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      7种主要的3D打印技术，你全都了解吗 ？

      更新时间:2023-06-25 14:58:49
      ​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 ！今天南极熊将介绍七大类3D打印工艺，即使是3D打印小白也能清晰地区分不同的3D打印过程 。



      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

      1.熔融沉积成型 (FDM)


      △FDM 零件可以在各种 3D 打印机上用金属或塑料制成

      FDM 3D 打印机是一个价值数十亿美元的市场，拥有数以千计的机器 ，从基本型号到制造商的复杂型号。FDM机器被称为熔丝制造 (FFF)，这是完全相同的技术。与所有 3D 打印技术一样 ，FDM 从数字模型开始 ，然后将其转换为3D打印机可以遵循的路径。使用 FDM ，将线轴上的一根（或一次几根）灯丝装入 3D 打印机 ，然后送入挤出头中的打印机喷嘴 。打印机喷嘴或多个喷嘴被加热到所需温度，使灯丝软化 ，从而使连续的层连接起来形成一个坚固的部件。

      当打印机沿 XY 平面上的指定坐标移动挤出头时，它会继续铺设第一层。然后挤出头上升到下一个高度（Z 平面），重复打印横截面的过程 ，一层一层地构建，直到物体完全成型。根据对象的几何形状，有时需要添加支撑结构以在打印时支撑模型，例如，如果模型具有陡峭的悬垂部分。这些支撑在打印后被移除 。一些支撑结构材料可以溶解在水或另一种溶液中 。

      △FDM 3D 打印机为业余爱好者 、小型企业和制造商提供范围广泛的机器（来源 ：Creality 、Raise3D、Stratasys）

      2.3D生物打印


      △3D 生物打印与传统 3D 打印类似，但原料差异很大

      3D 生物打印或生物 3D 打印是一种增材制造工艺，其中将有机或生物材料（例如活细胞和营养素）结合起来以创建类似组织的天然三维结构。换句话说，生物打印是一种3D打印 ，可以生产从骨骼组织和血管到活组织的任何东西。它用于各种医学研究和应用，包括组织工程、药物测试和开发，以及创新的再生医学疗法。3D 生物打印的实际定义仍在不断发展。从本质上讲，3D 生物打印的工作原理与 FDM 3D 打印类似 ，并且属于材料挤出系列。（尽管挤出并不是唯一的生物打印方法）

      3D 生物打印使用从针排出的材料(生物墨水)来创建打印层。这些被称为生物墨水的材料主要由活物质组成，例如载体材料中的细胞——如胶原蛋白、明胶、透明质酸、蚕丝、海藻酸盐或纳米纤维素，充当结构生长和营养物质的分子支架 ，提供支持。

      3.建筑 3D 打印


      △建筑 3D 打印

      建筑 3D 打印是一个快速发展的材料挤出领域 。该技术涉及使用超大型 3D 打印机（通常高达数十米）从喷嘴中挤出混凝土等建筑材料 。这些机器通常以龙门架或机械臂系统的形式出现。3D建筑打印技术如今用于住宅、建筑特色以及从水井到墙壁的建筑项目。有研究者表示，它有可能显着改变整个建筑行业，因为它减少了劳动力需求并减少了建筑垃圾 。

      美国和欧洲有数十座 3D 打印房屋，并且正在研究开发 3D 建筑技术 ，该技术将使用在月球和火星上发现的材料为未来的探险队建造栖息地。用当地土壤代替混凝土打印作为一种更可持续的建筑方法也受到关注 。

      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

      1.立体光刻 (SLA)


      △立体光刻 (SLA)来自 3D Systems 、DWS 和 Formlabs 的 SLA 3D 打印示例

      SLA是世界上第一个3D打印技术。立体光刻技术由查克·赫尔 (Chuck Hull) 于 1986 年发明，他为该技术申请了专利，并成立了 3D Systems 公司以将其商业化。如今，该技术可供来自众多 3D 打印机制造商的爱好者和专业人士使用 。SLA使用激激光束对准一桶树脂，选择性地固化打印区域内物体的横截面 ，逐层建造  。当大多数 SLA 打印机使用固态激光来固化部件。这种桶聚合的一个缺点是，与我们的下一种方法 (DLP) 相比，点激光可能需要更长的时间来追踪物体的横截面，后者会闪烁光线以立即硬化整个层 。然而 ，激光可以产生更强的光，这是某些工程级树脂所需要的。


      △SLA 3D 打印机使用一个或多个激光一次追踪和固化单层树脂

      微立体光刻 (μSLA)

      微立体光刻技术可以打印微型部件，分辨率在 2 微米 (μm) 到 50 微米之间 。作为参考 ，人类头发的平均宽度为 75 微米。它是“微型 3D 打印”技术之一。μSLA 涉及将感光材料（液态树脂）暴露在紫外激光下。不同之处在于专用树脂、激光的复杂性以及透镜的添加，它们会产生几乎令人难以置信的小光点 。


      △Nanoscribe 和 Microlight3D 是 TPP 3D 打印机的两家领先制造商（来源 ：Nanoscribe、Microlight3D）

      双光子聚合 (TPP)

      另一种微型3D打印技术TPP（也称为2PP）可以归为SLA，因为它也使用激光和光敏树脂，它可以打印比 μSLA 更小的部件，小至 0.1 微米。TPP使用脉冲飞秒激光聚焦到一大桶特殊树脂中的一个狭窄点。然后使用该点固化树脂中的单个3D像素 ，也称为体素。通过在预定义的路径中逐层依次固化这些纳米级到微米级的小体素。TPP 目前用于研究、医疗应用和微型零件的制造 ，例如微型电极和光学传感器。


      △微型 3D 打印：TPP 技术

      2.数字光处理 (DLP)


      △Anycubic 、Carbon 和 ETEC 的 DLP 3D 打印部件

      DLP 3D 打印使用数字光投射器（而不是激光）在一层或树脂上同时闪烁每一层的单个图像（或为较大的部件多次曝光）。DLP（比 SLA 更常见）用于在单个批次中生产更大的零件或更大体积的零件，因为无论构建中有多少零件，每一层曝光都需要完全相同的时间，比SLA 中的点激光方法效率更高。每一层的图像都由正方形像素组成 ，导致一层由称为体素的小矩形块形成。使用发光二极管 (LED) 屏幕或 UV 光源（灯）将光投射到树脂上 ，并通过数字微镜设备 (DMD) 将光投射到构建表面。


      △数字光处理 (DLP) 树脂 3D 打印机有从业余爱好版本也有完整的制造生产机器

      现代 DLP 投影仪通常有数千个微米大小的 LED 作为光源。它们的开关状态是单独控制的 ，可以提高 XY 分辨率。并不是所有的 DLP 3D 打印机都是一样的，光源的功率 、它通过的镜头 、DMD 的质量以及构成一台价值 300 美元的机器的许多其他零部件都有很大的不同与超过 200,000 美元的机器相比。

      自上而下的 DLP
      一些 DLP 3D 打印机的光源安装在打印机的顶部，向下照射到树脂桶上，而不是向上照射 。这些“自上而下”的机器从顶部闪现一层图像 ，一次固化一层，然后将固化层放回大桶中。每次降低构建板时  ，安装在大桶顶部的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，因此这种方法可以为较大的打印件产生更稳定的零件输出。自下而上打印时，可以从构建板上垂直悬挂多少重量是有限制的 。树脂桶还在打印时支撑打印件 ，减少了对支撑结构的需求。


      △摩方精密的 MicroArch S230 可以打印小至 2 微米的聚合物或陶瓷的详细部件（来源：摩方精密）

      投影微立体光刻 (PμSL)

      作为一种独特类型的桶聚合本身 ，将PμSL 归为 DLP 的子类别。这是另一种微型3D打印技术。PμSL 使用来自投影仪的紫外线来固化微米级（2 微米分辨率和低至 5 微米层高）的特殊配方树脂层。这种增材制造技术因其低成本、准确性、速度以及可使用的材料范围（包括聚合物、生物材料和陶瓷）而不断发展 。它已显示出从微流体和组织工程到微光学和生物医学微型设备的应用潜力。

      基于光刻的金属制造 (LMM)

      这是DLP的另一个”远亲“，这种使用光和树脂进行3D打印的方法可以为手术工具和微机械零件等应用创建微小的金属零件。在 LMM 中，金属粉末均匀分散在光敏树脂中，然后通过投影仪用蓝光曝光进行选择性聚合 。打印后 ，素坯部件的聚合物成分被去除，留下全金属的脱脂部件 ，这些部件在熔炉中的烧结过程中完成 。原料包括不锈钢、钛​​ 、钨 、黄铜、铜、银和金。


      △使用 LMM 技术在 Incus 3D 打印上制作的微型金属 3d 打印部件

      3.液晶显示器 (LCD)


      △来自 Elegoo、Photocentric 和 Nexa3D 的 LCD 3D 打印部件。

      液晶显示器 (LCD)，也称为掩模立体光刻 (MSLA)，与上述 DLP 非常相似，不同之处在于它使用 LCD 屏幕而不是数字微镜设备 (DMD)，这对 3D 打印机的价格有显着影响 。与 DLP 一样，LCD 光掩模是数字显示的 ，由方形像素组成 。LCD 光掩模的像素大小决定了打印的粒度 。因此 ，XY 精度是固定的 ，不依赖于镜头的变焦或缩放程度，就像 DLP 的情况一样。DLP 的打印机和 LCD 技术之间的另一个区别是，后者使用数百个单独发射器的阵列，而不是像激光二极管或 DLP 灯泡那样的单点发射光源。


      △如今，LCD 树脂 3D 打印技术正在从消费机器转向工业机器

      与 DLP 类似，LCD 在某些条件下可以实现比 SLA 更快的打印时间 。这是因为整个层一次曝光 ，而不是用激光点追踪横截面积 。由于 LCD 单元成本低，这项技术已成为低价桌面树脂打印机领域的首选技术，但这并不意味着它没有得到专业使用 ，一些工业 3D 打印机制造商正在突破技术极限并取得令人瞩目的成果。

      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

      1.选择性激光烧结 (SLS)


      △Sinterit 的 SLS 3D 打印部件

      选择性激光烧结 (SLS) 使用激光从塑料粉末中制造物体。首先，将一箱聚合物粉末加热到刚好低于聚合物熔点的温度 。然后使用重涂刀片或擦拭器将一层非常薄的粉末材料（通常为 0.1 毫米厚）沉积到构建平台上 。激光开始根据数字模型中布置的图案扫描表面 。激光选择性地烧结粉末并凝固物体的横截面 。当扫描整个横截面时 ，构建平台在高度上向下移动一层厚度 。重涂刀片在最近扫描的层上沉积一层新的粉末，激光将物体的下一个横截面烧结到先前固化的横截面上 。


      △可以手动或自动对 SLS 3D 打印部件进行除粉和清洁

      重复这些步骤，直到制造出所有物体。未烧结的粉末保留在原位以支撑物体，这减少或消除了对支撑结构的需要。从粉末床中取出零件并进行清洁后 ，无需其他必要的后处理步骤。零件可以抛光、涂层或着色。SLS 3D 打印机之间有许多差异化因素，不仅包括它们的尺寸，还包括激光的功率和数量、激光的光斑大小 、加热床的时间和方式以及粉末的分布方式等 。SLS 3D 打印中最常见的材料是尼龙（PA6 、PA12），但也可以使用 TPU 和其他材料打印出柔韧的部件 。


      △SLS 3D 打印机使用聚合物粉末和激光来形成固体零部件

      2.微选择性激光烧结 (μSLS)

      μSLS 属于 SLS 或下文所述的激光粉末床融合 (LPBF)的技术。它使用激光来烧结粉末状材料，例如 SLS ，但这种材料通常是金属而不是塑料，因此它更像是 LPBF。它是另一种微型 3D 打印技术，可以以微型（低于 5 μm）的分辨率创建零件。


      △来自 3D MicroPrint 的金属 3D 微打印

      在 μSLS 中，将一层金属纳米颗粒墨水涂在基材上，然后干燥以产生均匀的纳米颗粒层 。接下来 ，使用数字微镜阵列图案化的激光用于加热纳米粒子并将其烧结成所需的图案 。然后重复这组步骤以在 μSLS 系统中构建 3D 部件的每一层。

      3.激光粉末床融合 (LPBF)


      △显示 SLM 精度的 Xact Metal 测试件（来源：Xact Metal）

      在所有 3D 打印技术中，这一项的别名最多 。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) 。在这项技术发展的早期，机器制造商为相同的过程创建了自己的名称，这些名称一直沿用至今。特别指出 ，上述这三个术语指的是同一过程，即使某些机械细节有所不同。

      作为粉末床融合的一种子类型 ，LPBF 使用一个金属粉末床和一个或多个（最多 12 个）高功率激光器。LPBF 3D 打印机使用激光在分子基础上逐层选择性地将金属粉末融合在一起，直到模型完成。LPBF是一种高度精确的 3D 打印方法，通常用于为航空航天、医疗和工业应用创建复杂的金属零件 。


      △Sandvik 的 LPBF 金属 3D 打印

      与 SLS 一样，LPBF 3D 打印机从分成切片的数字模型开始 。打印机将粉末装入构建室，然后用刮刀（如挡风玻璃刮水器）或滚筒将其在构建板上铺成薄层 。激光将层追踪到粉末上 。然后构建平台向下移动 ，再涂上一层粉末并与第一层融合，直到构建出整个物体 。构建室是封闭的、密封的，并且在许多情况下充满了惰性气体，例如氮气或氩气混合物，以确保金属在熔化过程中不会氧化，并有助于清除熔化过程中的碎屑。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。

      LPBF 3D 打印机的差异化因素包括激光器的类型、强度和数量 。小型紧凑型 LPBF 打印机可能有一个 30 瓦的激光器，而工业版本可能有 12 个 1,000 瓦的激光器。LPBF 机器使用常见的工程合金，例如不锈钢、镍高温合金和钛合金。有数十种金属可用于 LPBF 工艺。


      △来自 One Click Metal、Farsoon 、Kurtz Ersa 的 LPBF 3D 打印机。

      3.电子束熔炼 (EBM)


      △电子束熔化 (EBM)

      EBM ，也称为电子束粉末床熔合 (EB PBF)，是一种类似于 LPBF 的金属 3D 打印方法，但使用电子束而不是光纤激光器。该技术用于制造零件，例如钛骨科植入物、喷气发动机的涡轮叶片和铜线圈。

      电子束产生更多的能量和热量，这是某些金属和应用所需要的。而且EBM 不是惰性气体环境 ，而是在真空室中进行，以防止光束散射 。构建室温度最高可达 1,000 °C，在某些情况下甚至更高。因为电子束使用电磁束控制 ，所以它的移动速度比激光快，甚至可以分开以同时曝光多个区域。


      △来自 JEOL、GE Additive 和 Wayland Additive 的电子束熔化 (EBM) 金属 3D 打印机。

      EBM 优于 LPBF 的优势之一是它能够处理导电材料和反射金属 ，例如铜。EBM 的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，因为它们不一定必须连接到构建板上 ，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更粗糙的表面特征 。由于构建室中的高温，EBM 打印部件可能不需要通过打印后热处理来消除应力 。

      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

      1.材料喷射 (M-Jet)


      △Stratasys 的材料喷射 3D 打印部件

      聚合物的材料喷射 (M-Jet) 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。在一层沉积和固化后 ，构建平台降低一层厚度，重复该过程以构建 3D 对象 。M-Jet 将树脂 3D 打印的高精度与线材 3D 打印 (FDM) 的速度相结合 ，以创建具有逼真的颜色和纹理的零件和原型。

      所有材料喷射3D打印技术都不完全相同 。打印机制造商和专有材料之间存在差异。M-Jet 机器以逐行方式从多排打印头沉积构建材料 。这种方法使打印机能够在不影响构建速度的情况下在一条线上制造多个对象 。只要模型在构建平台上正确排列，并优化每条构建线内的空间 ，M-Jet 就可以比许多其他类型的树脂 3D 打印机更快地生产零件。


      △来自 Stratasys 、DP Polar / 3D Systems 和 Mimaki 的材料喷射 3D 打印机

      用 M-Jet 制造的物体需要支撑，它在构建过程中由可溶解材料同时打印 ，该材料在后处理阶段被去除 。M-Jet 是为数不多的 3D 打印技术之一 ，可提供由多材料打印和全彩色制成的物体 。材料喷射机没有爱好者版本 ，这些机器更适用于汽车制造商、工业设计公司 、艺术工作室、医院和所有类型的产品制造商的专业人士 ，他们希望创建准确的原型来测试概念并更快地将产品推向市场。与桶聚合技术不同 ，M-Jet 不需要后固化，因为打印机中的紫外线会完全固化每一层。

      气溶胶射流

      Aerosol Jet 是一家名为 Optomec 的公司开发的一项独特技术 ，主要用于 3D 打印电子产品 。电阻器 、电容器 、天线 、传感器和薄膜晶体管等组件均采用气溶胶喷射技术打印 。它可以粗略地比作喷漆 ，但它与工业涂层工艺的区别在于它可以用于打印完整的 3D 物体 。

      将电子墨水放入雾化器中 ，雾化器会产生直径在 1 至 5 微米之间的液滴 。然后气溶胶雾被输送到沉积头，被鞘气聚焦 ，从而产生高速粒子喷雾 。由于整个过程使用了能量 ，该技术有时也被称为定向能量沉积，但由于材料在这种情况下呈液滴状 ，因此我们将其包含在材料喷射中。

      塑料自由成型

      德国公司 Arburg 创造了一种称为塑料自由成型 (APF) 的技术，它是挤出技术和材料喷射技术的结合 。它使用市售的塑料颗粒，这些塑料颗粒在注塑成型过程中熔化并移至卸料单元。高频喷嘴关闭产生每秒多达 200 个直径在 0.2 至 0.4 毫米之间的塑料小液滴的快速打开和关闭运动。液滴在冷却时与硬化材料结合。一般来说，不需要后期处理 。如果使用了支撑材料 ，则必须将其移除。

      2.纳米粒子喷射 (NPJ)


      △使用纳米粒子喷射技术和 XJet 3D 打印机创建的金属部件

      NanoParticle Jetting (NPJ) 是为数不多的难以归类的专有技术之一，由一家名为 XJet 的公司开发，它使用带有数千个喷墨喷嘴的打印头阵列，可同时将数百万个超细材料滴喷射到超薄层的构建托盘上，同时同时喷射支撑材料。金属或陶瓷颗粒悬浮在液体中 。该过程在高温下发生，喷射时液体蒸发 ，大部分只留下金属或陶瓷材料 。生成的 3D 部件仅残留少量粘合剂，这些粘合剂在烧结后处理中被去除。

      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

      1.金属粘合剂喷射


      △惠普使用金属喷射技术的不锈钢 3D 打印部件

      Binder Jetting 还可用于制造具有复杂几何形状的固体金属物体，这远远超出了传统制造技术的能力。金属粘合剂喷射是一种非常有吸引力的技术，可用于批量生产金属零件并实现轻量化 。由于粘合剂喷射可以打印具有复杂图案填充而不是实体的零件 ，因此所得零件的重量大大减轻，但强度却保持不变 。粘合剂喷射的孔隙率特征也可用于实现医疗应用的较轻端部件 ，例如植入物。

      总的来说，金属粘结剂喷射零件的材料性能与金属注射成型生产的金属零件相当，是金属零件批量生产中应用最广泛的制造方法之一。此外 ，粘合剂喷射部件表现出更高的表面光滑度 ，尤其是在内部通道中 。


      △金属粘合剂喷射 3D 打印机为最终用途应用生产精细精细的固体金属部件

      金属粘合剂喷射部件需要在打印后进行二次加工才能获得良好的机械性能。刚从打印机出来 ，零件基本上由用聚合物粘合剂粘合在一起的金属颗粒组成。这些所谓的“素坯部件”很脆弱 ，无法按原样使用。打印零件从金属粉末床中取出（称为脱粉的过程）后，它们将在炉中进行热处理（称为烧结的过程）。打印参数和烧结参数都针对特定部件的几何形状 、材料和所需密度进行了调整。有时使用青铜或其他金属来渗透粘合剂喷射部件中的空隙，从而实现零孔隙率。

      2.塑料粘合剂喷射


      △塑料粘合剂喷射

      塑料粘合剂喷射是一种与金属粘合剂喷射非常相似的工艺，因为它也使用粉末和液体粘合剂，但应用却大不相同 。打印完成后 ，塑料部件会从其粉末床中取出并进行清洁，通常无需进一步处理即可使用，但这些部件缺乏 3D 打印工艺中的强度和耐用性 。塑料粘合剂喷射部件可以填充另一种材料以提高强度。使用聚合物进行粘合剂喷射因其能够生产用于医学建模和产品原型的多色部件。

      3.砂粘合剂喷射


      △砂粘合剂喷射

      砂粘合剂喷射与塑料粘合剂喷射在打印机和打印流程上有所不同，所以这里将其进行区分。生产大型砂铸模具、模型和型芯是粘合剂喷射技术最常见的用途之一 。该工艺的低成本和速度使其成为铸造厂的绝佳解决方案，因为使用传统技术很难在几小时内生产精细图案设计 。

      工业发展的未来不断对代工厂和供应商提出高要求 。沙子3D打印正处于其潜力的开端。打印后 ，打印人员需要将型芯和模具从构建区域移除并清洁以去除任何松散的沙子。模具通常可以立即准备好进行铸造 。铸造后，模具被拆开 ，最终的金属部件被移除 。

      4.多射流融合 (MJF)


      △巴斯夫和惠普合作为 MJF 开发了一种新型工业级聚丙烯

      另一种独特且品牌特定的 3D 打印工艺不容易归入任何现有类别，实际上也不是粘合剂喷射，这就是HP 的Multi Jet Fusion 。MJF 是一种聚合物 3D 打印技术 ，使用粉末材料、液体融合材料和细化剂 。它不被认为是粘合剂喷射的原因是在这个过程中增加了热量，这会产生强度和耐用性更高的部件，而且液体并不完全是粘合剂。该过程的名称来源于执行打印过程的多个喷墨头 。

      在 Multi Jet Fusion 打印过程中，打印机在打印床上铺设一层材料粉末，通常是尼龙。在此之后，喷墨头穿过粉末并将熔化剂和细化剂沉积在其上 。然后红外线加热装置在打印品上移动。无论在何处添加助熔剂，下层都会熔化在一起 ，而带有细化剂的区域仍保持粉末状。粉状部分脱落，产生所需的几何形状。这也消除了对建模支持的需要，因为下层支持打印在它们上面的层 。为了完成打印过程，整个粉末床以及其中的打印部件被移动到一个单独的处理站，大部分松散的未熔融粉末被抽真空，可以重复使用。

      Multi Jet Fusion 是一种多功能技术，已在汽车、医疗保健和消费品等多个行业中得到应用。


      △HP Jet Fusion 5200 系列是 HP Multi Jet Fusion 3D 打印机的多种尺寸和样式之一（来源：惠普）

      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

      1.激光定向能量沉积


      △使用激光和粉末金属的 3D 打印金属

      激光定向能量沉积 (L-DED) ，也称为激光金属沉积 (LMD) 或激光工程净成形 (LENS) ，使用通过一个或多个喷嘴送出金属粉末或金属丝，并通过强大的激光熔化构建平台或金属部件上。随着喷嘴和激光的移动或零件在多轴转盘上的移动，物体会逐层堆积。构建速度比粉末床熔化更快 ，但会导致表面质量降低和精度显着降低，通常需要大量的后加工。激光 DED 打印机通常具有充满氩气的密封室以避免氧化。在处理反应性较低的金属时，它们还可以仅使用局部氩气或氮气进行操作。

      该工艺中常用的金属包括不锈钢、钛​​和镍合金。这种打印方法通常用于修复高端航空和汽车部件，例如喷气发动机叶片，但也用于生产整个部件。


      △Meltio M450 送丝激光 DED 3D 打印机、Optomec LENS CS 600 金属粉末送料激光 DED 3D 打印机和 DMG Mori Lasertec 65 DED 送粉激光 DED 3D 打印机。


      2.电子束定向能量沉积


      △电子束 DED 3D 打印

      电子束 DED ，也称为线电子束能量沉积，是一种与激光 DED 非常相似的 3D 打印工艺。它是在真空室中进行的 ，可以生产出非常干净、高质量的金属 。当一根金属丝通过一个或多个喷嘴时，它会被电子束熔化。层是单独构建的，电子束形成一个微小的熔池，焊丝由送丝机送入熔池。在处理高性能金属和活性金属（例如铜 、钛 、钴和镍合金）时 ，选择电子束用于 DED 。

      DED 机器实际上在打印尺寸方面不受限制。例如，3D 打印机制造商 Sciaky 拥有一台 EB DED 机器，可以以每小时 3 到 9 公斤材料的速度生产近 6 米长的零件。电子束 DED 被吹捧为制造金属部件最快的方法之一，尽管不是最精确的，这使其成为构建大型结构（例如机身）或替换零件（例如涡轮叶片）的理想加工技术。


      △线材电子束沉积3D打印

      3.线控能量沉积


      △Gefertec 电弧增材制造 (WAAM) 打印

      Wire Directed Energy Deposition，也称为Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)，是一种 3D 打印，它使用等离子或电弧形式的能量来熔化线材形式的金属，并通过机械臂将金属一层一层地沉积到表面，例如多轴转盘 ，形成一个形状。之所以选择这种方法而不是选择激光或电子束的类似技术，是因为它不需要密封室，并且可以使用与传统焊接相同的金属（有时是完全相同的材料） 。

      电直接能量沉积被认为是 DED 技术中最具成本效益的选择，可以使用现有的弧焊机器人和电源 ，因此进入门槛相对较低。但与焊接不同，这项技术使用复杂的软件来控制过程中的一系列变量，包括机械臂的热管理和工具路径 。这种技术没有要移除的支撑结构，成品零件通常在必要时经过 CNC 加工以达到严格的公差或表面抛光。


      △Gefertec 和 WAAM3D 的线弧增材制造 3D 打印机。

      4.冷喷涂


      △冷喷涂

      冷喷涂是一种 DED 3D 打印技术，以超音速喷涂金属粉末，以在不熔化的情况下将它们结合起来，几乎不会产生热裂纹或热应力 。自 2000 年代初以来，它一直被用作涂层工艺，但最近 ，几家公司已将冷喷涂用于增材制造 ，因为它可以以比典型金属3D工艺高 50 到 100 倍的速度进行打印，并且不需要惰性气体或真空室 。

      与所有 DED 工艺一样，冷喷涂不会产生表面质量或细节都很好的打印件，但零件可以直接从打印床上使用 。

      5.熔融直接能量沉积


      △熔融直接能量沉积  ：使用 Xerox 的 ElemX 3D 液态金属打印制作的铝制部件

      熔融直接能量沉积是一种 3D 打印工艺，它使用热量熔化金属（通常是铝），然后将其逐层沉积在构建板上以形成 3D 物体。该技术与金属挤出 3D 打印的不同之处在于，挤出使用内部含有少量聚合物的金属原料 ，使金属可挤出。然后在热处理阶段去除聚合物 ，而熔融DED用纯金属。人们也可以将熔融或液态 DED 比作材料喷射，但不是一系列喷嘴沉积液滴，液态金属通常从喷嘴流出。

      这项技术的变体正在开发中，熔融金属 3D 打印机很少见。使用热量熔化然后沉积金属的好处是能够使用比其他DED工艺更少的能量，并可能直接使用回收金属作为原料 ，而不是金属丝或高度加工的金属粉末。

      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

      层压增材制造


      △层压增材制造

      层压是一种 3D 打印技术，其中将材料片层叠在一起并使用胶水粘合在一起 ，然后使用刀（或激光或 CNC 路由器）将分层物体切割成正确的形状。该技术如今不太常见，因为其他 3D 打印技术的成本已经下降、速度和易用性大幅增加。


      △BCN3D 使用树脂的粘性光刻制造 (VLM) 3D 打印工艺（来源：BCN3D）

      粘性光刻制造 (VLM)：VLM 是 BCN3D 的专利 3D 打印工艺 ，可将高粘度光敏树脂薄层层压到透明转移膜上。机械系统允许树脂从薄膜的两面层压，从而可以组合不同的树脂以获得多材料部件和易于拆卸的支撑结构。这项技术尚未商业化，但也可以属于其中一种层压3D 打印技术。

      基于复合材料的增材制造 (CBAM)：Startup Impossible Objects 为这项技术申请了专利 ，该技术将碳、玻璃或 Kevlar 垫与热塑性塑料融合在一起以制造零件。

      选择性层压复合材料制造 (SLCOM) ：EnvisionTEC，现称为 ETEC，归 Desktop Metal 所有 ，于 2016 年开发了这项技术，该技术使用热塑性塑料作为基础材料和编织纤维复合材料。

      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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