很多3D打印新手面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是無(wú)法區(qū)分不同類型的3D打印工藝。如果認(rèn)為3D打印只是從熱噴嘴中擠出的塑料并堆疊成形狀就太局限了，其實(shí)它的意義遠(yuǎn)不止于此！

事實(shí)上，3D打印，也稱為增材制造，是一個(gè)涵蓋了使用完全不同的機(jī)器和材料的多種截然不同的3D打印工藝的總稱。當(dāng)我們想到當(dāng)今3D打印的一些東西，從鉛筆架到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，你就會(huì)意識(shí)到這些技術(shù)截然不同，但也有一些關(guān)鍵的共同之處。例如，所有3D打印都從數(shù)字模型開始，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)的或從數(shù)字零件存儲(chǔ)庫(kù)獲取的電子文件。然后，將設(shè)計(jì)文件放入特殊的構(gòu)建準(zhǔn)備軟件中，將其分解為要進(jìn)行3D打印的切片或?qū)?，它將模型轉(zhuǎn)換為切片并生成3D打印機(jī)遵循的路徑指令。

增材制造的類型可以根據(jù)其生產(chǎn)的內(nèi)容或使用的材料類型來(lái)劃分，但為了將結(jié)構(gòu)應(yīng)用于全球范圍內(nèi)的技術(shù)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)將其分為七種一般類型：材料擠壓、還原聚合、粉床融合、材料噴射、粘合劑噴射、定向能量沉積和片材層壓。在這篇文章中，您將了解這些技術(shù)之間的區(qū)別以及每種技術(shù)的典型應(yīng)用。

1  材料擠壓

材料擠出正如其聽起來(lái)的那樣：材料通過噴嘴擠出，通常，該材料是塑料絲通過加熱的噴嘴，在此過程中將其熔化，打印機(jī)沿著切片軟件確定的路徑將材料沉積在打印平臺(tái)上，然后絲材冷卻并固化形成固體，這是3D打印最常見的形式。

考慮到可以擠出的材料幾乎沒有限制，包括塑料、金屬漿料、混凝土、生物凝膠和各種食品，這是一個(gè)極其廣泛的類別。這種類型的3D打印機(jī)價(jià)格從幾百元到七位數(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(cè)試、夾具和固定裝置、熔模鑄造模型、房屋等。
• 優(yōu)點(diǎn)：成本最低的3D打印方法、材料范圍廣泛
• 缺點(diǎn)：材料性能（強(qiáng)度、耐用性等）通常較低，而且尺寸通常不那么精確
  

1.1 熔融沉積成型(FDM)

FDM與所有3D打印技術(shù)一樣，從數(shù)字模型開始，然后將其轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)遵循的指令，通過FDM，線軸上的一根細(xì)絲（或一次多根）被加載到3D打印機(jī)中，并送入擠出頭中的打印機(jī)噴嘴，打印機(jī)噴嘴被加熱到所需的溫度，導(dǎo)致細(xì)絲軟化，從而連續(xù)的層將連接起來(lái)形成堅(jiān)固的部件。

當(dāng)打印機(jī)沿著XY平面上的指定坐標(biāo)移動(dòng)擠出頭時(shí)，它會(huì)繼續(xù)鋪設(shè)第一層，然后，擠出頭上升到下一個(gè)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(duì)象的幾何形狀，有時(shí)需要添加支撐結(jié)構(gòu)以在打印時(shí)支撐模型，例如，如果模型具有陡峭的懸垂部分，這些支撐在打印后將被移除，也有一些支撐結(jié)構(gòu)材料可以溶解在水或其他溶液中。

1.2 生物3D打印

生物3D打印是一種增材制造工藝，通過有機(jī)或生物材料（例如活細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）相結(jié)合以創(chuàng)建類似天然組織的三維結(jié)構(gòu)，換句話說，生物打印是一種3D打印，可以生產(chǎn)從骨組織、血管到活體組織的任何東西，它用于各種醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用，包括組織工程、藥物測(cè)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(shí)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，屬于材料擠壓系列，盡管擠壓不是唯一的生物打印方法。

3D生物打印使用從針中排出的材料來(lái)創(chuàng)建層，這些被稱為生物墨水的材料主要由活體物質(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、絲、藻酸鹽或納米纖維素），它們?yōu)榻Y(jié)構(gòu)生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收的分子支架提供支持。

1.3 建筑3D打印

     建筑3D打印是一個(gè)快速增長(zhǎng)的材料擠出領(lǐng)域。該技術(shù)涉及使用超大型3D打印機(jī)（通常高達(dá)數(shù)十米）從噴嘴擠出混凝土等建筑材料，這些機(jī)器通常以龍門架或機(jī)械臂系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。如今，3D建筑打印技術(shù)已用于住宅、建筑特色以及從水井到墻壁的建筑項(xiàng)目，有學(xué)者表示它有可能顯著擾亂整個(gè)建筑行業(yè)，因?yàn)樗鼫p少了對(duì)勞動(dòng)力的需求并減少了建筑垃圾。

美國(guó)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(lái)的探險(xiǎn)隊(duì)建造棲息地，用當(dāng)?shù)赝寥来婊炷吝M(jìn)行打印，這種更可持續(xù)的建筑方法一直備受關(guān)注。

2  還原聚合

缸聚合（也稱為樹脂3D打?。┦且幌盗?D打印工藝，它使用光源在缸中選擇性地固化（或硬化）光聚合物樹脂。換句話說，光被精確地引導(dǎo)到液體塑料的特定點(diǎn)或區(qū)域以使其硬化。第一層固化后，構(gòu)建平臺(tái)會(huì)向上或向下移動(dòng)少量（通常在0.01到0.05毫米之間），然后固化下一層，連接上一層，逐層重復(fù)此過程，直到形成3D零件。3D 打印過程完成后，將清潔物體以去除剩余的液態(tài)樹脂，并進(jìn)行后固化（在陽(yáng)光下或紫外線室中）以增強(qiáng)零件的機(jī)械性能。

三種最常見的還原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)別在于光源以及如何使用光源來(lái)固化樹脂。部分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)開發(fā)出獨(dú)特且獲得專利的桶聚合變體，因此你可能會(huì)在市場(chǎng)上看到不同的技術(shù)名稱。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)的缸聚合技術(shù)，Stratasys的Origin將其技術(shù)稱為可編程光聚合(P³)，Formlabs 提供所謂的低力立體光刻(LFS)，而Azul 3D第一個(gè)將大面積快速印刷(HARP)形式的還原聚合商業(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)，將金屬和陶瓷纖維等功能添加劑引入到液體樹脂中。

• 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)、生物相容等）
• 尺寸精度：±0.5%（下限±0.15毫米或5納米，采用μSLA）
• 常見應(yīng)用：注塑模狀聚合物原型和最終用途零件、珠寶鑄造、牙科應(yīng)用、消費(fèi)品
• 優(yōu)點(diǎn)：表面光滑，特征細(xì)節(jié)精細(xì)
  

2.1 立體光刻 (SLA)

立體光刻技術(shù)由Chuck Hull于1986年發(fā)明，他申請(qǐng)了該技術(shù)的專利，并成立了3D Systems公司并將其商業(yè)化，如今，來(lái)自眾多3D打印機(jī)制造商的愛好者和專業(yè)人士都可以使用該技術(shù)。SLA打印機(jī)使用鏡子，稱為檢流計(jì)或振鏡，其中一個(gè)位于X軸，另一個(gè)位于Y軸，這些振鏡快速將一束（或兩束）激光束穿過樹脂，選擇性地固化和凝固該區(qū)域內(nèi)物體的橫截面，并逐層建造它，當(dāng)每一層都在正確的位置固化時(shí)，它就會(huì)向上移動(dòng)以拉出硬化的樹脂層，并為另一個(gè)液體層騰出空間，然后由激光固化。

大多數(shù)SLA打印機(jī)使用固態(tài)激光器來(lái)固化零件，此版本聚合的一個(gè)缺點(diǎn)是與我們的下一種方法(DLP)相比，點(diǎn)激光可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)追蹤物體的橫截面，而我們的下一種方法通過閃光來(lái)立即硬化整個(gè)層，然而，激光可以產(chǎn)生一些工程級(jí)樹脂所需的更強(qiáng)的光。

2.1.1 微立體光刻 (μSLA)

顧名思義，該版本的SLA屬于缸聚合系列，可打印微型部件，或分辨率在2微米至50微米之間，作為參考，人類頭發(fā)的平均寬度為75微米。這是所謂的“微型3D打印”技術(shù)之一，µSLA涉及將感光材料（液體樹脂）暴露在紫外激光下，不同之處在于使用專用的樹脂、先進(jìn)的激光器以及透鏡的添加，這些都產(chǎn)生了幾乎令人難以置信的小光點(diǎn)。

2.1.2 雙光子聚合(TPP)

另一種微型3D打印技術(shù)TPP（也稱為2PP）可以歸類為SLA，因?yàn)樗采婕凹す夂凸饷魳渲?，它可以打印?amp;#181;SLA更小的部件，小至0.1微米，TPP使用脈沖飛秒激光聚焦到特殊樹脂中的狹小點(diǎn)上，然后使用該點(diǎn)來(lái)固化樹脂中的各個(gè) 3D像素（也稱為體素）。通過在預(yù)定義的路徑中逐層順序固化這些納米到微米的小體素，您可以創(chuàng)建3D對(duì)象，它們可以有幾毫米大，同時(shí)保持納米分辨率。
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。

2.2 數(shù)字光處理(DLP)

DLP 3D打印使用數(shù)字光投影儀（而不是激光）在樹脂上同時(shí)閃爍每層的單個(gè)圖像（或針對(duì)較大部件進(jìn)行多次閃爍）。DLP用于在單批次中生產(chǎn)更大的零件或更多的零件，因?yàn)闊o(wú)論構(gòu)建多少零件，每一層閃爍都花費(fèi)完全相同的時(shí)間，這使得它通常比SLA中的激光方法要快。由于投影儀是數(shù)字屏幕，因此每一層的圖像均由方形像素組成，從而形成由稱為體素的小矩形塊組成的層，使用發(fā)光二極管(LED) 屏幕或UV光源將光投射到樹脂上，并通過數(shù)字微鏡器件(DMD)將光投射到構(gòu)建表面。

DMD位于光和樹脂之間，由一系列微鏡組成，這些微鏡控制光的投射位置并在構(gòu)建表面上生成光圖案，這使得樹脂在一層內(nèi)的不同位置具有不同的光點(diǎn)（和聚合）?，F(xiàn)代DLP投影儀通常采用數(shù)千微米尺寸的 LED作為光源，它們的開和關(guān)狀態(tài)是單獨(dú)控制的，并允許提高XY分辨率，并非所有DLP 3D打印機(jī)都是一樣的，光源的功率、穿過的鏡頭、DMD的質(zhì)量決定著打印機(jī)的價(jià)格。

另外，還有一些DLP 3D打印機(jī)將光源安裝在打印機(jī)頂部，向下照射到樹脂上，而不是向上照射，這些“自上而下”的機(jī)器從頂部閃現(xiàn)一層圖像，一次固化一層，然后將固化的層放回槽中，每次降低打印平臺(tái)時(shí)，安裝在槽頂部的重涂器都會(huì)在樹脂上來(lái)回移動(dòng)以平整新的層。制造商表示，這種方法可以為較大的打印件提供更穩(wěn)定的零件輸出，因?yàn)榇蛴∵^程不是對(duì)抗重力，自下而上打印時(shí)，打印平臺(tái)板上可以垂直懸掛的重量是有限的，同時(shí)樹脂槽在打印時(shí)還可以支撐打印件，減少了對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的需求。

2.2.1 投影微立體光刻(PµSL)

PμSL本身就是一種獨(dú)特類型的槽聚合，我們將在此添加PμSL作為DLP的子類別。這是另一種微型3D打印技術(shù)，PμSL 使用投影儀發(fā)出的紫外線以微米級(jí)（2微米分辨率和5微米層高）固化特殊配方的樹脂層，這種增材制造技術(shù)因其低成本、準(zhǔn)確性高、速度快以及可使用的材料范圍廣（包括聚合物、生物材料和陶瓷）而不斷發(fā)展，它在微流體和組織工程、微光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)微型設(shè)備的應(yīng)用中顯示出了巨大潛力。

2.2.2 基于光刻的金屬制造(LMM)

DLP的另一個(gè)類別，這種利用光和樹脂進(jìn)行3D打印的方法可以創(chuàng)建微型金屬零件，適用于手術(shù)工具和微機(jī)械零件等應(yīng)用。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(lán)光曝光進(jìn)行選擇性聚合，打印后，“綠色”部件的聚合物成分被去除，留下全金屬“棕色”部件，并在熔爐中通過燒結(jié)完成整個(gè)過程。其中原料包括不銹鋼、鈦、鎢、黃銅、銅、銀和金。

2.3 液晶顯示器(LCD)

液晶顯示器 (LCD)，也稱為掩模立體光刻 (MSLA)，與上面的DLP非常相似，不同之處在于它使用LCD屏幕而不是數(shù)字微鏡器件(DMD)，這對(duì)3D打印機(jī)的價(jià)格有顯著影響。與 DLP 一樣，LCD光掩模以數(shù)字方式顯示，由方形像素組成，LCD 光掩模的像素尺寸決定了打印的粒度，因此，XY精度是固定的，并不取決于鏡頭的變焦或縮放程度（與DLP的情況不同）。

基于DLP的打印機(jī)和LCD技術(shù)之間的另一個(gè)區(qū)別是，后者使用數(shù)百個(gè)單獨(dú)發(fā)射器的陣列，而不是激光二極管或DLP燈泡等單點(diǎn)發(fā)射器光源。與DLP類似，LCD在某些條件下可以實(shí)現(xiàn)比SLA更快的打印時(shí)間，這是因?yàn)檎麄€(gè)層立即曝光，而不是用激光點(diǎn)追蹤橫截面區(qū)域。由于LCD單元成本低廉，該技術(shù)已成為廉價(jià)桌面樹脂打印機(jī)領(lǐng)域的首選技術(shù)，但這并不意味著它沒有被專業(yè)者使用，一些工業(yè)3D打印機(jī)制造商正在突破技術(shù)極限，取得了令人印象深刻的成果。

3  粉床融合

粉末床熔融 (PBF) 是一種3D打印工藝，其中熱源選擇性地熔化構(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。粉末床熔融3D打印機(jī)通常使用刀片、滾筒和擦拭器在打印床上鋪上一層薄薄的粉末材料，能量（通常來(lái)自激光）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)這個(gè)過程直到整個(gè)物體被制造出來(lái)，最終產(chǎn)品被未熔化的粉末包裹和支撐。盡管該工藝因材料是塑料還是金屬而異，但PBF可以制造出具有高機(jī)械性能（包括強(qiáng)度、耐磨性和耐用性）的零件，用于消費(fèi)品、機(jī)械和工具的最終用途。盡管該領(lǐng)域的3D打印機(jī)變得越來(lái)越便宜（起價(jià)徘徊在25000美元左右），但它仍被認(rèn)為是專業(yè)或工業(yè)技術(shù)。

• 3D打印技術(shù)的類型：選擇性激光燒結(jié)（SLS）、激光粉末床熔融（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：功能零件、復(fù)雜管道（中空設(shè)計(jì)）、小批量零件生產(chǎn)
• 優(yōu)點(diǎn)：功能部件、優(yōu)異的機(jī)械性能、復(fù)雜的幾何形狀
• 缺點(diǎn)：機(jī)器成本較高，材料成本通常較高，構(gòu)建速度較慢
  

3.1 選擇性激光燒結(jié)(SLS)

選擇性激光燒結(jié) (SLS) 使用激光用塑料粉末制造物體。首先，將一箱聚合物粉末加熱到略低于聚合物熔點(diǎn)的溫度，接下來(lái)，重涂刀片或擦拭器在構(gòu)建平臺(tái)上沉積一層非常薄的粉末材料（通常為0.1毫米厚）。然后，激光（CO 2或光纖）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)粉末并固化物體的橫截面。當(dāng)掃描整個(gè)橫截面時(shí)，構(gòu)建平臺(tái)在高度上向下移動(dòng)一層厚度，重涂刀片在最近掃描的層頂部沉積一層新的粉末，激光將物體的下一個(gè)橫截面燒結(jié)到先前固化的橫截面上。重復(fù)這些步驟直到制造出所有物體，未燒結(jié)的粉末保留在適當(dāng)?shù)奈恢靡灾挝矬w，這減少或消除了對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的需要，從粉末床上取出零件并清潔后，不需要其他后處理步驟，之后該部件可以進(jìn)行拋光、涂層或著色。

SLS3D打印機(jī)有數(shù)十個(gè)差異化因素，不僅包括其尺寸，還包括激光器的功率和數(shù)量、激光器的光斑尺寸、床加熱的時(shí)間和方式以及粉末的分布方式，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性部件。

3.1.1 微選擇性激光燒結(jié)(μSLS)

μSLS可能屬于SLS或下文所述的激光粉末床融合(LPBF)。它使用激光燒結(jié)粉末材料，例如SLS，但該材料通常是金屬而不是塑料，因此它更像LPBF，無(wú)論如何，它是另一種微型3D打印技術(shù)，可以以微米級(jí)（低于5 μm）的分辨率創(chuàng)建零件。在μSLS中，將一層金屬納米顆粒墨水涂覆到基材上，然后干燥以產(chǎn)生均勻的納米顆粒層，接下來(lái)，使用數(shù)字微鏡陣列圖案化的激光將納米顆粒加熱并燒結(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零件的每一層。

3.2 激光粉末床熔融(LPBF)

在所有3D打印技術(shù)中，這一技術(shù)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融 (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)。作為粉末床融合的一種子類型，LPBF涉及金屬粉末床和一個(gè)或多個(gè)高功率激光器（最多12個(gè)），LPBF3D打印機(jī)使用激光在分子基礎(chǔ)上選擇性地將金屬粉末逐層融合在一起，直到模型完成，LPBF 是一種高度精確的3D打印方法，通常用于創(chuàng)建航空航天、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用的復(fù)雜金屬零件。

和SLS一樣，LPBF 3D打印機(jī)從分為多個(gè)切片的數(shù)字模型開始，打印機(jī)將粉末加載到構(gòu)建室中，然后重涂刀片（如擋風(fēng)玻璃刮水器）或滾筒將其在構(gòu)建板上鋪展成薄層，激光將層描繪到粉末上。然后構(gòu)建平臺(tái)向下移動(dòng)，施加另一層粉末并將其融合到第一層粉末上，直到構(gòu)建出整個(gè)物體。構(gòu)建室是封閉的、密封的，并且在大部分情況下充滿惰性氣體，例如氮?dú)饣驓鍤饣旌衔?，這確保金屬在熔化過程中不會(huì)氧化，并有助于清除熔化過程中的碎片。

打印床上的填充粉末在打印過程中為模型提供了一些支撐，未使用的金屬粉末可以重新用于下次打印。打印后，將零件從粉末床上取出、清潔，并且通常進(jìn)行二次熱處理以消除應(yīng)力，剩余的粉末被回收并重復(fù)使用。LPBF 3D打印機(jī)的差異化因素包括激光器的類型、強(qiáng)度和數(shù)量，小型的LPBF打印機(jī)一般有一個(gè)30瓦激光器，而工業(yè)版本一般有12個(gè)1000瓦激光器。LPBF機(jī)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。

3.3 電子束熔煉(EBM)

EBM，也稱為電子束粉末床熔融（EBPBF），是一種類似于LPBF的金屬3D 打印方法，但使用的是電子束而不是光纖激光器，該技術(shù)用于制造鈦骨科植入物、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片和銅線圈等零件。選擇EBM而不是基于激光的金屬 3D打印有以下幾個(gè)原因。首先，電子束產(chǎn)生更多的功率和熱量，這是某些金屬和應(yīng)用所需要的。第二，EBM不是在惰性氣體環(huán)境中而是在真空室中進(jìn)行，以防止光束散射，構(gòu)建室溫度最高可達(dá)1000℃，在某些情況下甚至更高。最后，由于電子束使用電磁束控制，因此它的移動(dòng)速度比激光更高，甚至可以分開以同時(shí)曝光多個(gè)區(qū)域。

EBM相對(duì)于LPBF的優(yōu)勢(shì)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(gè)特點(diǎn)是能夠在構(gòu)建室中將單獨(dú)的部件嵌套或堆疊在彼此的頂部，因?yàn)樗鼈儾灰欢ū仨氝B接到構(gòu)建板上，這大大增加了產(chǎn)量。與激光相比，電子束通常會(huì)產(chǎn)生更大的層厚度和不太詳細(xì)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(lái)消除應(yīng)力。
   
4  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沉積在構(gòu)建板上，然后凝固或固化，使用暴露在光線下會(huì)固化的光聚合物或蠟滴，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，因此該技術(shù)的主要應(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）、納米顆粒噴射（NPJ）
• 材料：光聚合物樹脂（標(biāo)準(zhǔn)、可澆注、透明、高溫）、蠟
• 尺寸精度： ±0.1毫米
• 常見應(yīng)用：全彩產(chǎn)品原型、注塑模具原型、小批量注塑模具、醫(yī)療模型、時(shí)裝
• 優(yōu)點(diǎn)：紋理表面光潔度、全彩和多種材料可供選擇
• 缺點(diǎn)：材料有限，不適合要求苛刻的機(jī)械零件，成本比其他樹脂技術(shù)更高
  

4.1 材料噴射(M-Jet)

聚合物材料噴射 (M-Jet) 是一種3D打印工藝，其中一層光敏樹脂有選擇地沉積到構(gòu)建板上并用紫外 (UV) 光固化，沉積并固化一層后，將構(gòu)建平臺(tái)降低一層厚度，并重復(fù)該過程以構(gòu)建3D物體，M-Jet將樹脂3D打印的出色細(xì)節(jié)與長(zhǎng)絲 3D打印 (FDM) 的速度相結(jié)合，以創(chuàng)建具有逼真顏色和紋理的零件和原型。

M-Jet機(jī)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(jī)能夠在一條生產(chǎn)線上制造多個(gè)物體，而不會(huì)影響構(gòu)建速度，只要模型在構(gòu)建平臺(tái)上正確排列，并且每條構(gòu)建線內(nèi)的空間得到優(yōu)化，M-Jet就可以比許多其他類型的樹脂3D打印機(jī)更快地生產(chǎn)零件。使用M-Jet制作的物體需要支撐，支撐是在構(gòu)建過程中同時(shí)使用可溶解材料打印的，而可溶解材料在后處理階段會(huì)被移除，M-Jet 是唯一一種可提供多材料打印和全彩物體的3D打印技術(shù)，與還原聚合技術(shù)不同，M-Jet不需要后固化，因?yàn)榇蛴C(jī)中的紫外線會(huì)完全固化每一層。

4.1.1 氣溶膠噴射

氣溶膠噴射（Aerosol Jet）是Optomec公司開發(fā)的一項(xiàng)獨(dú)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元件均采用Aerosol Jet技術(shù)印刷。它可以粗略地比作噴漆，但它與工業(yè)涂層工藝的區(qū)別在于它可以用來(lái)打印全3D物體，將電子墨水放入霧化器中，霧化器會(huì)產(chǎn)生直徑為1至5微米的濃霧，其中含有材料的液滴，然后，氣溶膠霧被輸送到沉積頭，在那里被鞘氣聚焦，從而產(chǎn)生高速顆粒噴霧。由于能量方法，該技術(shù)有時(shí)被歸類為定向能量沉積，但由于在這種情況下材料是液滴形式，因此我們將其包含在材料噴射中。

4.1.2 塑料自由成型


德國(guó)阿博格公司創(chuàng)建了一種名為塑料自由成型 (APF) 的技術(shù)，該技術(shù)是擠出技術(shù)和材料噴射技術(shù)的交叉技術(shù)。它使用市售的塑料顆粒，這些塑料顆粒在注塑過程中熔化并移動(dòng)到排出裝置，高頻噴嘴閉合件可產(chǎn)生快速打開和關(guān)閉運(yùn)動(dòng)，每秒可產(chǎn)生多達(dá)200個(gè)直徑在0.2至0.4毫米之間的微小塑料滴，液滴在冷卻時(shí)與硬化材料結(jié)合，一般來(lái)說，不需要后期處理，但如果使用了支撐材料，則必須將其移除。

4.2 納米粒子噴射(NPJ)

納米粒子噴射 (NPJ) 是為數(shù)不多的難以簡(jiǎn)單分類的專有技術(shù)之一，它使用帶有數(shù)千個(gè)噴墨噴嘴的打印頭陣列，可同時(shí)將數(shù)百萬(wàn)超細(xì)材料滴以超薄層的形式噴射到構(gòu)建托盤上，并同時(shí)噴射支撐材料。由此產(chǎn)生的3D零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。

5  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粉末層中的區(qū)域，該技術(shù)使用粉末材料（金屬、塑料、陶瓷、木材、糖等）和通過噴墨沉積的液體材料，無(wú)論是金屬、塑料、沙子還是其他粉末材料，粘合劑噴射過程本質(zhì)上都是相同的。首先，重涂刀片或滾筒在構(gòu)建平臺(tái)上涂上一層薄薄的粉末，然后，帶有噴墨噴嘴的打印頭經(jīng)過該床，選擇性地沉積粘合劑或熔合劑的液滴，以將粉末顆粒粘合在一起，當(dāng)該層完成后，構(gòu)建平臺(tái)向下移動(dòng)，刀片或滾筒重新涂覆表面，然后重復(fù)該過程，直到整個(gè)部件完成。最后打印結(jié)束這些零件被包裹在粉末材料床中，需要將其挖出，多余的粉末被收集起來(lái)并可以重復(fù)使用。

根據(jù)材料的不同，需要進(jìn)行后處理，但沙子除外，沙子通常可以直接當(dāng)作打印機(jī)用作型芯或模具，當(dāng)粉末是金屬或陶瓷時(shí)，涉及熱的后處理會(huì)熔化掉粘合劑，只留下金屬，塑料零件后處理包括固化階段，并且通常包括涂層以改善表面光潔度，另外還可以對(duì)聚合物粘合劑噴射部件進(jìn)行拋光、噴漆和打磨。長(zhǎng)期以來(lái)，粘合劑噴射被認(rèn)為是一種“冷”技術(shù)，因?yàn)榕c在粉末金屬或聚合物上使用激光或電子束不同，在后處理之前，該過程中沒有熱量。然而，當(dāng)我們談?wù)摼酆衔镎澈蟿﹪娚鋾r(shí)，情況可能會(huì)發(fā)生變化。

粘合劑噴射速度快且生產(chǎn)率高，因此與其他增材制造方法相比，它可以更經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)大量零件。金屬粘合劑噴射適用于多種金屬，在最終用途消費(fèi)品、工具和批量備件中很受歡迎，冷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，但隨著熱量不同通常使用尼龍和TPU。

• 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、多射流融合、高速燒結(jié)、選擇性吸收融合
• 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：功能金屬零件、全彩模型、砂鑄件和模具
• 優(yōu)點(diǎn)：低成本、大構(gòu)建量、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)于金屬來(lái)說這是一個(gè)多步驟的過程，并且用冷工藝制成的聚合物零件機(jī)械強(qiáng)度不高
  

5.1 金屬粘合劑噴射

粘合劑噴射還用于制造具有復(fù)雜幾何形狀的固體金屬物體，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)制造技術(shù)的能力。金屬粘合劑噴射對(duì)于批量金屬零件生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)輕量化來(lái)說是一項(xiàng)非常有吸引力的技術(shù)，由于粘合劑噴射可以打印具有復(fù)雜圖案填充的零件而不是實(shí)心零件，因此所得零件的重量大大減輕，同時(shí)強(qiáng)度也很高，粘合劑噴射的孔隙率特征還可用于實(shí)現(xiàn)醫(yī)療應(yīng)用的更輕的端部部件，例如植入物?？傮w而言，金屬粘合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)，金屬注射成型是大規(guī)模生產(chǎn)金屬零件最廣泛使用的制造方法之一。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。

金屬粘合劑噴射部件在打印后需要進(jìn)行二次加工才能獲得良好的機(jī)械性能。剛出廠時(shí)，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“綠色部件”很脆弱，無(wú)法按原樣使用。當(dāng)零件完成打印并將其從金屬粉末床上取出（稱為除粉的過程）后，需要像熱固化等一些工藝，然后在爐中進(jìn)行熱處理（稱為燒結(jié)的過程），打印參數(shù)和燒結(jié)參數(shù)均針對(duì)特定零件幾何形狀、材料和所需密度進(jìn)行調(diào)整。有時(shí)會(huì)使用青銅或其他金屬來(lái)滲透粘合劑噴射部件中的空隙，從而實(shí)現(xiàn)零孔隙率。

5.2 塑料粘合劑噴射（MJF、HSS、SAF）

塑料粘合劑噴射與金屬粘合劑噴射非常相似，因?yàn)樗婕胺勰┖鸵后w粘合劑，正如我們上面提到的，聚合物粘合劑噴射可以分為冷工藝和熱工藝。聚合物粘合劑噴射首先將聚合物粉末（通常是尼龍的一種）以薄層分布在構(gòu)建平臺(tái)上，然后，噴墨頭將粘合劑狀膠水（或其他流體，包括彩色墨水、易熔或輻射吸收流體和磁性流體）精確地分配到每層上聚合物應(yīng)連接的位置。在某些方法中，有一個(gè)加熱單元連接到噴墨頭或單獨(dú)的托架上，該加熱單元將接收流體層的部分融合在一起，包含該加熱步驟的方法比不包含該加熱步驟的方法可以制造出更堅(jiān)固的部件，因?yàn)榫酆衔锓勰┗旧先刍谝黄?，而不僅僅是粘合在一起。

熱噴射粘合劑，例如多射流融合、高速燒結(jié)和選擇性吸收融合，可與使用激光熔化聚合物粉末的技術(shù)（稱為選擇性激光燒結(jié)）相媲美，但速度更快，表面光潔度更高，而且可以重復(fù)利用打印機(jī)運(yùn)行時(shí)留下的粉末，這是一項(xiàng)多功能技術(shù)，已應(yīng)用于從汽車到醫(yī)療保健再到消費(fèi)品等多個(gè)行業(yè)。無(wú)需加熱的粘合劑噴射變化可以用另一種材料填充以提高強(qiáng)度，這些冷粘合劑噴射工藝還包含彩色墨水，可以生產(chǎn)用于醫(yī)療建模和產(chǎn)品原型的多色部件。打印完成后，塑料部件將從粉末床上取出并進(jìn)行清潔，無(wú)需任何進(jìn)一步處理即可使用。

5.2 砂粘合劑噴射

砂粘合劑噴射可以說與塑料粘合劑噴射相比是相同的技術(shù)，但打印機(jī)和應(yīng)用場(chǎng)景的不同足以在此處獲得單獨(dú)的條目，事實(shí)上，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。該工藝成本低且速度快，使其成為鑄造廠的絕佳解決方案，使用傳統(tǒng)技術(shù)很難或不可能生產(chǎn)的精細(xì)圖案設(shè)計(jì)可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)打印出來(lái)。

砂粘合劑噴射3D打印機(jī)可使用砂巖或石膏生產(chǎn)零件。打印后，將型芯和模具從構(gòu)建區(qū)域中取出并進(jìn)行清潔，以除去周圍松散的沙子，模具通?？闪⒓从糜阼T造，鑄造后，將模具拆開，取出最終的金屬部件。

6  定向能量沉積

  

定向能量沉積 (DED) 是一種3D打印工藝，其中金屬材料在沉積的同時(shí)被強(qiáng)大的能量輸送和熔化，這是3D打印最廣泛的類別之一，根據(jù)材料的形式（線材或粉末）和能量的類型（激光、電子束、電弧、超音速、熱等）包含一長(zhǎng)串子類別。從本質(zhì)上講，它是金屬可以控制沉積為層（不是擠壓）的一種方式，并且它與焊接有很多共同點(diǎn)。該技術(shù)用于逐層構(gòu)建打印件，但更常見的是，它用于通過將材料直接沉積在現(xiàn)有金屬零件上來(lái)修復(fù)金屬物體或?yàn)槠涮砑庸δ埽撨^程通常隨后進(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，因此有一種3D打印子類型稱為混合3D打印。

DED的子類別可以根據(jù)原料類型或能源類型來(lái)劃分，我們選擇按能源類型對(duì)它們進(jìn)行分組，以突出能源在最終產(chǎn)品中產(chǎn)生的差異。當(dāng)這種印刷方法中使用的材料為粉末形式時(shí)，通常將粉末與惰性氣體一起噴涂，以減少或消除氧化的可能性。對(duì)于粉末原料，還可以使用多種粉末來(lái)混合材料并獲得不同的結(jié)果。當(dāng)原料是焊絲（較便宜的選擇）時(shí)，該技術(shù)被比作機(jī)器人焊接，但它要復(fù)雜得多。

• 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毫米
• 常見應(yīng)用： 修復(fù)高端汽車/航空航天部件、功能原型和最終零件
• 優(yōu)點(diǎn)：成型率高，能夠在現(xiàn)有部件中添加金屬
• 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，表面光潔度和精度普遍較差
  

6.1 激光定向能量沉積

激光定向能量沉積(L-DED)也稱為激光金屬沉積(LMD)或激光工程凈成型 (LENS)，是一種3D打印技術(shù)，使用金屬粉末或金屬絲通過一個(gè)或多個(gè)噴嘴送入，并通過的強(qiáng)激光熔化在構(gòu)建平臺(tái)或金屬零件上，隨著噴嘴和激光的移動(dòng)或零件在多軸轉(zhuǎn)盤上的移動(dòng)，物體被一層一層地構(gòu)建起來(lái)，構(gòu)建速度比粉末床熔合更快，但會(huì)導(dǎo)致表面質(zhì)量較低且精度顯著降低，通常需要大量的后加工。

激光DED打印機(jī)通常具有充滿氬氣的密封室，以避免氧化，在加工活性較低的金屬時(shí)，它們還可以用局部氬氣或氮?dú)饬鬟M(jìn)行操作。此技術(shù)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)高端航空航天和汽車部件，例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，但也用于生產(chǎn)整個(gè)部件。

6.2 電子束定向能量沉積

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(jìn)行的，可以生產(chǎn)出非常干凈、高質(zhì)量的金屬，當(dāng)金屬絲通過一個(gè)或多個(gè)噴嘴送入時(shí)，它會(huì)被電子束熔化，各層是單獨(dú)構(gòu)建的，電子束形成一個(gè)微小的熔池，焊絲由送絲機(jī)送入熔池。當(dāng)處理高性能金屬和活性金屬（例如銅、鈦、鈷和鎳的合金）時(shí)，選擇電子束進(jìn)行DED，使用電子束的金屬絲饋送DED比粉末饋送更快，該過程在真空室中進(jìn)行。

DED機(jī)器實(shí)際上在打印尺寸方面不受限制，例如，3D打印機(jī)制造商Sciaky 擁有一臺(tái)EB DED機(jī)器，可以以每小時(shí)3至9公斤材料的速度生產(chǎn)近六米長(zhǎng)的零件，事實(shí)上，電子束DED被譽(yù)為制造金屬零件最快的方法之一，盡管不是最精確的，這使得它非常適合制造大型結(jié)構(gòu)，例如機(jī)身或替換零件，如渦輪葉片等零件的機(jī)械加工。

6.3 線定向能量沉積

線定向能量沉積，也稱為線弧增材制造 (WAAM)，是一種3D打印，它使用等離子或線弧形式的能量來(lái)熔化線材形式的金屬，然后通過機(jī)械臂將金屬層沉積到打印設(shè)備上。選擇這種方法而不是涉及激光或電子束的類似技術(shù)，是因?yàn)樗恍枰芊馐?，并且可以使用與傳統(tǒng)焊接相同的金屬（有時(shí)是完全相同的材料）。

電能量沉積被認(rèn)為是DED技術(shù)中最具成本效益的選擇，因?yàn)樗梢允褂矛F(xiàn)有的弧焊機(jī)器人和電源，因此進(jìn)入門檻相對(duì)較低，與焊接不同，該技術(shù)使用復(fù)雜的軟件來(lái)控制過程中的一系列變量，包括機(jī)械臂的熱管理和刀具路徑。

打印完成后無(wú)需拆除支撐結(jié)構(gòu)，成品零件通常會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行CNC加工，以達(dá)到嚴(yán)格的公差，之后通常打印零件會(huì)經(jīng)過熱處理以消除殘余應(yīng)力。
  
6.4 冷噴涂

冷噴涂是一種DED 3D打印技術(shù)，它以超音速噴射金屬粉末將它們粘合在一起而不熔化它們，幾乎不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，所以也不會(huì)出現(xiàn)因熱應(yīng)力而產(chǎn)生的熱裂紋或其他可能影響熔融技術(shù)的常見問題。自2000年以來(lái)，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?yàn)樗梢员鹊湫徒饘?D打印高約50至100倍的速度，以精確的幾何形狀沉積長(zhǎng)達(dá)幾厘米的金屬，并且打印機(jī)不需要惰性氣體或真空室。

與其他DED工藝一樣，冷噴涂無(wú)法產(chǎn)生具有良好表面質(zhì)量或細(xì)節(jié)的打印件，但這并不總是需要的，而且零件可以打印結(jié)束之后立即使用。

6.5 熔融直接能量沉積

熔融直接能量沉積是一種3D打印工藝，利用熱量熔化（或接近熔化）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)與金屬擠壓3D打印的不同之處在于，擠壓版本使用內(nèi)部含有少量聚合物的金屬原料使金屬可擠壓，然后在熱處理階段除去聚合物，而Molten DED使用純金屬。人們還可以將熔融或液體DED比作材料噴射，但液態(tài)金屬通常從噴嘴中流出，而不是沉積液滴的噴嘴陣列。

使用熱量熔化然后沉積金屬的潛在好處是能夠比其他DED工藝使用更少的能源，并且有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。

7  片材層壓

  

從技術(shù)上講，片材層壓是3D打印的一種形式，盡管它與上述技術(shù)有很大不同，它的功能是通過將非常薄的材料片堆疊或?qū)訅涸谝黄饋?lái)產(chǎn)生3D物體，然后通過機(jī)械或激光切割形成最終形狀。材料層可以使用多種方法融合在一起，具體取決于所討論的材料，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機(jī)加工成所需形狀時(shí)，會(huì)比其他3D打印技術(shù)產(chǎn)生更多的浪費(fèi)。

制造商使用片材層壓以相對(duì)較高的速度生產(chǎn)具有成本效益的非功能性原型，這也是一種很有前途的電池技術(shù)，并且可用于生產(chǎn)復(fù)合材料物品，因?yàn)樗褂玫牟牧峡梢栽诖蛴∵^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毫米
• 常見應(yīng)用：非功能原型、多色印刷品、鑄造模具。
• 優(yōu)點(diǎn)：可快速生產(chǎn)，復(fù)合打印
• 缺點(diǎn)：精度低，浪費(fèi)較多，部分零件需要后期制作工作
  

7.1 層壓增材制造

層壓將材料片層壓在一起并使用膠水粘合在一起，然后使用刀（或激光或數(shù)控銑床）將分層的物體切割成正確的形狀。如今，該技術(shù)已不太常見，因?yàn)槠渌?3D打印技術(shù)的成本已經(jīng)下降，而其他技術(shù)類別中3D打印機(jī)的尺寸、速度和易用性卻大幅提高。

7.1.1 粘性光刻制造 (VLM)

VLM是BCN3D的一項(xiàng)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(jī)械系統(tǒng)允許樹脂從薄膜的兩側(cè)層壓，從而可以組合不同的樹脂以獲得多材料零件和易于拆卸的支撐結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)技術(shù)尚未投入商業(yè)應(yīng)用，也可能屬于樹脂3D打印技術(shù)之一。

7.1.2 基于復(fù)合材料的增材制造 (CBAM)

Startup Impossible Objects獲得了這項(xiàng)技術(shù)的專利，該技術(shù)將碳、玻璃或凱夫拉纖維墊與熱塑性塑料熔合以制造零件。

7.1.3 選擇性層壓復(fù)合物體制造 (SLCOM)

EnvisionTEC（現(xiàn)稱為ETEC，隸屬于Desktop Metal）于2016年開發(fā)了這項(xiàng)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。

以上就是我們對(duì)3D打印七大主要類型的全面總結(jié)，本文并未涵蓋3D打印七大類別的所有內(nèi)容。

注：本文由資源庫(kù)翻譯，原文來(lái)自all3dp。

很多3D打印新手面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是無(wú)法區(qū)分不同類型的3D打印工藝。如果認(rèn)為3D打印只是從熱噴嘴中擠出的塑料并堆疊成形狀就太局限了，其實(shí)它的意義遠(yuǎn)不止于此！

事實(shí)上，3D打印，也稱為增材制造，是一個(gè)涵蓋了使用完全不同的機(jī)器和材料的多種截然不同的3D打印工藝的總稱。當(dāng)我們想到當(dāng)今3D打印的一些東西，從鉛筆架到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，你就會(huì)意識(shí)到這些技術(shù)截然不同，但也有一些關(guān)鍵的共同之處。例如，所有3D打印都從數(shù)字模型開始，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)的或從數(shù)字零件存儲(chǔ)庫(kù)獲取的電子文件。然后，將設(shè)計(jì)文件放入特殊的構(gòu)建準(zhǔn)備軟件中，將其分解為要進(jìn)行3D打印的切片或?qū)?，它將模型轉(zhuǎn)換為切片并生成3D打印機(jī)遵循的路徑指令。

增材制造的類型可以根據(jù)其生產(chǎn)的內(nèi)容或使用的材料類型來(lái)劃分，但為了將結(jié)構(gòu)應(yīng)用于全球范圍內(nèi)的技術(shù)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)將其分為七種一般類型：材料擠壓、還原聚合、粉床融合、材料噴射、粘合劑噴射、定向能量沉積和片材層壓。在這篇文章中，您將了解這些技術(shù)之間的區(qū)別以及每種技術(shù)的典型應(yīng)用。

1  材料擠壓

材料擠出正如其聽起來(lái)的那樣：材料通過噴嘴擠出，通常，該材料是塑料絲通過加熱的噴嘴，在此過程中將其熔化，打印機(jī)沿著切片軟件確定的路徑將材料沉積在打印平臺(tái)上，然后絲材冷卻并固化形成固體，這是3D打印最常見的形式。

考慮到可以擠出的材料幾乎沒有限制，包括塑料、金屬漿料、混凝土、生物凝膠和各種食品，這是一個(gè)極其廣泛的類別。這種類型的3D打印機(jī)價(jià)格從幾百元到七位數(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(cè)試、夾具和固定裝置、熔模鑄造模型、房屋等。
• 優(yōu)點(diǎn)：成本最低的3D打印方法、材料范圍廣泛
• 缺點(diǎn)：材料性能（強(qiáng)度、耐用性等）通常較低，而且尺寸通常不那么精確
  

1.1 熔融沉積成型(FDM)

FDM與所有3D打印技術(shù)一樣，從數(shù)字模型開始，然后將其轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)遵循的指令，通過FDM，線軸上的一根細(xì)絲（或一次多根）被加載到3D打印機(jī)中，并送入擠出頭中的打印機(jī)噴嘴，打印機(jī)噴嘴被加熱到所需的溫度，導(dǎo)致細(xì)絲軟化，從而連續(xù)的層將連接起來(lái)形成堅(jiān)固的部件。

當(dāng)打印機(jī)沿著XY平面上的指定坐標(biāo)移動(dòng)擠出頭時(shí)，它會(huì)繼續(xù)鋪設(shè)第一層，然后，擠出頭上升到下一個(gè)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(duì)象的幾何形狀，有時(shí)需要添加支撐結(jié)構(gòu)以在打印時(shí)支撐模型，例如，如果模型具有陡峭的懸垂部分，這些支撐在打印后將被移除，也有一些支撐結(jié)構(gòu)材料可以溶解在水或其他溶液中。

1.2 生物3D打印

生物3D打印是一種增材制造工藝，通過有機(jī)或生物材料（例如活細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）相結(jié)合以創(chuàng)建類似天然組織的三維結(jié)構(gòu)，換句話說，生物打印是一種3D打印，可以生產(chǎn)從骨組織、血管到活體組織的任何東西，它用于各種醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用，包括組織工程、藥物測(cè)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(shí)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，屬于材料擠壓系列，盡管擠壓不是唯一的生物打印方法。

3D生物打印使用從針中排出的材料來(lái)創(chuàng)建層，這些被稱為生物墨水的材料主要由活體物質(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、絲、藻酸鹽或納米纖維素），它們?yōu)榻Y(jié)構(gòu)生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收的分子支架提供支持。

1.3 建筑3D打印

     建筑3D打印是一個(gè)快速增長(zhǎng)的材料擠出領(lǐng)域。該技術(shù)涉及使用超大型3D打印機(jī)（通常高達(dá)數(shù)十米）從噴嘴擠出混凝土等建筑材料，這些機(jī)器通常以龍門架或機(jī)械臂系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。如今，3D建筑打印技術(shù)已用于住宅、建筑特色以及從水井到墻壁的建筑項(xiàng)目，有學(xué)者表示它有可能顯著擾亂整個(gè)建筑行業(yè)，因?yàn)樗鼫p少了對(duì)勞動(dòng)力的需求并減少了建筑垃圾。

美國(guó)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(lái)的探險(xiǎn)隊(duì)建造棲息地，用當(dāng)?shù)赝寥来婊炷吝M(jìn)行打印，這種更可持續(xù)的建筑方法一直備受關(guān)注。

2  還原聚合

缸聚合（也稱為樹脂3D打?。┦且幌盗?D打印工藝，它使用光源在缸中選擇性地固化（或硬化）光聚合物樹脂。換句話說，光被精確地引導(dǎo)到液體塑料的特定點(diǎn)或區(qū)域以使其硬化。第一層固化后，構(gòu)建平臺(tái)會(huì)向上或向下移動(dòng)少量（通常在0.01到0.05毫米之間），然后固化下一層，連接上一層，逐層重復(fù)此過程，直到形成3D零件。3D 打印過程完成后，將清潔物體以去除剩余的液態(tài)樹脂，并進(jìn)行后固化（在陽(yáng)光下或紫外線室中）以增強(qiáng)零件的機(jī)械性能。

三種最常見的還原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)別在于光源以及如何使用光源來(lái)固化樹脂。部分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)開發(fā)出獨(dú)特且獲得專利的桶聚合變體，因此你可能會(huì)在市場(chǎng)上看到不同的技術(shù)名稱。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)的缸聚合技術(shù)，Stratasys的Origin將其技術(shù)稱為可編程光聚合(P³)，Formlabs 提供所謂的低力立體光刻(LFS)，而Azul 3D第一個(gè)將大面積快速印刷(HARP)形式的還原聚合商業(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)，將金屬和陶瓷纖維等功能添加劑引入到液體樹脂中。

• 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)、生物相容等）
• 尺寸精度：±0.5%（下限±0.15毫米或5納米，采用μSLA）
• 常見應(yīng)用：注塑模狀聚合物原型和最終用途零件、珠寶鑄造、牙科應(yīng)用、消費(fèi)品
• 優(yōu)點(diǎn)：表面光滑，特征細(xì)節(jié)精細(xì)
  

2.1 立體光刻 (SLA)

立體光刻技術(shù)由Chuck Hull于1986年發(fā)明，他申請(qǐng)了該技術(shù)的專利，并成立了3D Systems公司并將其商業(yè)化，如今，來(lái)自眾多3D打印機(jī)制造商的愛好者和專業(yè)人士都可以使用該技術(shù)。SLA打印機(jī)使用鏡子，稱為檢流計(jì)或振鏡，其中一個(gè)位于X軸，另一個(gè)位于Y軸，這些振鏡快速將一束（或兩束）激光束穿過樹脂，選擇性地固化和凝固該區(qū)域內(nèi)物體的橫截面，并逐層建造它，當(dāng)每一層都在正確的位置固化時(shí)，它就會(huì)向上移動(dòng)以拉出硬化的樹脂層，并為另一個(gè)液體層騰出空間，然后由激光固化。

大多數(shù)SLA打印機(jī)使用固態(tài)激光器來(lái)固化零件，此版本聚合的一個(gè)缺點(diǎn)是與我們的下一種方法(DLP)相比，點(diǎn)激光可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)追蹤物體的橫截面，而我們的下一種方法通過閃光來(lái)立即硬化整個(gè)層，然而，激光可以產(chǎn)生一些工程級(jí)樹脂所需的更強(qiáng)的光。

2.1.1 微立體光刻 (μSLA)

顧名思義，該版本的SLA屬于缸聚合系列，可打印微型部件，或分辨率在2微米至50微米之間，作為參考，人類頭發(fā)的平均寬度為75微米。這是所謂的“微型3D打印”技術(shù)之一，µSLA涉及將感光材料（液體樹脂）暴露在紫外激光下，不同之處在于使用專用的樹脂、先進(jìn)的激光器以及透鏡的添加，這些都產(chǎn)生了幾乎令人難以置信的小光點(diǎn)。

2.1.2 雙光子聚合(TPP)

另一種微型3D打印技術(shù)TPP（也稱為2PP）可以歸類為SLA，因?yàn)樗采婕凹す夂凸饷魳渲?，它可以打印?amp;#181;SLA更小的部件，小至0.1微米，TPP使用脈沖飛秒激光聚焦到特殊樹脂中的狹小點(diǎn)上，然后使用該點(diǎn)來(lái)固化樹脂中的各個(gè) 3D像素（也稱為體素）。通過在預(yù)定義的路徑中逐層順序固化這些納米到微米的小體素，您可以創(chuàng)建3D對(duì)象，它們可以有幾毫米大，同時(shí)保持納米分辨率。
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。

2.2 數(shù)字光處理(DLP)

DLP 3D打印使用數(shù)字光投影儀（而不是激光）在樹脂上同時(shí)閃爍每層的單個(gè)圖像（或針對(duì)較大部件進(jìn)行多次閃爍）。DLP用于在單批次中生產(chǎn)更大的零件或更多的零件，因?yàn)闊o(wú)論構(gòu)建多少零件，每一層閃爍都花費(fèi)完全相同的時(shí)間，這使得它通常比SLA中的激光方法要快。由于投影儀是數(shù)字屏幕，因此每一層的圖像均由方形像素組成，從而形成由稱為體素的小矩形塊組成的層，使用發(fā)光二極管(LED) 屏幕或UV光源將光投射到樹脂上，并通過數(shù)字微鏡器件(DMD)將光投射到構(gòu)建表面。

DMD位于光和樹脂之間，由一系列微鏡組成，這些微鏡控制光的投射位置并在構(gòu)建表面上生成光圖案，這使得樹脂在一層內(nèi)的不同位置具有不同的光點(diǎn)（和聚合）?，F(xiàn)代DLP投影儀通常采用數(shù)千微米尺寸的 LED作為光源，它們的開和關(guān)狀態(tài)是單獨(dú)控制的，并允許提高XY分辨率，并非所有DLP 3D打印機(jī)都是一樣的，光源的功率、穿過的鏡頭、DMD的質(zhì)量決定著打印機(jī)的價(jià)格。

另外，還有一些DLP 3D打印機(jī)將光源安裝在打印機(jī)頂部，向下照射到樹脂上，而不是向上照射，這些“自上而下”的機(jī)器從頂部閃現(xiàn)一層圖像，一次固化一層，然后將固化的層放回槽中，每次降低打印平臺(tái)時(shí)，安裝在槽頂部的重涂器都會(huì)在樹脂上來(lái)回移動(dòng)以平整新的層。制造商表示，這種方法可以為較大的打印件提供更穩(wěn)定的零件輸出，因?yàn)榇蛴∵^程不是對(duì)抗重力，自下而上打印時(shí)，打印平臺(tái)板上可以垂直懸掛的重量是有限的，同時(shí)樹脂槽在打印時(shí)還可以支撐打印件，減少了對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的需求。

2.2.1 投影微立體光刻(PµSL)

PμSL本身就是一種獨(dú)特類型的槽聚合，我們將在此添加PμSL作為DLP的子類別。這是另一種微型3D打印技術(shù)，PμSL 使用投影儀發(fā)出的紫外線以微米級(jí)（2微米分辨率和5微米層高）固化特殊配方的樹脂層，這種增材制造技術(shù)因其低成本、準(zhǔn)確性高、速度快以及可使用的材料范圍廣（包括聚合物、生物材料和陶瓷）而不斷發(fā)展，它在微流體和組織工程、微光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)微型設(shè)備的應(yīng)用中顯示出了巨大潛力。

2.2.2 基于光刻的金屬制造(LMM)

DLP的另一個(gè)類別，這種利用光和樹脂進(jìn)行3D打印的方法可以創(chuàng)建微型金屬零件，適用于手術(shù)工具和微機(jī)械零件等應(yīng)用。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(lán)光曝光進(jìn)行選擇性聚合，打印后，“綠色”部件的聚合物成分被去除，留下全金屬“棕色”部件，并在熔爐中通過燒結(jié)完成整個(gè)過程。其中原料包括不銹鋼、鈦、鎢、黃銅、銅、銀和金。

2.3 液晶顯示器(LCD)

液晶顯示器 (LCD)，也稱為掩模立體光刻 (MSLA)，與上面的DLP非常相似，不同之處在于它使用LCD屏幕而不是數(shù)字微鏡器件(DMD)，這對(duì)3D打印機(jī)的價(jià)格有顯著影響。與 DLP 一樣，LCD光掩模以數(shù)字方式顯示，由方形像素組成，LCD 光掩模的像素尺寸決定了打印的粒度，因此，XY精度是固定的，并不取決于鏡頭的變焦或縮放程度（與DLP的情況不同）。

基于DLP的打印機(jī)和LCD技術(shù)之間的另一個(gè)區(qū)別是，后者使用數(shù)百個(gè)單獨(dú)發(fā)射器的陣列，而不是激光二極管或DLP燈泡等單點(diǎn)發(fā)射器光源。與DLP類似，LCD在某些條件下可以實(shí)現(xiàn)比SLA更快的打印時(shí)間，這是因?yàn)檎麄€(gè)層立即曝光，而不是用激光點(diǎn)追蹤橫截面區(qū)域。由于LCD單元成本低廉，該技術(shù)已成為廉價(jià)桌面樹脂打印機(jī)領(lǐng)域的首選技術(shù)，但這并不意味著它沒有被專業(yè)者使用，一些工業(yè)3D打印機(jī)制造商正在突破技術(shù)極限，取得了令人印象深刻的成果。

3  粉床融合

粉末床熔融 (PBF) 是一種3D打印工藝，其中熱源選擇性地熔化構(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。粉末床熔融3D打印機(jī)通常使用刀片、滾筒和擦拭器在打印床上鋪上一層薄薄的粉末材料，能量（通常來(lái)自激光）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)這個(gè)過程直到整個(gè)物體被制造出來(lái)，最終產(chǎn)品被未熔化的粉末包裹和支撐。盡管該工藝因材料是塑料還是金屬而異，但PBF可以制造出具有高機(jī)械性能（包括強(qiáng)度、耐磨性和耐用性）的零件，用于消費(fèi)品、機(jī)械和工具的最終用途。盡管該領(lǐng)域的3D打印機(jī)變得越來(lái)越便宜（起價(jià)徘徊在25000美元左右），但它仍被認(rèn)為是專業(yè)或工業(yè)技術(shù)。

• 3D打印技術(shù)的類型：選擇性激光燒結(jié)（SLS）、激光粉末床熔融（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：功能零件、復(fù)雜管道（中空設(shè)計(jì)）、小批量零件生產(chǎn)
• 優(yōu)點(diǎn)：功能部件、優(yōu)異的機(jī)械性能、復(fù)雜的幾何形狀
• 缺點(diǎn)：機(jī)器成本較高，材料成本通常較高，構(gòu)建速度較慢
  

3.1 選擇性激光燒結(jié)(SLS)

選擇性激光燒結(jié) (SLS) 使用激光用塑料粉末制造物體。首先，將一箱聚合物粉末加熱到略低于聚合物熔點(diǎn)的溫度，接下來(lái)，重涂刀片或擦拭器在構(gòu)建平臺(tái)上沉積一層非常薄的粉末材料（通常為0.1毫米厚）。然后，激光（CO 2或光纖）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)粉末并固化物體的橫截面。當(dāng)掃描整個(gè)橫截面時(shí)，構(gòu)建平臺(tái)在高度上向下移動(dòng)一層厚度，重涂刀片在最近掃描的層頂部沉積一層新的粉末，激光將物體的下一個(gè)橫截面燒結(jié)到先前固化的橫截面上。重復(fù)這些步驟直到制造出所有物體，未燒結(jié)的粉末保留在適當(dāng)?shù)奈恢靡灾挝矬w，這減少或消除了對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的需要，從粉末床上取出零件并清潔后，不需要其他后處理步驟，之后該部件可以進(jìn)行拋光、涂層或著色。

SLS3D打印機(jī)有數(shù)十個(gè)差異化因素，不僅包括其尺寸，還包括激光器的功率和數(shù)量、激光器的光斑尺寸、床加熱的時(shí)間和方式以及粉末的分布方式，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性部件。

3.1.1 微選擇性激光燒結(jié)(μSLS)

μSLS可能屬于SLS或下文所述的激光粉末床融合(LPBF)。它使用激光燒結(jié)粉末材料，例如SLS，但該材料通常是金屬而不是塑料，因此它更像LPBF，無(wú)論如何，它是另一種微型3D打印技術(shù)，可以以微米級(jí)（低于5 μm）的分辨率創(chuàng)建零件。在μSLS中，將一層金屬納米顆粒墨水涂覆到基材上，然后干燥以產(chǎn)生均勻的納米顆粒層，接下來(lái)，使用數(shù)字微鏡陣列圖案化的激光將納米顆粒加熱并燒結(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零件的每一層。

3.2 激光粉末床熔融(LPBF)

在所有3D打印技術(shù)中，這一技術(shù)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融 (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)。作為粉末床融合的一種子類型，LPBF涉及金屬粉末床和一個(gè)或多個(gè)高功率激光器（最多12個(gè)），LPBF3D打印機(jī)使用激光在分子基礎(chǔ)上選擇性地將金屬粉末逐層融合在一起，直到模型完成，LPBF 是一種高度精確的3D打印方法，通常用于創(chuàng)建航空航天、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用的復(fù)雜金屬零件。

和SLS一樣，LPBF 3D打印機(jī)從分為多個(gè)切片的數(shù)字模型開始，打印機(jī)將粉末加載到構(gòu)建室中，然后重涂刀片（如擋風(fēng)玻璃刮水器）或滾筒將其在構(gòu)建板上鋪展成薄層，激光將層描繪到粉末上。然后構(gòu)建平臺(tái)向下移動(dòng)，施加另一層粉末并將其融合到第一層粉末上，直到構(gòu)建出整個(gè)物體。構(gòu)建室是封閉的、密封的，并且在大部分情況下充滿惰性氣體，例如氮?dú)饣驓鍤饣旌衔?，這確保金屬在熔化過程中不會(huì)氧化，并有助于清除熔化過程中的碎片。

打印床上的填充粉末在打印過程中為模型提供了一些支撐，未使用的金屬粉末可以重新用于下次打印。打印后，將零件從粉末床上取出、清潔，并且通常進(jìn)行二次熱處理以消除應(yīng)力，剩余的粉末被回收并重復(fù)使用。LPBF 3D打印機(jī)的差異化因素包括激光器的類型、強(qiáng)度和數(shù)量，小型的LPBF打印機(jī)一般有一個(gè)30瓦激光器，而工業(yè)版本一般有12個(gè)1000瓦激光器。LPBF機(jī)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。

3.3 電子束熔煉(EBM)

EBM，也稱為電子束粉末床熔融（EBPBF），是一種類似于LPBF的金屬3D 打印方法，但使用的是電子束而不是光纖激光器，該技術(shù)用于制造鈦骨科植入物、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片和銅線圈等零件。選擇EBM而不是基于激光的金屬 3D打印有以下幾個(gè)原因。首先，電子束產(chǎn)生更多的功率和熱量，這是某些金屬和應(yīng)用所需要的。第二，EBM不是在惰性氣體環(huán)境中而是在真空室中進(jìn)行，以防止光束散射，構(gòu)建室溫度最高可達(dá)1000℃，在某些情況下甚至更高。最后，由于電子束使用電磁束控制，因此它的移動(dòng)速度比激光更高，甚至可以分開以同時(shí)曝光多個(gè)區(qū)域。

EBM相對(duì)于LPBF的優(yōu)勢(shì)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(gè)特點(diǎn)是能夠在構(gòu)建室中將單獨(dú)的部件嵌套或堆疊在彼此的頂部，因?yàn)樗鼈儾灰欢ū仨氝B接到構(gòu)建板上，這大大增加了產(chǎn)量。與激光相比，電子束通常會(huì)產(chǎn)生更大的層厚度和不太詳細(xì)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(lái)消除應(yīng)力。
   
4  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沉積在構(gòu)建板上，然后凝固或固化，使用暴露在光線下會(huì)固化的光聚合物或蠟滴，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，因此該技術(shù)的主要應(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）、納米顆粒噴射（NPJ）
• 材料：光聚合物樹脂（標(biāo)準(zhǔn)、可澆注、透明、高溫）、蠟
• 尺寸精度： ±0.1毫米
• 常見應(yīng)用：全彩產(chǎn)品原型、注塑模具原型、小批量注塑模具、醫(yī)療模型、時(shí)裝
• 優(yōu)點(diǎn)：紋理表面光潔度、全彩和多種材料可供選擇
• 缺點(diǎn)：材料有限，不適合要求苛刻的機(jī)械零件，成本比其他樹脂技術(shù)更高
  

4.1 材料噴射(M-Jet)

聚合物材料噴射 (M-Jet) 是一種3D打印工藝，其中一層光敏樹脂有選擇地沉積到構(gòu)建板上并用紫外 (UV) 光固化，沉積并固化一層后，將構(gòu)建平臺(tái)降低一層厚度，并重復(fù)該過程以構(gòu)建3D物體，M-Jet將樹脂3D打印的出色細(xì)節(jié)與長(zhǎng)絲 3D打印 (FDM) 的速度相結(jié)合，以創(chuàng)建具有逼真顏色和紋理的零件和原型。

M-Jet機(jī)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(jī)能夠在一條生產(chǎn)線上制造多個(gè)物體，而不會(huì)影響構(gòu)建速度，只要模型在構(gòu)建平臺(tái)上正確排列，并且每條構(gòu)建線內(nèi)的空間得到優(yōu)化，M-Jet就可以比許多其他類型的樹脂3D打印機(jī)更快地生產(chǎn)零件。使用M-Jet制作的物體需要支撐，支撐是在構(gòu)建過程中同時(shí)使用可溶解材料打印的，而可溶解材料在后處理階段會(huì)被移除，M-Jet 是唯一一種可提供多材料打印和全彩物體的3D打印技術(shù)，與還原聚合技術(shù)不同，M-Jet不需要后固化，因?yàn)榇蛴C(jī)中的紫外線會(huì)完全固化每一層。

4.1.1 氣溶膠噴射

氣溶膠噴射（Aerosol Jet）是Optomec公司開發(fā)的一項(xiàng)獨(dú)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元件均采用Aerosol Jet技術(shù)印刷。它可以粗略地比作噴漆，但它與工業(yè)涂層工藝的區(qū)別在于它可以用來(lái)打印全3D物體，將電子墨水放入霧化器中，霧化器會(huì)產(chǎn)生直徑為1至5微米的濃霧，其中含有材料的液滴，然后，氣溶膠霧被輸送到沉積頭，在那里被鞘氣聚焦，從而產(chǎn)生高速顆粒噴霧。由于能量方法，該技術(shù)有時(shí)被歸類為定向能量沉積，但由于在這種情況下材料是液滴形式，因此我們將其包含在材料噴射中。

4.1.2 塑料自由成型


德國(guó)阿博格公司創(chuàng)建了一種名為塑料自由成型 (APF) 的技術(shù)，該技術(shù)是擠出技術(shù)和材料噴射技術(shù)的交叉技術(shù)。它使用市售的塑料顆粒，這些塑料顆粒在注塑過程中熔化并移動(dòng)到排出裝置，高頻噴嘴閉合件可產(chǎn)生快速打開和關(guān)閉運(yùn)動(dòng)，每秒可產(chǎn)生多達(dá)200個(gè)直徑在0.2至0.4毫米之間的微小塑料滴，液滴在冷卻時(shí)與硬化材料結(jié)合，一般來(lái)說，不需要后期處理，但如果使用了支撐材料，則必須將其移除。

4.2 納米粒子噴射(NPJ)

納米粒子噴射 (NPJ) 是為數(shù)不多的難以簡(jiǎn)單分類的專有技術(shù)之一，它使用帶有數(shù)千個(gè)噴墨噴嘴的打印頭陣列，可同時(shí)將數(shù)百萬(wàn)超細(xì)材料滴以超薄層的形式噴射到構(gòu)建托盤上，并同時(shí)噴射支撐材料。由此產(chǎn)生的3D零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。

5  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粉末層中的區(qū)域，該技術(shù)使用粉末材料（金屬、塑料、陶瓷、木材、糖等）和通過噴墨沉積的液體材料，無(wú)論是金屬、塑料、沙子還是其他粉末材料，粘合劑噴射過程本質(zhì)上都是相同的。首先，重涂刀片或滾筒在構(gòu)建平臺(tái)上涂上一層薄薄的粉末，然后，帶有噴墨噴嘴的打印頭經(jīng)過該床，選擇性地沉積粘合劑或熔合劑的液滴，以將粉末顆粒粘合在一起，當(dāng)該層完成后，構(gòu)建平臺(tái)向下移動(dòng)，刀片或滾筒重新涂覆表面，然后重復(fù)該過程，直到整個(gè)部件完成。最后打印結(jié)束這些零件被包裹在粉末材料床中，需要將其挖出，多余的粉末被收集起來(lái)并可以重復(fù)使用。

根據(jù)材料的不同，需要進(jìn)行后處理，但沙子除外，沙子通常可以直接當(dāng)作打印機(jī)用作型芯或模具，當(dāng)粉末是金屬或陶瓷時(shí)，涉及熱的后處理會(huì)熔化掉粘合劑，只留下金屬，塑料零件后處理包括固化階段，并且通常包括涂層以改善表面光潔度，另外還可以對(duì)聚合物粘合劑噴射部件進(jìn)行拋光、噴漆和打磨。長(zhǎng)期以來(lái)，粘合劑噴射被認(rèn)為是一種“冷”技術(shù)，因?yàn)榕c在粉末金屬或聚合物上使用激光或電子束不同，在后處理之前，該過程中沒有熱量。然而，當(dāng)我們談?wù)摼酆衔镎澈蟿﹪娚鋾r(shí)，情況可能會(huì)發(fā)生變化。

粘合劑噴射速度快且生產(chǎn)率高，因此與其他增材制造方法相比，它可以更經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)大量零件。金屬粘合劑噴射適用于多種金屬，在最終用途消費(fèi)品、工具和批量備件中很受歡迎，冷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，但隨著熱量不同通常使用尼龍和TPU。

• 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、多射流融合、高速燒結(jié)、選擇性吸收融合
• 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：功能金屬零件、全彩模型、砂鑄件和模具
• 優(yōu)點(diǎn)：低成本、大構(gòu)建量、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)于金屬來(lái)說這是一個(gè)多步驟的過程，并且用冷工藝制成的聚合物零件機(jī)械強(qiáng)度不高
  

5.1 金屬粘合劑噴射

粘合劑噴射還用于制造具有復(fù)雜幾何形狀的固體金屬物體，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)制造技術(shù)的能力。金屬粘合劑噴射對(duì)于批量金屬零件生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)輕量化來(lái)說是一項(xiàng)非常有吸引力的技術(shù)，由于粘合劑噴射可以打印具有復(fù)雜圖案填充的零件而不是實(shí)心零件，因此所得零件的重量大大減輕，同時(shí)強(qiáng)度也很高，粘合劑噴射的孔隙率特征還可用于實(shí)現(xiàn)醫(yī)療應(yīng)用的更輕的端部部件，例如植入物?？傮w而言，金屬粘合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)，金屬注射成型是大規(guī)模生產(chǎn)金屬零件最廣泛使用的制造方法之一。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。

金屬粘合劑噴射部件在打印后需要進(jìn)行二次加工才能獲得良好的機(jī)械性能。剛出廠時(shí)，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“綠色部件”很脆弱，無(wú)法按原樣使用。當(dāng)零件完成打印并將其從金屬粉末床上取出（稱為除粉的過程）后，需要像熱固化等一些工藝，然后在爐中進(jìn)行熱處理（稱為燒結(jié)的過程），打印參數(shù)和燒結(jié)參數(shù)均針對(duì)特定零件幾何形狀、材料和所需密度進(jìn)行調(diào)整。有時(shí)會(huì)使用青銅或其他金屬來(lái)滲透粘合劑噴射部件中的空隙，從而實(shí)現(xiàn)零孔隙率。

5.2 塑料粘合劑噴射（MJF、HSS、SAF）

塑料粘合劑噴射與金屬粘合劑噴射非常相似，因?yàn)樗婕胺勰┖鸵后w粘合劑，正如我們上面提到的，聚合物粘合劑噴射可以分為冷工藝和熱工藝。聚合物粘合劑噴射首先將聚合物粉末（通常是尼龍的一種）以薄層分布在構(gòu)建平臺(tái)上，然后，噴墨頭將粘合劑狀膠水（或其他流體，包括彩色墨水、易熔或輻射吸收流體和磁性流體）精確地分配到每層上聚合物應(yīng)連接的位置。在某些方法中，有一個(gè)加熱單元連接到噴墨頭或單獨(dú)的托架上，該加熱單元將接收流體層的部分融合在一起，包含該加熱步驟的方法比不包含該加熱步驟的方法可以制造出更堅(jiān)固的部件，因?yàn)榫酆衔锓勰┗旧先刍谝黄?，而不僅僅是粘合在一起。

熱噴射粘合劑，例如多射流融合、高速燒結(jié)和選擇性吸收融合，可與使用激光熔化聚合物粉末的技術(shù)（稱為選擇性激光燒結(jié)）相媲美，但速度更快，表面光潔度更高，而且可以重復(fù)利用打印機(jī)運(yùn)行時(shí)留下的粉末，這是一項(xiàng)多功能技術(shù)，已應(yīng)用于從汽車到醫(yī)療保健再到消費(fèi)品等多個(gè)行業(yè)。無(wú)需加熱的粘合劑噴射變化可以用另一種材料填充以提高強(qiáng)度，這些冷粘合劑噴射工藝還包含彩色墨水，可以生產(chǎn)用于醫(yī)療建模和產(chǎn)品原型的多色部件。打印完成后，塑料部件將從粉末床上取出并進(jìn)行清潔，無(wú)需任何進(jìn)一步處理即可使用。

5.2 砂粘合劑噴射

砂粘合劑噴射可以說與塑料粘合劑噴射相比是相同的技術(shù)，但打印機(jī)和應(yīng)用場(chǎng)景的不同足以在此處獲得單獨(dú)的條目，事實(shí)上，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。該工藝成本低且速度快，使其成為鑄造廠的絕佳解決方案，使用傳統(tǒng)技術(shù)很難或不可能生產(chǎn)的精細(xì)圖案設(shè)計(jì)可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)打印出來(lái)。

砂粘合劑噴射3D打印機(jī)可使用砂巖或石膏生產(chǎn)零件。打印后，將型芯和模具從構(gòu)建區(qū)域中取出并進(jìn)行清潔，以除去周圍松散的沙子，模具通?？闪⒓从糜阼T造，鑄造后，將模具拆開，取出最終的金屬部件。

6  定向能量沉積

  

定向能量沉積 (DED) 是一種3D打印工藝，其中金屬材料在沉積的同時(shí)被強(qiáng)大的能量輸送和熔化，這是3D打印最廣泛的類別之一，根據(jù)材料的形式（線材或粉末）和能量的類型（激光、電子束、電弧、超音速、熱等）包含一長(zhǎng)串子類別。從本質(zhì)上講，它是金屬可以控制沉積為層（不是擠壓）的一種方式，并且它與焊接有很多共同點(diǎn)。該技術(shù)用于逐層構(gòu)建打印件，但更常見的是，它用于通過將材料直接沉積在現(xiàn)有金屬零件上來(lái)修復(fù)金屬物體或?yàn)槠涮砑庸δ埽撨^程通常隨后進(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，因此有一種3D打印子類型稱為混合3D打印。

DED的子類別可以根據(jù)原料類型或能源類型來(lái)劃分，我們選擇按能源類型對(duì)它們進(jìn)行分組，以突出能源在最終產(chǎn)品中產(chǎn)生的差異。當(dāng)這種印刷方法中使用的材料為粉末形式時(shí)，通常將粉末與惰性氣體一起噴涂，以減少或消除氧化的可能性。對(duì)于粉末原料，還可以使用多種粉末來(lái)混合材料并獲得不同的結(jié)果。當(dāng)原料是焊絲（較便宜的選擇）時(shí)，該技術(shù)被比作機(jī)器人焊接，但它要復(fù)雜得多。

• 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毫米
• 常見應(yīng)用： 修復(fù)高端汽車/航空航天部件、功能原型和最終零件
• 優(yōu)點(diǎn)：成型率高，能夠在現(xiàn)有部件中添加金屬
• 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，表面光潔度和精度普遍較差
  

6.1 激光定向能量沉積

激光定向能量沉積(L-DED)也稱為激光金屬沉積(LMD)或激光工程凈成型 (LENS)，是一種3D打印技術(shù)，使用金屬粉末或金屬絲通過一個(gè)或多個(gè)噴嘴送入，并通過的強(qiáng)激光熔化在構(gòu)建平臺(tái)或金屬零件上，隨著噴嘴和激光的移動(dòng)或零件在多軸轉(zhuǎn)盤上的移動(dòng)，物體被一層一層地構(gòu)建起來(lái)，構(gòu)建速度比粉末床熔合更快，但會(huì)導(dǎo)致表面質(zhì)量較低且精度顯著降低，通常需要大量的后加工。

激光DED打印機(jī)通常具有充滿氬氣的密封室，以避免氧化，在加工活性較低的金屬時(shí)，它們還可以用局部氬氣或氮?dú)饬鬟M(jìn)行操作。此技術(shù)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)高端航空航天和汽車部件，例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，但也用于生產(chǎn)整個(gè)部件。

6.2 電子束定向能量沉積

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(jìn)行的，可以生產(chǎn)出非常干凈、高質(zhì)量的金屬，當(dāng)金屬絲通過一個(gè)或多個(gè)噴嘴送入時(shí)，它會(huì)被電子束熔化，各層是單獨(dú)構(gòu)建的，電子束形成一個(gè)微小的熔池，焊絲由送絲機(jī)送入熔池。當(dāng)處理高性能金屬和活性金屬（例如銅、鈦、鈷和鎳的合金）時(shí)，選擇電子束進(jìn)行DED，使用電子束的金屬絲饋送DED比粉末饋送更快，該過程在真空室中進(jìn)行。

DED機(jī)器實(shí)際上在打印尺寸方面不受限制，例如，3D打印機(jī)制造商Sciaky 擁有一臺(tái)EB DED機(jī)器，可以以每小時(shí)3至9公斤材料的速度生產(chǎn)近六米長(zhǎng)的零件，事實(shí)上，電子束DED被譽(yù)為制造金屬零件最快的方法之一，盡管不是最精確的，這使得它非常適合制造大型結(jié)構(gòu)，例如機(jī)身或替換零件，如渦輪葉片等零件的機(jī)械加工。

6.3 線定向能量沉積

線定向能量沉積，也稱為線弧增材制造 (WAAM)，是一種3D打印，它使用等離子或線弧形式的能量來(lái)熔化線材形式的金屬，然后通過機(jī)械臂將金屬層沉積到打印設(shè)備上。選擇這種方法而不是涉及激光或電子束的類似技術(shù)，是因?yàn)樗恍枰芊馐?，并且可以使用與傳統(tǒng)焊接相同的金屬（有時(shí)是完全相同的材料）。

電能量沉積被認(rèn)為是DED技術(shù)中最具成本效益的選擇，因?yàn)樗梢允褂矛F(xiàn)有的弧焊機(jī)器人和電源，因此進(jìn)入門檻相對(duì)較低，與焊接不同，該技術(shù)使用復(fù)雜的軟件來(lái)控制過程中的一系列變量，包括機(jī)械臂的熱管理和刀具路徑。

打印完成后無(wú)需拆除支撐結(jié)構(gòu)，成品零件通常會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行CNC加工，以達(dá)到嚴(yán)格的公差，之后通常打印零件會(huì)經(jīng)過熱處理以消除殘余應(yīng)力。
  
6.4 冷噴涂

冷噴涂是一種DED 3D打印技術(shù)，它以超音速噴射金屬粉末將它們粘合在一起而不熔化它們，幾乎不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，所以也不會(huì)出現(xiàn)因熱應(yīng)力而產(chǎn)生的熱裂紋或其他可能影響熔融技術(shù)的常見問題。自2000年以來(lái)，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?yàn)樗梢员鹊湫徒饘?D打印高約50至100倍的速度，以精確的幾何形狀沉積長(zhǎng)達(dá)幾厘米的金屬，并且打印機(jī)不需要惰性氣體或真空室。

與其他DED工藝一樣，冷噴涂無(wú)法產(chǎn)生具有良好表面質(zhì)量或細(xì)節(jié)的打印件，但這并不總是需要的，而且零件可以打印結(jié)束之后立即使用。

6.5 熔融直接能量沉積

熔融直接能量沉積是一種3D打印工藝，利用熱量熔化（或接近熔化）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)與金屬擠壓3D打印的不同之處在于，擠壓版本使用內(nèi)部含有少量聚合物的金屬原料使金屬可擠壓，然后在熱處理階段除去聚合物，而Molten DED使用純金屬。人們還可以將熔融或液體DED比作材料噴射，但液態(tài)金屬通常從噴嘴中流出，而不是沉積液滴的噴嘴陣列。

使用熱量熔化然后沉積金屬的潛在好處是能夠比其他DED工藝使用更少的能源，并且有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。

7  片材層壓

  

從技術(shù)上講，片材層壓是3D打印的一種形式，盡管它與上述技術(shù)有很大不同，它的功能是通過將非常薄的材料片堆疊或?qū)訅涸谝黄饋?lái)產(chǎn)生3D物體，然后通過機(jī)械或激光切割形成最終形狀。材料層可以使用多種方法融合在一起，具體取決于所討論的材料，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機(jī)加工成所需形狀時(shí)，會(huì)比其他3D打印技術(shù)產(chǎn)生更多的浪費(fèi)。

制造商使用片材層壓以相對(duì)較高的速度生產(chǎn)具有成本效益的非功能性原型，這也是一種很有前途的電池技術(shù)，并且可用于生產(chǎn)復(fù)合材料物品，因?yàn)樗褂玫牟牧峡梢栽诖蛴∵^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毫米
• 常見應(yīng)用：非功能原型、多色印刷品、鑄造模具。
• 優(yōu)點(diǎn)：可快速生產(chǎn)，復(fù)合打印
• 缺點(diǎn)：精度低，浪費(fèi)較多，部分零件需要后期制作工作
  

7.1 層壓增材制造

層壓將材料片層壓在一起并使用膠水粘合在一起，然后使用刀（或激光或數(shù)控銑床）將分層的物體切割成正確的形狀。如今，該技術(shù)已不太常見，因?yàn)槠渌?3D打印技術(shù)的成本已經(jīng)下降，而其他技術(shù)類別中3D打印機(jī)的尺寸、速度和易用性卻大幅提高。

7.1.1 粘性光刻制造 (VLM)

VLM是BCN3D的一項(xiàng)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(jī)械系統(tǒng)允許樹脂從薄膜的兩側(cè)層壓，從而可以組合不同的樹脂以獲得多材料零件和易于拆卸的支撐結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)技術(shù)尚未投入商業(yè)應(yīng)用，也可能屬于樹脂3D打印技術(shù)之一。

7.1.2 基于復(fù)合材料的增材制造 (CBAM)

Startup Impossible Objects獲得了這項(xiàng)技術(shù)的專利，該技術(shù)將碳、玻璃或凱夫拉纖維墊與熱塑性塑料熔合以制造零件。

7.1.3 選擇性層壓復(fù)合物體制造 (SLCOM)

EnvisionTEC（現(xiàn)稱為ETEC，隸屬于Desktop Metal）于2016年開發(fā)了這項(xiàng)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。

以上就是我們對(duì)3D打印七大主要類型的全面總結(jié)，本文并未涵蓋3D打印七大類別的所有內(nèi)容。

注：本文由資源庫(kù)翻譯，原文來(lái)自all3dp。