3d打印技術(shù)論文引言

3d打印技術(shù)論文引言

　　3D打印機的應(yīng)用，縮短產(chǎn)品制作周期，同時也能夠提高產(chǎn)品材料利用率。學(xué)習(xí)啦小編整理了3d打印技術(shù)論文引言，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　3d打印技術(shù)論文引言篇一

　　3D打印機及其工作原理

　　【摘 要】3D打印機以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過利用粉末狀的塑料及金屬等可粘合材料，采取逐層打印的方式來構(gòu)造物體。3D打印機依托多種尖端技術(shù)，提供了廣闊的打印空間。本文對3D打印機的工作原理進(jìn)行簡單分析，探討3D打印機的發(fā)展。

　　【關(guān)鍵詞】3D打印;打印技術(shù);工作原理;3D打印機;發(fā)展

　　引言

　　3D打印機是意大利發(fā)明家恩里科.迪尼發(fā)明的新型打印機。恩里科.迪恩用3D打印機打印了一棟完美的建筑。不僅如此，3D打印機甚至可以在航天器中為宇航員提供需要的任何形狀物品。3D打印機屬于快速成形技術(shù)的一種，是科技發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步的重要表現(xiàn)形式。

　　1 3D打印技術(shù)概述

　　3D打印技術(shù)是通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印技術(shù)綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術(shù)等為一體的復(fù)雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。 目前，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造，以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)依賴的精細(xì)加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學(xué)、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。

　　2 3D打印機及其工作原理

　　2.1 3D打印機的工作原理

　　3D打印機的工作原理其實很簡單，通俗地說，首先在電腦上設(shè)計一個完整的三維立體模型(也成為計算機輔助性設(shè)計)，然后把膠體或粉末等“打印材料”裝入打印機，再將打印機與電腦相連接，就可以通過電腦控制把“打印材料”和三維立體模型一層層地疊加，最終把計算機上的藍(lán)圖變成實物。這種通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出三維對象的3D打印技術(shù)是疊加式制造工序的一種形式，與傳統(tǒng)的疊加式制造工序相比，其具有速度快、價格便宜等優(yōu)點。在Windows網(wǎng)絡(luò)或工作站上運行的打印設(shè)備軟件可以讀取大部分的3D文件格式計算機輔助設(shè)計繪圖數(shù)據(jù)。這種軟件的作用就是將數(shù)據(jù)傳輸至3D打印設(shè)備，從而控制印刷頭的移動與材料輸出。在3D打印設(shè)備工作時，塑性模型材料細(xì)絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態(tài)，然后通過擠壓頭輸出，精確地沉積成極其細(xì)微的分層。分層的厚度范圍在0.005英寸至0.013英寸(即0.127毫米至0.33毫米)，具體數(shù)值取決于打印設(shè)備性能。

　　印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動，模型與支撐材料將自低而上地構(gòu)造，壓盤根據(jù)實際情況上下移動。在構(gòu)造模型時，有了支撐材料(圖中褐色部分物件)的承托，模型的懸掛部分能夠順利完成材料沉積，此外，支撐材料還有助于構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，如嵌套結(jié)構(gòu)，以及具有移動部件的多重組件。打印工作完成后，可以將模型置于水中，支撐材料將會自行溶解，如果需要，還可以為模型涂上顏料，或者進(jìn)行其它處理。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

　　2.2 3D打印機可以打印的物品。

　　3D打印機能夠打印自行車、汽車、電控飛行器，手槍、衛(wèi)星零部件……。美國3D打印服務(wù)提供商已經(jīng)“打印”了75萬種產(chǎn)品，使用的材料包括塑料、不銹鋼、銀、陶瓷和玻璃等，數(shù)量之多令人驚嘆。如今，3D打印技術(shù)正計劃被用于各種武器裝備，如水面艦艇、潛艇和戰(zhàn)機的設(shè)計制造。據(jù)報道，美軍已經(jīng)開始測試3D打印技術(shù)，建立起移動遠(yuǎn)征實驗室，實際上是一個數(shù)字加工工作室。該實驗室是一個20英尺的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，其中裝備了3D打印機、計算機輔助銑削機、激光切割器、等離子切割器和水刀等。此外，該實驗室還包含發(fā)電機、空調(diào)系統(tǒng)及衛(wèi)星通訊設(shè)備。ELM實驗室造價280萬美元，這其中不包含設(shè)計和運行人員的工資。

　　(1)世界首款3D軍用打印機。3D軍用打印機又稱“三維打印機”，是由計算機輔助設(shè)計數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式，制成實物模型的制造技術(shù)。它通過電子制圖、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術(shù)，使特定金屬粉或記憶材料熔化，并按照電子模型圖的指示一層層疊加起來，最終制造出實物。

　　(2)世界首款3D打印軍用汽車。世界首款3D打印軍用汽車，4500公里油耗38升。這款汽車擁有3個車輪，動力7馬力，并且采用的是后輪驅(qū)動的方式，預(yù)計將會在2015年正式上路。

　　(3)世界首款3D打印軍用手槍。近日，一家美國公司利用3D打印技術(shù)，成功造出AR-15半自動步槍的彈匣及其他部件。不久后，這家公司又在互聯(lián)網(wǎng)上公布，首款名為“解放者”的3D打印手槍試射成功。據(jù)報道，這款3D金屬手槍，已經(jīng)成功發(fā)射了50發(fā)子彈，且多次擊中30公尺外的靶心。

　　(4)世界首款3D打印直升機起落架。目前，世界強國都希望用3D打印技術(shù)來制造直升機的起落架。他們針對電動車的開發(fā)，帶來新的電池技術(shù)，可減少電池尺寸，延長電池壽命;他們研發(fā)分散式供暖技術(shù)，預(yù)計三年后實驗成功……3D打印越來越牛，它已經(jīng)可以打印出直升機上用的鈦合金零部件

　　(5)3D打印衣服。在3D打印時代，人人都是設(shè)計師。3D打印的好處在于只要能畫出圖，就能成真，這種技術(shù)也逐漸成為當(dāng)今潮流思維的重要環(huán)節(jié)，對時尚服裝起到了一定的推動作用。在世界各地的時裝周上，就曾展示出多款3D打印制作的服裝，這種節(jié)約成本和時間的設(shè)計生產(chǎn)方式，值得服裝設(shè)計界廣泛關(guān)注和思考。

　　2.3 3D打印技術(shù)所依托的關(guān)鍵技術(shù)

　　3D打印技術(shù)需要依托多個學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，主要包括以下方面：信息技術(shù)，即要有先進(jìn)的設(shè)計軟件及數(shù)字化工具，輔助設(shè)計人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并根據(jù)模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向;精密機械，即3D打印技術(shù)以“每層的疊加”為加工方式，產(chǎn)品的生產(chǎn)要求高精度，必須對打印設(shè)備的精準(zhǔn)程度、穩(wěn)定性有較高的要求;材料科學(xué)，即用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來，并具有合格的物理、化學(xué)性質(zhì)。

　　3 3D打印機未來的發(fā)展趨勢

　　隨著3D打印技術(shù)的不斷突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不斷提高，其技術(shù)在不斷優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，特別是圖形藝術(shù)領(lǐng)域的潛力，三維的概念模型能更好地傳達(dá)制作者的想法或解決方案，一張圖可以勝過幾百甚至上千個文字的描述。專業(yè)人士堅信個性化或定制化的3D打印可以將一個所想象的三維模型即時擺在眼前，能夠快速改進(jìn)產(chǎn)品，增長幅度將超過想象，將會改變社會各種應(yīng)用的未來。

　　3D打印技術(shù)將淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，縮短制作周期，大大減少生產(chǎn)廢料，所需原材料用量將減少到原來的幾分之一。3D打印不僅節(jié)約成本，提高制作精度，也將彌補傳統(tǒng)制造的不足，并將在民用市場迅速崛起，從而開啟制造業(yè)的新紀(jì)元，為印刷工業(yè)帶來新的機遇。

　　4 結(jié)束語

　　3D打印機的應(yīng)用，縮短產(chǎn)品制作周期，同時也能夠提高產(chǎn)品材料利用率。隨著3D打印技術(shù)越來越成熟，在不久的未來，3D打印將對人類的生活造成沖擊，為人類發(fā)展增添新的技術(shù)支持。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]劉欣靈.3D打印機及其工作原理[J].網(wǎng)絡(luò)與信息，2012(2).

　　[2]徐秉君.3D打印機――打造未來世界[J].科技創(chuàng)新與品牌，2013(8).

　　3d打印技術(shù)論文引言篇二

　　3D打印技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展研究

　　【摘要】本文通過分析3D打印機的原理，總結(jié)了幾種典型的3D打印技術(shù)，分析其市場應(yīng)用和發(fā)展方向，得出3D打印技術(shù)的發(fā)展會引領(lǐng)第三次工業(yè)革命的發(fā)展。

　　【關(guān)鍵詞】3D;打印機;3D打印技術(shù)

　　1.前言

　　近來，三維(3D)打印技術(shù)[1]在發(fā)達(dá)國家興起，前不久在網(wǎng)上流傳的3D打印手槍，引來許多網(wǎng)友圍觀。3D打印現(xiàn)在已不再只是概念產(chǎn)物，全球已有不少公司推出了個人3D打印機，它已在平常生活中開始普及。2012年4月，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》刊文認(rèn)為，3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實現(xiàn)。傳統(tǒng)制造技術(shù)是“減材制造技術(shù)”，3D打印則是“增材制造技術(shù)”，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢。

　　2.3D打印機的原理及技術(shù)

　　2.1 3D打印機

　　3D打印機是近年來在民用市場出現(xiàn)的一個新詞。在專業(yè)領(lǐng)域有另一個名稱叫“快速成形技術(shù)”[2]?？焖俪尚渭夹g(shù)誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種全新制造技術(shù)。它集分層制造技術(shù)、機械工程、數(shù)控技術(shù)、CAD、激光技術(shù)、逆向工程技術(shù)、材料科學(xué)于一體，可以直接、快速、自動、精確地將設(shè)計電子模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱?、新設(shè)計思想的校驗等方面提供了一種低成本而高效的實現(xiàn)手段。快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。

　　不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是基本原理一樣，那就是“分層制造，逐層疊加”[3]，類似于數(shù)學(xué)上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺“立體打印機”，因此得名。

　　2.2 3D打印機的原理

　　3D打印機根據(jù)零件的形狀，每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結(jié)起來，就得到了所需制造的立體的零件。

　　每個截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT像片;整個制造過程就像一個“積分”的過程。

　　整個過程是在電腦的控制下，由3D打印系統(tǒng)自動完成的。不同公司3D打印使用的成形材料不同，系統(tǒng)的工作原理也有所區(qū)別，但其基本原理都是一樣的，那就是“分層制造、逐層疊加”。這種工藝可以形象地叫做“增長法”。

　　2.3 3D打印技術(shù)

　　2.3.1 SLA技術(shù)

　　光固化成型法(SLA)是用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體。SLA是最早實用化的快速成形技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹脂原料。其工藝過程是，首先通過CAD設(shè)計出三維實體模型，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行切片處理，設(shè)計掃描路徑，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降臺的運動;激光光束通過數(shù)控裝置控制的掃描器，按設(shè)計的掃描路徑照射到液態(tài)光敏樹脂表面，使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化后，當(dāng)一層加工完畢后，就生成零件的一個截面;然后升降臺下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進(jìn)行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后，進(jìn)行最終固化，再經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。

　　SLA技術(shù)主要用于制造多種模具、模型等;還可以在原料中通過加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟?zāi)?。SLA技術(shù)成形速度較快，精度較高，但由于樹脂固化過程中產(chǎn)生收縮，不可避免地會產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。

　　2.3.2 SLS技術(shù)

　　選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層，層層疊加生成所需形狀的零件。其整個工藝過程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等。

　　整個工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均勻鋪上一層，計算機根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉。控制激光束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。對于金屬粉末激光燒結(jié)，在燒結(jié)之前，整個工作臺被加熱至一定溫度，可減少成型中的熱變形，并利于層與層之間的結(jié)合。

　　與其它3D打印機技術(shù)相比，SLS最突出的優(yōu)點在于它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以作為SLS的成型材料。目前，可成功進(jìn)行SLS成型加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復(fù)合粉末材料。由于SLS成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛、適合多種用途以及SLS無需設(shè)計和制造復(fù)雜的支撐系統(tǒng)，所以SLS的應(yīng)用廣泛。

　　2.3.3 PDM技術(shù)

　　熔積成型(FDM)法，該方法使用絲狀材料(石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲)為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度(約比熔點高1℃)，在計算機的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。

　　該技術(shù)污染小，材料可以回收，用于中、小型工件的成形。成形材料：固體絲狀工程塑料;制件性能相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?主要用于塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?/p>

　　2.3.4 LOM技術(shù)

　　分層實體制造法(LOM)，又稱層疊法成形，它以片材(如紙片、塑料薄膜或復(fù)合材料)為原材料，其成形原理如圖所示，激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓。切割完一層后，送料機構(gòu)將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進(jìn)行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結(jié)構(gòu)件或功能件。 　　LOM技術(shù)的優(yōu)點是工作可靠，模型支撐性好，成本低，效率高。缺點是前、后處理費時費力，且不能制造中空結(jié)構(gòu)件。成形材料主要是涂敷有熱敏膠的纖維紙;制件性能相當(dāng)于高級木材;主要用途是快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。

　　3.3D打印技術(shù)的市場應(yīng)用及發(fā)展方向

　　3.1 建筑設(shè)計領(lǐng)域

　　建筑模型的傳統(tǒng)制作方式，漸漸無法滿足高端設(shè)計項目的要求。全數(shù)字還原不失真的立體展示和風(fēng)洞及相關(guān)測試的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)如今眾多設(shè)計機構(gòu)的大型設(shè)施或場館都利用3D打印技術(shù)先期構(gòu)建精確建筑模型來進(jìn)行效果展示與相關(guān)測試[4]，3D打印技術(shù)所發(fā)揮的優(yōu)勢和無可比擬的逼真效果為設(shè)計師所認(rèn)同。

　　3.2 磨具制造領(lǐng)域

　　玩具制作等傳統(tǒng)的模具制造領(lǐng)域[5]，往往模具生產(chǎn)時間長，成本高。將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合，可以大大縮短模具的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決模具設(shè)計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。3D打印技術(shù)在模具制造方面的應(yīng)用可分為直接制模和間接制模兩種，直接制模是指采用3D打印技術(shù)直接堆積制造出模具，間接制模是先制出快速成型零件，再由零件復(fù)制得到所需要的模具。

　　3.3 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

　　在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用近幾年來，人們對3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究較多。以醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用3D打印技術(shù)制作人體器官模型，對外科手術(shù)有極大的應(yīng)用價值，近年來許多醫(yī)院推出3D打印胎兒服務(wù)。

　　3.4 航空航天領(lǐng)域

　　在航空航天領(lǐng)域中，空氣動力學(xué)地面模擬實驗(即風(fēng)洞實驗)是設(shè)計性能先進(jìn)的天地往返系統(tǒng)(即航天飛機)所必不可少的重要環(huán)節(jié)。該實驗中所用的模型形狀復(fù)雜、精度要求高、又具有流線型特性，采用3D打印技術(shù)，根據(jù)CAD模型，由3D打印設(shè)備自動完成實體模型，能夠很好的保證模型質(zhì)量。

　　3.5 家電和食品領(lǐng)域

　　3D打印技術(shù)在國內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應(yīng)用，使許多家電企業(yè)走在了國內(nèi)前列。美的、華寶、小天鵝、海爾等都先后采用3D打印技術(shù)來開發(fā)新產(chǎn)品，收到了很好的效果。

　　3D打印在食品領(lǐng)域也有成功的應(yīng)用。做成的鮮肉特別有彈性，而且烹飪后肉質(zhì)松散有嚼頭，絲毫不遜于真正的肉，就連肉里的微細(xì)血管都能打印出來。人們吃到“3D肉”的日子不會太遠(yuǎn)，因為美國泰爾基金會近日已投資成立了“鮮肉3D打印技術(shù)公司”，希望能夠為大眾提供安全放心的豬肉產(chǎn)品。這種利用糖、蛋白質(zhì)、脂肪、肌肉細(xì)胞等原材料打印出的肉具有和真正的肉類相似的口感和紋理，就連肉里的微細(xì)血管都能打印出來。

　　4.總結(jié)

　　3D打印是產(chǎn)業(yè)界自主創(chuàng)新的過程，政府主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)方向，要讓民營企業(yè)有充分的自主發(fā)展空間，同時對一些敏感行業(yè)或者產(chǎn)品要加強監(jiān)管。3D打印技術(shù)市場潛力巨大，勢必成為引領(lǐng)未來制造業(yè)趨勢的眾多突破之一。這些突破將使工廠徹底告別車床、鉆頭、沖壓機、制模機等傳統(tǒng)工具，改由更加靈巧的電腦軟件主宰，這便是第三次工業(yè)革命的到來的標(biāo)志[6]。在這種勢頭下，傳統(tǒng)的制造業(yè)將逐漸失去競爭力。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[6]丁博強.3D打印推動第三次工業(yè)革命[J].上海：創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)，2013(2).

　　作者簡介：張曼(1987—)，女，安徽壽縣人，碩士，重慶工商職業(yè)學(xué)院電子信息工程系助教，研究方向：圖形圖像、計算機網(wǎng)絡(luò)。