有許多外行人認(rèn)為3D打印就是從熱噴嘴中擠出材料并堆疊成形狀，但其實(shí)3D打印遠(yuǎn)不止于此！今天將介紹七大類3D打印工藝，即使是3D打印小白也能清晰地區(qū)分不同的3D打印工藝。
事實(shí)上，3D 打印也稱為增材制造，是一個(gè)總稱，涵蓋了幾種截然不同的 3D 打印工藝。這些技術(shù)是天壤之別，但關(guān)鍵過(guò)程是相同的。例如，所有 3D 打印都從數(shù)字模型開(kāi)始，因?yàn)樵摷夹g(shù)本質(zhì)上是數(shù)字化的。零件或產(chǎn)品最初是使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 軟件設(shè)計(jì)或從數(shù)字零件庫(kù)獲取的電子文件。然后設(shè)計(jì)文件通過(guò)特殊的構(gòu)建準(zhǔn)備軟件將其分解成切片或?qū)右赃M(jìn)行 3D 打印，生成3D打印機(jī)要遵循的路徑指令。接下來(lái)您將了解這些技術(shù)之間的區(qū)別以及每種技術(shù)的典型用途。
為什么是 7 種類型？
增材制造的類型可以根據(jù)它們生產(chǎn)的產(chǎn)品或使用的材料類型來(lái)劃分，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織 (ISO) 將其分為七種一般類型(但這七個(gè)3D打印類別也難以涵蓋越來(lái)越多的技術(shù)子類型和混合技術(shù))。：
●材料擠出
●還原聚合
●粉床融合
●材料噴射
●粘合劑噴射
●定向能沉積
●片材層壓
一、材料擠出
△材料擠出3D打印
材料擠出顧名思義：材料通過(guò)噴嘴擠出。通常情況下，這種材料是一種塑料細(xì)絲，通過(guò)一個(gè)加熱的噴嘴進(jìn)行熔化和擠出。打印機(jī)沿著通過(guò)軟件得到的工藝路徑將材料放置在構(gòu)建平臺(tái)上。然后燈絲冷卻并凝固形成固體物體。這是最常見(jiàn)的 3D 打印形式。乍一看這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但考慮到擠出的材料，包括塑料、金屬、混凝土、生物凝膠和各種食品，這其實(shí)是一個(gè)非常廣泛的類別。這種類型的 3D 打印機(jī)價(jià)格從100美元到七位數(shù)不等。
●材料擠出的子類型：熔融沉積建模 (FDM)、建筑 3D 打印、微型 3D 打印、生物 3D 打印
●材料：塑料、金屬、食品、混凝土等
●尺寸精度：±0.5%（下限±0.5mm）
●常見(jiàn)應(yīng)用：原型、電氣外殼、形狀和配合測(cè)試、夾具和夾具、熔模鑄造模型、房屋等。
●優(yōu)勢(shì)：成本最低的 3D 打印方法，材料范圍廣
●缺點(diǎn)：通常材料性能較低（強(qiáng)度、耐用性等），通常尺寸精度不高
二、還原聚合
△使用激光的還原聚合
桶聚合（也稱為樹(shù)脂 3D 打印）是一系列 3D 打印工藝，它使用光源在桶中選擇性地固化（或硬化）光敏聚合物樹(shù)脂。換句話說(shuō)，光線精確地指向液體塑料的特定點(diǎn)或區(qū)域以使其硬化。第一層固化后，構(gòu)建平臺(tái)將向上或向下移動(dòng)（取決于打印機(jī)）少量（通常在 0.01 和 0.05 毫米之間），下一層固化，與前一層連接。逐層重復(fù)此過(guò)程，直到形成 3D 部件。3D 打印過(guò)程完成后，清潔物體以去除剩余的液態(tài)樹(shù)脂并進(jìn)行后固化（在陽(yáng)光下或紫外線室中）以增強(qiáng)部件的機(jī)械性能。
三種最常見(jiàn)的桶聚合形式是立體光刻 (SLA)、數(shù)字光處理 (DLP)和液晶顯示器 (LCD)，也稱為掩模立體光刻 (MSLA)。這些類型的 3D 打印技術(shù)之間的根本區(qū)別在于光源及其用于固化樹(shù)脂的方式。
△大桶聚合利用光逐層硬化光敏樹(shù)脂
一些 3D 打印機(jī)制造商，尤其是那些制造專業(yè)級(jí) 3D 打印機(jī)的制造商，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出獨(dú)特且獲得專利的 光聚合變體，因此您可能會(huì)在市場(chǎng)上看到不同的技術(shù)名稱。一家工業(yè) 3D 打印機(jī)制造商 Carbon 使用一種稱為數(shù)字光合成(DLS) 的桶聚合技術(shù)，Stratasys 的 Origin 稱其技術(shù)為可編程光聚合(P3)，F(xiàn)ormlabs 提供其稱為低力立體光刻(LFS) 的技術(shù)，而 Azul 3D 是第一個(gè)將大面積快速打印(HARP) 形式的大桶聚合商業(yè)化。還有基于光刻的金屬制造 (LMM)、投影微立體光刻(PμSL) 和數(shù)字復(fù)合材料制造(DCM)，這是一種填充光聚合物技術(shù)，可將功能性添加劑（例如金屬和陶瓷纖維）引入液體樹(shù)脂中。
●3D 打印技術(shù)的類型：立體光刻 (SLA)、液晶顯示器 (LCD)、數(shù)字光處理 (DLP)、微立體光刻 (μSLA) 等。
●材料：光聚合物樹(shù)脂（可澆注、透明、工業(yè)、生物相容性等）
●尺寸精度：±0.5%（下限為 ±0.15 毫米或 5 納米，使用 μSLA）
●常見(jiàn)應(yīng)用：注塑模狀聚合物原型和最終用途部件、珠寶鑄造、牙科應(yīng)用、消費(fèi)品
●優(yōu)勢(shì)：光滑的表面光潔度，精細(xì)的特征細(xì)節(jié)
三、粉床融合
△粉末床融合
粉末床融合 (PBF) 是一種3D打印工藝，其中熱能源選擇性地熔化構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的粉末顆粒（塑料、金屬或陶瓷），以逐層創(chuàng)建固體物體。粉末床融合 3D 打印機(jī)在打印床上散布一層薄薄的粉末材料，通常使用一種刀片、滾筒或擦拭器。來(lái)自激光的能量融合粉末層上的特定點(diǎn)，然后沉積另一個(gè)粉末層并融合到前一層。重復(fù)該過(guò)程，直到制造出整個(gè)物體，最終產(chǎn)品由未融合的粉末包裹和支撐。
△金屬激光粉末床熔合工藝
PBF 可以制造具有高機(jī)械性能（包括強(qiáng)度、耐磨性和耐用性）的部件，用于消費(fèi)品、機(jī)械和工具的最終用途。該細(xì)分市場(chǎng)中的3D打印機(jī)越來(lái)越便宜（起價(jià)在 25,000 美元左右），但它被認(rèn)為是一種工業(yè)技術(shù)。
●3D打印技術(shù)的種類：選擇性激光燒結(jié)（SLS）、激光粉末床熔化（LPBF）、電子束熔化（EBM）
●材料：塑料粉末、金屬粉末、陶瓷粉末
●尺寸精度：±0.3%（下限±0.3mm）
●常見(jiàn)應(yīng)用：功能部件、復(fù)雜管道（空心設(shè)計(jì)）、小批量部件生產(chǎn)
●優(yōu)勢(shì)：功能部件、出色的機(jī)械性能、復(fù)雜的幾何形狀
●缺點(diǎn)：機(jī)器成本較高，通常是高成本材料，建造速度較慢
四、材料噴射
△材料噴射
材料噴射是一種 3D 打印工藝，其中微小的材料液滴被沉積，然后在構(gòu)建板上固化或固化。使用暴露在光線下會(huì)固化的光敏聚合物或蠟滴，一次一層地構(gòu)建物體。材料噴射過(guò)程的性質(zhì)允許在同一物體上打印不同的材料。這種技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用是制造多種顏色和紋理的零件。
●3D 打印技術(shù)的類型：材料噴射 (MJ)、納米粒子噴射 (NPJ)
●材料：光敏樹(shù)脂（標(biāo)準(zhǔn)、澆注、透明、耐高溫）、蠟
●尺寸精度：±0.1 mm
●常見(jiàn)應(yīng)用：全彩產(chǎn)品原型、類似注塑模具的原型、低運(yùn)行注塑模具、醫(yī)療模型、時(shí)裝
●優(yōu)勢(shì)：帶紋理的表面光潔度、全彩和多種材料可用
●缺點(diǎn)：材料有限，不適合要求精密的機(jī)械零件，成本高于用于視覺(jué)目的的其他樹(shù)脂技術(shù)
五、粘合劑噴射
△粘合劑噴射
粘合劑噴射是一種 3D 打印工藝，其中液體粘合劑選擇性地粘合一層粉末的區(qū)域。該技術(shù)類型兼有粉末床熔合和材料噴射的特點(diǎn)。與 PBF 類似，粘合劑噴射使用粉末材料（金屬、塑料、陶瓷、木材、糖等），并且與材料噴射一樣，液體粘合劑聚合物從噴墨器沉積。無(wú)論是金屬、塑料、沙子還是其他粉末材料，粘合劑噴射過(guò)程都是相同的。
首先，重涂刀片在構(gòu)建平臺(tái)上涂抹一層薄薄的粉末。然后，帶有噴墨噴嘴的打印頭在床上方經(jīng)過(guò)，選擇性地沉積粘合劑液滴以將粉末顆粒粘合在一起。層完成后，構(gòu)建平臺(tái)向下移動(dòng)，刀片重新涂覆表面。然后重復(fù)該過(guò)程，直到整個(gè)部分完成。
粘合劑噴射的獨(dú)特之處在于打印過(guò)程中沒(méi)有熱量。粘合劑充當(dāng)將聚合物粉末粘合在一起的膠水。打印后，零件被包裹在未使用的粉末中，通常會(huì)留下來(lái)固化。然后將零件從粉末倉(cāng)中取出，收集多余的粉末并可重復(fù)使用。從這里開(kāi)始，根據(jù)材料的不同，需要進(jìn)行后處理，但沙子除外，沙子通常可以直接從打印機(jī)中用作型芯或模具。當(dāng)粉末是金屬或陶瓷時(shí)，涉及加熱的后處理會(huì)熔化掉粘合劑，只留下金屬。塑料零件后處理通常包括涂層以改善表面光潔度。您還可以拋光、涂漆和打磨聚合物粘合劑噴射部件。
粘合劑噴射速度快且生產(chǎn)率高，因此與其他 AM 方法相比，它可以更經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)大量零件。金屬粘合劑噴射可用于多種金屬，在最終用途消費(fèi)品、工具和批量備件中很受歡迎。然而，聚合物粘合劑噴射的材料選擇有限，并且生產(chǎn)的部件結(jié)構(gòu)性能較低。它的價(jià)值在于能夠制作全彩原型和模型。
●3D打印技術(shù)的子類型：金屬粘合劑噴射、聚合物粘合劑噴射、砂粘合劑噴射
●材料：沙子、聚合物、金屬、陶瓷等。
●尺寸精度：±0.2 毫米（金屬）或±0.3 毫米（沙子）
●常見(jiàn)應(yīng)用：功能性金屬零件、全彩模型、砂鑄件和模具
●優(yōu)勢(shì)：低成本、大構(gòu)建體積、功能性金屬部件、出色的色彩再現(xiàn)、快速打印速度、無(wú)支撐設(shè)計(jì)靈活性
●缺點(diǎn)：對(duì)金屬來(lái)說(shuō)是一個(gè)多步驟的過(guò)程，聚合物部件不耐用
六、粉末定向能量沉積
定向能量沉積 (DED) 是一種 3D 打印工藝，金屬材料在沉積的同時(shí)被強(qiáng)大的能量供給和熔化。這是最廣泛的 3D 打印類別之一，包含許多子類別，具體取決于材料的形式（線材或粉末）和能量類型（激光、電子束、電弧、超音速、熱量等）。從本質(zhì)上講，與焊接有很多共同點(diǎn)。
該技術(shù)用于逐層打印，通常隨后進(jìn)行 CNC 加工，以實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的公差。DED 與 CNC 的結(jié)合使用非常普遍，有一種稱為混合 3D 打印的 3D 打印子類型，在同一臺(tái)機(jī)器中包含 DED 和 CNC 單元的混合 3D 打印機(jī)。該技術(shù)被認(rèn)為是一種更快、更便宜的小批量金屬鑄件和鍛造件的替代品，以及用于海上石油和天然氣行業(yè)以及航空航天、發(fā)電和公用事業(yè)行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵維修。
△DED 金屬 3D 打印技術(shù)可以快速創(chuàng)建一個(gè)堅(jiān)固的金屬部件，然后可以加工到嚴(yán)格的公差
●定向能量沉積的子類型：粉末激光能量沉積、線弧增材制造 (WAAM)、線電子束能量沉積、冷噴涂
●材料：各種金屬，線材和粉末形式
●尺寸精度：±0.1 mm
●常見(jiàn)應(yīng)用：修復(fù)高端汽車/航空航天部件、功能原型和最終部件
●優(yōu)勢(shì)：高堆積率，能夠向現(xiàn)有組件添加金屬
●缺點(diǎn)：由于無(wú)法制作支撐結(jié)構(gòu)而無(wú)法制作復(fù)雜的形狀，通常表面光潔度和精度較差
七、片材層壓
△片材層壓
片材層壓在技術(shù)上是3D打印的一種形式，與上述技術(shù)有很大不同。它的功能是將非常薄的材料片堆疊和層壓在一起以產(chǎn)生 3D 物體或堆疊，然后通過(guò)機(jī)械或激光切割以形成最終形狀。材料層可以使用多種方法融合在一起，包括加熱和聲音，具體取決于材料，材料范圍從紙張、聚合物到金屬。當(dāng)零件被層壓然后激光切割或加工成所需的形狀時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比其他3D打印技術(shù)更多的浪費(fèi)。
制造商使用薄片層壓以相對(duì)較高的速度生產(chǎn)具有成本效益的非功能性原型，可用于電池技術(shù)、生產(chǎn)復(fù)合材料，因?yàn)樗褂玫牟牧峡梢栽诖蛴∵^(guò)程中互換。
●3D 打印技術(shù)的類型：層壓物體制造 (LOM)、超聲波固結(jié) (UC)
●材料：紙張、聚合物和片狀金屬
●尺寸精度：±0.1 mm
●常見(jiàn)應(yīng)用：非功能原型、多色打印、鑄模。
●優(yōu)點(diǎn)：可以快速生產(chǎn)，復(fù)合打印
●缺點(diǎn)：精度低，浪費(fèi)多，部分零件需要后期制作
注：3D打印技術(shù)的種類很多，以上是3D打印中最常見(jiàn)的七大類增材制造技術(shù)，并未覆蓋市場(chǎng)上全部的3D打印技術(shù)
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