7大类主流的3D打印技术，一文全部看懂

有许多外行人认为3D打印就是从热喷嘴中挤出材料并堆叠成形状，但其实3D打印远不止于此！今天将介绍七大类3D打印工艺，即使是3D打印小白也能清晰地区分不同的3D打印工艺。

事实上，3D 打印也称为增材制造，是一个总称，涵盖了几种截然不同的 3D 打印工艺。这些技术是天壤之别，但关键过程是相同的。例如，所有 3D 打印都从数字模型开始，因为该技术本质上是数字化的。零件或产品最初是使用计算机辅助设计 (CAD) 软件设计或从数字零件库获取的电子文件。然后设计文件通过特殊的构建准备软件将其分解成切片或层以进行 3D 打印，生成3D打印机要遵循的路径指令。接下来您将了解这些技术之间的区别以及每种技术的典型用途。

为什么是 7 种类型？

增材制造的类型可以根据它们生产的产品或使用的材料类型来划分，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)。：

●材料挤出

●还原聚合

●粉床融合

●材料喷射

●粘合剂喷射

●定向能沉积

●片材层压

一、材料挤出

△材料挤出3D打印

材料挤出顾名思义：材料通过喷嘴挤出。通常情况下，这种材料是一种塑料细丝，通过一个加热的喷嘴进行熔化和挤出。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。然后灯丝冷却并凝固形成固体物体。这是最常见的 3D 打印形式。乍一看这听起来很简单，但考虑到挤出的材料，包括塑料、金属、混凝土、生物凝胶和各种食品，这其实是一个非常广泛的类别。这种类型的 3D 打印机价格从100美元到七位数不等。

●材料挤出的子类型：熔融沉积建模 (FDM)、建筑 3D 打印、微型 3D 打印、生物 3D 打印

●材料：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、夹具和夹具、熔模铸造模型、房屋等。

●优势：成本最低的 3D 打印方法，材料范围广

●缺点：通常材料性能较低（强度、耐用性等），通常尺寸精度不高

二、还原聚合

△使用激光的还原聚合

桶聚合（也称为树脂 3D 打印）是一系列 3D 打印工艺，它使用光源在桶中选择性地固化（或硬化）光敏聚合物树脂。换句话说，光线精确地指向液体塑料的特定点或区域以使其硬化。第一层固化后，构建平台将向上或向下移动（取决于打印机）少量（通常在 0.01 和 0.05 毫米之间），下一层固化，与前一层连接。逐层重复此过程，直到形成 3D 部件。3D 打印过程完成后，清洁物体以去除剩余的液态树脂并进行后固化（在阳光下或紫外线室中）以增强部件的机械性能。

三种最常见的桶聚合形式是立体光刻 (SLA)、数字光处理 (DLP)和液晶显示器 (LCD)，也称为掩模立体光刻 (MSLA)。这些类型的 3D 打印技术之间的根本区别在于光源及其用于固化树脂的方式。

△大桶聚合利用光逐层硬化光敏树脂

一些 3D 打印机制造商，尤其是那些制造专业级 3D 打印机的制造商，已经开发出独特且获得专利的 光聚合变体，因此您可能会在市场上看到不同的技术名称。一家工业 3D 打印机制造商 Carbon 使用一种称为数字光合成(DLS) 的桶聚合技术，Stratasys 的 Origin 称其技术为可编程光聚合(P3)，Formlabs 提供其称为低力立体光刻(LFS) 的技术，而 Azul 3D 是第一个将大面积快速打印(HARP) 形式的大桶聚合商业化。还有基于光刻的金属制造 (LMM)、投影微立体光刻(PμSL) 和数字复合材料制造(DCM)，这是一种填充光聚合物技术，可将功能性添加剂（例如金属和陶瓷纤维）引入液体树脂中。

●3D 打印技术的类型：立体光刻 (SLA)、液晶显示器 (LCD)、数字光处理 (DLP)、微立体光刻 (μSLA) 等。

●材料：光聚合物树脂（可浇注、透明、工业、生物相容性等）

●尺寸精度：±0.5%（下限为 ±0.15 毫米或 5 纳米，使用 μSLA）

●常见应用：注塑模状聚合物原型和最终用途部件、珠宝铸造、牙科应用、消费品

●优势：光滑的表面光洁度，精细的特征细节

三、粉床融合

△粉末床融合

粉末床融合 (PBF) 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（塑料、金属或陶瓷），以逐层创建固体物体。粉末床融合 3D 打印机在打印床上散布一层薄薄的粉末材料，通常使用一种刀片、滚筒或擦拭器。来自激光的能量融合粉末层上的特定点，然后沉积另一个粉末层并融合到前一层。重复该过程，直到制造出整个物体，最终产品由未融合的粉末包裹和支撑。

△金属激光粉末床熔合工艺

PBF 可以制造具有高机械性能（包括强度、耐磨性和耐用性）的部件，用于消费品、机械和工具的最终用途。该细分市场中的3D打印机越来越便宜（起价在 25,000 美元左右），但它被认为是一种工业技术。

●3D打印技术的种类：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：功能部件、复杂管道（空心设计）、小批量部件生产

●优势：功能部件、出色的机械性能、复杂的几何形状

●缺点：机器成本较高，通常是高成本材料，建造速度较慢

四、材料喷射

△材料喷射

材料喷射是一种 3D 打印工艺，其中微小的材料液滴被沉积，然后在构建板上固化或固化。使用暴露在光线下会固化的光敏聚合物或蜡滴，一次一层地构建物体。材料喷射过程的性质允许在同一物体上打印不同的材料。这种技术的一个应用是制造多种颜色和纹理的零件。

●3D 打印技术的类型：材料喷射 (MJ)、纳米粒子喷射 (NPJ)

●材料：光敏树脂（标准、浇注、透明、耐高温）、蜡

●尺寸精度：±0.1 mm

●常见应用：全彩产品原型、类似注塑模具的原型、低运行注塑模具、医疗模型、时装

●优势：带纹理的表面光洁度、全彩和多种材料可用

●缺点：材料有限，不适合要求精密的机械零件，成本高于用于视觉目的的其他树脂技术

五、粘合剂喷射

△粘合剂喷射

粘合剂喷射是一种 3D 打印工艺，其中液体粘合剂选择性地粘合一层粉末的区域。该技术类型兼有粉末床熔合和材料喷射的特点。与 PBF 类似，粘合剂喷射使用粉末材料（金属、塑料、陶瓷、木材、糖等），并且与材料喷射一样，液体粘合剂聚合物从喷墨器沉积。无论是金属、塑料、沙子还是其他粉末材料，粘合剂喷射过程都是相同的。

首先，重涂刀片在构建平台上涂抹一层薄薄的粉末。然后，带有喷墨喷嘴的打印头在床上方经过，选择性地沉积粘合剂液滴以将粉末颗粒粘合在一起。层完成后，构建平台向下移动，刀片重新涂覆表面。然后重复该过程，直到整个部分完成。

粘合剂喷射的独特之处在于打印过程中没有热量。粘合剂充当将聚合物粉末粘合在一起的胶水。打印后，零件被包裹在未使用的粉末中，通常会留下来固化。然后将零件从粉末仓中取出，收集多余的粉末并可重复使用。从这里开始，根据材料的不同，需要进行后处理，但沙子除外，沙子通常可以直接从打印机中用作型芯或模具。当粉末是金属或陶瓷时，涉及加热的后处理会熔化掉粘合剂，只留下金属。塑料零件后处理通常包括涂层以改善表面光洁度。您还可以抛光、涂漆和打磨聚合物粘合剂喷射部件。

粘合剂喷射速度快且生产率高，因此与其他 AM 方法相比，它可以更经济高效地生产大量零件。金属粘合剂喷射可用于多种金属，在最终用途消费品、工具和批量备件中很受欢迎。然而，聚合物粘合剂喷射的材料选择有限，并且生产的部件结构性能较低。它的价值在于能够制作全彩原型和模型。

●3D打印技术的子类型：金属粘合剂喷射、聚合物粘合剂喷射、砂粘合剂喷射

●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（沙子）

●常见应用：功能性金属零件、全彩模型、砂铸件和模具

●优势：低成本、大构建体积、功能性金属部件、出色的色彩再现、快速打印速度、无支撑设计灵活性

●缺点：对金属来说是一个多步骤的过程，聚合物部件不耐用

六、粉末定向能量沉积

定向能量沉积 (DED) 是一种 3D 打印工艺，金属材料在沉积的同时被强大的能量供给和熔化。这是最广泛的 3D 打印类别之一，包含许多子类别，具体取决于材料的形式（线材或粉末）和能量类型（激光、电子束、电弧、超音速、热量等）。从本质上讲，与焊接有很多共同点。

该技术用于逐层打印，通常随后进行 CNC 加工，以实现更严格的公差。DED 与 CNC 的结合使用非常普遍，有一种称为混合 3D 打印的 3D 打印子类型，在同一台机器中包含 DED 和 CNC 单元的混合 3D 打印机。该技术被认为是一种更快、更便宜的小批量金属铸件和锻造件的替代品，以及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应用的关键维修。

△DED 金属 3D 打印技术可以快速创建一个坚固的金属部件，然后可以加工到严格的公差

●定向能量沉积的子类型：粉末激光能量沉积、线弧增材制造 (WAAM)、线电子束能量沉积、冷喷涂

●材料：各种金属，线材和粉末形式

●尺寸精度：±0.1 mm

●常见应用：修复高端汽车/航空航天部件、功能原型和最终部件

●优势：高堆积率，能够向现有组件添加金属

●缺点：由于无法制作支撑结构而无法制作复杂的形状，通常表面光洁度和精度较差

七、片材层压

△片材层压

片材层压在技术上是3D打印的一种形式，与上述技术有很大不同。它的功能是将非常薄的材料片堆叠和层压在一起以产生 3D 物体或堆叠，然后通过机械或激光切割以形成最终形状。材料层可以使用多种方法融合在一起，包括加热和声音，具体取决于材料，材料范围从纸张、聚合物到金属。当零件被层压然后激光切割或加工成所需的形状时，会产生比其他3D打印技术更多的浪费。

制造商使用薄片层压以相对较高的速度生产具有成本效益的非功能性原型，可用于电池技术、生产复合材料，因为所使用的材料可以在打印过程中互换。

●3D 打印技术的类型：层压物体制造 (LOM)、超声波固结 (UC)

●材料：纸张、聚合物和片状金属

●尺寸精度：±0.1 mm

●常见应用：非功能原型、多色打印、铸模。

●优点：可以快速生产，复合打印

●缺点：精度低，浪费多，部分零件需要后期制作

注：3D打印技术的种类很多，以上是3D打印中最常见的七大类增材制造技术，并未覆盖市场上全部的3D打印技术

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