自然界中的一些物体是由多种材料构成的非均质物体,可称为异质实体(HEO),其材料组分在空间分布上相异,如骨骼、牙齿和竹子等各类动植物的结构形式就属于典型的异质实体。近年来,很多研究领域依此设计出异质结构,从而获得性能更优秀的功能件,被广泛应用于宇航工业、机械工程、生物医学等领域。异质零件的发展重点在模型建立、材料制备、生产工艺及性能调控等方面。3D打印技术应用于异质零件的设计和制造,将为异质零件的开发提供新的平台,也是异质零件制造的重要方法。为此对使用3D打印制造异质零件的技术与设备进行简要介绍。

为实现微小零件高精度低成本快速制作,构建了新型面曝光快速成形试验系统。该系统由视图发生器、精密升降工作台及控制系统构成。利用视图发生器生成的零件截面图形作为动态掩模,对光敏树脂整层曝光固化,实现微小三维零件的制作。对视图平面紫外光强分布进行了研究,建立了光强分布关于被测点位置及视图灰度的关系模型,利用该模型,实现了视图平面紫外光强分布的均匀化,紫外光强的最大与最小值之差达到0.4μW/cm2。利用该快速成形系统,制作了具有复杂微小特征的三维零件。测试件的测量和分析结果表明,误差在±0.06 mm范围内尺寸数量占所有测量尺寸的72.2%。与扫描式光固化激光快速成形系统相比,该系统成本低,制作时间短。

制造无托槽隐形牙矫治器需采用快速成形工艺制作的牙颌模型作为模具,快速成形的牙颌模型表面性能对无托槽隐形牙矫治器与牙齿接触面的表面性能有决定性的影响.对比、分析了SL(Stereolithography,立体光刻)与FDM(Fused Deposition Modeling,熔融沉积制造)2种快速成形工艺制造的成形件的表面形貌特点、表面粗糙度和摩擦因数的差异及原因,对用于牙颌模型制造的快速成形工艺的选择和改进有重要指导意义.

在分析了当前制作微机电系统的几种技术的基础上，采用自由度较大的、制作复杂结构能力较强的光造型（SL）技术。研究过程中在以下方面有所进展与创新；STL文件纠错、CAD直接切片、固化单元研究、提出与传统机械设计不同的设计思想及方法等。为解决光造型技术在微系统的设计及加工过程中存在的问题提出了以下措施；在微机电系统设计中采用虚拟现实技术；改进制造工艺以提高精度和速度；利用多种复合材料制作微零件；结合多种微细加工技术微系统整体制造工艺。

应用三维CAD软件设计支架和相应的模具结构,通过光固化快速成形技术制造出树脂模具,并在模具中填充磷酸钙(CPC)生物材料,然后通过热分解方法去掉树脂模具,得到具有可控微管道结构的骨组织工程支架.该方法克服了传统构造方法中支架内部微管道结构不可控的缺点,为制造出更有利于细胞/组织长入和成活的支架三维空间结构提供了一个更理想的方案.INSTRON Microtester试验设备上测得支架的最大抗压强度为7.12MPa;测得其表面粗糙度Ra=2.16μm.扫描电镜观察支架表面微结构特征,能谱分析测出支架中所含钙元素和磷元素的摩尔比是1.591.结果表明所构造的支架具有良好的生物学特性.

评述了当前主要的MEMS微制造技术方法及特点,综述了基于快速成形的MEMS微制造系统的基本原理和基本结构,目前所能达到的精度与应用典型实例,微制造技术的优越性与局限性.对最新发展的每一层面一次曝光的高速快速成形MEMS微制造系统原理与研究示例进行了介绍.

为提高快速成形系统堆积方向微细结构的制作精度，根据光固化激光快速成形工艺的成形特点，建立了光固化激光快速成形工艺过固化深度的理论模型，据此模型提出了通过减小激光功率与扫描速度之比、增大分层厚度以及增大激光束在液态与固态树脂中的投射深度比来减小过固化深度，并对以上结论进行了实验验证。