3D打印的技术原理解析

山外小楼夜听雨

导语
“伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，1450年的印刷术如此，1750年的蒸汽机如此，1950年的晶体管也是如此。而今，我们仍然无法预测，3D打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。”那么今天，“观客评论” 小编就给大家讲解一下，这个被推上神坛的3D打印究竟为何物，它的技术原理又是怎样的?

基本概念
3D打印(ThreeDimension Printing，简称3DP)技术，是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造或增材制造(AdditiveManufacturing，简称AM)技术，以前称为快速成型(RapidPrototyping，简称RP)技术。

作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、精密机械、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。
3D打印技术，从狭义上来说，主要是指增材成型技术;从成型工艺上看，3D打印技术突破了传统成型方法，它通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合，无需任何附加的传统模具制造和机械加工，就能够制造出各种形状复杂的原型，这使得产品的设计生产周期大大缩短，生产成本大幅下降。

技术原理
3D打印有多种技术种类，每种打印技术的打印材料都是不一样的。
不同的材料按形状来分，主要有丝状、液状和粉末状三种。这三种类型的材料都有各自所对应的打印技术。

丝状材料
丝状材料主要有3种3D打印技术。
1、熔融沉积造型(简称FDM)
Fused deposition modeling

基本材料：热塑性材料，如PLA、蜡、ABS、尼龙等。
原理简介：是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加热熔化进而堆积成型方法。

2、熔丝制造(简称FFF，类FDM)
Fused Filament Fabrication

基本材料：热塑性材料，如PLA、蜡、ABS、尼龙等。
原理简介：与FDM原理相似，不同的是喷头处挤出的为较细的丝状。

3、融化压模式(简称MEM，类FDM)
Melted and Extrusion Modeling

基本材料：热塑性材料，如PLA、蜡、ABS、尼龙等。
原理简介：工艺原理是材料先抽成丝状，通过送丝机构送进喷头，在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并于周围的材料粘结，层层堆积成型。

液状材料
液状材料主要有3种3D打印技术。
1、光固化立体造型技术(简称SLA)
Stereo Lithography Apperance

基本材料：光敏树脂。
原理简介：它用激光选择性地让需要成型的液态光敏树脂发生聚合反应变硬，从而造型。

2、数字光处理(简称DLP，类SLA)
Digital Light Processing

基本材料：光敏树脂。
原理简介：这种技术要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来，与SLA原理极为相像，不过DLP成型一次能成型一个面，速度得到大大提升。

3、聚合物喷射技术(简称PolyJet，类SLA)
PolyJet

基本材料：光敏树脂。
原理简介：利用液态光敏树脂在紫外光照射下会快速固化的特性，每一层感光聚合材料在被喷射后立即用紫外线光进行凝固，从而制作出完全凝固的模型。

粉状材料
粉状材料主要有7种3D打印技术。
1、电子束自由成形制造(简称EBF，类DMLS)
Electron beam freeform fabrication

基本材料：金属、合金。
原理简介：是一种采用电子束作为热源,利用离轴金属丝建造零件的工艺。

2、电子束熔化技术(简称EBM，类SLM)
Electron Beam Melting

基本材料：金属、合金。
原理简介：通过高真空中的电子束来熔化金属粉末层，从而制造产品。

3、直接金属激光烧结(简称DMLS)
Direct metal laser sintering

基本材料：金属、合金。
原理简介：使用高能量的激光束再由3D模型数据控制来局部熔化金属基体,同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠,以生成致密的几何形状的实体零件。

4、选择性激光熔化成型(简称SLM)
Selective Laser Melting

基本材料：金属及合金，如钛合金，钴铬合金，不锈钢，铝。
原理简介：利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。

5、选择性热烧结(简称SHS，类SLS)
Selective heat sintering
基本材料：热塑性粉末(主要是纯粉料，区别于混合粉末)。
原理简介：工作过程与SLS类似，不同的是，SHS使用的是热敏打印头，而非激光打印头。

6、选择性激光烧结(简称SLS)
Selective laser sintering

基本材料：热塑性材料、金属、陶瓷、石蜡、复合粉末材料。
原理简介：SLS用的不是液态的光敏树脂，而是粉末。激光的能量让粉末产生高温和相邻的粉末发生烧结反应连接在一起。

7、粉末层喷头3D打印(简称PP、3DP)
Powder bed and inkjet head 3d printin

基本材料：石膏、热塑性塑料、陶瓷、金属。
原理简介：与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

cxw770lnly

3D打印，任重道远。