复杂零件的用量多少已经成为衡量航空、航天，医疗领域等重大装备技术先进性的重要标志，具有广阔的应用和发展前景。

3D打印即快速成型技术的一种[3]，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印技术也成为增制造技术[9]，区别于传统的制造技术[14]，使用“从无到有”，“从底之上”的材料堆积制造的方法，属于快速成型技术的一种[15]。

采用传统锻造、铸造、焊接等方法制造大型复杂零件，存在工序长、工艺复杂，对制造装备的要求高以及成形技术难度大等诸多不足。面对传统加工方法难以制备高性能大型复杂构件的难题[1]，3D 打印成形是目前的唯一技术途径。

打印方式有熔融沉积FDM熔融层积成型技术，SLA光敏树脂选择性固化技术，SLS粉末材料选择性激光烧结技术该技术。

FDM熔融沉积制造是采用丝状线材作为材料[4]，用加热装置将其加热到熔融状态，通过送丝机构将熔融状态的线材从喷嘴处挤出细丝的线材，喷嘴在计算机控制下，按照预先计算好的切片轨迹，逐层移动，完成X-Y面的扫描，每打印完一层热床移动一段微小的距离(此距离即为每层的层厚)，进而打印下一层，依次逐层打印完成三维实体零件。

国内外的研究现状

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，目前，从全球范围来看，欧美发达国家的3D打印技术仍处于顶尖水平，不管是技术的研发方面亦或是推广应用方面[8]。除此之外，其他国家在3D打印技术的开发和推广方面发展也很迅速，例如，2013年澳大利亚规划了金属3D打印技术蓝图;南非也在抓紧进行利用激光为光源的大型3D打印机的研制;日本依靠国家政策正大力发展3D打印技术以推广到其他领域。GE 公司的激光3D打印发动机钛合金构件最大尺寸达1 200 mm[24]。目前，Arcam 公司的SEBM 系统研究处于世界领先地位，具有世界上最大的SEBM 设备，有效加工范围为φ 350 mm×380 mm[8]。SEBM 技术在航空航天领域的发展迅速，多家单位都开展了利用SEBM 技术制造航空发动机复杂零件的研究。例如，意大利AVIO 公司利用SEBM 技术制备出了TiAl基合金发动机叶片，引起了广泛关注。

我国的3D打印技术起步并不算晚，自20世纪90年代初开始，经过二十多年的发展，己与世界先进水平基本同步。在3D打印技术方面，是继美日德三国后又一个拥有自主知识产权3D打印设备的国家。2007 年，北京航空航天大学突破了飞机钛合金大型、主承力结构件激光3D 打印关键技术，研制出世界最大飞机钛合金大型结构件激光快速成形工程化成套装备，成形室尺寸为4 000 mm×3 000 mm×2000 mm。华中科技大学则首先开拓了SLM 技术的航天应用，开发拥有自主知识产权的SLM 设备，并成形出尺寸达615 mm×216 mm×236 mm 的复杂结构样件。2018年9 月7 日经过200 多个小时的持续工作，一个接近设备成形空间极限的超大尺寸钛合金复杂零件在昆明理工大学增材制造中心试制成功，这是迄今为止使用激光选区熔融方法成形的最大单体钛合金复杂零件，尺寸达到250 mm×250 mm×257 mm，零件及支撑总量超过21 kg[2]。

2. 研究的基本内容与方案

FDM模式有原理相对简单，无需激光器等贵重元器件[11-12]，更容易操作与维护；是最早实现开源的3D打印技术，用户普及率最高[13]；对使用环境几乎没有任何限制，可以放置在办公室或者家庭里使用；原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换；打印出来的模型强度、韧性都很高，可以用于条件苛刻的功能性测试等优点[7].

但是FDM模式有喷头采用机械式结构，打印速度比较慢[10]，特别是在打印大尺寸模型或进行批量打印时；尺寸精度较差，表面相对粗糙，有较清晰的台阶效应，不适用于尺寸精度要求较高的装配件打印；而利用FDM模式快速成型复杂零件的时候要克服这些缺点是我们研究的要点。尤其是针对细长结构极易晃动，所以要加支撑，需要设计、制作支撑结构，浪费材料做支撑；在打印结构形态复杂的模型时，支撑结构很难去除等缺点[6]。曲面构建也是在打印过程中能够存在很大的挑战性[5]。