7種主流3D打印技術(shù)解析
魔猴君 知識堂 874天前
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3D打印遠(yuǎn)不止于此！今天魔猴網(wǎng)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打印過程。
事實上，3D 打印也稱為增材制造，是一個總稱，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)鍵過程是相同的。例如，所有 3D 打印都從數(shù)字模型開始，因為該技術(shù)本質(zhì)上是數(shù)字化的。零件或產(chǎn)品最初是使用計算機輔助設(shè)計 (CAD) 軟件設(shè)計或從數(shù)字零件庫獲取的電子文件。然后設(shè)計文件通過特殊的構(gòu)建準(zhǔn)備軟件將其分解成切片或?qū)右赃M行 3D 打印，生成3D打印機要遵循的路徑指令。接下來您將了解這些技術(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劃分，國際標(biāo)準(zhǔn)組織 (ISO) 將其分為七種一般類型(但這七個3D打印類別也難以涵蓋越來越多的技術(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：材料通過噴嘴擠出。通常情況下，這種材料是一種塑料細(xì)絲，通過一個加熱的噴嘴進行熔化和擠出。打印機沿著通過軟件得到的工藝路徑將材料放置在構(gòu)建平臺上。然后燈絲冷卻并凝固形成固體物體。這是最常見的 3D 打印形式。乍一看這聽起來很簡單，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，這其實是一個非常廣泛的類別。這種類型的 3D 打印機價格從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）
●常見應(yīng)用：原型、電氣外殼、形狀和配合測試、夾具和夾具、熔模鑄造模型、房屋等。
●優(yōu)勢：成本最低的 3D 打印方法，材料范圍廣
●缺點：通常材料性能較低（強度、耐用性等），通常尺寸精度不高
1.熔融沉積成型 (FDM)
△FDM 零件可以在各種 3D 打印機上用金屬或塑料制成
FDM 3D 打印機是一個價值數(shù)十億美元的市場，擁有數(shù)以千計的機器，從基本型號到制造商的復(fù)雜型號。FDM機器被稱為熔絲制造 (FFF)，這是完全相同的技術(shù)。與所有 3D 打印技術(shù)一樣，F(xiàn)DM 從數(shù)字模型開始，然后將其轉(zhuǎn)換為3D打印機可以遵循的路徑。使用 FDM，將線軸上的一根（或一次幾根）燈絲裝入 3D 打印機，然后送入擠出頭中的打印機噴嘴。打印機噴嘴或多個噴嘴被加熱到所需溫度，使燈絲軟化，從而使連續(xù)的層連接起來形成一個堅固的部件。
當(dāng)打印機沿 XY 平面上的指定坐標(biāo)移動擠出頭時，它會繼續(xù)鋪設(shè)第一層。然后擠出頭上升到下一個高度（Z 平面），重復(fù)打印橫截面的過程，一層一層地構(gòu)建，直到物體完全成型。根據(jù)對象的幾何形狀，有時需要添加支撐結(jié)構(gòu)以在打印時支撐模型，例如，如果模型具有陡峭的懸垂部分。這些支撐在打印后被移除。一些支撐結(jié)構(gòu)材料可以溶解在水或另一種溶液中。
△FDM 3D 打印機為業(yè)余愛好者、小型企業(yè)和制造商提供范圍廣泛的機器（來源：Creality、Raise3D、Stratasys）
2.3D生物打印
△3D 生物打印與傳統(tǒng) 3D 打印類似，但原料差異很大
3D 生物打印或生物 3D 打印是一種增材制造工藝，其中將有機或生物材料（例如活細(xì)胞和營養(yǎng)素）結(jié)合起來以創(chuàng)建類似組織的天然三維結(jié)構(gòu)。換句話說，生物打印是一種3D打印，可以生產(chǎn)從骨骼組織和血管到活組織的任何東西。它用于各種醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用，包括組織工程、藥物測試和開發(fā)，以及創(chuàng)新的再生醫(yī)學(xué)療法。3D 生物打印的實際定義仍在不斷發(fā)展。從本質(zhì)上講，3D 生物打印的工作原理與 FDM 3D 打印類似，并且屬于材料擠出系列。（盡管擠出并不是唯一的生物打印方法）
3D 生物打印使用從針排出的材料(生物墨水)來創(chuàng)建打印層。這些被稱為生物墨水的材料主要由活物質(zhì)組成，例如載體材料中的細(xì)胞——如膠原蛋白、明膠、透明質(zhì)酸、蠶絲、海藻酸鹽或納米纖維素，充當(dāng)結(jié)構(gòu)生長和營養(yǎng)物質(zhì)的分子支架，提供支持。
3.建筑 3D 打印
△建筑 3D 打印
建筑 3D 打印是一個快速發(fā)展的材料擠出領(lǐng)域。該技術(shù)涉及使用超大型 3D 打印機（通常高達數(shù)十米）從噴嘴中擠出混凝土等建筑材料。這些機器通常以龍門架或機械臂系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。3D建筑打印技術(shù)如今用于住宅、建筑特色以及從水井到墻壁的建筑項目。有研究者表示，它有可能顯著改變整個建筑行業(yè)，因為它減少了勞動力需求并減少了建筑垃圾。
美國和歐洲有數(shù)十座 3D 打印房屋，并且正在研究開發(fā) 3D 建筑技術(shù)，該技術(shù)將使用在月球和火星上發(fā)現(xiàn)的材料為未來的探險隊建造棲息地。用當(dāng)?shù)赝寥来婊炷链蛴∽鳛橐环N更可持續(xù)的建筑方法也受到關(guān)注。
二、還原聚合
△使用激光的還原聚合
桶聚合（也稱為樹脂 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）光敏聚合物樹脂。換句話說，光線精確地指向液體塑料的特定點或區(qū)域以使其硬化。第一層固化后，構(gòu)建平臺將向上或向下移動（取決于打印機）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)此過程，直到形成 3D 部件。3D 打印過程完成后，清潔物體以去除剩余的液態(tài)樹脂并進行后固化（在陽光下或紫外線室中）以增強部件的機械性能。
三種最常見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脂的方式。
△大桶聚合利用光逐層硬化光敏樹脂
一些 3D 打印機制造商，尤其是那些制造專業(yè)級 3D 打印機的制造商，已經(jīng)開發(fā)出獨特且獲得專利的 光聚合變體，因此您可能會在市場上看到不同的技術(shù)名稱。一家工業(yè) 3D 打印機制造商 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、消費品
●優(yōu)勢：光滑的表面光潔度，精細(xì)的特征細(xì)節(jié)
1.立體光刻 (SLA)
△立體光刻 (SLA)來自 3D Systems、DWS 和 Formlabs 的 SLA 3D 打印示例
SLA是世界上第一個3D打印技術(shù)。立體光刻技術(shù)由查克·赫爾 (Chuck Hull) 于 1986 年發(fā)明，他為該技術(shù)申請了專利，并成立了 3D Systems 公司以將其商業(yè)化。如今，該技術(shù)可供來自眾多 3D 打印機制造商的愛好者和專業(yè)人士使用。SLA使用激激光束對準(zhǔn)一桶樹脂，選擇性地固化打印區(qū)域內(nèi)物體的橫截面，逐層建造。當(dāng)大多數(shù) SLA 打印機使用固態(tài)激光來固化部件。這種桶聚合的一個缺點是，與我們的下一種方法 (DLP) 相比，點激光可能需要更長的時間來追蹤物體的橫截面，后者會閃爍光線以立即硬化整個層。然而，激光可以產(chǎn)生更強的光，這是某些工程級樹脂所需要的。
△SLA 3D 打印機使用一個或多個激光一次追蹤和固化單層樹脂
微立體光刻 (μSLA)
微立體光刻技術(shù)可以打印微型部件，分辨率在 2 微米 (μm) 到 50 微米之間。作為參考，人類頭發(fā)的平均寬度為 75 微米。它是“微型 3D 打印”技術(shù)之一。μSLA 涉及將感光材料（液態(tài)樹脂）暴露在紫外激光下。不同之處在于專用樹脂、激光的復(fù)雜性以及透鏡的添加，它們會產(chǎn)生幾乎令人難以置信的小光點。
△Nanoscribe 和 Microlight3D 是 TPP 3D 打印機的兩家領(lǐng)先制造商（來源：Nanoscribe、Microlight3D）
雙光子聚合 (TPP)
另一種微型3D打印技術(shù)TPP（也稱為2PP）可以歸為SLA，因為它也使用激光和光敏樹脂，它可以打印比 μSLA 更小的部件，小至 0.1 微米。TPP使用脈沖飛秒激光聚焦到一大桶特殊樹脂中的一個狹窄點。然后使用該點固化樹脂中的單個3D像素，也稱為體素。通過在預(yù)定義的路徑中逐層依次固化這些納米級到微米級的小體素。TPP 目前用于研究、醫(yī)療應(yīng)用和微型零件的制造，例如微型電極和光學(xué)傳感器。
△微型 3D 打?。篢PP 技術(shù)
2.數(shù)字光處理 (DLP)
△Anycubic、Carbon 和 ETEC 的 DLP 3D 打印部件
DLP 3D 打印使用數(shù)字光投射器（而不是激光）在一層或樹脂上同時閃爍每一層的單個圖像（或為較大的部件多次曝光）。DLP（比 SLA 更常見）用于在單個批次中生產(chǎn)更大的零件或更大體積的零件，因為無論構(gòu)建中有多少零件，每一層曝光都需要完全相同的時間，比SLA 中的點激光方法效率更高。每一層的圖像都由正方形像素組成，導(dǎo)致一層由稱為體素的小矩形塊形成。使用發(fā)光二極管 (LED) 屏幕或 UV 光源（燈）將光投射到樹脂上，并通過數(shù)字微鏡設(shè)備 (DMD) 將光投射到構(gòu)建表面。
△數(shù)字光處理 (DLP) 樹脂 3D 打印機有從業(yè)余愛好版本也有完整的制造生產(chǎn)機器
現(xiàn)代 DLP 投影儀通常有數(shù)千個微米大小的 LED 作為光源。它們的開關(guān)狀態(tài)是單獨控制的，可以提高 XY 分辨率。并不是所有的 DLP 3D 打印機都是一樣的，光源的功率、它通過的鏡頭、DMD 的質(zhì)量以及構(gòu)成一臺價值 300 美元的機器的許多其他零部件都有很大的不同與超過 200,000 美元的機器相比。
自上而下的 DLP
一些 DLP 3D 打印機的光源安裝在打印機的頂部，向下照射到樹脂桶上，而不是向上照射。這些“自上而下”的機器從頂部閃現(xiàn)一層圖像，一次固化一層，然后將固化層放回大桶中。每次降低構(gòu)建板時，安裝在大桶頂部的重涂機都會在樹脂上來回移動以整平新層。制造商表示，由于打印過程不會對抗重力，因此這種方法可以為較大的打印件產(chǎn)生更穩(wěn)定的零件輸出。自下而上打印時，可以從構(gòu)建板上垂直懸掛多少重量是有限制的。樹脂桶還在打印時支撐打印件，減少了對支撐結(jié)構(gòu)的需求。
△BMF 的 MicroArch S230 可以打印小至 2 微米的聚合物或陶瓷的詳細(xì)部件（來源：BMF）
投影微立體光刻 (PμSL)
作為一種獨特類型的桶聚合本身，將PμSL 歸為 DLP 的子類別。這是另一種微型3D打印技術(shù)。PμSL 使用來自投影儀的紫外線來固化微米級（2 微米分辨率和低至 5 微米層高）的特殊配方樹脂層。這種增材制造技術(shù)因其低成本、準(zhǔn)確性、速度以及可使用的材料范圍（包括聚合物、生物材料和陶瓷）而不斷發(fā)展。它已顯示出從微流體和組織工程到微光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)微型設(shè)備的應(yīng)用潛力。
基于光刻的金屬制造 (LMM)
這是DLP的另一個”遠(yuǎn)親“，這種使用光和樹脂進行3D打印的方法可以為手術(shù)工具和微機械零件等應(yīng)用創(chuàng)建微小的金屬零件。在 LMM 中，金屬粉末均勻分散在光敏樹脂中，然后通過投影儀用藍光曝光進行選擇性聚合。打印后，素坯部件的聚合物成分被去除，留下全金屬的脫脂部件，這些部件在熔爐中的燒結(jié)過程中完成。原料包括不銹鋼、鈦、鎢、黃銅、銅、銀和金。
△使用 LMM 技術(shù)在 Incus 3D 打印上制作的微型金屬 3d 打印部件
3.液晶顯示器 (LCD)
△來自 Elegoo、Photocentric 和 Nexa3D 的 LCD 3D 打印部件。
液晶顯示器 (LCD)，也稱為掩模立體光刻 (MSLA)，與上述 DLP 非常相似，不同之處在于它使用 LCD 屏幕而不是數(shù)字微鏡設(shè)備 (DMD)，這對 3D 打印機的價格有顯著影響。與 DLP 一樣，LCD 光掩模是數(shù)字顯示的，由方形像素組成。LCD 光掩模的像素大小決定了打印的粒度。因此，XY 精度是固定的，不依賴于鏡頭的變焦或縮放程度，就像 DLP 的情況一樣。DLP 的打印機和 LCD 技術(shù)之間的另一個區(qū)別是，后者使用數(shù)百個單獨發(fā)射器的陣列，而不是像激光二極管或 DLP 燈泡那樣的單點發(fā)射光源。
△如今，LCD 樹脂 3D 打印技術(shù)正在從消費機器轉(zhuǎn)向工業(yè)機器
與 DLP 類似，LCD 在某些條件下可以實現(xiàn)比 SLA 更快的打印時間。這是因為整個層一次曝光，而不是用激光點追蹤橫截面積。由于 LCD 單元成本低，這項技術(shù)已成為低價桌面樹脂打印機領(lǐng)域的首選技術(shù)，但這并不意味著它沒有得到專業(yè)使用，一些工業(yè) 3D 打印機制造商正在突破技術(shù)極限并取得令人矚目的成果。
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。來自激光的能量融合粉末層上的特定點，然后沉積另一個粉末層并融合到前一層。重復(fù)該過程，直到制造出整個物體，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 可以制造具有高機械性能（包括強度、耐磨性和耐用性）的部件，用于消費品、機械和工具的最終用途。該細(xì)分市場中的3D打印機越來越便宜（起價在 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）
●常見應(yīng)用：功能部件、復(fù)雜管道（空心設(shè)計）、小批量部件生產(chǎn)
●優(yōu)勢：功能部件、出色的機械性能、復(fù)雜的幾何形狀
●缺點：機器成本較高，通常是高成本材料，建造速度較慢
1.選擇性激光燒結(jié) (SLS)
△Sinterit 的 SLS 3D 打印部件
選擇性激光燒結(jié) (SLS) 使用激光從塑料粉末中制造物體。首先，將一箱聚合物粉末加熱到剛好低于聚合物熔點的溫度。然后使用重涂刀片或擦拭器將一層非常薄的粉末材料（通常為 0.1 毫米厚）沉積到構(gòu)建平臺上。激光開始根據(jù)數(shù)字模型中布置的圖案掃描表面。激光選擇性地?zé)Y(jié)粉末并凝固物體的橫截面。當(dāng)掃描整個橫截面時，構(gòu)建平臺在高度上向下移動一層厚度。重涂刀片在最近掃描的層上沉積一層新的粉末，激光將物體的下一個橫截面燒結(jié)到先前固化的橫截面上。
△可以手動或自動對 SLS 3D 打印部件進行除粉和清潔
重復(fù)這些步驟，直到制造出所有物體。未燒結(jié)的粉末保留在原位以支撐物體，這減少或消除了對支撐結(jié)構(gòu)的需要。從粉末床中取出零件并進行清潔后，無需其他必要的后處理步驟。零件可以拋光、涂層或著色。SLS 3D 打印機之間有許多差異化因素，不僅包括它們的尺寸，還包括激光的功率和數(shù)量、激光的光斑大小、加熱床的時間和方式以及粉末的分布方式等。SLS 3D 打印中最常見的材料是尼龍（PA6、PA12），但也可以使用 TPU 和其他材料打印出柔韌的部件。
△SLS 3D 打印機使用聚合物粉末和激光來形成固體零部件
2.微選擇性激光燒結(jié) (μSLS)
μSLS 屬于 SLS 或下文所述的激光粉末床融合 (LPBF)的技術(shù)。它使用激光來燒結(jié)粉末狀材料，例如 SLS，但這種材料通常是金屬而不是塑料，因此它更像是 LPBF。它是另一種微型 3D 打印技術(shù)，可以以微型（低于 5 μm）的分辨率創(chuàng)建零件。
△來自 3D MicroPrint 的金屬 3D 微打印
在 μSLS 中，將一層金屬納米顆粒墨水涂在基材上，然后干燥以產(chǎn)生均勻的納米顆粒層。接下來，使用數(shù)字微鏡陣列圖案化的激光用于加熱納米粒子并將其燒結(jié)成所需的圖案。然后重復(fù)這組步驟以在 μSLS 系統(tǒng)中構(gòu)建 3D 部件的每一層。
3.激光粉末床融合 (LPBF)
△顯示 SLM 精度的 Xact Metal 測試件（來源：Xact Metal）
在所有 3D 打印技術(shù)中，這一項的別名最多。這種金屬 3D 打印方法的正式名稱為激光粉末床熔化 (LPBF)，也被廣泛稱為直接金屬激光燒結(jié) (DMLS) 和選擇性激光熔化 (SLM)。在這項技術(shù)發(fā)展的早期，機器制造商為相同的過程創(chuàng)建了自己的名稱，這些名稱一直沿用至今。特別指出，上述這三個術(shù)語指的是同一過程，即使某些機械細(xì)節(jié)有所不同。
作為粉末床融合的一種子類型，LPBF 使用一個金屬粉末床和一個或多個（最多 12 個）高功率激光器。LPBF 3D 打印機使用激光在分子基礎(chǔ)上逐層選擇性地將金屬粉末融合在一起，直到模型完成。LPBF是一種高度精確的 3D 打印方法，通常用于為航空航天、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)建復(fù)雜的金屬零件。
△Sandvik 的 LPBF 金屬 3D 打印
與 SLS 一樣，LPBF 3D 打印機從分成切片的數(shù)字模型開始。打印機將粉末裝入構(gòu)建室，然后用刮刀（如擋風(fēng)玻璃刮水器）或滾筒將其在構(gòu)建板上鋪成薄層。激光將層追蹤到粉末上。然后構(gòu)建平臺向下移動，再涂上一層粉末并與第一層融合，直到構(gòu)建出整個物體。構(gòu)建室是封閉的、密封的，并且在許多情況下充滿了惰性氣體，例如氮氣或氬氣混合物，以確保金屬在熔化過程中不會氧化，并有助于清除熔化過程中的碎屑。打印后，零件從粉末床中取出、清洗，并經(jīng)常進行二次熱處理以消除應(yīng)力。剩余的粉末被回收再利用。
LPBF 3D 打印機的差異化因素包括激光器的類型、強度和數(shù)量。小型緊湊型 LPBF 打印機可能有一個 30 瓦的激光器，而工業(yè)版本可能有 12 個 1,000 瓦的激光器。LPBF 機器使用常見的工程合金，例如不銹鋼、鎳高溫合金和鈦合金。有數(shù)十種金屬可用于 LPBF 工藝。
△來自 One Click Metal、Farsoon、Kurtz Ersa 的 LPBF 3D 打印機。
3.電子束熔煉 (EBM)
△電子束熔化 (EBM)
EBM，也稱為電子束粉末床熔合 (EB PBF)，是一種類似于 LPBF 的金屬 3D 打印方法，但使用電子束而不是光纖激光器。該技術(shù)用于制造零件，例如鈦骨科植入物、噴氣發(fā)動機的渦輪葉片和銅線圈。
電子束產(chǎn)生更多的能量和熱量，這是某些金屬和應(yīng)用所需要的。而且EBM 不是惰性氣體環(huán)境，而是在真空室中進行，以防止光束散射。構(gòu)建室溫度最高可達 1,000 °C，在某些情況下甚至更高。因為電子束使用電磁束控制，所以它的移動速度比激光快，甚至可以分開以同時曝光多個區(qū)域。
△來自 JEOL、GE Additive 和 Wayland Additive 的電子束熔化 (EBM) 金屬 3D 打印機。
EBM 優(yōu)于 LPBF 的優(yōu)勢之一是它能夠處理導(dǎo)電材料和反射金屬，例如銅。EBM 的另一個特點是能夠在構(gòu)建室中將單獨的部件相互嵌套或堆疊，因為它們不一定必須連接到構(gòu)建板上，這大大增加了體積輸出。與激光相比，電子束通常會產(chǎn)生更大的層厚度和更粗糙的表面特征。由于構(gòu)建室中的高溫，EBM 打印部件可能不需要通過打印后熱處理來消除應(yīng)力。
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：光敏樹脂（標(biāo)準(zhǔn)、澆注、透明、耐高溫）、蠟
●尺寸精度： ±0.1 mm
●常見應(yīng)用：全彩產(chǎn)品原型、類似注塑模具的原型、低運行注塑模具、醫(yī)療模型、時裝
●優(yōu)勢：帶紋理的表面光潔度、全彩和多種材料可用
●缺點：材料有限，不適合要求精密的機械零件，成本高于用于視覺目的的其他樹脂技術(shù)
1.材料噴射 (M-Jet)
△Stratasys 的材料噴射 3D 打印部件
聚合物的材料噴射 (M-Jet) 是一種 3D 打印工藝，其中一層光敏樹脂被選擇性地沉積到構(gòu)建板上并用紫外線 (UV) 光固化。在一層沉積和固化后，構(gòu)建平臺降低一層厚度，重復(fù)該過程以構(gòu)建 3D 對象。M-Jet 將樹脂 3D 打印的高精度與線材 3D 打印 (FDM) 的速度相結(jié)合，以創(chuàng)建具有逼真的顏色和紋理的零件和原型。
所有材料噴射3D打印技術(shù)都不完全相同。打印機制造商和專有材料之間存在差異。M-Jet 機器以逐行方式從多排打印頭沉積構(gòu)建材料。這種方法使打印機能夠在不影響構(gòu)建速度的情況下在一條線上制造多個對象。只要模型在構(gòu)建平臺上正確排列，并優(yōu)化每條構(gòu)建線內(nèi)的空間，M-Jet 就可以比許多其他類型的樹脂 3D 打印機更快地生產(chǎn)零件。
△來自 Stratasys、DP Polar / 3D Systems 和 Mimaki 的材料噴射 3D 打印機
用 M-Jet 制造的物體需要支撐，它在構(gòu)建過程中由可溶解材料同時打印，該材料在后處理階段被去除。M-Jet 是為數(shù)不多的 3D 打印技術(shù)之一，可提供由多材料打印和全彩色制成的物體。材料噴射機沒有愛好者版本，這些機器更適用于汽車制造商、工業(yè)設(shè)計公司、藝術(shù)工作室、醫(yī)院和所有類型的產(chǎn)品制造商的專業(yè)人士，他們希望創(chuàng)建準(zhǔn)確的原型來測試概念并更快地將產(chǎn)品推向市場。與桶聚合技術(shù)不同，M-Jet 不需要后固化，因為打印機中的紫外線會完全固化每一層。
氣溶膠射流
Aerosol Jet 是一家名為 Optomec 的公司開發(fā)的一項獨特技術(shù)，主要用于 3D 打印電子產(chǎn)品。電阻器、電容器、天線、傳感器和薄膜晶體管等組件均采用氣溶膠噴射技術(shù)打印。它可以粗略地比作噴漆，但它與工業(yè)涂層工藝的區(qū)別在于它可以用于打印完整的 3D 物體。
將電子墨水放入霧化器中，霧化器會產(chǎn)生直徑在 1 至 5 微米之間的液滴。然后氣溶膠霧被輸送到沉積頭，被鞘氣聚焦，從而產(chǎn)生高速粒子噴霧。由于整個過程使用了能量，該技術(shù)有時也被稱為定向能量沉積，但由于材料在這種情況下呈液滴狀，因此我們將其包含在材料噴射中。
塑料自由成型
德國公司 Arburg 創(chuàng)造了一種稱為塑料自由成型 (APF) 的技術(shù)，它是擠出技術(shù)和材料噴射技術(shù)的結(jié)合。它使用市售的塑料顆粒，這些塑料顆粒在注塑成型過程中熔化并移至卸料單元。高頻噴嘴關(guān)閉產(chǎn)生每秒多達 200 個直徑在 0.2 至 0.4 毫米之間的塑料小液滴的快速打開和關(guān)閉運動。液滴在冷卻時與硬化材料結(jié)合。一般來說，不需要后期處理。如果使用了支撐材料，則必須將其移除。
2.納米粒子噴射 (NPJ)
△使用納米粒子噴射技術(shù)和 XJet 3D 打印機創(chuàng)建的金屬部件
NanoParticle Jetting (NPJ) 是為數(shù)不多的難以歸類的專有技術(shù)之一，由一家名為 XJet 的公司開發(fā)，它使用帶有數(shù)千個噴墨噴嘴的打印頭陣列，可同時將數(shù)百萬個超細(xì)材料滴噴射到超薄層的構(gòu)建托盤上，同時同時噴射支撐材料。金屬或陶瓷顆粒懸浮在液體中。該過程在高溫下發(fā)生，噴射時液體蒸發(fā)，大部分只留下金屬或陶瓷材料。生成的 3D 部件僅殘留少量粘合劑，這些粘合劑在燒結(jié)后處理中被去除。
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。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。無論是金屬、塑料、沙子還是其他粉末材料，粘合劑噴射過程都是相同的。
首先，重涂刀片在構(gòu)建平臺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，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)建平臺向下移動，刀片重新涂覆表面。然后重復(fù)該過程，直到整個部分完成。
粘合劑噴射的獨特之處在于打印過程中沒有熱量。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，通常會留下來固化。然后將零件從粉末倉中取出，收集多余的粉末并可重復(fù)使用。從這里開始，根據(jù)材料的不同，需要進行后處理，但沙子除外，沙子通常可以直接從打印機中用作型芯或模具。當(dāng)粉末是金屬或陶瓷時，涉及加熱的后處理會熔化掉粘合劑，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）
●常見應(yīng)用：功能性金屬零件、全彩模型、砂鑄件和模具
●優(yōu)勢：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、無支撐設(shè)計靈活性
●缺點：對金屬來說是一個多步驟的過程，聚合物部件不耐用
1.金屬粘合劑噴射
△惠普使用金屬噴射技術(shù)的不銹鋼 3D 打印部件
Binder Jetting 還可用于制造具有復(fù)雜幾何形狀的固體金屬物體，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)制造技術(shù)的能力。金屬粘合劑噴射是一種非常有吸引力的技術(shù)，可用于批量生產(chǎn)金屬零件并實現(xiàn)輕量化。由于粘合劑噴射可以打印具有復(fù)雜圖案填充而不是實體的零件，因此所得零件的重量大大減輕，但強度卻保持不變。粘合劑噴射的孔隙率特征也可用于實現(xiàn)醫(yī)療應(yīng)用的較輕端部件，例如植入物。
總的來說，金屬粘結(jié)劑噴射零件的材料性能與金屬注射成型生產(chǎn)的金屬零件相當(dāng)，是金屬零件批量生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的制造方法之一。此外，粘合劑噴射部件表現(xiàn)出更高的表面光滑度，尤其是在內(nèi)部通道中。
△金屬粘合劑噴射 3D 打印機為最終用途應(yīng)用生產(chǎn)精細(xì)精細(xì)的固體金屬部件
金屬粘合劑噴射部件需要在打印后進行二次加工才能獲得良好的機械性能。剛從打印機出來，零件基本上由用聚合物粘合劑粘合在一起的金屬顆粒組成。這些所謂的“素坯部件”很脆弱，無法按原樣使用。打印零件從金屬粉末床中取出（稱為脫粉的過程）后，它們將在爐中進行熱處理（稱為燒結(jié)的過程）。打印參數(shù)和燒結(jié)參數(shù)都針對特定部件的幾何形狀、材料和所需密度進行了調(diào)整。有時使用青銅或其他金屬來滲透粘合劑噴射部件中的空隙，從而實現(xiàn)零孔隙率。
2.塑料粘合劑噴射
△塑料粘合劑噴射
塑料粘合劑噴射是一種與金屬粘合劑噴射非常相似的工藝，因為它也使用粉末和液體粘合劑，但應(yīng)用卻大不相同。打印完成后，塑料部件會從其粉末床中取出并進行清潔，通常無需進一步處理即可使用，但這些部件缺乏 3D 打印工藝中的強度和耐用性。塑料粘合劑噴射部件可以填充另一種材料以提高強度。使用聚合物進行粘合劑噴射因其能夠生產(chǎn)用于醫(yī)學(xué)建模和產(chǎn)品原型的多色部件。
3.砂粘合劑噴射
△砂粘合劑噴射
砂粘合劑噴射與塑料粘合劑噴射在打印機和打印流程上有所不同，所以這里將其進行區(qū)分。生產(chǎn)大型砂鑄模具、模型和型芯是粘合劑噴射技術(shù)最常見的用途之一。該工藝的低成本和速度使其成為鑄造廠的絕佳解決方案，因為使用傳統(tǒng)技術(shù)很難在幾小時內(nèi)生產(chǎn)精細(xì)圖案設(shè)計。
工業(yè)發(fā)展的未來不斷對代工廠和供應(yīng)商提出高要求。沙子3D打印正處于其潛力的開端。打印后，打印人員需要將型芯和模具從構(gòu)建區(qū)域移除并清潔以去除任何松散的沙子。模具通?？梢粤⒓礈?zhǔn)備好進行鑄造。鑄造后，模具被拆開，最終的金屬部件被移除。
4.多射流融合 (MJF)
△巴斯夫和惠普合作為 MJF 開發(fā)了一種新型工業(yè)級聚丙烯
另一種獨特且品牌特定的 3D 打印工藝不容易歸入任何現(xiàn)有類別，實際上也不是粘合劑噴射，這就是HP 的Multi Jet Fusion。MJF 是一種聚合物 3D 打印技術(shù)，使用粉末材料、液體融合材料和細(xì)化劑。它不被認(rèn)為是粘合劑噴射的原因是在這個過程中增加了熱量，這會產(chǎn)生強度和耐用性更高的部件，而且液體并不完全是粘合劑。該過程的名稱來源于執(zhí)行打印過程的多個噴墨頭。
在 Multi Jet Fusion 打印過程中，打印機在打印床上鋪設(shè)一層材料粉末，通常是尼龍。在此之后，噴墨頭穿過粉末并將熔化劑和細(xì)化劑沉積在其上。然后紅外線加熱裝置在打印品上移動。無論在何處添加助熔劑，下層都會熔化在一起，而帶有細(xì)化劑的區(qū)域仍保持粉末狀。粉狀部分脫落，產(chǎn)生所需的幾何形狀。這也消除了對建模支持的需要，因為下層支持打印在它們上面的層。為了完成打印過程，整個粉末床以及其中的打印部件被移動到一個單獨的處理站，大部分松散的未熔融粉末被抽真空，可以重復(fù)使用。
Multi Jet Fusion 是一種多功能技術(shù)，已在汽車、醫(yī)療保健和消費品等多個行業(yè)中得到應(yīng)用。
△HP Jet Fusion 5200 系列是 HP Multi Jet Fusion 3D 打印機的多種尺寸和樣式之一（來源：惠普）
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被強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。
該技術(shù)用于逐層打印，通常隨后進行 CNC 加工，以實現(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，在同一臺機器中包含 DED 和 CNC 單元的混合 3D 打印機。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)建一個堅固的金屬部件，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：高堆積率，能夠向現(xiàn)有組件添加金屬
●缺點：由于無法制作支撐結(jié)構(gòu)而無法制作復(fù)雜的形狀，通常表面光潔度和精度較差
1.激光定向能量沉積
△使用激光和粉末金屬的 3D 打印金屬
激光定向能量沉積 (L-DED)，也稱為激光金屬沉積 (LMD) 或激光工程凈成形 (LENS)，使用通過一個或多個噴嘴送出金屬粉末或金屬絲，并通過強大的激光熔化構(gòu)建平臺或金屬部件上。隨著噴嘴和激光的移動或零件在多軸轉(zhuǎn)盤上的移動，物體會逐層堆積。構(gòu)建速度比粉末床熔化更快，但會導(dǎo)致表面質(zhì)量降低和精度顯著降低，通常需要大量的后加工。激光 DED 打印機通常具有充滿氬氣的密封室以避免氧化。在處理反應(yīng)性較低的金屬時，它們還可以僅使用局部氬氣或氮氣進行操作。
該工藝中常用的金屬包括不銹鋼、鈦和鎳合金。這種打印方法通常用于修復(fù)高端航空和汽車部件，例如噴氣發(fā)動機葉片，但也用于生產(chǎn)整個部件。
△Meltio M450 送絲激光 DED 3D 打印機、Optomec LENS CS 600 金屬粉末送料激光 DED 3D 打印機和 DMG Mori Lasertec 65 DED 送粉激光 DED 3D 打印機。
2.電子束定向能量沉積
△電子束 DED 3D 打印
電子束 DED，也稱為線電子束能量沉積，是一種與激光 DED 非常相似的 3D 打印工藝。它是在真空室中進行的，可以生產(chǎn)出非常干凈、高質(zhì)量的金屬。當(dāng)一根金屬絲通過一個或多個噴嘴時，它會被電子束熔化。層是單獨構(gòu)建的，電子束形成一個微小的熔池，焊絲由送絲機送入熔池。在處理高性能金屬和活性金屬（例如銅、鈦、鈷和鎳合金）時，選擇電子束用于 DED。
DED 機器實際上在打印尺寸方面不受限制。例如，3D 打印機制造商 Sciaky 擁有一臺 EB DED 機器，可以以每小時 3 到 9 公斤材料的速度生產(chǎn)近 6 米長的零件。電子束 DED 被吹捧為制造金屬部件最快的方法之一，盡管不是最精確的，這使其成為構(gòu)建大型結(jié)構(gòu)（例如機身）或替換零件（例如渦輪葉片）的理想加工技術(shù)。
△線材電子束沉積3D打印
3.線控能量沉積
△Gefertec 電弧增材制造 (WAAM) 打印
Wire Directed Energy Deposition，也稱為Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)，是一種 3D 打印，它使用等離子或電弧形式的能量來熔化線材形式的金屬，并通過機械臂將金屬一層一層地沉積到表面，例如多軸轉(zhuǎn)盤，形成一個形狀。之所以選擇這種方法而不是選擇激光或電子束的類似技術(shù)，是因為它不需要密封室，并且可以使用與傳統(tǒng)焊接相同的金屬（有時是完全相同的材料）。
電直接能量沉積被認(rèn)為是 DED 技術(shù)中最具成本效益的選擇，可以使用現(xiàn)有的弧焊機器人和電源，因此進入門檻相對較低。但與焊接不同，這項技術(shù)使用復(fù)雜的軟件來控制過程中的一系列變量，包括機械臂的熱管理和工具路徑。這種技術(shù)沒有要移除的支撐結(jié)構(gòu)，成品零件通常在必要時經(jīng)過 CNC 加工以達到嚴(yán)格的公差或表面拋光。
△Gefertec 和 WAAM3D 的線弧增材制造 3D 打印機。
事實上，3D 打印也稱為增材制造，是一個總稱，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)鍵過程是相同的。例如，所有 3D 打印都從數(shù)字模型開始，因為該技術(shù)本質(zhì)上是數(shù)字化的。零件或產(chǎn)品最初是使用計算機輔助設(shè)計 (CAD) 軟件設(shè)計或從數(shù)字零件庫獲取的電子文件。然后設(shè)計文件通過特殊的構(gòu)建準(zhǔn)備軟件將其分解成切片或?qū)右赃M行 3D 打印，生成3D打印機要遵循的路徑指令。接下來您將了解這些技術(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劃分，國際標(biāo)準(zhǔn)組織 (ISO) 將其分為七種一般類型(但這七個3D打印類別也難以涵蓋越來越多的技術(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：材料通過噴嘴擠出。通常情況下，這種材料是一種塑料細(xì)絲，通過一個加熱的噴嘴進行熔化和擠出。打印機沿著通過軟件得到的工藝路徑將材料放置在構(gòu)建平臺上。然后燈絲冷卻并凝固形成固體物體。這是最常見的 3D 打印形式。乍一看這聽起來很簡單，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，這其實是一個非常廣泛的類別。這種類型的 3D 打印機價格從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）
●常見應(yīng)用：原型、電氣外殼、形狀和配合測試、夾具和夾具、熔模鑄造模型、房屋等。
●優(yōu)勢：成本最低的 3D 打印方法，材料范圍廣
●缺點：通常材料性能較低（強度、耐用性等），通常尺寸精度不高
1.熔融沉積成型 (FDM)
△FDM 零件可以在各種 3D 打印機上用金屬或塑料制成
FDM 3D 打印機是一個價值數(shù)十億美元的市場，擁有數(shù)以千計的機器，從基本型號到制造商的復(fù)雜型號。FDM機器被稱為熔絲制造 (FFF)，這是完全相同的技術(shù)。與所有 3D 打印技術(shù)一樣，F(xiàn)DM 從數(shù)字模型開始，然后將其轉(zhuǎn)換為3D打印機可以遵循的路徑。使用 FDM，將線軸上的一根（或一次幾根）燈絲裝入 3D 打印機，然后送入擠出頭中的打印機噴嘴。打印機噴嘴或多個噴嘴被加熱到所需溫度，使燈絲軟化，從而使連續(xù)的層連接起來形成一個堅固的部件。
當(dāng)打印機沿 XY 平面上的指定坐標(biāo)移動擠出頭時，它會繼續(xù)鋪設(shè)第一層。然后擠出頭上升到下一個高度（Z 平面），重復(fù)打印橫截面的過程，一層一層地構(gòu)建，直到物體完全成型。根據(jù)對象的幾何形狀，有時需要添加支撐結(jié)構(gòu)以在打印時支撐模型，例如，如果模型具有陡峭的懸垂部分。這些支撐在打印后被移除。一些支撐結(jié)構(gòu)材料可以溶解在水或另一種溶液中。
△FDM 3D 打印機為業(yè)余愛好者、小型企業(yè)和制造商提供范圍廣泛的機器（來源：Creality、Raise3D、Stratasys）
2.3D生物打印
△3D 生物打印與傳統(tǒng) 3D 打印類似，但原料差異很大
3D 生物打印或生物 3D 打印是一種增材制造工藝，其中將有機或生物材料（例如活細(xì)胞和營養(yǎng)素）結(jié)合起來以創(chuàng)建類似組織的天然三維結(jié)構(gòu)。換句話說，生物打印是一種3D打印，可以生產(chǎn)從骨骼組織和血管到活組織的任何東西。它用于各種醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用，包括組織工程、藥物測試和開發(fā)，以及創(chuàng)新的再生醫(yī)學(xué)療法。3D 生物打印的實際定義仍在不斷發(fā)展。從本質(zhì)上講，3D 生物打印的工作原理與 FDM 3D 打印類似，并且屬于材料擠出系列。（盡管擠出并不是唯一的生物打印方法）
3D 生物打印使用從針排出的材料(生物墨水)來創(chuàng)建打印層。這些被稱為生物墨水的材料主要由活物質(zhì)組成，例如載體材料中的細(xì)胞——如膠原蛋白、明膠、透明質(zhì)酸、蠶絲、海藻酸鹽或納米纖維素，充當(dāng)結(jié)構(gòu)生長和營養(yǎng)物質(zhì)的分子支架，提供支持。
3.建筑 3D 打印
△建筑 3D 打印
建筑 3D 打印是一個快速發(fā)展的材料擠出領(lǐng)域。該技術(shù)涉及使用超大型 3D 打印機（通常高達數(shù)十米）從噴嘴中擠出混凝土等建筑材料。這些機器通常以龍門架或機械臂系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。3D建筑打印技術(shù)如今用于住宅、建筑特色以及從水井到墻壁的建筑項目。有研究者表示，它有可能顯著改變整個建筑行業(yè)，因為它減少了勞動力需求并減少了建筑垃圾。
美國和歐洲有數(shù)十座 3D 打印房屋，并且正在研究開發(fā) 3D 建筑技術(shù)，該技術(shù)將使用在月球和火星上發(fā)現(xiàn)的材料為未來的探險隊建造棲息地。用當(dāng)?shù)赝寥来婊炷链蛴∽鳛橐环N更可持續(xù)的建筑方法也受到關(guān)注。
二、還原聚合
△使用激光的還原聚合
桶聚合（也稱為樹脂 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）光敏聚合物樹脂。換句話說，光線精確地指向液體塑料的特定點或區(qū)域以使其硬化。第一層固化后，構(gòu)建平臺將向上或向下移動（取決于打印機）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)此過程，直到形成 3D 部件。3D 打印過程完成后，清潔物體以去除剩余的液態(tài)樹脂并進行后固化（在陽光下或紫外線室中）以增強部件的機械性能。
三種最常見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脂的方式。
△大桶聚合利用光逐層硬化光敏樹脂
一些 3D 打印機制造商，尤其是那些制造專業(yè)級 3D 打印機的制造商，已經(jīng)開發(fā)出獨特且獲得專利的 光聚合變體，因此您可能會在市場上看到不同的技術(shù)名稱。一家工業(yè) 3D 打印機制造商 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、消費品
●優(yōu)勢：光滑的表面光潔度，精細(xì)的特征細(xì)節(jié)
1.立體光刻 (SLA)
△立體光刻 (SLA)來自 3D Systems、DWS 和 Formlabs 的 SLA 3D 打印示例
SLA是世界上第一個3D打印技術(shù)。立體光刻技術(shù)由查克·赫爾 (Chuck Hull) 于 1986 年發(fā)明，他為該技術(shù)申請了專利，并成立了 3D Systems 公司以將其商業(yè)化。如今，該技術(shù)可供來自眾多 3D 打印機制造商的愛好者和專業(yè)人士使用。SLA使用激激光束對準(zhǔn)一桶樹脂，選擇性地固化打印區(qū)域內(nèi)物體的橫截面，逐層建造。當(dāng)大多數(shù) SLA 打印機使用固態(tài)激光來固化部件。這種桶聚合的一個缺點是，與我們的下一種方法 (DLP) 相比，點激光可能需要更長的時間來追蹤物體的橫截面，后者會閃爍光線以立即硬化整個層。然而，激光可以產(chǎn)生更強的光，這是某些工程級樹脂所需要的。
△SLA 3D 打印機使用一個或多個激光一次追蹤和固化單層樹脂
微立體光刻 (μSLA)
微立體光刻技術(shù)可以打印微型部件，分辨率在 2 微米 (μm) 到 50 微米之間。作為參考，人類頭發(fā)的平均寬度為 75 微米。它是“微型 3D 打印”技術(shù)之一。μSLA 涉及將感光材料（液態(tài)樹脂）暴露在紫外激光下。不同之處在于專用樹脂、激光的復(fù)雜性以及透鏡的添加，它們會產(chǎn)生幾乎令人難以置信的小光點。
△Nanoscribe 和 Microlight3D 是 TPP 3D 打印機的兩家領(lǐng)先制造商（來源：Nanoscribe、Microlight3D）
雙光子聚合 (TPP)
另一種微型3D打印技術(shù)TPP（也稱為2PP）可以歸為SLA，因為它也使用激光和光敏樹脂，它可以打印比 μSLA 更小的部件，小至 0.1 微米。TPP使用脈沖飛秒激光聚焦到一大桶特殊樹脂中的一個狹窄點。然后使用該點固化樹脂中的單個3D像素，也稱為體素。通過在預(yù)定義的路徑中逐層依次固化這些納米級到微米級的小體素。TPP 目前用于研究、醫(yī)療應(yīng)用和微型零件的制造，例如微型電極和光學(xué)傳感器。
△微型 3D 打?。篢PP 技術(shù)
2.數(shù)字光處理 (DLP)
△Anycubic、Carbon 和 ETEC 的 DLP 3D 打印部件
DLP 3D 打印使用數(shù)字光投射器（而不是激光）在一層或樹脂上同時閃爍每一層的單個圖像（或為較大的部件多次曝光）。DLP（比 SLA 更常見）用于在單個批次中生產(chǎn)更大的零件或更大體積的零件，因為無論構(gòu)建中有多少零件，每一層曝光都需要完全相同的時間，比SLA 中的點激光方法效率更高。每一層的圖像都由正方形像素組成，導(dǎo)致一層由稱為體素的小矩形塊形成。使用發(fā)光二極管 (LED) 屏幕或 UV 光源（燈）將光投射到樹脂上，并通過數(shù)字微鏡設(shè)備 (DMD) 將光投射到構(gòu)建表面。
△數(shù)字光處理 (DLP) 樹脂 3D 打印機有從業(yè)余愛好版本也有完整的制造生產(chǎn)機器
現(xiàn)代 DLP 投影儀通常有數(shù)千個微米大小的 LED 作為光源。它們的開關(guān)狀態(tài)是單獨控制的，可以提高 XY 分辨率。并不是所有的 DLP 3D 打印機都是一樣的，光源的功率、它通過的鏡頭、DMD 的質(zhì)量以及構(gòu)成一臺價值 300 美元的機器的許多其他零部件都有很大的不同與超過 200,000 美元的機器相比。
自上而下的 DLP
一些 DLP 3D 打印機的光源安裝在打印機的頂部，向下照射到樹脂桶上，而不是向上照射。這些“自上而下”的機器從頂部閃現(xiàn)一層圖像，一次固化一層，然后將固化層放回大桶中。每次降低構(gòu)建板時，安裝在大桶頂部的重涂機都會在樹脂上來回移動以整平新層。制造商表示，由于打印過程不會對抗重力，因此這種方法可以為較大的打印件產(chǎn)生更穩(wěn)定的零件輸出。自下而上打印時，可以從構(gòu)建板上垂直懸掛多少重量是有限制的。樹脂桶還在打印時支撐打印件，減少了對支撐結(jié)構(gòu)的需求。
△BMF 的 MicroArch S230 可以打印小至 2 微米的聚合物或陶瓷的詳細(xì)部件（來源：BMF）
投影微立體光刻 (PμSL)
作為一種獨特類型的桶聚合本身，將PμSL 歸為 DLP 的子類別。這是另一種微型3D打印技術(shù)。PμSL 使用來自投影儀的紫外線來固化微米級（2 微米分辨率和低至 5 微米層高）的特殊配方樹脂層。這種增材制造技術(shù)因其低成本、準(zhǔn)確性、速度以及可使用的材料范圍（包括聚合物、生物材料和陶瓷）而不斷發(fā)展。它已顯示出從微流體和組織工程到微光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)微型設(shè)備的應(yīng)用潛力。
基于光刻的金屬制造 (LMM)
這是DLP的另一個”遠(yuǎn)親“，這種使用光和樹脂進行3D打印的方法可以為手術(shù)工具和微機械零件等應(yīng)用創(chuàng)建微小的金屬零件。在 LMM 中，金屬粉末均勻分散在光敏樹脂中，然后通過投影儀用藍光曝光進行選擇性聚合。打印后，素坯部件的聚合物成分被去除，留下全金屬的脫脂部件，這些部件在熔爐中的燒結(jié)過程中完成。原料包括不銹鋼、鈦、鎢、黃銅、銅、銀和金。
△使用 LMM 技術(shù)在 Incus 3D 打印上制作的微型金屬 3d 打印部件
3.液晶顯示器 (LCD)
△來自 Elegoo、Photocentric 和 Nexa3D 的 LCD 3D 打印部件。
液晶顯示器 (LCD)，也稱為掩模立體光刻 (MSLA)，與上述 DLP 非常相似，不同之處在于它使用 LCD 屏幕而不是數(shù)字微鏡設(shè)備 (DMD)，這對 3D 打印機的價格有顯著影響。與 DLP 一樣，LCD 光掩模是數(shù)字顯示的，由方形像素組成。LCD 光掩模的像素大小決定了打印的粒度。因此，XY 精度是固定的，不依賴于鏡頭的變焦或縮放程度，就像 DLP 的情況一樣。DLP 的打印機和 LCD 技術(shù)之間的另一個區(qū)別是，后者使用數(shù)百個單獨發(fā)射器的陣列，而不是像激光二極管或 DLP 燈泡那樣的單點發(fā)射光源。
△如今，LCD 樹脂 3D 打印技術(shù)正在從消費機器轉(zhuǎn)向工業(yè)機器
與 DLP 類似，LCD 在某些條件下可以實現(xiàn)比 SLA 更快的打印時間。這是因為整個層一次曝光，而不是用激光點追蹤橫截面積。由于 LCD 單元成本低，這項技術(shù)已成為低價桌面樹脂打印機領(lǐng)域的首選技術(shù)，但這并不意味著它沒有得到專業(yè)使用，一些工業(yè) 3D 打印機制造商正在突破技術(shù)極限并取得令人矚目的成果。
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。來自激光的能量融合粉末層上的特定點，然后沉積另一個粉末層并融合到前一層。重復(fù)該過程，直到制造出整個物體，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 可以制造具有高機械性能（包括強度、耐磨性和耐用性）的部件，用于消費品、機械和工具的最終用途。該細(xì)分市場中的3D打印機越來越便宜（起價在 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）
●常見應(yīng)用：功能部件、復(fù)雜管道（空心設(shè)計）、小批量部件生產(chǎn)
●優(yōu)勢：功能部件、出色的機械性能、復(fù)雜的幾何形狀
●缺點：機器成本較高，通常是高成本材料，建造速度較慢
1.選擇性激光燒結(jié) (SLS)
△Sinterit 的 SLS 3D 打印部件
選擇性激光燒結(jié) (SLS) 使用激光從塑料粉末中制造物體。首先，將一箱聚合物粉末加熱到剛好低于聚合物熔點的溫度。然后使用重涂刀片或擦拭器將一層非常薄的粉末材料（通常為 0.1 毫米厚）沉積到構(gòu)建平臺上。激光開始根據(jù)數(shù)字模型中布置的圖案掃描表面。激光選擇性地?zé)Y(jié)粉末并凝固物體的橫截面。當(dāng)掃描整個橫截面時，構(gòu)建平臺在高度上向下移動一層厚度。重涂刀片在最近掃描的層上沉積一層新的粉末，激光將物體的下一個橫截面燒結(jié)到先前固化的橫截面上。
△可以手動或自動對 SLS 3D 打印部件進行除粉和清潔
重復(fù)這些步驟，直到制造出所有物體。未燒結(jié)的粉末保留在原位以支撐物體，這減少或消除了對支撐結(jié)構(gòu)的需要。從粉末床中取出零件并進行清潔后，無需其他必要的后處理步驟。零件可以拋光、涂層或著色。SLS 3D 打印機之間有許多差異化因素，不僅包括它們的尺寸，還包括激光的功率和數(shù)量、激光的光斑大小、加熱床的時間和方式以及粉末的分布方式等。SLS 3D 打印中最常見的材料是尼龍（PA6、PA12），但也可以使用 TPU 和其他材料打印出柔韌的部件。
△SLS 3D 打印機使用聚合物粉末和激光來形成固體零部件
2.微選擇性激光燒結(jié) (μSLS)
μSLS 屬于 SLS 或下文所述的激光粉末床融合 (LPBF)的技術(shù)。它使用激光來燒結(jié)粉末狀材料，例如 SLS，但這種材料通常是金屬而不是塑料，因此它更像是 LPBF。它是另一種微型 3D 打印技術(shù)，可以以微型（低于 5 μm）的分辨率創(chuàng)建零件。
△來自 3D MicroPrint 的金屬 3D 微打印
在 μSLS 中，將一層金屬納米顆粒墨水涂在基材上，然后干燥以產(chǎn)生均勻的納米顆粒層。接下來，使用數(shù)字微鏡陣列圖案化的激光用于加熱納米粒子并將其燒結(jié)成所需的圖案。然后重復(fù)這組步驟以在 μSLS 系統(tǒng)中構(gòu)建 3D 部件的每一層。
3.激光粉末床融合 (LPBF)
△顯示 SLM 精度的 Xact Metal 測試件（來源：Xact Metal）
在所有 3D 打印技術(shù)中，這一項的別名最多。這種金屬 3D 打印方法的正式名稱為激光粉末床熔化 (LPBF)，也被廣泛稱為直接金屬激光燒結(jié) (DMLS) 和選擇性激光熔化 (SLM)。在這項技術(shù)發(fā)展的早期，機器制造商為相同的過程創(chuàng)建了自己的名稱，這些名稱一直沿用至今。特別指出，上述這三個術(shù)語指的是同一過程，即使某些機械細(xì)節(jié)有所不同。
作為粉末床融合的一種子類型，LPBF 使用一個金屬粉末床和一個或多個（最多 12 個）高功率激光器。LPBF 3D 打印機使用激光在分子基礎(chǔ)上逐層選擇性地將金屬粉末融合在一起，直到模型完成。LPBF是一種高度精確的 3D 打印方法，通常用于為航空航天、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)建復(fù)雜的金屬零件。
△Sandvik 的 LPBF 金屬 3D 打印
與 SLS 一樣，LPBF 3D 打印機從分成切片的數(shù)字模型開始。打印機將粉末裝入構(gòu)建室，然后用刮刀（如擋風(fēng)玻璃刮水器）或滾筒將其在構(gòu)建板上鋪成薄層。激光將層追蹤到粉末上。然后構(gòu)建平臺向下移動，再涂上一層粉末并與第一層融合，直到構(gòu)建出整個物體。構(gòu)建室是封閉的、密封的，并且在許多情況下充滿了惰性氣體，例如氮氣或氬氣混合物，以確保金屬在熔化過程中不會氧化，并有助于清除熔化過程中的碎屑。打印后，零件從粉末床中取出、清洗，并經(jīng)常進行二次熱處理以消除應(yīng)力。剩余的粉末被回收再利用。
LPBF 3D 打印機的差異化因素包括激光器的類型、強度和數(shù)量。小型緊湊型 LPBF 打印機可能有一個 30 瓦的激光器，而工業(yè)版本可能有 12 個 1,000 瓦的激光器。LPBF 機器使用常見的工程合金，例如不銹鋼、鎳高溫合金和鈦合金。有數(shù)十種金屬可用于 LPBF 工藝。
△來自 One Click Metal、Farsoon、Kurtz Ersa 的 LPBF 3D 打印機。
3.電子束熔煉 (EBM)
△電子束熔化 (EBM)
EBM，也稱為電子束粉末床熔合 (EB PBF)，是一種類似于 LPBF 的金屬 3D 打印方法，但使用電子束而不是光纖激光器。該技術(shù)用于制造零件，例如鈦骨科植入物、噴氣發(fā)動機的渦輪葉片和銅線圈。
電子束產(chǎn)生更多的能量和熱量，這是某些金屬和應(yīng)用所需要的。而且EBM 不是惰性氣體環(huán)境，而是在真空室中進行，以防止光束散射。構(gòu)建室溫度最高可達 1,000 °C，在某些情況下甚至更高。因為電子束使用電磁束控制，所以它的移動速度比激光快，甚至可以分開以同時曝光多個區(qū)域。
△來自 JEOL、GE Additive 和 Wayland Additive 的電子束熔化 (EBM) 金屬 3D 打印機。
EBM 優(yōu)于 LPBF 的優(yōu)勢之一是它能夠處理導(dǎo)電材料和反射金屬，例如銅。EBM 的另一個特點是能夠在構(gòu)建室中將單獨的部件相互嵌套或堆疊，因為它們不一定必須連接到構(gòu)建板上，這大大增加了體積輸出。與激光相比，電子束通常會產(chǎn)生更大的層厚度和更粗糙的表面特征。由于構(gòu)建室中的高溫，EBM 打印部件可能不需要通過打印后熱處理來消除應(yīng)力。
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：光敏樹脂（標(biāo)準(zhǔn)、澆注、透明、耐高溫）、蠟
●尺寸精度： ±0.1 mm
●常見應(yīng)用：全彩產(chǎn)品原型、類似注塑模具的原型、低運行注塑模具、醫(yī)療模型、時裝
●優(yōu)勢：帶紋理的表面光潔度、全彩和多種材料可用
●缺點：材料有限，不適合要求精密的機械零件，成本高于用于視覺目的的其他樹脂技術(shù)
1.材料噴射 (M-Jet)
△Stratasys 的材料噴射 3D 打印部件
聚合物的材料噴射 (M-Jet) 是一種 3D 打印工藝，其中一層光敏樹脂被選擇性地沉積到構(gòu)建板上并用紫外線 (UV) 光固化。在一層沉積和固化后，構(gòu)建平臺降低一層厚度，重復(fù)該過程以構(gòu)建 3D 對象。M-Jet 將樹脂 3D 打印的高精度與線材 3D 打印 (FDM) 的速度相結(jié)合，以創(chuàng)建具有逼真的顏色和紋理的零件和原型。
所有材料噴射3D打印技術(shù)都不完全相同。打印機制造商和專有材料之間存在差異。M-Jet 機器以逐行方式從多排打印頭沉積構(gòu)建材料。這種方法使打印機能夠在不影響構(gòu)建速度的情況下在一條線上制造多個對象。只要模型在構(gòu)建平臺上正確排列，并優(yōu)化每條構(gòu)建線內(nèi)的空間，M-Jet 就可以比許多其他類型的樹脂 3D 打印機更快地生產(chǎn)零件。
△來自 Stratasys、DP Polar / 3D Systems 和 Mimaki 的材料噴射 3D 打印機
用 M-Jet 制造的物體需要支撐，它在構(gòu)建過程中由可溶解材料同時打印，該材料在后處理階段被去除。M-Jet 是為數(shù)不多的 3D 打印技術(shù)之一，可提供由多材料打印和全彩色制成的物體。材料噴射機沒有愛好者版本，這些機器更適用于汽車制造商、工業(yè)設(shè)計公司、藝術(shù)工作室、醫(yī)院和所有類型的產(chǎn)品制造商的專業(yè)人士，他們希望創(chuàng)建準(zhǔn)確的原型來測試概念并更快地將產(chǎn)品推向市場。與桶聚合技術(shù)不同，M-Jet 不需要后固化，因為打印機中的紫外線會完全固化每一層。
氣溶膠射流
Aerosol Jet 是一家名為 Optomec 的公司開發(fā)的一項獨特技術(shù)，主要用于 3D 打印電子產(chǎn)品。電阻器、電容器、天線、傳感器和薄膜晶體管等組件均采用氣溶膠噴射技術(shù)打印。它可以粗略地比作噴漆，但它與工業(yè)涂層工藝的區(qū)別在于它可以用于打印完整的 3D 物體。
將電子墨水放入霧化器中，霧化器會產(chǎn)生直徑在 1 至 5 微米之間的液滴。然后氣溶膠霧被輸送到沉積頭，被鞘氣聚焦，從而產(chǎn)生高速粒子噴霧。由于整個過程使用了能量，該技術(shù)有時也被稱為定向能量沉積，但由于材料在這種情況下呈液滴狀，因此我們將其包含在材料噴射中。
塑料自由成型
德國公司 Arburg 創(chuàng)造了一種稱為塑料自由成型 (APF) 的技術(shù)，它是擠出技術(shù)和材料噴射技術(shù)的結(jié)合。它使用市售的塑料顆粒，這些塑料顆粒在注塑成型過程中熔化并移至卸料單元。高頻噴嘴關(guān)閉產(chǎn)生每秒多達 200 個直徑在 0.2 至 0.4 毫米之間的塑料小液滴的快速打開和關(guān)閉運動。液滴在冷卻時與硬化材料結(jié)合。一般來說，不需要后期處理。如果使用了支撐材料，則必須將其移除。
2.納米粒子噴射 (NPJ)
△使用納米粒子噴射技術(shù)和 XJet 3D 打印機創(chuàng)建的金屬部件
NanoParticle Jetting (NPJ) 是為數(shù)不多的難以歸類的專有技術(shù)之一，由一家名為 XJet 的公司開發(fā)，它使用帶有數(shù)千個噴墨噴嘴的打印頭陣列，可同時將數(shù)百萬個超細(xì)材料滴噴射到超薄層的構(gòu)建托盤上，同時同時噴射支撐材料。金屬或陶瓷顆粒懸浮在液體中。該過程在高溫下發(fā)生，噴射時液體蒸發(fā)，大部分只留下金屬或陶瓷材料。生成的 3D 部件僅殘留少量粘合劑，這些粘合劑在燒結(jié)后處理中被去除。
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。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。無論是金屬、塑料、沙子還是其他粉末材料，粘合劑噴射過程都是相同的。
首先，重涂刀片在構(gòu)建平臺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，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)建平臺向下移動，刀片重新涂覆表面。然后重復(fù)該過程，直到整個部分完成。
粘合劑噴射的獨特之處在于打印過程中沒有熱量。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，通常會留下來固化。然后將零件從粉末倉中取出，收集多余的粉末并可重復(fù)使用。從這里開始，根據(jù)材料的不同，需要進行后處理，但沙子除外，沙子通常可以直接從打印機中用作型芯或模具。當(dāng)粉末是金屬或陶瓷時，涉及加熱的后處理會熔化掉粘合劑，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）
●常見應(yīng)用：功能性金屬零件、全彩模型、砂鑄件和模具
●優(yōu)勢：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、無支撐設(shè)計靈活性
●缺點：對金屬來說是一個多步驟的過程，聚合物部件不耐用
1.金屬粘合劑噴射
△惠普使用金屬噴射技術(shù)的不銹鋼 3D 打印部件
Binder Jetting 還可用于制造具有復(fù)雜幾何形狀的固體金屬物體，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)制造技術(shù)的能力。金屬粘合劑噴射是一種非常有吸引力的技術(shù)，可用于批量生產(chǎn)金屬零件并實現(xiàn)輕量化。由于粘合劑噴射可以打印具有復(fù)雜圖案填充而不是實體的零件，因此所得零件的重量大大減輕，但強度卻保持不變。粘合劑噴射的孔隙率特征也可用于實現(xiàn)醫(yī)療應(yīng)用的較輕端部件，例如植入物。
總的來說，金屬粘結(jié)劑噴射零件的材料性能與金屬注射成型生產(chǎn)的金屬零件相當(dāng)，是金屬零件批量生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的制造方法之一。此外，粘合劑噴射部件表現(xiàn)出更高的表面光滑度，尤其是在內(nèi)部通道中。
△金屬粘合劑噴射 3D 打印機為最終用途應(yīng)用生產(chǎn)精細(xì)精細(xì)的固體金屬部件
金屬粘合劑噴射部件需要在打印后進行二次加工才能獲得良好的機械性能。剛從打印機出來，零件基本上由用聚合物粘合劑粘合在一起的金屬顆粒組成。這些所謂的“素坯部件”很脆弱，無法按原樣使用。打印零件從金屬粉末床中取出（稱為脫粉的過程）后，它們將在爐中進行熱處理（稱為燒結(jié)的過程）。打印參數(shù)和燒結(jié)參數(shù)都針對特定部件的幾何形狀、材料和所需密度進行了調(diào)整。有時使用青銅或其他金屬來滲透粘合劑噴射部件中的空隙，從而實現(xiàn)零孔隙率。
2.塑料粘合劑噴射
△塑料粘合劑噴射
塑料粘合劑噴射是一種與金屬粘合劑噴射非常相似的工藝，因為它也使用粉末和液體粘合劑，但應(yīng)用卻大不相同。打印完成后，塑料部件會從其粉末床中取出并進行清潔，通常無需進一步處理即可使用，但這些部件缺乏 3D 打印工藝中的強度和耐用性。塑料粘合劑噴射部件可以填充另一種材料以提高強度。使用聚合物進行粘合劑噴射因其能夠生產(chǎn)用于醫(yī)學(xué)建模和產(chǎn)品原型的多色部件。
3.砂粘合劑噴射
△砂粘合劑噴射
砂粘合劑噴射與塑料粘合劑噴射在打印機和打印流程上有所不同，所以這里將其進行區(qū)分。生產(chǎn)大型砂鑄模具、模型和型芯是粘合劑噴射技術(shù)最常見的用途之一。該工藝的低成本和速度使其成為鑄造廠的絕佳解決方案，因為使用傳統(tǒng)技術(shù)很難在幾小時內(nèi)生產(chǎn)精細(xì)圖案設(shè)計。
工業(yè)發(fā)展的未來不斷對代工廠和供應(yīng)商提出高要求。沙子3D打印正處于其潛力的開端。打印后，打印人員需要將型芯和模具從構(gòu)建區(qū)域移除并清潔以去除任何松散的沙子。模具通?？梢粤⒓礈?zhǔn)備好進行鑄造。鑄造后，模具被拆開，最終的金屬部件被移除。
4.多射流融合 (MJF)
△巴斯夫和惠普合作為 MJF 開發(fā)了一種新型工業(yè)級聚丙烯
另一種獨特且品牌特定的 3D 打印工藝不容易歸入任何現(xiàn)有類別，實際上也不是粘合劑噴射，這就是HP 的Multi Jet Fusion。MJF 是一種聚合物 3D 打印技術(shù)，使用粉末材料、液體融合材料和細(xì)化劑。它不被認(rèn)為是粘合劑噴射的原因是在這個過程中增加了熱量，這會產(chǎn)生強度和耐用性更高的部件，而且液體并不完全是粘合劑。該過程的名稱來源于執(zhí)行打印過程的多個噴墨頭。
在 Multi Jet Fusion 打印過程中，打印機在打印床上鋪設(shè)一層材料粉末，通常是尼龍。在此之后，噴墨頭穿過粉末并將熔化劑和細(xì)化劑沉積在其上。然后紅外線加熱裝置在打印品上移動。無論在何處添加助熔劑，下層都會熔化在一起，而帶有細(xì)化劑的區(qū)域仍保持粉末狀。粉狀部分脫落，產(chǎn)生所需的幾何形狀。這也消除了對建模支持的需要，因為下層支持打印在它們上面的層。為了完成打印過程，整個粉末床以及其中的打印部件被移動到一個單獨的處理站，大部分松散的未熔融粉末被抽真空，可以重復(fù)使用。
Multi Jet Fusion 是一種多功能技術(shù)，已在汽車、醫(yī)療保健和消費品等多個行業(yè)中得到應(yīng)用。
△HP Jet Fusion 5200 系列是 HP Multi Jet Fusion 3D 打印機的多種尺寸和樣式之一（來源：惠普）
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被強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。
該技術(shù)用于逐層打印，通常隨后進行 CNC 加工，以實現(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，在同一臺機器中包含 DED 和 CNC 單元的混合 3D 打印機。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)建一個堅固的金屬部件，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：高堆積率，能夠向現(xiàn)有組件添加金屬
●缺點：由于無法制作支撐結(jié)構(gòu)而無法制作復(fù)雜的形狀，通常表面光潔度和精度較差
1.激光定向能量沉積
△使用激光和粉末金屬的 3D 打印金屬
激光定向能量沉積 (L-DED)，也稱為激光金屬沉積 (LMD) 或激光工程凈成形 (LENS)，使用通過一個或多個噴嘴送出金屬粉末或金屬絲，并通過強大的激光熔化構(gòu)建平臺或金屬部件上。隨著噴嘴和激光的移動或零件在多軸轉(zhuǎn)盤上的移動，物體會逐層堆積。構(gòu)建速度比粉末床熔化更快，但會導(dǎo)致表面質(zhì)量降低和精度顯著降低，通常需要大量的后加工。激光 DED 打印機通常具有充滿氬氣的密封室以避免氧化。在處理反應(yīng)性較低的金屬時，它們還可以僅使用局部氬氣或氮氣進行操作。
該工藝中常用的金屬包括不銹鋼、鈦和鎳合金。這種打印方法通常用于修復(fù)高端航空和汽車部件，例如噴氣發(fā)動機葉片，但也用于生產(chǎn)整個部件。
△Meltio M450 送絲激光 DED 3D 打印機、Optomec LENS CS 600 金屬粉末送料激光 DED 3D 打印機和 DMG Mori Lasertec 65 DED 送粉激光 DED 3D 打印機。
2.電子束定向能量沉積
△電子束 DED 3D 打印
電子束 DED，也稱為線電子束能量沉積，是一種與激光 DED 非常相似的 3D 打印工藝。它是在真空室中進行的，可以生產(chǎn)出非常干凈、高質(zhì)量的金屬。當(dāng)一根金屬絲通過一個或多個噴嘴時，它會被電子束熔化。層是單獨構(gòu)建的，電子束形成一個微小的熔池，焊絲由送絲機送入熔池。在處理高性能金屬和活性金屬（例如銅、鈦、鈷和鎳合金）時，選擇電子束用于 DED。
DED 機器實際上在打印尺寸方面不受限制。例如，3D 打印機制造商 Sciaky 擁有一臺 EB DED 機器，可以以每小時 3 到 9 公斤材料的速度生產(chǎn)近 6 米長的零件。電子束 DED 被吹捧為制造金屬部件最快的方法之一，盡管不是最精確的，這使其成為構(gòu)建大型結(jié)構(gòu)（例如機身）或替換零件（例如渦輪葉片）的理想加工技術(shù)。
△線材電子束沉積3D打印
3.線控能量沉積
△Gefertec 電弧增材制造 (WAAM) 打印
Wire Directed Energy Deposition，也稱為Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)，是一種 3D 打印，它使用等離子或電弧形式的能量來熔化線材形式的金屬，并通過機械臂將金屬一層一層地沉積到表面，例如多軸轉(zhuǎn)盤，形成一個形狀。之所以選擇這種方法而不是選擇激光或電子束的類似技術(shù)，是因為它不需要密封室，并且可以使用與傳統(tǒng)焊接相同的金屬（有時是完全相同的材料）。
電直接能量沉積被認(rèn)為是 DED 技術(shù)中最具成本效益的選擇，可以使用現(xiàn)有的弧焊機器人和電源，因此進入門檻相對較低。但與焊接不同，這項技術(shù)使用復(fù)雜的軟件來控制過程中的一系列變量，包括機械臂的熱管理和工具路徑。這種技術(shù)沒有要移除的支撐結(jié)構(gòu)，成品零件通常在必要時經(jīng)過 CNC 加工以達到嚴(yán)格的公差或表面拋光。
△Gefertec 和 WAAM3D 的線弧增材制造 3D 打印機。
4.冷噴涂
△冷噴涂
冷噴涂是一種 DED 3D 打印技術(shù)，以超音速噴涂金屬粉末，以在不熔化的情況下將它們結(jié)合起來，幾乎不會產(chǎn)生熱裂紋或熱應(yīng)力。自 2000 年代初以來，它一直被用作涂層工藝，但最近，幾家公司已將冷噴涂用于增材制造，因為它可以以比典型金屬3D工藝高 50 到 100 倍的速度進行打印，并且不需要惰性氣體或真空室。
與所有 DED 工藝一樣，冷噴涂不會產(chǎn)生表面質(zhì)量或細(xì)節(jié)都很好的打印件，但零件可以直接從打印床上使用。
5.熔融直接能量沉積
△熔融直接能量沉積：使用 Xerox 的 ElemX 3D 液態(tài)金屬打印制作的鋁制部件
熔融直接能量沉積是一種 3D 打印工藝，它使用熱量熔化金屬（通常是鋁），然后將其逐層沉積在構(gòu)建板上以形成 3D 物體。該技術(shù)與金屬擠出 3D 打印的不同之處在于，擠出使用內(nèi)部含有少量聚合物的金屬原料，使金屬可擠出。然后在熱處理階段去除聚合物，而熔融DED用純金屬。人們也可以將熔融或液態(tài) DED 比作材料噴射，但不是一系列噴嘴沉積液滴，液態(tài)金屬通常從噴嘴流出。
這項技術(shù)的變體正在開發(fā)中，熔融金屬 3D 打印機很少見。使用熱量熔化然后沉積金屬的好處是能夠使用比其他DED工藝更少的能量，并可能直接使用回收金屬作為原料，而不是金屬絲或高度加工的金屬粉末。
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，然后通過機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，會產(chǎn)生比其他3D打印技術(shù)更多的浪費。
制造商使用薄片層壓以相對較高的速度生產(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，因為所使用的材料可以在打印過程中互換。
●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
●常見應(yīng)用：非功能原型、多色打印、鑄模。
●優(yōu)點：可以快速生產(chǎn)，復(fù)合打印
●缺點：精度低，浪費多，部分零件需要后期制作
層壓增材制造
△層壓增材制造
層壓是一種 3D 打印技術(shù)，其中將材料片層疊在一起并使用膠水粘合在一起，然后使用刀（或激光或 CNC 路由器）將分層物體切割成正確的形狀。該技術(shù)如今不太常見，因為其他 3D 打印技術(shù)的成本已經(jīng)下降、速度和易用性大幅增加。
△BCN3D 使用樹脂的粘性光刻制造 (VLM) 3D 打印工藝（來源：BCN3D）
粘性光刻制造 (VLM)：VLM 是 BCN3D 的專利 3D 打印工藝，可將高粘度光敏樹脂薄層層壓到透明轉(zhuǎn)移膜上。機械系統(tǒng)允許樹脂從薄膜的兩面層壓，從而可以組合不同的樹脂以獲得多材料部件和易于拆卸的支撐結(jié)構(gòu)。這項技術(shù)尚未商業(yè)化，但也可以屬于其中一種層壓3D 打印技術(shù)。
基于復(fù)合材料的增材制造 (CBAM)：Startup Impossible Objects 為這項技術(shù)申請了專利，該技術(shù)將碳、玻璃或 Kevlar 墊與熱塑性塑料融合在一起以制造零件。
選擇性層壓復(fù)合材料制造 (SLCOM)：EnvisionTEC，現(xiàn)稱為 ETEC，歸 Desktop Metal 所有，于 2016 年開發(fā)了這項技術(shù)，該技術(shù)使用熱塑性塑料作為基礎(chǔ)材料和編織纖維復(fù)合材料。
注：3D打印技術(shù)的種類很多，以上是3D打印中最常見的七大類增材制造技術(shù)，并未覆蓋市場上全部的3D打印技術(shù)
本文提到的3D打印材料簡介
適合做戒指、掛墜、耳環(huán)等首飾，獎?wù)?、紀(jì)念幣或者對導(dǎo)電性要求高的工業(yè)零件。35元/克為小件（如首飾）的名義價格，如果制作零件較大，價格會顯著下降。
