3D打印理論模擬試題及答案解析一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分）1.在SLM（選擇性激光熔化）工藝中，激光束直徑通?？刂圃谙铝心囊环秶拍芗骖櫨扰c效率？A.10–30μmB.50–100μmC.150–250μmD.300–500μm答案：B解析：50–100μm是SLM兼顧熔池穩(wěn)定性、表面粗糙度與成型效率的經(jīng)驗(yàn)窗口；過細(xì)導(dǎo)致掃描時(shí)間指數(shù)級(jí)增加，過粗則無法還原細(xì)小特征。2.下列哪種3D打印技術(shù)理論上可實(shí)現(xiàn)“零支撐”打印懸空曲面？A.SLS（選擇性激光燒結(jié)）B.DLP（數(shù)字光處理）C.MJF（多射流熔融）D.FDM（熔融沉積建模）答案：A解析：SLS以未燒結(jié)粉末作為自然支撐，懸空曲面無需額外支撐結(jié)構(gòu)；其余技術(shù)均需支撐或固化池。3.金屬打印件經(jīng)HIP（熱等靜壓）處理后，下列哪項(xiàng)性能改善最顯著？A.屈服強(qiáng)度B.疲勞壽命C.硬度D.彈性模量答案：B解析：HIP通過閉合內(nèi)部微孔，顯著降低裂紋萌生概率，疲勞壽命可提升2–5倍，但對(duì)靜態(tài)屈服強(qiáng)度影響有限。4.在聚合物FDM打印中，若出現(xiàn)“象腳”缺陷，首要調(diào)整參數(shù)是：A.層厚B.首層噴嘴溫度C.回退距離D.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速答案：B解析：首層溫度過高導(dǎo)致材料過度蠕變，形成外擴(kuò)“象腳”；降低首層噴嘴溫度5–10℃即可消除。5.下列哪種掃描策略可有效降低SLM零件殘余應(yīng)力？A.單向掃描B.棋盤島狀掃描C.螺旋掃描D.輪廓優(yōu)先掃描答案：B解析：棋盤島狀策略將大面積分割為小島，各島冷卻收縮相互抵消，殘余應(yīng)力下降30–50%。6.對(duì)于鈦合金Ti6Al4V，EBM（電子束熔化）工藝需在真空度優(yōu)于：A.1×10?1mbarB.1×10?2mbarC.1×10?3mbarD.1×10??mbar答案：C解析：EBM電子束槍燈絲壽命及束流穩(wěn)定性要求真空≤1×10?3mbar，否則鈦易發(fā)生氧化脆化。7.在光敏樹脂配方中，稀釋劑的主要作用是：A.提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度B.降低黏度與表面張力C.增加光吸收率D.抑制氧阻聚答案：B解析：稀釋劑降低樹脂黏度，使刮刀鋪層更平整，減少氣泡裹挾；對(duì)力學(xué)性能無直接增益。8.下列哪項(xiàng)不是PBF（粉末床熔融）工藝中“球化”現(xiàn)象的成因？A.氧含量過高B.激光功率密度不足C.鋪粉層厚過大D.掃描速度過快答案：C解析：層厚過大易導(dǎo)致未熔透，但不會(huì)直接誘發(fā)球化；球化本質(zhì)為熔池表面張力驅(qū)動(dòng)，與潤(rùn)濕性差、能量輸入不足相關(guān)。9.尼龍12（PA12）在SLS成型后吸水率約為：A.0.1%B.0.5%C.1.5%D.3.0%答案：C解析：PA12在23℃、50%RH下平衡吸水率約1.5%，導(dǎo)致尺寸膨脹0.3–0.5%，需密封防潮包裝。10.金屬打印件出現(xiàn)“層間未熔合”，金相觀察最可能看到：A.等軸晶B.柱狀晶穿越多道C.清晰平直未熔線D.胞狀晶答案：C解析：未熔合缺陷呈黑色直線，邊緣無冶金過渡，與基體有明顯分界線；區(qū)別于氣孔或夾雜。11.在FDM中，若使用1.75mm絲材，推薦最小擠出倍率（flowrate）校準(zhǔn)長(zhǎng)度為：A.10mmB.30mmC.50mmD.100mm答案：D解析：100mm可累積誤差至±1%，顯著提高測(cè)量信噪比；過短長(zhǎng)度受傳感器響應(yīng)延遲干擾。12.陶瓷SLA坯體經(jīng)脫脂后，線性收縮率主要取決于：A.激光功率B.固含量C.層厚D.掃描間距答案：B解析：固含量越高，有機(jī)物越少，燒結(jié)收縮越??；固含量55vol%時(shí)收縮可降至12%，而45vol%時(shí)達(dá)20%。13.下列哪種后處理可同時(shí)將金屬打印件表面粗糙度Ra從12μm降至1μm以下且保持±0.05mm精度？A.噴砂B.化學(xué)銑削C.磨粒流加工D.電解拋光答案：C解析：磨粒流（AFM）通過黏彈性介質(zhì)攜帶磨料，對(duì)復(fù)雜內(nèi)流道均勻研磨，Ra可降至0.5μm，且材料去除量可控。14.在聚合物MJF工藝中，熔融劑主要功能成分為：A.石墨烯B.炭黑C.硫酸鋇D.二氧化鈦答案：B解析：炭黑吸收紅外輻射效率高，能在0.1s內(nèi)將照射區(qū)溫度提升30–40℃，實(shí)現(xiàn)選擇性熔融。15.對(duì)于AlSi10Mg，SLM成型后T6熱處理保溫溫度通常選：A.180℃B.280℃C.300℃D.540℃答案：D解析：540℃固溶2h后人工時(shí)效，可消除非平衡相，提高延展性；溫度過低強(qiáng)化相無法充分固溶。16.在生物打印中，維持細(xì)胞活性>90%的剪切閾值應(yīng)低于：A.100s?1B.500s?1C.1000s?1D.5000s?1答案：B解析：500s?1以下細(xì)胞膜完整性可保持；高于1000s?1將導(dǎo)致膜破裂，活性驟降。17.下列哪種算法最適合對(duì)STL文件進(jìn)行孔洞自動(dòng)修復(fù)？A.MarchingCubesB.BallPivotingC.PoissonReconstructionD.QuadricErrorMetrics答案：C解析：Poisson重建以指示函數(shù)為基礎(chǔ)，可魯棒處理噪聲及缺失面片，保持拓?fù)湟恢滦浴?8.在金屬打印中，氬氣循環(huán)風(fēng)機(jī)濾芯更換周期主要依據(jù)：A.氧含量上升趨勢(shì)B.濾芯壓差>初始2倍C.打印件表面變色D.風(fēng)機(jī)電流下降10%答案：B解析：壓差翻倍說明堵塞嚴(yán)重，氣流下降導(dǎo)致煙塵無法及時(shí)排出，易產(chǎn)生夾雜缺陷。19.對(duì)于連續(xù)纖維增強(qiáng)FDM，纖維體積分?jǐn)?shù)上限約為：A.15%B.30%C.45%D.60%答案：C解析：高于45%時(shí)樹脂無法充分包覆纖維，層間剪切強(qiáng)度驟降；工業(yè)級(jí)打印頭通常設(shè)計(jì)為35–45%。20.在增材制造設(shè)計(jì)（DfAM）中，“自支撐角度”指：A.無需內(nèi)部填充的殼體角度B.無需額外支撐的最小懸垂角C.打印平臺(tái)傾斜角D.掃描向量夾角答案：B解析：自支撐角度由材料、工藝、層厚決定，PLA通常為45°，ABS需55°；低于該角需加支撐。二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）21.關(guān)于SLM過程監(jiān)測(cè)，下列哪些傳感器可直接用于熔池特征提?。緼.高速可見光相機(jī)B.短波紅外熱像儀C.光電二極管D.聲發(fā)射傳感器E.氧傳感器答案：A、B、C解析：高速相機(jī)、SWIR、光電二極管可捕捉熔池輻射信號(hào)；聲發(fā)射為間接手段，氧傳感器僅監(jiān)測(cè)環(huán)境。22.下列哪些因素會(huì)顯著影響光敏樹脂的臨界曝光能量Ec？A.光引發(fā)劑濃度B.紫外吸收劑C.環(huán)境溫度D.氧濃度E.層厚答案：A、B、D解析：引發(fā)劑與吸收劑直接決定光化學(xué)反應(yīng)速率；氧阻聚需更高Ec；溫度與層厚影響曝光時(shí)間但非Ec本身。23.在金屬打印FiniteElement模擬中，需輸入哪些溫度相關(guān)物性？A.密度B.比熱容C.熱導(dǎo)率D.彈性模量E.泊松比答案：A、B、C、D解析：彈性模量隨溫度軟化影響殘余應(yīng)力；泊松比隨溫度變化小，可近似常數(shù)。24.陶瓷3D打印坯體在燒結(jié)階段易開裂，可采取哪些抑制措施？A.緩慢升溫1℃/minB.添加燒結(jié)助劑C.冷等靜壓預(yù)處理D.包埋粉床E.微波燒結(jié)答案：A、B、D解析：冷等靜壓僅用于金屬/塑料；微波燒結(jié)雖快速但溫差大，反而易裂。25.下列哪些缺陷可通過工業(yè)CT無損檢測(cè)量化？A.氣孔率B.裂紋長(zhǎng)度C.未熔合面積D.表面粗糙度RaE.殘余應(yīng)力答案：A、B、C解析：CT可三維表征體積缺陷；Ra需觸針或白光干涉；殘余應(yīng)力需中子衍射或鉆孔法。26.在FDM多材料打印中，接口強(qiáng)度弱的原因包括：A.溫度梯度B.不相容界面C.熱收縮差異D.分子鏈纏結(jié)不足E.氧含量過高答案：B、C、D解析：材料不相容與收縮差異導(dǎo)致脫粘；氧含量對(duì)熱塑性聚合物影響可忽略。27.關(guān)于EBM工藝“預(yù)熱”步驟，下列描述正確的是：A.提高粉末導(dǎo)電性B.減少粉末飛濺C.使粉末輕微燒結(jié)D.降低殘余應(yīng)力E.提高表面粗糙度答案：A、B、C解析：預(yù)熱至0.4–0.6Tm，粉末形成燒結(jié)頸，導(dǎo)電性提高，電子束致飛濺減少；對(duì)粗糙度無直接增益。28.在增材制造質(zhì)量體系ISO/ASTM52900中，下列哪些屬于“后處理”范疇？A.熱處理B.支撐去除C.表面處理D.在線監(jiān)測(cè)E.精加工答案：A、B、C、E解析：在線監(jiān)測(cè)屬“過程控制”，非后處理。29.下列哪些軟件可直接輸出用于金屬PBF的切片CLI文件？A.MagicsB.NetfabbC.CreoD.PrusaSlicerE.SiemensNX答案：A、B解析：Magics、Netfabb含金屬PBF模塊；Creo、NX需插件；PrusaSlicer面向FDM。30.在生物墨水交聯(lián)機(jī)制中，屬于物理交聯(lián)的是：A.鈣離子誘導(dǎo)海藻酸鈉B.谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶催化C.溫度響應(yīng)PluronicD.紫外光引發(fā)PEGDAE.席夫堿反應(yīng)答案：A、C解析：鈣離子與Pluronic為離子與溫度物理交聯(lián)；其余為化學(xué)共價(jià)交聯(lián)。三、判斷題（每題1分，共10分）31.SLM成型不銹鋼316L的致密度隨激光功率線性增加直至100%。答案：錯(cuò)誤解析：功率過高產(chǎn)生“小孔效應(yīng)”，反而出現(xiàn)氣孔，致密度先升后降，呈拋物線。32.FDM打印PLA時(shí)，關(guān)閉風(fēng)扇可提高層間結(jié)合強(qiáng)度。答案：正確解析：關(guān)閉風(fēng)扇延長(zhǎng)熔體冷卻時(shí)間，分子鏈擴(kuò)散充分，層間撕裂強(qiáng)度提升20–30%。33.陶瓷SLA可用水作為主要溶劑。答案：錯(cuò)誤解析：水對(duì)陶瓷粉體潤(rùn)濕性差，需使用丙烯酸酯系單體；水基陶瓷墨水易沉降。34.在金屬打印中，層厚越小，表面粗糙度Ra一定越低。答案：錯(cuò)誤解析：層厚過小導(dǎo)致“臺(tái)階效應(yīng)”明顯，尤其對(duì)傾斜面；Ra存在最優(yōu)層厚區(qū)間。35.MJF工藝中，細(xì)節(jié)劑（detailingagent）通過降低表面能來提高邊緣清晰度。答案：錯(cuò)誤解析：細(xì)節(jié)劑為冷卻劑，通過快速蒸發(fā)帶走熱量，抑制熔融擴(kuò)散，非表面能機(jī)制。36.3D打印碳纖維增強(qiáng)PEEK可在無預(yù)熱腔室條件下成型。答案：錯(cuò)誤解析：PEEK熔點(diǎn)343℃，無預(yù)熱易翹曲，需腔室≥120℃。37.EBM工藝需使用氬氣作為保護(hù)氣氛。答案：錯(cuò)誤解析：EBM使用高真空+氦氣，氬氣易電離干擾電子束。38.金屬打印件經(jīng)噴丸后疲勞壽命一定提高。答案：錯(cuò)誤解析：噴丸引入殘余壓應(yīng)力可抑制裂紋萌生，但若表面已存在深裂紋，反而成為裂紋源。39.在SLA中，灰度曝光可減少支撐需求。答案：正確解析：灰度曝光梯度固化，形成“柔性”支撐，減少硬支撐帶來的支撐斑。40.根據(jù)ASTMF2924，金屬PBF工藝可直接制造航空級(jí)鈦合金承力件。答案：錯(cuò)誤解析：需結(jié)合熱處理、HIP及嚴(yán)格無損檢測(cè)，僅“打印”無法滿足航空主承力要求。四、填空題（每空1分，共20分）41.在SLM工藝中，激光能量密度E常用公式________表示，其中P為功率，v為掃描速度，h為hatch間距，t為層厚。答案：E=P/(v·h·t)解析：?jiǎn)挝籎/mm3，用于快速評(píng)估輸入能量，經(jīng)驗(yàn)窗口40–80J/mm3。42.金屬粉末重復(fù)使用次數(shù)增加，主要劣化指標(biāo)為________升高與________下降。答案：氧含量、流動(dòng)性解析：氧含量>0.2%時(shí)易球化，流動(dòng)性下降導(dǎo)致鋪粉不均。43.陶瓷SLA坯體脫脂階段，有機(jī)物需在________溫度區(qū)間緩慢排出，防止鼓泡。答案：200–400℃解析：此區(qū)間樹脂分解劇烈，升溫速率需<0.5℃/min。44.在FDM中，若噴嘴直徑0.4mm，層厚0.2mm，則理論最大擠出寬度約為________mm。答案：0.48–0.52解析：經(jīng)驗(yàn)公式w≈1.2×d+0.5×layer，兼顧層間結(jié)合與表面質(zhì)量。45.金屬打印殘余應(yīng)力測(cè)試常用________方法，利用應(yīng)變片測(cè)量釋放應(yīng)變。答案：鉆孔法（holedrilling）解析：ASTME837標(biāo)準(zhǔn)，可測(cè)深度1–2mm內(nèi)應(yīng)力分布。46.生物打印中，維持細(xì)胞活性需控制剪切率<________s?1。答案：500解析：高于此值細(xì)胞膜破裂率>10%。47.在PBF工藝中，粉末床相對(duì)密度一般要求≥________%以保證尺寸精度。答案：50解析：相對(duì)密度過低，粉末塌陷，特征漂移>0.1mm。48.金屬打印件表面噴丸常用彈丸直徑范圍為________μm。答案：50–150解析：過大易致凹坑，過小無法引入足夠壓應(yīng)力。49.根據(jù)ISO/ASTM52900，增材制造定義中“三維模型”通常指________格式。答案：STL或AMF解析：STL為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，AMF支持顏色與材料信息。50.在SLM中，若使用氮?dú)獗Ｗo(hù)，不銹鋼316L的氮增量需控制在________wt%以下，避免氣孔。答案：0.15解析：氮>0.15%易形成Cr?N脆性相，降低沖擊韌性。五、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）51.簡(jiǎn)述金屬SLM工藝中“匙孔”形成機(jī)理及其對(duì)致密度的影響。答案：當(dāng)激光功率密度>10?W/cm2時(shí)，金屬表面汽化產(chǎn)生反沖壓力，下陷形成深窄小孔，稱為匙孔。匙孔壁不穩(wěn)定，易捕獲氣體，凝固后留下球形氣孔，導(dǎo)致致密度下降。優(yōu)化策略包括降低功率密度、提高掃描速度、采用正離焦。52.說明陶瓷光固化打印中“臨界固化深度”與“透射深度”的區(qū)別與聯(lián)系。答案：臨界固化深度Cd為形成凝膠層的最小曝光厚度，與引發(fā)劑濃度、曝光量相關(guān)；透射深度Dp為光強(qiáng)衰減至1/e的厚度，由樹脂吸收系數(shù)決定。Cd≥Dp時(shí)才能確保層間粘合；通常Cd≈3–5Dp以獲得足夠強(qiáng)度。53.列舉三種金屬打印后處理去支撐方法并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。答案：①手工鉗剝：成本低，易留殘根；②線切割：精度高，適合厚重支撐，但設(shè)備昂貴；③電化學(xué)蝕刻：無機(jī)械應(yīng)力，適合薄壁件，需管控蝕刻液環(huán)保。54.解釋為何連續(xù)纖維FDM打印時(shí)纖維體積分?jǐn)?shù)存在上限。答案：纖維體積分?jǐn)?shù)>45%時(shí)，熔體無法充分包覆纖維，導(dǎo)致層間無基體橋接，剪切強(qiáng)度驟降；同時(shí)纖維磨損加劇，噴嘴堵塞概率指數(shù)級(jí)上升。55.簡(jiǎn)述生物打印中“同軸打印”實(shí)現(xiàn)血管結(jié)構(gòu)的原理。答案：同軸噴頭內(nèi)外兩相：外殼為交聯(lián)水凝膠，內(nèi)芯為犧牲材料（如Pluronic）。打印后內(nèi)芯低溫去除，留下中空通道，再內(nèi)皮化，形成可灌注血管。六、計(jì)算題（每題10分，共20分）56.某鈦合金SLM工藝參數(shù)：激光功率P=200W，掃描速度v=1200mm/s，hatch間距h=0.08mm，層厚t=0.03mm。(1)計(jì)算能量密度E；(2)若目標(biāo)致密度>99.5%，經(jīng)驗(yàn)窗口E=50–70J/mm3，判斷當(dāng)前參數(shù)是否合適；(3)若不合適，提出兩種調(diào)整方案并給出新E。答案：(1)E=200/(1200×0.08×