筆者根據(jù)自己的平時工作中的積累和多次歐美考察的總結(jié)扫觅，再加上各類資料的閱讀，整理出來3D打印的分類渗蚁，本文僅供對3D打印感興趣的讀者做一個綜合性的介紹束澄，具體每一種技術(shù)沒有詳細展開，本文有部分內(nèi)容引自百度尖洞，維基百科和知乎和相關(guān)專業(yè)論壇的文章妇张。如有不正之處，懇請網(wǎng)友指正煞秤。

本文的3D打印是指所有的增材制造技術(shù)氏仗。根據(jù)不同的原理，分為以下幾大類：

① 光聚合成型技術(shù)增材制造：（主要材料是光敏樹脂）

• SLA：Stereolithography（立體印刷術(shù)）

• CLIP：ContinuousLiquid Interface Production（連續(xù)液態(tài)界面制造）

• PolyJet：聚合物噴射

• DLP：數(shù)字光處理

② 以燒結(jié)和熔化為基本原理： （主要材料是金屬粉末和聚合混合粉末及金屬絲）

• SLS：選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（Selective Laser Sintering）

• SLM：選擇性激光熔化技術(shù)（SelectiveLaser Melting, SLM）

• EBM：電子束熔化技術(shù)（ElectronBeam Melting夺鲜，EBM）

③ 以粉末-粘合劑為基本原理：

3DP：三維打印技術(shù)（ThreeDimensional Printing）

④ FDM：熔融沉積造型（Fused Deposition Modelling）（主要材料ABS和PLA）

⑤ 氣溶膠打印技術(shù)（Aerosolprinting）

⑥ 細胞3D打咏远（cellbioprinting）

⑦ LOM：層壓板制造（LaminatedObject Manufacture）

下面將一一介紹以上技術(shù)的基本內(nèi)容：

01、光聚合成型技術(shù)增材制造

① SLA：Stereolithography（立體印刷術(shù)）

這種技術(shù)也是最早實用化的快速成形技術(shù)币励。它的具體原理是選擇性地用特定波長(例如慷蠕，250-300 nM波長)與強度的激光聚焦到光固化材料（例如液態(tài)光敏樹脂）表面，使之發(fā)生聚合反應(yīng)食呻，再由點到線流炕，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業(yè)仅胞，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度每辟，再固化另一個層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體饼问。

▲原理圖

SLA的具體工藝如下：

通過CAD設(shè)計出三維實體模型影兽，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M行切片處理，設(shè)計掃描路徑莱革，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降臺的運動；其次焊握，激光光束通過數(shù)控裝置控制的掃描器揣洁，按設(shè)計的掃描路徑照射到液態(tài)光敏樹脂表面，使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化后园赴，當一層加工完畢后铭轩，就生成零件的一個截面；

然后宴凌， 升降臺下降一定距離薯摩， 固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進行第二層掃描凉灯，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上猪破，這樣一層層疊加而成三維工件原型鄙吗，最后，將原型從樹脂中取出后滓乡，進行最終固化疙鹃，再經(jīng)打光、電鍍咆下、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品赵颅。

SLA廠商：

國內(nèi)：華中科技大學、西安交通大學暂刘、珠海西通饺谬、智壘等；

國外：3DSystems谣拣、EOS商蕴、Formlabs、Stratasys芝发、Z Corporation绪商、CMET、D-MEC辅鲸、Teijinseiki等

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Formlabs 3D打印機

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② CLIP：Continuous Liquid Interface Production（連續(xù)液態(tài)界面制造）

這種屬于SLA的改良方式格郁，該技術(shù)是由硅谷的一家初創(chuàng)公司Carbon3D在2015年發(fā)明。CLIP技術(shù)不僅可以穩(wěn)定地提高3D打印速度独悴，同時還可以大幅提高打印精度例书。

CLIP技術(shù)利用了光和氧氣對樹脂的不同作用而形成，簡而言之刻炒，光能使樹脂固化牢星，而氧氣則能抑制這一過程產(chǎn)生，所以光與氧對樹脂的作用是相反的里捌，如果能夠精確控制光與氧對樹脂的影響隐鬼，就可以塑造出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這種新型的CLIP技術(shù)制作一個普通模型所需要的時間只有短短幾分鐘型吃，與傳統(tǒng)方法相比快了幾十倍柱丐。而且，它還可以相對輕松地得到無層面的打印制品栗雳。與傳統(tǒng)光固化技術(shù)相比凉危，CLIP帶來的這種改變可以堪稱是革命性的。

Carbon 3D公司 CLIP技術(shù)唯美視頻

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③ DLP數(shù)字光處理快速成型技術(shù)

DLP技術(shù)是光固化成型技術(shù)中的一種是临，最早由德州儀器開發(fā)粮森，被稱為數(shù)字光處理快速成型技術(shù)。DLP與SLA光固化成型技術(shù)比較相似兆又，打印材料同為光敏樹脂拢宛，工作原理都是利用液態(tài)光敏樹脂在紫外光照射下固化的特性磺穷。

不同的是，DLP是一下子可以成型一個面唉地，而SLA只可以成型一個點据悔，再由點到線、由線到面進行固化耘沼，故DLP比SLA要快极颓。二者本質(zhì)的差別在于照射的光源：SLA采用激光點聚焦到液態(tài)光聚合物，而DLP成型技術(shù)是先把影像信號經(jīng)過數(shù)字處理群嗤，然后再把光投影出來固化光聚合物菠隆。

DLP原理動態(tài)圖

④ PolyJet PolyJet

聚合物噴射技術(shù)是以色列Objet公司于2000年初推出的專利技術(shù)（已和stratasys合并，現(xiàn)在是stratasys公司產(chǎn)品）狂秘，PolyJet技術(shù)也是當前最為先進的3D打印技術(shù)之一骇径。

Objet打印機原理介紹

具體工作原理如下：

• 噴頭沿X／Y軸方向運動，光敏樹脂噴射在工作臺上者春，同時UV紫外光燈沿著噴頭運動方向發(fā)射紫外光對工作臺上的光敏樹脂進行固化破衔，完成一層打印钱烟；

• 之后工作臺沿Z軸下降一個層厚晰筛，裝置重復(fù)上述過程，完成下一層的打永テ摹镐怔；

• 重復(fù)前述過程，直至工件打印完成侣赘。

• 去除支撐結(jié)構(gòu)麦葱。

02以燒結(jié)和熔化為基本原理

① SLS：Selective Laser Sintering,（選擇性激光燒結(jié)）

SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面频澜，并刮平盖础；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結(jié)在一起蛙府，得到零件的截面慷尸，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結(jié)完后树聪，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結(jié)下層截面殷靖。

▲原理圖

SLS工藝最大的優(yōu)點在于選材較為廣泛胡电，如尼龍、蠟介劫、ABS徽惋、樹脂裹覆砂（覆膜砂）案淋、聚碳酸脂（poly carbonates）、金屬和陶瓷粉末等都可以作為燒結(jié)對象险绘。

粉床上未被燒結(jié)部分成為燒結(jié)部分的支撐結(jié)構(gòu)踢京，因而無需考慮支撐系統(tǒng)（硬件和軟件）。SLS工藝與鑄造工藝的關(guān)系極為密切宦棺，如燒結(jié)的陶瓷型可作為鑄造之型殼瓣距、型芯，蠟型可做蠟?zāi)４蹋瑹崴苄圆牧蠠Y(jié)的模型可做消失模蹈丸。

用于SLS燒結(jié)的金屬粉末主要有三種：單一金屬粉末、金屬混合粉呐芥、金屬粉加有機物粉末逻杖。相應(yīng)地，SLS技術(shù)在成型金屬零件時思瘟，主要有三種方式：

a. 單一金屬粉末的燒結(jié)

例如鐵粉荸百，先將鐵粉預(yù)熱到一定溫度，再用激光束掃描耻胖、燒結(jié)债竖。燒結(jié)好的制件經(jīng)熱等靜壓處理，可使最后零件的相對密度達到99.9%栽不。

b. 金屬混合粉末的燒結(jié)

主要是兩種金屬的混合粉末挣徽，其中一種粉末具有較低的熔點．另一種粉末的熔點較高。例如青銅粉和鎳粉的混合粉哲童。先將金屬混合粉末預(yù)熱到某—溫度．再用激光束進行掃描咙借，使低熔點的金屬粉末熔化(如青銅粉)，從而將難熔的鎳粉粘結(jié)在一起堡酗。燒結(jié)好的制件再經(jīng)液相燒結(jié)后處理脖投，可使最后制件的相對密度達到82%。

c. 金屬粉末與有機黏合劑粉末的混合體

將金屬粉末與有機黏合劑粉末按一定比例均勻混合斜兽，激光束掃描后使有機黏合劑熔化防苗，熔化的有機黏合劑將金屬粉末黏合在一起（如銅料和有機玻璃粉）。燒結(jié)好的制件再經(jīng)高溫后續(xù)處理帕恩，一方面去除制件中的有機黏合劑谋旦，另一方面提高制件的力學強度和耐熱強度。

SLS可使用材料廣泛屈尼〔嶙牛可使用的材料包括尼龍、聚苯乙烯等聚合物，鐵甲捏、鈦演熟、合金等金屬、陶瓷司顿、覆膜砂等芒粹；SLS的成型效率高。由于SLS技術(shù)并不完全熔化粉末大溜，而僅是將其燒結(jié)化漆，因此制造速度快；SLA的材料利用率高猎提。

未燒結(jié)的材料可重復(fù)使用获三，材料浪費少，成本較低锨苏；由于未燒結(jié)的粉末可以對模型的空腔和懸臂部分起支撐作用豁登，不必另外設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)，可以直接生產(chǎn)形狀復(fù)雜的原型及部件旺民；由于成型材料的多樣化嗦府，可以選用不同的成型材料制作不同用途的燒結(jié)件，可用于制造原型設(shè)計模型阵拜、模具母模肺致、精鑄熔模、鑄造型殼和型芯等稍呛。

雖然SLS的有點很多哈涣，但是SLS的原材料價格及采購維護成本都較高。SLS成型金屬零件的原理是低熔點粉末粘結(jié)高熔點粉末邀曲，導(dǎo)致制件的孔隙度高勺处，機械性能差，特別是延伸率很低撕拇，很少能夠直接應(yīng)用于金屬功能零件的制造痪酸。由于SLS所用的材料差別較大，有時需要比較復(fù)雜的輔助工藝豌熄，如需要對原料進行長時間的預(yù)處理（加熱）授嘀、造成完成后需要進行成品表面的粉末清理等。（主要廠商有3DSystem锣险、Stratasys蹄皱，EOS等）

② SLM：選擇性激光熔化技術(shù)（Selective Laser Melting, SLM）

SLM: Selective laser melting（選擇性激光熔化）。這種技術(shù)利用的激光能量更大芯肤，可以直接融化金屬粉末夯接，所以用它能直接成型出接近完全致密度焕济、力學性能良好的金屬零件纷妆。SLM技術(shù)克服了SLS技術(shù)制造金屬零件工藝過程復(fù)雜的困擾盔几。

在高激光能量密度作用下，金屬粉末完全熔化掩幢，經(jīng)散熱冷卻后可實現(xiàn)與固體金屬冶金焊合成型逊拍。SLM技術(shù)正是通過此過程，層層累積成型出三維實體的快速成型技術(shù)际邻。由于直接融化金屬粉末芯丧，所以SLM成型的金屬零件致密度高，可達90%以上世曾，其抗拉強度等機械性能指標優(yōu)于鑄件懊霹，甚至可達到鍛件水平。顯微維氏硬度可高于鍛件踏旷；由于是打印過程中完全融化凹田，因此尺寸精度較高。

與此同時同時糜谒，SLM的成型速度較低链坝，為了提高加工精度，需要用更薄的加工層厚狸岁。加工小體積零件所用時間也較長饿婴，因此難以應(yīng)用于大規(guī)模制造；由于加工性能高泛滔，所以整套設(shè)備昂貴腌馒，SLM技術(shù)工藝較復(fù)雜，需要加支撐結(jié)構(gòu)寡花，考慮的因素多掐划。因此多用于工業(yè)級的增材制造。在SLM過程中不恭，金屬瞬間熔化與凝固（冷卻速率約10000K/s）叶雹，溫度梯度很大，產(chǎn)生極大的殘余應(yīng)力换吧，如果基板剛性不足則會導(dǎo)致基板變形折晦。

③ EBM：電子束熔化（Electron Beam Melting，EBM）

電子束熔化是金屬增材制造的另一種方式沾瓦。過程與SLM非常相似满着，最大的區(qū)別在于能量源，EBM將電子束取代了激光贯莺。電子束由位于真空室頂部的電子束槍產(chǎn)生风喇。固定電子槍并控制電子束以在整個處理區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)向。當燈絲被加熱到一定溫度時，電子從燈絲發(fā)射魂莫，燈絲發(fā)射電子还蹲。

電子在電場中被加速到光速的一半，然后電子束由兩個磁場控制耙考。第一磁場用作電磁透鏡谜喊，其負責將電子束聚焦到所需直徑，然后王菲，第二磁場將聚焦的電子束轉(zhuǎn)移到工作臺上的所需工作點巨陌。由于能夠直接處理復(fù)雜的幾何形狀，EBM工藝非常適合小批量復(fù)雜零件的直接批量生產(chǎn)羽矮。

這個過程使部件定制成為可能巡抛，并且針對CAD到金屬過程優(yōu)化的部件可以使用其他制造技術(shù)無法形成的幾何形狀，因此這些部件對于客戶來說具有無與倫比的性能價值痪蚤。該過程直接使用CAD數(shù)據(jù)追艘，一步到位，因此速度很快百郊。設(shè)計師在完成設(shè)計后24小時內(nèi)獲取所有功能細節(jié)鞭玩。與砂型鑄造或熔模鑄造相比，交貨時間將大大縮短捉为。在生產(chǎn)過程中离览，EBM和真空技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了高功率和良好的環(huán)境焚趴，以確保優(yōu)異的材料性能限番。

瑞典Arcam是目前全球?qū)崿F(xiàn)電子束選區(qū)熔融技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的唯一一家企業(yè)。

03以粉末-粘合劑為基本原理

3DP：三維打印技術(shù)（Three Dimensional Printing）

前面的7種技術(shù)呀舔，更應(yīng)該說是增材制造技術(shù)弥虐，而3DP才是真正的3D打印媚赖！

因為這種技術(shù)和平面打印非常相似霜瘪，連打印頭都是直接用平面打印機的。和SLS類似惧磺，這個技術(shù)的原料也是粉末狀的颖对。與SLS不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來，而是通過噴頭用粘接劑將零件的截面“印刷”在材料粉末上面磨隘。

供料時將粉末通過水平壓輥平輔于打印平臺之上將帶有顏色的膠水通過加壓的方式輸送到打印頭中存儲缤底；接下來打印的過程就很像2D的噴墨打印機了，首先系統(tǒng)會根據(jù)三維模型的顏色將彩色的膠 水進行混合并選擇性的噴在粉末平面上番捂，粉末遇膠水后會粘結(jié)為實體个唧；一層粘結(jié)完成后江解，打印平臺下降，水平壓棍再次將粉末鋪平徙歼，然后再開始新一層的粘結(jié)废筒，如此的反復(fù)層層打印，直至整個模型粘結(jié)完畢谅璧；打印完成后耕疟，回收未粘結(jié)的粉末，吹凈模型表面的粉末拆鹉，再次將模型用透明膠水浸泡，此時模型就具有了一定的強度睹揍。

3DP技術(shù)是MIT在90年發(fā)明的舷翰，Zcorp公司（已被3D Systems收購）、voxeljet是杰出代表责某。

04FDM：熔融沉積造型

FDM：Fused Deposition Modelling（熔融沉積造型）（主要材料ABS和PLA）

FDM（Fused Deposition Modeling）工藝熔融沉積制造（FDM）工藝由美國學者Scott Crump于1988年研制成功坐蓉。其具體原理是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算機的控制下喘茵，根據(jù)截面輪廓信息浩淹，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面丈轻。一層成型完成后井辜，機器工作臺下降一個高度（即分層厚度）再成型下 一層，直至形成整個實體造型管闷。

▲原理圖

FMD是一種成本較低的增材制造方式粥脚，所用材料比較廉價，不會產(chǎn)生毒氣和化學污染的危險包个。但是FDM打印成形后表面粗糙刷允，需后續(xù)拋光處理。最高精度只能為0.1mm碧囊。由于噴頭做機械運動树灶，速度緩慢，而且同樣需要支撐臺糯而。很多人認為FMD價格低廉天通，因此在工業(yè)應(yīng)用不高，并且相對初級歧蒋，但是隨著技術(shù)的不斷提高土砂，現(xiàn)在FDM技術(shù)同樣能夠制造金屬零件。

目前有兩大類利用FDM技術(shù)來生產(chǎn)金屬零件谜洽，一種是用FDM技術(shù)打印可以用失蠟法鑄造的模具糕加，然后用傳統(tǒng)這鑄造工藝來進行小批量金屬件的生產(chǎn)芜溪。還有一類工藝是利用FDM技術(shù)結(jié)合MIM工藝（金屬注射成形），也就是像Desktop Metal或MarkForged的方案烂多，直接打印金屬注塑材料明殊，然后清洗、燒結(jié)盒酷，最終產(chǎn)出金屬零件蹄警。

05氣溶膠打印技術(shù)（Aerosolprinting）

Optomec公司的一項專利技術(shù)，由于Optomec在金屬油墨和生物物質(zhì)的經(jīng)驗豐富迟书，使其直接向3D打印進入微觀領(lǐng)域的目標行進覆首。這個技術(shù)主要用在精密儀器、電路板的打印上伴罢。

UV固化介質(zhì)從10-100μm氣溶膠噴射系統(tǒng)分配并且瞬間完成亦蟋。之后，一個金屬納米粒子油墨以精確的方式被分配/燒結(jié)在最近固化的材料挚性，然后重復(fù)一遍又一遍纲盟，直到結(jié)構(gòu)形成。該過程具有快速材料凝固的特點烫扼，它依賴于本地沉積和局部固化曙求，并且據(jù)說可以在空間中達到最高的變形。

06細胞3D打印（cellbioprinting）

該技術(shù)是快速成型技術(shù)和生物制造技術(shù)的有機結(jié)合映企，可以解決傳統(tǒng)組織工程難以解決的問題悟狱。在生物醫(yī)學的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中有著廣闊的發(fā)展前景。

主要以細胞為原材料卑吭，復(fù)制一些簡單的生命體組織芽淡，例如皮膚、肌肉以及血管等豆赏，甚至在未來可以制造人體組織如腎臟挣菲、肝臟甚至心臟，用于進行器官移植掷邦。2013年白胀，來自蘇格蘭的研究人員利用3D打印技術(shù)，首次用人類胚胎干細胞進行了3D打印抚岗。

07LOM：層壓板制造 Laminated Object Manufacture

LOM,有的也稱LLM：層壓制造技術(shù)（Layer Laminate Manufacturing）指的是分層實體成型法或杠，是出現(xiàn)得比較早的3D打印技術(shù)之一。這一工藝以紙片研矗、塑料薄膜等片材為原材料赵溢，運用二氧化碳激光器進行系統(tǒng)切割，并按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)芒浪，用激光將背面涂有熱熔膠的紙片材切割出工件的內(nèi)外輪廓歧余，同時對非零件區(qū)域進行交叉切割氢滋，以便廢料的去除。

由于傳統(tǒng)的LOM成型工藝的CO2激光器成本高跟努、原材料種類過少价忙、紙張的強度偏弱且容易受潮等缺點，現(xiàn)已經(jīng)逐漸退出3D打印的歷史舞臺垛撬！

（胡中揚 數(shù)字化企業(yè)）

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