有許多人認(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！今天南極熊將介紹七大類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)鍵過程是相同的。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)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(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(gè)加熱的噴嘴進(jìn)行熔化和擠出。打印機(jī)沿著通過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。這是最常見的 3D 打印形式。乍一看這聽起來很簡(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

1.熔融沉積成型 (FDM)

△FDM 零件可以在各種 3D 打印機(jī)上用金屬或塑料制成

FDM 3D 打印機(jī)是一個(gè)價(jià)值數(shù)十億美元的市場(chǎng)，擁有數(shù)以千計(jì)的機(jī)器，從基本型號(hào)到制造商的復(fù)雜型號(hào)。FDM機(jī)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(jī)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(jī)，然后送入擠出頭中的打印機(jī)噴嘴。打印機(jī)噴嘴或多個(gè)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(gè)堅(jiān)固的部件。

當(dāng)打印機(jī)沿 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(jī)為業(yè)余愛好者、小型企業(yè)和制造商提供范圍廣泛的機(jī)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(jī)或生物材料（例如活細(xì)胞和營(yíng)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(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，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(zhǎng)和營(yíng)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(gè)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(jī)（通常高達(dá)數(shù)十米）從噴嘴中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)。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(xiàng)目。有研究者表示，它有可能顯著改變整個(gè)建筑行業(yè)，因?yàn)樗鼫p少了勞動(dòng)力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)的材料為未來的探險(xiǎn)隊(duì)建造棲息地。用當(dāng)?shù)赝寥来�替混凝土打印作為一種更可持續(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(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(jìn)行后固化（在陽光下或紫外線室中）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(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 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(fèi)品

●優(yōu)勢(shì)：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(gè)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(qǐng)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(jī)制造商的愛好者和專業(yè)人士使用。SLA使用激激光束對(duì)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(jī)使用固態(tài)激光來固化部件。這種桶聚合的一個(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)間來追蹤物體的橫截面，后者會(huì)閃爍光線以立即硬化整個(gè)層。然而，激光可以產(chǎn)生更強(qiáng)的光，這是某些工程級(jí)樹脂所需要的。

△SLA 3D 打印機(jī)使用一個(gè)或多個(gè)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(huì)產(chǎn)生幾乎令人難以置信的小光點(diǎn)。

△Nanoscribe 和 Microlight3D 是 TPP 3D 打印機(jī)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?yàn)樗�也使用激光和光敏樹脂，它可以打印�?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(gè)狹窄點(diǎn)。然后使用該點(diǎn)固化樹脂中的單個(gè)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(jí)到微米級(jí)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 打印：TPP 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(shí)閃爍每一層的單個(gè)圖像（或?yàn)檩^大的部件多次曝光）。DLP（比 SLA 更常見）用于在單個(gè)批次中生產(chǎn)更大的零件或更大體積的零件，因?yàn)闊o論構(gòu)建中有多少零件，每一層曝光都需要完全相同的時(shí)間，比SLA 中的點(diǎn)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(jī)有從業(yè)余愛好版本也有完整的制造生產(chǎn)機(jī)器

現(xiàn)代 DLP 投影儀通常有數(shù)千個(gè)微米大小的 LED 作為光源。它們的開關(guān)狀態(tài)是單獨(dú)控制的，可以提高 XY 分辨率。并不是所有的 DLP 3D 打印機(jī)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(tái)價(jià)值 300 美元的機(jī)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(jī)器相比。

自上而下的 DLP

一些 DLP 3D 打印機(jī)的光源安裝在打印機(jī)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(jī)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(shí)，安裝在大桶頂部的重涂機(jī)都會(huì)在樹脂上來回移動(dòng)以整平新層。制造商表示，由于打印過程不會(huì)對(duì)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(shí)，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(shí)支撐打印件，減少了對(duì)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(dú)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(jí)（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(gè)”遠(yuǎn)親“，這種使用光和樹脂進(jìn)行3D打印的方法可以為手術(shù)工具和微機(jī)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(lán)光曝光進(jìn)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(duì) 3D 打印機(jī)的價(jià)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(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，而不是像激光二極管或 DLP 燈泡那樣的單點(diǎn)發(fā)射光源。

△如今，LCD 樹脂 3D 打印技術(shù)正在從消費(fèi)機(jī)器轉(zhuǎn)向工業(yè)機(jī)器

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)層一次曝光，而不是用激光點(diǎn)追蹤橫截面積。由于 LCD 單元成本低，這項(xiàng)技術(shù)已成為低價(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得到專業(yè)使用，一些工業(yè) 3D 打印機(jī)制造商正在突破技術(shù)極限并取得令人矚目的成果。

(責(zé)任編輯：admin)

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