7大类主流的3D打印技术，一文全部看懂

标题：介绍3D打印的七大工艺：从材料挤出到建筑打印的奇幻之旅

许多人认为3D打印仅仅是挤出材料并堆叠成形状，但实际上，3D打印的世界远比这要丰富多元。今天，南极熊将带您踏上一段揭示七大3D打印工艺的奇幻之旅，让我们一起深入了解这个充满魅力的技术领域。

我们要明白什么是3D打印。也被称为增材制造，3D打印是一个涵盖了几种截然不同的工艺的总称。这些技术虽然天差地别，但它们的关键过程却是一样的。所有的3D打印都是从数字模型开始，因为这项技术本质上是数字化的。设计好的零件或产品最初是通过计算机辅助设计（CAD）软件设计出来的，或者从数字零件库中获取的电子文件。接下来，这些设计文件通过特殊的构建准备软件被分解成切片或层，以便进行3D打印。

那么，为什么是7种类型呢？国际标准组织（ISO）将其分为七种一般类型，但这七个3D打印类别也难以涵盖越来越多的技术子类型和混合技术。接下来，我们将一一介绍这七大类型：

一、材料挤出：这是最常见的3D打印形式。材料通过加热的喷嘴挤出，形成塑料细丝。打印机沿着通过软件得到的工艺路径将材料放置在构建平台上，然后灯丝冷却凝固形成固体物体。这种技术的子类型包括熔融沉积建模（FDM）、建筑3D打印、微型3D打印、生物3D打印等。这种方法的优势在于成本低，材料范围广，但缺点在于材料性能较低，尺寸精度不高。

二、还原聚合：这是一种通过化学反应将小分子转化为大分子的过程。在3D打印中，这种技术用于制造具有特定形状和结构的复杂部件。

三、粉床融合：这种技术使用粉末状材料，通过激光或电子束将其融合在一起，形成固体物体。这种方法的优点是能够制造具有高精度和高强度的部件。

四、材料喷射：这种技术将液态或糊状材料直接喷射到构建平台上，然后逐层堆积形成物体。这种方法的灵活性很高，可以制造各种复杂形状的部件。

五、粘合剂喷射：这种技术使用粘合剂将不同材料粘合在一起，形成三维结构。这种方法的优点是能够制造具有复杂内部结构的部件。

六、定向能沉积：这种技术通过喷射熔融材料或粉末来构建物体，同时使用定向能量（如激光或电子束）将其固化。这种方法的优点是能够实现高度自动化的制造过程。

七、片材层压：这种技术使用预先切割好的薄片材料，通过堆叠和粘合这些薄片来构建物体。这种方法通常用于制造大型复杂的结构。

接下来，我们将深入探讨这些类型的3D打印工艺以及它们的典型用途。让我们一起踏上这场揭示3D打印奥秘的旅程吧！

我们了解了七大类型的3D打印工艺以及它们的特点和用途。这些技术展示了增材制造的巨大潜力和广阔前景。希望这篇文章能为您揭开3D打印的神秘面纱，让您更加深入地了解这个充满魅力的技术领域。二、探索桶聚合工艺

桶聚合工艺，又称为树脂3D打印技术，是一种利用光源在液态树脂中精准固化特定区域以形成三维实体的工艺。这种技术的工作原理犹如使用魔法，将液态塑料一点点转变为实体形态。当构建平台在打印机的引导下向上或向下移动时，光源便开始有选择性地硬化光敏聚合物树脂的特定部分。这一过程逐层重复，直至形成完整的三维部件。完成打印后，还需对物体进行清洁处理，去除多余的液态树脂，并在阳光下或紫外线室中进行后固化，以提高其机械性能。

立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）和液晶显示器（LCD）是桶聚合工艺的三种主要形式。它们之间的核心差异在于用于固化树脂的光源及其工作方式。这些技术各有特色，适用于不同的应用场景。例如，SLA技术使用激光束固化树脂，适用于大型部件的制造；DLP则采用数字光投射器，可以同时曝光整个层面，效率更高；而LCD技术则适用于生产小型部件。市场上还有许多专业级3D打印机制造商开发出了独特且专利化的光聚合技术。例如，Carbon的Digital Light Synthesis（DLS）、Stratasys的Programmable Polymerization（P3）以及Formlabs的低力立体光刻（LFS）等。

这种技术的优点在于其高精度的打印效果和高度的灵活性。它能够制造出具有复杂结构和精细特征的部件，表面光滑度极高。无论是制造注塑模具、铸造珠宝还是制作牙科应用产品，桶聚合工艺都能发挥巨大的作用。随着技术的不断进步，微型立体光刻技术（μSLA）和双光子聚合（TPP）等先进技术更是将微型零件的制造推向了新的高度。这些技术使得制造微小、精密的部件成为可能，为科研、医疗和传感器制造等领域提供了强有力的支持。桶聚合工艺作为当今三维打印领域的重要一环，正以其独特的优势推动着制造业的发展与创新。

以下将详细介绍几种主要的桶聚合工艺类型及其特点：

立体光刻（SLA）: 这是世界上最早的3D打印技术之一，由查克·赫尔于1986年发明。SLA使用激光束有选择地固化树脂，逐层构建物体。虽然激光固化时间较长，但其强大的光能可以固化某些工程级树脂。

微立体光刻（μSLA）: 这种技术可以打印微型部件，分辨率极高，能够制造出几乎难以置信的小部件。它是微型3D打印技术中的佼佼者，广泛应用于科研、医疗和传感器制造等领域。

双光子聚合（TPP）: 作为一种先进的SLA技术，TPP能够打印比μSLA更小的部件。它使用飞秒激光在特殊树脂中逐点固化体素，形成由纳米级至微米级的块体构成的三维结构。TPP目前主要用于科研、医疗和微型零件制造等领域。

数字光处理（DLP）: DLP 3D打印使用数字光投射器同时曝光整个层面，提高了生产效率。无论构建部件的大小和数量，每一层曝光的时间都是固定的，这比SLA中的点激光方法更为高效。DLP技术广泛应用于生产大型或较大体积的零件。本文将介绍几种不同的3D打印技术，包括自上而下的DLP、投影微立体光刻（PμSL）、基于光刻的金属制造（LMM）、液晶显示器（LCD）技术，以及粉末床融合技术及其下属的几种技术，如选择性激光烧结（SLS）。

一、自上而下的DLP技术

一些DLP 3D打印机采用自上而下的打印方式。这种技术的光源安装在打印机的顶部，向下照射到树脂桶上。每次降低构建板时，重涂机都会在树脂上来回移动以整平新层。制造商表示，由于打印过程不会对抗重力，这种方法可以为较大的打印件产生更稳定的零件输出。

二、投影微立体光刻（PμSL）

PμSL是一种微型3D打印技术，使用来自投影仪的紫外线固化微米级树脂层。这种技术因其低成本、准确性、速度以及可使用的材料范围而不断发展，已显示出在微流体、组织工程、微光学和生物医学微型设备等领域的应用潜力。

三、基于光刻的金属制造（LMM）

LMM是DLP的另一种方法，用于创建微小的金属零件，如手术工具和微机械零件。金属粉末在光敏树脂中均匀分散，然后通过投影仪曝光进行选择性聚合。打印后，聚合物成分被去除，留下全金属的脱脂部件。

四、液晶显示器（LCD）技术

LCD技术在3D打印中与DLP相似，但使用LCD屏幕而不是数字微镜设备（DMD）。LCD光掩模的像素大小决定了打印的精度。由于LCD单元成本低，这项技术已成为低价桌面树脂打印机的首选技术。一些工业3D打印机制造商也正在突破技术极限并取得令人瞩目的成果。

五、粉末床融合技术

粉末床融合是一种3D打印工艺，其中热能源选择性地熔化构建区域内的粉末颗粒以创建固体物体。该细分市场上的3D打印机越来越便宜，但它仍被视为一种工业技术。其中，选择性激光烧结（SLS）是常见的一种，使用激光从塑料粉末中制造物体。

一、微选择性激光烧结（μSLS）

μSLS是SLS或激光粉末床融合（LPBF）技术的一种。它采用激光烧结粉末状材料，与SLS相似，但所使用的材料多为金属，更接近于LPBF。这种微型3D打印技术能够以低于5微米的分辨率创造出精细零件。

在μSLS过程中，首先将一层金属纳米颗粒墨水涂覆在基材上，然后让其干燥以形成均匀的纳米颗粒层。接下来，利用数字微镜阵列图案化的激光加热纳米粒子，将其烧结成所需的形状。这些步骤会重复进行，以构建出μSLS系统中的3D部件的每一层。

二、激光粉末床融合（LPBF）

LPBF是众多别称最多的3D打印技术之一。这种金属3D打印方法的正式名称为激光粉末床熔化（LPBF），也被广泛称为直接金属激光烧结（DMLS）和选择性激光熔化（SLM）。早期，机器制造商为这一流程创造了各自的名称，这些名称至今仍然被使用。尽管名称不同，但所有这些术语都指的是同一流程，只是某些机械细节可能有所不同。

作为粉末床融合的一种类型，LPBF使用金属粉末床和一个或多个高功率激光器。LPBF 3D打印机利用激光逐层选择性地在分子基础上将金属粉末融合在一起，直至完成模型。这是一种高度精确的3D打印方法，通常用于为航空航天、医疗和工业应用创造复杂的金属零件。

与SLS相似，LPBF 3D打印从数字模型切片开始。打印机将粉末装入构建室，然后用刮刀或滚筒将其均匀铺展在构建板上。激光追踪粉末层，然后构建平台下移，再涂上一层粉末并与第一层融合，如此循环直至构建完成整个物体。构建室封闭且密封，充满惰性气体以确保金属在熔化过程中不会氧化，并有助于清除熔化产生的碎屑。完成打印后，零件从粉末床中取出、清洗，并经常进行二次热处理以消除应力。剩余的粉末被回收再利用。

三、电子束熔炼（EBM）

EBM，也称为电子束粉末床融合（EB PBF），是一种类似于LPBF的金属3D打印技术，但其使用的是电子束而非光纤激光器。该技术主要用于制造如钛骨科植入物、喷气发动机的涡轮叶片和铜线圈等零件。

由于电子束产生更多的能量和热量，这使得它能够处理某些特殊的金属和应用。而且EBM在真空室中进行，而非惰性气体环境，以防止光束散射。构建室温度极高，最高可达1000摄氏度甚至更高。电子束使用电磁束控制，其移动速度比激光快，甚至可以分开以同时曝光多个区域。

EBM的一个优势是它能够处理导电材料和反射金属，如铜。另一个特点是能够在构建室中将单独的部件相互嵌套或堆叠，因为它们不必一定连接到构建板上，这大大增加了体积输出。与激光相比，电子束通常会产生更大的层厚度和较粗糙的表面特征。由于构建室中的高温，EBM打印的部件可能无需通过打印后热处理来消除应力。

四、材料喷射

材料喷射是一种3D打印工艺，通过沉积微小的材料液滴并在构建板上固化或固化来构建物体。使用光敏聚合物或蜡滴在光线照射下固化，一次一层地构建物体。材料喷射的性质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多种颜色和纹理的零件。

在材料喷射中，有一种技术称为聚合物的材料喷射（M-Jet）。这是一种3D打印工艺，其中一层光敏树脂被选择性地沉积到构建板上并用紫外线（UV）光固化。M-Jet结合了树脂3D打印的高精度与线材3D打印（FDM）的速度，以创建具有逼真颜色和纹理的零件和原型。

所有的材料喷射3D打印技术都有其独特之处，这取决于打印机制造商和所使用的专有材料。M-Jet机器通过多排打印头以逐行方式沉积构建材料。这种技术为原型制作和多种颜色/纹理部件的制造带来了全新的可能性。在高效构建多个对象的M-Jet 3D打印技术实现了在不牺牲构建速度的前提下进行精准制造。只要模型在构建平台上得到合理排列，并对每条构建线路内的空间进行优化，这种技术便能展示出比许多其他树脂3D打印机更快的零件生产能力。

M-Jet制造的物品需要支撑结构，这些支撑结构在构建过程中由可溶解材料同时打印出来，之后这一材料会在后处理阶段被轻松去除。M-Jet是少数能制造由多种材料、全彩色打造的物体的3D打印技术之一。由于此项技术没有爱好者版本，它更适用于专业用户——如汽车制造商、工业设计公司、艺术工作室、医院以及各类产品制造商，他们需制作精确原型以测试概念并加速产品上市。与桶聚合技术不同，M-Jet无需后固化步骤，因为打印机内部的紫外线会确保每一层完全固化。

另一方面，Aerosol Jet——由Optomec公司开发的技术——主要用于3D打印电子产品。该技术如喷漆般操作，将电子墨水放入雾化器中，产生直径在1至5微米之间的液滴。这些液滴被输送到沉积头，经过高能聚焦后形成高速粒子喷雾。由于此过程中使用了能量，有时该技术也被称为定向能量沉积。但因其材料呈现液滴状态，我们将其归类为材料喷射技术。

德国公司Arburg创造的塑料自由成型（APF）技术则是挤出技术与材料喷射技术的融合。这项技术使用市售的塑料颗粒，在注塑成型过程中将其熔化，并移至卸料单元。高频喷嘴的快速开关动作产生了每秒多达200个、直径在0.2至0.4毫米之间的塑料小液滴。这些液滴在冷却时与硬化材料结合，通常无需后期处理。若使用支撑材料，则需在成品中将其移除。

还有一个名为NanoParticle Jetting（NPJ）的技术，由XJet公司开发。这项专有技术使用带有数千个喷墨喷嘴的打印头阵列，能够同时将超细材料滴喷射到超薄层的构建托盘上，同时喷射支撑材料。金属或陶瓷颗粒悬浮在液体中，在高温下液体蒸发，留下所需的材料。3D打印完成的部件仅残留少量粘合剂，这些粘合剂会在烧结后处理中被清除。

粘合剂喷射是一种独特的3D打印工艺，它使用液体粘合剂来选择性粘合粉末材料。该技术结合了粉末床熔合和材料喷射的特点。粘合剂喷射过程无论使用金属、塑料、沙子还是其他粉末材料都是相同的。粉末薄层被涂抹在构建平台上，然后打印头选择性地在粉末床上沉积粘合剂液滴。每一层完成后，构建平台下降，并重新涂抹粉末，然后重复此过程直至整个物体打印完成。

粘合剂喷射的独特之处在于其无需热量，粘合剂充当将粉末材料粘合在一起的角色。完成打印后，多余的粉末可以被回收并重复使用。根据所使用的材料种类，可能需要进行后处理。例如金属或陶瓷部件可能需要熔化粘合剂的后处理步骤。而聚合物粘合剂喷射部件则可能需要抛光、涂漆和打磨来改善表面质量。粘合剂喷射技术速度快、生产率高，因此可以经济高效地大量生产零件。其在金属、聚合物及砂铸件制造等领域具有广泛应用。虽然该技术存在一些缺点，如金属部件的生产过程较为繁琐、聚合物部件的结构性能较低等，但其全彩原型和模型制造方面的优势仍使其成为一项极具价值的技术。

文章所述的各种金属粘合剂喷射技术为制造领域带来了革命性的变革，其精准制造和高效生产能力为各种行业提供了全新的解决方案。从汽车制造到艺术创作，这些技术的应用正不断拓宽我们的制造边界。在不断发展的3D打印技术中，粘合剂喷射技术因其独特优势而脱颖而出。该技术能够打印出具有复杂图案填充的零件，显著减轻重量而不损失强度。尤其在医疗领域，粘合剂喷射的孔隙率特征被广泛应用于制造轻量级植入物等部件。

金属粘合剂喷射技术生产的零件性能，与金属注射成型生产的零件相当，被认为是金属零件批量生产中应用最广泛的制造方法之一。这些部件表面光滑度更高，尤其在内部通道中表现尤为明显。

金属粘合剂喷射的部件并非直接成品。打印完成后，这些由金属颗粒和聚合物粘合剂粘合而成的“素坯部件”需要进行二次加工才能获得良好的机械性能。这些部件在打印炉中进行热处理，即所谓的烧结过程，有时还需要使用青铜等其他金属来填充空隙，以实现零孔隙率。

塑料粘合剂喷射工艺与金属粘合剂喷射有相似之处，都使用粉末和液体粘合剂，但应用不同。塑料部件在打印后通常无需进一步处理即可使用，但强度方面不如3D打印工艺中的金属部件。为了提高塑料粘合剂喷射部件的强度，可以填充另一种材料。使用聚合物进行粘合剂喷射能够生产多色部件，尤其适用于医学建模和产品原型。

砂粘合剂喷射技术则更多地被应用于铸造行业，用于生产大型砂铸模具、模型和型芯。其低成本和高速生产使其成为铸造厂的理想选择，尤其在传统技术难以在短时间内生产精细图案设计的情况下。

另一方面，Multi Jet Fusion（MJF）是一种独特的聚合物3D打印技术。不同于传统的粘合剂喷射工艺，MJF增加了热量执行打印过程，产生高强度和耐用性的部件。该技术的关键在于多个喷墨头的使用，通过沉积熔化剂和细化剂来形成部件。这一技术已广泛应用于汽车、医疗保健和消费品等多个领域。

粉末定向能量沉积（DED）是另一种重要的3D打印工艺，它在沉积金属材料的同时进行能量供给和熔化。该技术被视为更快、更便宜的小批量金属铸件和锻造件的替代品，并广泛应用于海上石油和天然气行业以及航空航天、发电和公用事业行业的关键维修。

七、片材层压技术介绍

片材层压，虽然也是一种3D打印技术，但在形式上却与众不同。它将超薄的材料片层层堆叠并加压，再通过机械或激光切割，塑造出最终形状。这种技术的融合方式多样，包括加热和声音，取决于所使用的材料，这些材料范围广泛，从纸张、聚合物到金属皆可。

虽然这种技术能带来相对较高的生产速度，但在制造过程中会产生较多的废料。制造商多使用片材层压技术制作成本效益高的非功能性原型，该技术尤其广泛应用于电池技术和复合材料的生产，因为所使用的材料具备极高的互换性。

让我们深入了解其背后的细节：

● 3D打印技术分类：层压物体制造（LOM）、超声波固结（UC）

● 材料选择：纸张、聚合物和片状金属

● 尺寸精度：±0.1毫米

● 常见应用：非功能原型、多色打印、铸模

● 优势：快速生产，复合打印能力

● 劣势：精度较低，废料较多，部分零件需后续加工

尽管片材层压技术在精度上可能有所不足，但其快速生产和复合打印的能力仍使其在某些领域具有独特的优势。随着技术的不断进步，我们期待看到这种技术能够克服现有的挑战，为3D打印领域带来更多的可能性。

而在所有的3D打印技术中，熔融直接能量沉积作为一种独特的工艺，同样引人注目。它使用热量来熔化金属，然后逐层沉积在构建板上，形成3D物体。这种技术的优点在于，它可以使用比其他DED工艺更少的能量，并可能直接使用回收金属作为原料。这项技术的变体正在开发中，熔融金属3D打印机虽然较为罕见，但其独特的优势让人期待其未来的表现。

无论是片材层压还是熔融直接能量沉积，每一种3D打印技术都在为制造行业带来革命性的变革。我们期待着这一领域的持续发展，以及新技术突破所带来的无限可能。粘性光刻制造（VLM）——这是一种由BCN3D独家的专利工艺。VLM将高粘度光敏树脂通过层层叠加的方式，精细地压在透明的转移膜上。其复杂的机械系统使得树脂可以从薄膜的两面进行层压，这样的设计使得制造多材料部件和易于拆卸的支撑结构成为可能。虽然这项技术尚未实现商业化，但它无疑是层压3D打印技术的一种重要创新。

接下来，我们看到的是基于复合材料的增材制造（CBAM）——这是一项由Startup Impossible Objects所独有的技术。CBAM技术融合了碳、玻璃或Kevlar垫与热塑性塑料，通过特殊的工艺融合在一起，以制造出高性能的零件。

再来说说选择性层压复合材料制造（SLCOM）——这项技术原本由EnvisionTec（现称为ETEC）在2016年开发，后来被Desktop Metal收购。SLCOM技术以其创新性和高效性而闻名，它采用热塑性塑料作为基础材料，结合编织纤维复合材料，打造出强度与韧性兼备的产品。这使得SLCOM在高性能复合材料的制造领域中独树一帜。

在众多的3D打印技术中，以上三种只是其中的一部分。它们代表了当前增材制造技术的最前沿，无论是工艺创新还是应用领域都呈现出巨大的潜力。同时我们也应看到，市场上还存在更多的3D打印技术等待我们去探索和理解。