林业工程学报，２０１９，４（６）：２０－２８ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｄｏｉ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０１９．０６．００３
收稿日期：２０１８－１１－１３㊀㊀㊀㊀修回日期：２０１９－０１－２４
基金项目： 十三五 国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＤ０６００７０４）㊂
作者简介：冯鑫浩，男，博士后，主要从事３Ｄ打印材料的研究㊂通信作者：吴智慧，男，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｚｈ５５０＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
家居制品３Ｄ打印制造的现状及发展前景
冯鑫浩，吴智慧∗
（南京林业大学家居与工业设计学院，南京２１００３７）
摘㊀要：３Ｄ打印技术作为一种先进制造技术，其在家居制品中的应用为家具制造业的创新发展提供了巨大的源动力㊂３Ｄ打印不仅可以快速制造结构复杂的家具模型或产品，同时３Ｄ打印的自由设计理念也为家具设计的创新奠定基础㊂笔者在概述３Ｄ打印技术发展历史及其优缺点的基础上，重点从３Ｄ打印整体家具㊁家具零部件及家具表面装饰等几方面，综述了应用不同原材料进行家居制品３Ｄ打印时各自的打印原理和应用现状，简要介绍了熔融沉积成型㊁选择性激光烧结成型㊁墨料直写成型㊁分层实体制造和喷墨打印的成型原理㊁优缺点，及其在家居制品中的应用情况，同时对打印家居制品的后处理工艺进行总结归纳，为提高打印家居制品的品质提供有效依据㊂通过综合分析３Ｄ打印技术对家居制造业的影响情况，阐明３Ｄ打印家居制品的发展趋势，对未来家居制品的绿环保㊁节能高效生产和个性化定制具有一定的指导意义
㊂关键词：３Ｄ打印；家居制品；个性化定制；快速成型；后处理工艺中图分类号：ＴＮ２４９；ＴＳ６６４㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：
文章编号：２０９６－１３５９（２０１９）０６－００２０－０９
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ
ｂｙ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＦＥＮＧＸｉｎｈａｏ，ＷＵＺｈｉｈｕｉ∗
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＦｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＤｅｓｉｇｎ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎａｄｖａｎｃｅｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｍａｋｅｐｒｏｄｕｃｔｓｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｆｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂｕｔａｌｓｏｆａｂｒｉｃａｔｅｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄｏｒｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｃｕｓｔｏｍｅｒｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｎｅｅｄｓａｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓｐｒｏｖｉｄｅｓｉｍｍｅｎｓｅｍｏｔｉｖａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｉｎ⁃ｎｏｖａｔｉｏｎｏｆｆｕｒｎｉｔｕｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｏｎｔｈｅｏｎｅｈａｎｄ，３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｃａｎｓｐｅｅｄｉｌｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｐｒｏ
ｄｕｃｅｔｈｅｆｕｒｎｉｔｕｒｅｍｏｄｅｌｓｏｒｐｒｏｄｕｃｔｓｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｆｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｆｒｅｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｇｒｅａｔｍｏｌｄｉｎｇｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｆｅｒｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆｆｕｒｎｉ⁃ｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅｆｉｒｓｔｌｙｏｖｅｒｖｉｅｗｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｗｈｏｌｅｆｕｒｎｉｔｕｒｅ，ｆｕｒｎｉｔｕｒｅｐａｒｔｓ，ａｎｄｓｕｒｆａｃｅｄｅｃｏｒａｔｉｏｎｓｏｆｆｕｒｎｉｔｕｒｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｆｕｒｎｉｔｕｒｅｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｕｃｈａｓｐｌａｓｔｉｃ，ｍｅｔａｌ，ｃｅｒａｍｉｃ，ａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｗａｓａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｉｎｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｗａｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｂｙｇｉｖｉｎｇａｐｒｉｎｔｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｔｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，
ｔｈｅｍｏｌｄｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｃｈａｒａｃ⁃ｔｅｒｓｏｆｓｅｖｅｒａｌ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｕｓｅｄｉｎｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓ，ｓｕｃｈａｓｆｕｓｅｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅ⁃ｒｉｎｇ，ｄｉｒｅｃｔｉｎｋｗｒｉｔｉｎｇ，ｌａｍｉｎａｔｅｄｏｂｊｅｃｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ａｎｄｉｎｋ⁃ｊｅｔｐｒｉｎｔｉｎｇ，ｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｔｕａ⁃ｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｐｐｌｉｅｄｉｎｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓｗｅｒｅｄｅｔａｉｌｅｄｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｙｐｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅｐｏｓｔ⁃ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｏｓｔ⁃ｃｕｒｉｎｇ，ｒｅｍｏｖｉｎｇｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｓ，ｓｕｒｆａｃｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，ａｎｄｓｕｒｆａｃｅｃｏｌｏｒｉｎｇ，ｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｐｏｓｔ⁃ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｏｖｉｄｅｄａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｂａｓｉｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓ．Ｂｙａｓｓｅｓｓｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｏｎｔｈｅｆｕｒｎｉｔｕｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓｗｏｕｌｄｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｂｅｎｅｆｉｔｓｆｏｒｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙｆｒｉｅｎｄｌｙｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔｓ，ｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｐｒｏｄｕ
ｃｔｉｏｎ，ａｎｄｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ；ｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓ；ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ；ｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ；ｐｏｓｔ⁃ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
１㊀３Ｄ打印概述
３Ｄ打印（３ＤＰｒｉｎｔｉｎｇ）又叫增材制造（ａｄｄｉｔｉｖｅ
ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＡＭ），是一种从想法到产品（ｍｉｎｄｔｏ
ｐｒｏｄｕｃｔ）的技术加工手段［１］㊂３Ｄ打印最早始于１９８６年，美国科学家ＣｈａｒｌｅｓＷ．Ｈｕｌｌ基于光固化
㊀第６期冯鑫浩，等：家居制品３Ｄ打印制造的现状及发展前景
（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＳＬＡ）３Ｄ打印技术成立了世界上第一家３Ｄ打印设备公司（３ＤＳｙｓｔｅｍｓ）；稍后１９８９年ＳｃｏｔｔＣｒｕｍｐ又创立了基于熔融沉积技术（ｆｕｓｅｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇ，ＦＤＭ）的３Ｄ打印公司（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ）［１
－２］㊂３ＤＳｙｓｔｅｍｓ和Ｓｔｒａｔａｓｙｓ是最早成立的两家３Ｄ打印公司，也是现在美国最大的两家３Ｄ打印公司㊂从２０世纪９０年代开始，３Ｄ打印处于技术发展和设备更新阶段，限于昂贵的３Ｄ打印设备，３Ｄ打印技术一直没有得到广泛应用㊂直到２００８年，英国巴斯大学的ＡｄｒｉａｎＢｏｗｙｅｒ开发了世界上第一款开源级的３Ｄ打印机（ＲｅｐＲａｐ），ＲｅｐＲａｐ的发布为３Ｄ打印机的普及奠定了重要基础［３］㊂随后，自２０１１年开始３Ｄ打印得到广泛应用，从食品到珠宝首饰再到生物器官，甚至汽车㊁飞机都可以通过３Ｄ打印技术实现实际产品的生产［４］㊂相比于传统减材制造加工周期长㊁原材料利用率低㊁需要模具等特点，３Ｄ打印具有产品设计灵活多变㊁加工精度高㊁原材料浪费少㊁产品种类多且重复性好㊁产品结构复杂㊁加工效率高㊁产品不需要组装和特殊加工技能等优点［５］㊂３Ｄ打印已经被广泛应用于小到微生物载体大到建筑房屋等领域［６－９］㊂然而，３Ｄ打印也存在许多技术难题和问题亟待解决［１０－１１］，如３Ｄ打印的设备价格较高㊁原材料较少㊁３Ｄ打印产品表面质量较差等㊂
在３Ｄ打印技术日趋成熟的今天，３Ｄ打印不仅为创新生产和效益提升提供了良好的平台，而且也使我们的日常生活变得丰富多彩㊂如通过３Ｄ打印技术，消费者可根据自己的喜好和生活方式定制生活用的家居制品和随身穿戴的服饰等［１２－１３］㊂１．１㊀３Ｄ打印基本原理
３Ｄ打印是利用模型软件对想象中的产品进行模型设计，再通过３Ｄ打印软件对模型的打印路径
进行设计，并对模型在高度方向进行层切，得到２Ｄ
截面薄片层，最后通过３Ｄ打印机打印（打印一次
即为一个２Ｄ薄片层），使薄片层与层之间相互黏
结而堆积，形成最终打印产品的加工方法，具体原
理如图１所示［２，１３］㊂不同的３Ｄ打印技术，根据原材料和成型方式的不同，各项打印技术在制备工艺
上会有不同程度的差别，但基本打印原理一致㊂常
用于家居制品（整体家具㊁家具零部件及其表面装
饰）的３Ｄ打印技术有熔融沉积㊁选择性激光烧结㊁
墨料直写㊁分层实体制造及喷墨打印成型
㊂
图１㊀３Ｄ打印技术的基本原理
Ｆｉｇ．１㊀Ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１．２㊀３Ｄ打印的分类
３Ｄ打印技术根据成型技术和成型原材料的不同，又有多种分类如表１所示㊂常用于家居制品的原材料有木材㊁塑料㊁金属㊁陶瓷等，由于木材的特殊性质，目前３Ｄ打印技术还不能直接用于打印木质家具，木材需要与其他材料复合才能进行３Ｄ打
表１㊀３Ｄ打印技术分类
Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅｃａｔｅｇｏｒｙｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
成型技术原材料性状原材料类型参考文献熔融沉积成型（ＦＤＭ）线材热塑性塑料㊁金属㊁陶瓷［６，１４－１６］
选择性激光烧结成型（ＳＬＳ）粉末热塑性塑料㊁金属㊁陶瓷［６，１７－１９］
选择性激光熔化成型（ＳＬＭ）粉末钛合金㊁不锈钢㊁铝［２０，２１］
选择性热烧结成型（ＳＨＳ）粉末热塑性塑料［２２－２４］
直接金属激光烧结成型（ＤＭＬＳ）粉末任何合金［２５，２６］
电子束熔化成型（ＥＢＭ）粉末钛合金［２７，２８］
分层实体制造（ＬＯＭ）膜热塑性塑料㊁金属㊁陶瓷［２，２９］
光固化３Ｄ打印成型（ＳＬＡ）液体光敏或热敏性树脂［６，３０］
数字光处理（ＤＬＰ）液体光敏或热敏性树脂［３１，３２］
墨料直写成型（ＤＩＷ）黏状物热塑性塑料㊁金属㊁陶瓷［６，３３，３４］
溶剂浇铸３Ｄ打印（ＳＣ⁃３ＤＰ）黏状物热塑性塑料［３５，３６］
㊀注：ＳＬＳ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ＳＬＭ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｍｅｌｔｉｎｇ；ＳＨＳ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｉｎｇｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ＤＭＬＳ，Ｄｉｒｅｃｔｍｅｎｔａｌｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ＥＢＭ，ｅｌｅｃ⁃ｔｒｏｎｂｅａｍｍｏｌｄｉｎｇ；ＬＯＭ，ｌａｍｉｎａｔｅｄｏｂｊｅｃｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ＤＬＰ，
Ｄｉｇｉｔａｌｌｉｇｈｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ＤＩＷ，ｄｉｒｅｃｔｉｎｋｗｒｉｔｉｎｇ；ＳＣ⁃３ＤＰ，Ｓｏｌｖｅｎｔｃａｓｔｉｎｇ３Ｄｐｒｉｎｔ㊂
１２
林业工程学报第４卷
印，而塑料㊁金属以及陶瓷制作的家居制品则可以
通过３Ｄ打印技术直接打印成型
㊂
注：ａ１㊁ａ２㊁ａ３为个性化定制；ｂ１㊁ｂ２㊁ｂ３为大规模定制；
ｃ１㊁ｃ２㊁ｃ３为维护与修复㊂
图２㊀３Ｄ打印家居制品［４２－４５］Ｆｉｇ．２㊀３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓ
２㊀家居制品３Ｄ打印应用现状
３Ｄ打印在家具中的应用研究，主要包括３Ｄ
打印对家具零部件㊁整体结构㊁表面装饰的生产和对家具设计及应用的影响［３７－４１］㊂３Ｄ打印技术兴起初期，其在家居制品中的应用主要是对家具进行创意性艺术设计和展示（如图２ａ１）［４２］㊂随着３Ｄ打印技术在家具制造业中的拓展应用，３Ｄ打印开始被用于制造个性化的家具零部件㊁表面装饰甚至整体家居制品（如图２ａ２㊁ａ３）［４３－４４］㊂３Ｄ打印机和打印材料成本的降低，为３Ｄ打印技术在家居制品中的广泛应用提供契机㊂家居制品的零部件和整体部件完全可以通过３Ｄ打印技术实现大规模定制（图２ｂ）［４５］，以满足市场和消费者对家居制品零部件和整体部件在性能和功能上的规模化需求㊂
如图２ｂ１㊁ｂ２所示，通过３Ｄ打印技术可以实现不同规格家居制品连接件的打印，进而使制品实现多样化和功能化的组装㊂另外，由于３Ｄ打印在设计上的灵活性和产品成型中的柔性，使得它在家具维护和修复过程中也起到了举足轻重的作用，如家具零部件的替换㊁表面装饰的重塑㊁古家具的修复㊁功能拓展等［４６］㊂其主要原理是通过对家具进行光学扫描，形成家具整体或局部的数据网点，将获取的数据网点输入建模软件，对缺失或破损的网点进行人工修复或再设计，形成完整的家具模型（图２ｃ１）［４２］，通过３Ｄ打印和后处理即可获得与原始家具一模一样的新家具（图２ｃ２）㊂图２ｃ３所示为利用
３Ｄ打印技术进行拼花表面装饰的家居地板㊂从图中可以看出，通过３Ｄ打印技术完全可以复制出与传统贴面装饰一样的效果，所以３Ｄ打印技术为家居制品表面装饰的修复或重塑提供极大的便利［３９］㊂同时，随着桌面级３Ｄ打印机的问世，普通家庭用户可利用３Ｄ打印技术对破损家具进行自行维护和修复，这样大大增加了家具的使用寿命㊂所以，３Ｄ打印技术对传统家具的修复还原㊁文化传承以及创新发展具有重大的实践指导意义［４６－４７］㊂３㊀３Ｄ打印家居制品的主要成型技术及其原理
㊀㊀凭借３Ｄ打印技术在产品设计和成型上的创造性，实现家居制品的个性化和大规模化定制，是未来家居制品发展的基本趋势㊂下面重点介绍几种常用于家居制品（整体家具㊁家具零部件及其表面装饰）的３Ｄ打印成型技术及其成型原理㊂３．１㊀３Ｄ打印整体家具
３Ｄ打印整体家具主要是指家居制品的所有部
件均由３Ｄ打印成型，常见的不同材料整体家具如金属㊁塑料以及陶瓷等都可通过３Ｄ打印一步成型
㊂
图３㊀ＦＤＭ成型原理［６］
Ｆｉｇ．３㊀ＴｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆＦＤＭｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
３．１．１㊀熔融沉积成型（ＦＤＭ）熔融沉积成型的基本原理如图３所示，主要是
以丝状材料作为原料，其在外力的作用下经过加热打印喷头，熔融㊁挤出㊁层积而形成３Ｄ结构产品㊂与其他打印技术相比，在打印层厚相同的情况下，ＦＤＭ的打印速度较快，但其打印精度较差，所以一
3d打印未来发展方向２
２
㊀第６期冯鑫浩，等：家居制品３Ｄ打印制造的现状及发展前景
般ＦＤＭ成型的家具产品需要进一步抛光处理以获得较好的表面光泽和粗糙度［１５］㊂如表１所示，热塑性塑料和金属都可以通过ＦＤＭ打印成型，但ＦＤＭ成型的金属家具比较少见，金属家具主要以选
择性激光烧结成型为主㊂
３．１．２㊀选择性激光烧结成型（ＳＬＳ）选择性激光烧结的工作原理如图４所示，其主
要是粉末原材料通过滚轴铺设，然后在高功率二氧化碳激光辐射源作用下熔化，一层一层熔化黏结，层层堆积形成三维物体㊂ＳＬＳ打印不需要支撑材料，它可以凭空打印任何结构，因为在打印过程中不受激光作用的粉末原材料可以起支撑作用，同时支撑材料不会与激光熔化的材料融为一体［１８］㊂ＳＬＳ常用于打印金属和塑料家具，只不过二者在打印时激光强度有所不同，塑料打印的激光强度要小于金属㊂当把激光装置换成黏结剂喷头时，ＳＬＳ可直接进行陶瓷粉末打印，粉末铺设过程与塑料和金属一致，唯一不同的为陶瓷粉末是靠黏结剂黏结成型
㊂
图４㊀ＳＬＳ成型原理［６］
Ｆｉｇ．４㊀ＴｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆＳＬＳｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
选择性激光熔化成型㊁直接金属激光烧结以及电子束熔化成型主要用于金属或合金家具的成型，其工作原理与ＳＬＳ相近，主要区别在于金属熔化沉积的热源或原材料的铺设方式不同［２０－２８］㊂
３．１．３㊀墨料直写成型（ＤＩＷ）
墨料直写成型工作原理如图５所示，墨水或黏
状物原材料在传动力的作用下被挤出，层层堆积形成最终三维结构产品㊂ＤＩＷ成型最大的特点是可以直接打印黏度较高且含有不同尺寸颗粒的材料㊂通常ＤＩＷ成型的传动方式有两种，活塞传动和螺旋传动，这两种传动方式都可以在特定的压力下将黏状物或可降解黏体挤出成型
［６］
㊂陶瓷家具的成
型主要采用ＤＩＷ成型，陶瓷黏状物在传动力作用下被挤出，层层堆积，实现模型产品制造㊂陶瓷家具的表面精度主要通过挤出头直径大小来调控，同时由于陶瓷黏状物层与层之间结合较小，所以在挤出成型后，陶瓷产品还需进一步烘焙处理，以增强产品性能
㊂
图５㊀ＤＩＷ成型原理［６］
Ｆｉｇ．５㊀ＴｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆＤＩＷｐｒｉｎｔｉｎｇ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
图６㊀ＬＯＭ成型原理
Ｆｉｇ．６㊀ＴｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆＬＯＭｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
３．１．４㊀分层实体制造成型（ＬＯＭ）
分层实体制造成型原理（图６）与胶合板成型
类似，其主要是通过传送的原材料膜在热压辊的热压下，层与层之间胶合黏结，同时激光在每一层上进行产品的２Ｄ模型切割，如此反复进行胶合和切割，最终获得所需的打印产品㊂所以，ＬＯＭ成型是
３Ｄ打印与传统减材制造的结合体，它既可以较低的成本和较快的加工速度，实现大尺寸产品的加工，同时在打印过程中原材料可以自支撑，不需要额外支撑材料［２９］㊂但ＬＯＭ的缺点是在去除这些
支撑时比较困难，同时ＬＯＭ成型的产品表面精度较低，粗糙度较大㊂ＬＯＭ已经被广泛应用于金属㊁塑料以及陶瓷等不同材料家居制品的加工㊂另外，
３
２
林业工程学报第４卷
随着技术的发展和ＬＯＭ成型的不断完善，其有望实现木质家具的加工㊂
３．２㊀３Ｄ打印家具零部件
３Ｄ打印不仅可以进行整体家居制品的加工，
同时也能对家具零部件进行灵活设计和个性化制造，其打印原理与３Ｄ打印整体家具相同，常见的打印方式有ＦＤＭ㊁ＳＬＳ㊁ＤＩＷ㊁ＳＬＡ等［４８］㊂３Ｄ打印
的家具连接件可以实现不同家具部件的任意连接，同时通过３Ｄ打印既可以进行塑料连接件的打印，还可以实现金属连接件的成型加工，进而使家具零部件的组装变得灵活多样㊂３Ｄ打印成型家具零部件，不仅可以使家居制品满足基本的功能需求，而且在此基础上还能够实现家具零部件的美化设计和装饰，达到一举多得的效果㊂对于家居制品的装饰，３Ｄ打印技术也展现出比传统方法非常明显的优势，通过３Ｄ打印技术，人们可以根据自身的需求实现不同风格的家具装饰，既可以是镶嵌的形式，也可以是表面装饰的手法［４９］
㊂
注：ａ㊁ｂ为３Ｄ打印漆画；ｃ为橱柜３Ｄ打印表面装饰；ｄ㊁ｅ㊁ｆ为３Ｄ打印仿木纹地板㊂
图８㊀家居制品３Ｄ打印表面装饰
Ｆｉｇ．８㊀３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｓｕｒｆｉｃｉａｌｄｅｃｏｒａｔｉｏｎｏｆｆｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓ
３．３㊀３Ｄ打印家具表面装饰相对于３Ｄ打印镶嵌等装饰手段，３Ｄ打印表面装饰发展较快，目前３Ｄ打印表面装饰已经被广泛应用于漆画㊁地板㊁橱柜等家居制品的制作和装饰［４９－５１］㊂３Ｄ打印家居制品表面装饰主要采用喷墨打印成型，其工作原理如图７所示㊂喷墨墨水在压电或者超声压力作用下从喷头被挤出，然后紫外固化成型㊂通常情况下，喷墨打印的速度由从喷头压出的墨滴尺寸决定，墨滴尺寸越小，打印产品的
分辨率越高，所以打印比较精细的结构时，需要较长的打印时间㊂喷墨打印技术集成了数码喷墨技术㊁直接印刷技术以及紫外固化技术，相对传统家具表面装饰手法如彩绘㊁刻绘㊁螺钿㊁热转印等，它不仅能够模拟传统的人工彩绘㊁刻灰填彩㊁描金等工艺效果，同时这种技术较传统方法更加高效㊁低成本，而且也能达到精美的艺术效果㊂另外，喷墨打印原材料主要采用紫外固化的ＵＶ油墨，ＵＶ油墨绿环保，无挥发性气味，固化时间短，同时其打印彩鲜艳㊁域宽广，尤其在漆器㊁地板表面打印时能获得较好的装饰效果［５０］
㊂
图７㊀喷墨打印成型原理［６］
Ｆｉｇ．７㊀Ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆｉｎｋ⁃ｊｅｔｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
家居制品３Ｄ打印表面装饰效果见图８㊂如图
４
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