7种主要的3D打印技术
2025-06-13
国际标准化组织（ISO）将它们分为七大类（但这七大类3D打印技术也难以涵盖日益增多的技术子类型和混合技术）。本期将介绍这些技术之间的差异。
材料挤出
材料挤出打印顾名思义，就是将材料通过喷嘴挤出。通常情况下，这种材料是塑料丝，熔化后通过加热的喷嘴挤出。打印机按照软件预设的工艺路径，将材料放置在打印平台上。随后，塑料丝冷却凝固，最终形成固体物体。这是最常见的3D打印方式。乍听之下似乎很简单，但实际上，考虑到可挤出的材料种类繁多，包括塑料、金属、混凝土、生物凝胶以及各种食品，它涵盖的范围非常广。这类3D打印机的价格从100美元到数百万美元不等。
●材料挤出成型子类型：熔融沉积成型（FDM）、建筑3D打印、微型3D打印、生物3D打印
●材质：塑料、金属、食品、混凝土等。
●尺寸精度：±0.5%（下限±0.5mm）
●常见应用：原型、电气外壳、形状和配合测试、夹具和工装、精密铸造模型、外壳等。
●优势：成本最低的3D打印方法，且可使用多种材料
● 缺点：通常材料性能较低（强度、耐久性等），尺寸精度通常较低
槽聚合
光固化成型（也称树脂3D打印）是一类3D打印工艺，它利用光源选择性地固化（或硬化）料槽中的光敏树脂。换句话说，光线被精确地照射到液态塑料的特定点或区域，使其硬化。第一层固化后，打印平台会上下移动（取决于打印机）一小段距离（通常在0.01到0.05毫米之间），然后固化下一层，与前一层连接。这个过程逐层重复，直到形成3D零件。3D打印完成后，需要清洗零件以去除残留的液态树脂，并进行后固化（在阳光下或紫外线固化箱中）以增强零件的机械性能。
三种最常见的光固化成型技术是立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）和液晶显示（LCD），也称为掩模立体光刻（MSLA）。这些3D打印技术之间的根本区别在于光源及其固化树脂的方式。
●3D打印技术类型：立体光刻（SLA）、液晶显示（LCD）、数字光处理（DLP）、微立体光刻（μSLA）等。
●材料：光敏树脂（可浇铸、透明、工业级、生物相容性等）
●尺寸精度：±0.5%（下限为±0.15毫米或5纳米，采用μSLA工艺）
● 常见应用： 注塑成型 聚合物原型和最终用途部件、珠宝铸造、牙科应用、消费品
●优点：表面光滑，细节精致
粉末床熔融（PBF）
粉末床熔融（PBF）是一种3D打印工艺，它利用热能选择性地熔化打印区域内的粉末颗粒（塑料、金属或陶瓷），逐层构建固体物体。粉末床熔融3D打印机通常使用刮刀、滚筒或刮板将一层薄薄的粉末材料铺展在打印平台上。激光能量熔化粉末层上的特定点，然后沉积另一层粉末并将其熔化到前一层。这个过程不断重复，直到整个物体制造完成，最终产品由未熔化的粉末包裹和支撑。
粉末床熔融（PBF）技术能够制造出具有高机械性能（包括强度、耐磨性和耐久性）的零件，广泛应用于消费品、机械和工具等领域。该细分市场的3D打印机价格正变得越来越亲民（起价约为25,000美元），但它仍被视为一项工业技术。
●3D打印技术类型：选择性激光烧结（SLS）、激光粉末床熔化（LPBF）、电子束熔化（EBM）
●材料：塑料粉末、金属粉末、陶瓷粉末
●尺寸精度：±0.3%（下限±0.3mm）
●常见应用：功能性组件、复杂管道（空心设计）、小批量组件生产
●优势：功能部件、优异的机械性能、复杂的几何形状
● 缺点：机器成本较高，材料成本通常较高，施工速度较慢
材料喷射
材料喷射是一种3D打印工艺，它将微小的材料液滴喷射到打印平台上，然后使其固化或凝固。物体逐层构建，使用的光敏聚合物或蜡质液滴在光照下固化。材料喷射工艺的特性允许在同一物体上打印不同的材料。这项技术的一个应用是制造具有多种颜色和纹理的零件。
●3D打印技术类型：材料喷射（MJ）、纳米颗粒喷射（NPJ）
●材料：感光树脂（标准型、浇注型、透明型、耐高温型）、蜡
●尺寸精度：±0.1毫米
●常见应用：全彩产品原型、类似注塑模具的原型、小批量注塑模具、医疗模型、时尚
● 优势：表面纹理丰富，色彩饱满，多种材质可选
● 缺点：材料选择有限，不适用于需要精密加工的机械零件，成本高于其他用于视觉用途的树脂技术。
粘结剂喷射成型
粘结剂喷射是一种3D打印工艺，其中液态粘结剂选择性地粘合粉末层中的不同区域。这种技术结合了粉末床熔融（PBF）和材料喷射（MJ）的特点。与PBF类似，粘结剂喷射也使用粉末状材料（金属、塑料、陶瓷、木材、糖等），并且与MJ类似，都是通过喷墨方式将液态粘结剂聚合物沉积在粉末层上。无论是金属、塑料、沙子还是其他粉末状材料，粘结剂喷射的工艺流程都相同。首先，刮刀在打印平台上铺上一层薄薄的粉末。然后，带有喷墨喷嘴的打印头在粉末层上移动，选择性地喷洒粘结剂液滴，将粉末颗粒粘合在一起。一层完成后，打印平台向下移动，刮刀再次刮涂粉末层。如此反复，直至整个零件打印完成。
粘结剂喷射成型的独特之处在于打印过程中无需加热。粘结剂起到粘合剂的作用，将聚合物粉末粘合在一起。打印完成后，零件会被未使用的粉末包裹，通常需要固化。之后，零件会从粉末箱中取出，多余的粉末会被收集起来重复使用。接下来，根据材料的不同，可能需要进行后处理，但沙子除外，沙子通常可以直接用作打印机的型芯或模具。如果粉末是金属或陶瓷，则需要进行加热后处理，以熔化粘结剂，只留下金属。塑料零件的后处理通常包括涂层，以改善表面光洁度。此外，还可以对聚合物粘结剂喷射成型的零件进行抛光、喷漆和打磨。
粘结剂喷射成型速度快、生产效率高，因此与其他增材制造方法相比，能够以更低的成本生产大批量零件。金属粘结剂喷射成型可用于多种金属，广泛应用于终端消费品、模具和批量备件的生产。然而，聚合物粘结剂喷射成型的材料选择有限，且生产的零件结构性能较低。其价值在于能够制作全彩原型和模型。
●粘结剂喷射3D打印技术子类型：金属粘结剂喷射、聚合物粘结剂喷射、砂型粘结剂喷射
●材料：沙子、聚合物、金属、陶瓷等。
●尺寸精度：±0.2毫米（金属）或±0.3毫米（砂）
●常见应用：功能性金属零件、全彩模型、砂型铸件和模具
优势：成本低、打印尺寸大、可制作功能性金属部件、色彩还原度高、打印速度快、无需支撑设计灵活
● 缺点：金属加工工艺繁琐，聚合物部件不耐用。
粉末定向能量沉积
定向能量沉积（DED）是一种3D打印工艺，它利用强大的能量源同时熔化和沉积金属材料。这是3D打印领域最广泛的类别之一，根据材料形态（金属丝或粉末）和能量类型（激光、电子束、电弧、超声波、热能等）的不同，又可细分为许多子类别。本质上，它与焊接有很多相似之处。
这项技术用于逐层打印，通常随后…… 数控加工 为了实现更严格的公差，DED 与 CNC 结合使用非常普遍，以至于出现了一种称为混合 3D 打印的 3D 打印子类型，它将 DED 和 CNC 单元集成在同一台机器中。该技术被认为是小批量金属铸件和锻件生产以及海上油气行业、航空航天、发电和公用事业等行业的关键维修应用的更快、更经济的替代方案。
●定向能量沉积的子类型：粉末激光能量沉积、电弧增材制造（WAAM）、电子束能量沉积、冷喷涂
●材料：各种金属，线材和粉末状
●尺寸精度：±0.1毫米
● 常见应用：高端汽车/航空航天零部件、功能原型和最终零部件的维修
优势：堆叠速度快，能够在现有部件上添加金属
● 缺点：由于无法制作支撑结构，无法制作复杂形状，表面光洁度和精度通常较差。
片材层压
片材层压技术从技术上讲是一种3D打印技术，与上述技术截然不同。它的工作原理是将极薄的材料层堆叠层压在一起，形成一个三维物体或堆叠体，然后通过机械切割或激光切割形成最终形状。根据材料的不同，可以使用多种方法将材料层熔合在一起，包括加热和声波等，材料范围从纸张到聚合物再到金属。与其他3D打印技术相比，采用层压后再进行激光切割或机械加工的零件会产生更多的废料。
制造商利用片材层压技术以相对较高的速度生产经济高效的非功能性原型，这些原型可用于电池技术和复合材料的生产，因为在打印过程中可以使用的材料可以互换。
●3D打印技术类型：层叠实体制造（LOM）、超声波固化（UC）
●材料：纸、聚合物和金属薄板
●尺寸精度：±0.1毫米
●常见应用：非功能性原型、多色印刷、铸造。
●优势：生产速度快，可复合打印
●缺点：精度低，废料多，部分零件需要后期加工
3D打印技术种类繁多（https://www.xmrex-tech.com/services/）。以上列举的是3D打印领域中最常见的七种增材制造技术。它们适用于不同的应用场景和材料。随着技术的不断进步，3D打印技术正逐步渗透到工业制造、医疗、建筑、教育等领域，展现出巨大的发展潜力和应用前景。