的形式产生选择性沉积光聚合物和引发剂，形成薄层固化形成薄片；粘合剂喷射(BJ)，它是基于粉末材料与液体粘结剂的结合，液体粘结剂有选择地沉积，生成3D芯片；薄片层压（SL），它允许连接板通过超声波感应形成物体；还原剂光聚合(VP)，由沉积在移动缸内的液体光聚合物组成;这是选择性固化与聚合紫外光。粉末床熔化(PBF)是利用热能通过选择性激光烧结熔接粉末床区域以获得零件。最后定向能量沉积(DED)利用激光或等离子弧聚焦的热能使金属熔合。

材料是增材制造系统的关键部分，它们对3D打印结果有重要贡献。与传统制造工艺一样，这些材料的特性对制造工艺的效率至关重要。这产生了行业不断增长的需求，寻求在未来的添加剂制造过程中利用可持续性和功能性材料。同样，通过开发更好的打印策略来提高3D打印技术的适用性和技术，包括可靠的和生态的材料，从而改善零件的功能和性能，这对于工业制造业的应用是一个极好的贡献。

Aboma Wagari Gebisa和Hirpa G. Lemu提出的备选方案评估了制造因素对印刷材料拉伸性能的影响。作者考虑了五个打印参数:气隙、光栅宽度、光栅角度、轮廓数和轮廓宽度。

他们发现，只有光栅角度对评估的属性有显著影响。此外，Duigou等人研究了基于纤维/聚乳酸复合材料（cFF/PLA）的机械性能优化。他们发现，连续玻璃纤维/聚酰胺(PA)印刷复合材料的拉伸机械性能处于相同的范围。Song等使用带有单向打印模式的3D打印技术分析了PLA块的机械性能(不同方向的拉伸、压缩和断裂)。发现弹塑性材料的响应是正交各向异性的，在拉伸和压缩试验中表现出强烈的不对称性。Letcher& Waytashek使用普通品牌PLA进行牵引、弯曲和疲劳测试，可购买并供家庭用户使用。分别以0°、45°和90°的屏向角打印试件，实验结果表明，45°屏向的拉伸强度较高，而0°屏向的抗弯曲效果较好。

PLA基复合材料共混物目前正用于组织工程3D打印支架的制造。Senatov等人通过SEM成像证实了PLA基支架结构中存在互连孔。

工业和科学界对快速原型技术的兴趣日益增长，因此近年来与该领域相关的科学文献的显著增加。在3D打印材料的增材制造和机械性能的主题中，还没有一个科学计量工作。

文章来源：《化学分析计量》 网址: http://www.hxfxjl.cn/zonghexinwen/2021/1105/728.html

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