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3D打印技术在理论上适用于制造任何物品，但实际上在应用过程中仍然受到许多限制。其中最重要的限制是性价比。如果您是一家初创企业，想要尽可能地省钱，那么熔融沉积成型（FDM）3D打印机是不错的选择。但是要单论3D打印质量和材料强度，选择工业级3D打印技术，选择性激光烧结（SLS）技术和光固化(SLA)3D打印效果会更好。那么怎样选择更合适呢？ 幸运的是，来自耶鲁大学机械工程和材料科学系的两位科学家Joseph T. Belter和Aaron M. Dollar研发出一种更廉价的FDM技术来打印出更强的3D对象。这两位科学家最近在《Plos One》杂志上发表了一篇论文，他们正在探索将低成本的FDM 3D打印技术与强度更好的树脂材料相结合。比如使用ABS和PLA材料的3D打印对象，在打印完成后将更强的树脂注入其复杂的结构中，这样会使用户既能享受FDM 3D打印的低成本，又为其在制造领域更为广泛的应用创造了可能性。
两位科学家在论文中将这种技术称为“复合填充技术强化3D打印部件”，这种方法相当简单：通过在打印部件中设置空隙，并用高强度的树脂来填充，可以将零部件整体的强度和刚度分别提升45％和25％。该方法保留了3D打印快速和容易构造的优点和制造复杂几何形状的能力。 当然，目前我们已经有了一些提升使用FDM工艺来打印3D对象强度的方法，比如3D打印出复杂的内部支撑结构，或者优化层与层之间的粘结强度等。但是，Belter和Dollar指出，这些技术仍然受到线材自身强度的限制，线材本身的强度还不够高。学过材料科学的学生可能会觉得ABS、PLA与各种树脂材料的区别并不大，然而ABS和PLA对象在打印过程中会失去很多抗拉和挠性强度——而注入的树脂则能避免这一缺陷。
为了测试他们的理论，Dollar和Belter使用几种方法来给3D打印的设计中引入管道和中空区域介绍运河和中空区域，然后往里面注入普通的树脂：其中两个填充了聚氨酯树脂和一个则是标准的双组分环氧树脂。
这些测试显示，根据部件的预期功能引入复杂的空洞结构，这是让中空模式发挥作用的最适当方法。他们论文中写道：“例如，如果一个3D打印的部件需要在螺栓孔附近增加强度，那么可以专门为这些区域设计一些中空结构起到加强作用，而不需要针对整个部件设置空洞结构。使用这种方法设计的部件具有最高的强度重量比，因为注入的树脂被用在了合适的位置。”。
在打印出带有设计好空腔的零部件之后，科学家们在上面打了一个1毫米的孔，然后用注射器通过该孔注入树脂。注射部位显然应该选择树脂不会泄漏出来的地方，为了避免空气聚集在里面，可以选择钻一些通气孔。然而固化过程对于普通的家庭用户来说就比较困难了，因为你需要一些额外的设备。根据材料制造商的建议，上述树脂在注入3D打印部件之前需要在真空室里进行脱气。而在固化期间，零部件会被放进一个60PSI的压力室里，以尽量防止在树脂内形成气泡。
这项测试的结果很令人印象深刻，测试结果证明各个部件都拥有更高的极限拉伸强度和弯曲强度。科学家们使用了一个Instron材料测试系统，对零部件进行了三点弯曲测试。在三点弯曲样品中，一个在简单打印的中空结构里填充了环氧树脂的部件整体抗曲强度比最优选的普通ABS 3D打印对象高出24％；而环氧树脂填充的样品刚度也高了25％。最大的优势在于强度和刚度相对于重量的比率分别提升了13.6％和16.1％，IE-3076聚氨酯树脂的注入也很成功，它能将3D打印对象的刚度提升25％。 |
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