3d打印技术哪些

基本释义

       三维打印技术，作为一种前沿的增材制造工艺，其核心原理在于将数字模型文件作为基础，通过逐层堆叠材料的方式来构造实体物件。这项技术与传统上通过切削或模具成型等减材制造方法有着根本性的区别。它使得制造过程不再依赖于复杂的机械加工或大量的模具制备，从而在设计自由度和生产灵活性方面带来了革命性的变化。

       技术基本原理

       该技术的工作流程通常始于计算机辅助设计软件创建的三维模型。该模型随后被专用软件“切片”处理，转化为一系列极薄的二维横截面层。打印设备依据这些分层数据，精确控制打印头或成型平台，将特定的成型材料，如塑料丝、金属粉末或光敏树脂，一层一层地选择性沉积或固化，最终这些微薄层累积成一个完整的三维实体。

       主流技术门类

       三维打印领域包含多种具体技术路径。其中，熔融沉积成型是较为普及的一种，它通过加热热塑性材料丝，使其熔融并从微细喷嘴挤出沉积。立体光固化技术则利用特定波长的光线扫描液态光敏聚合物表面，使其逐层固化成型。选择性激光烧结技术使用高能激光束有选择地熔化微细的粉末材料，如尼龙或金属粉末，使其融合成型。此外，还有采用喷墨方式粘结粉末材料的多喷头三维打印等技术。

       应用领域概览

       该技术的应用已渗透至众多行业。在工业制造领域，它被用于快速制造产品原型、功能性测试部件乃至小批量定制化生产。医疗行业利用其制作与患者解剖结构精准匹配的手术导板、植入物以及生物组织支架。在文化创意和建筑设计领域，设计师们借助它快速将创意构思转化为实体模型，进行直观展示和评估。随着材料科学和设备精度的不断进步，三维打印的应用潜力仍在持续扩展。

详细释义

       三维打印技术，这一被誉为可能引领新一轮工业革命浪潮的增材制造体系，其内涵远不止于“打印”这一表象动作。它代表着一整套从数字化设计到物理实体成型的创新方法论，其多样性体现在依据不同物理化学原理所衍生出的多种技术分支，每种分支各有其独特的材料适应性、工艺特点及优势应用场景。深入理解这些技术分类，是把握三维打印全貌的关键。

       基于挤出成型的技术路径

       这类技术以材料的熔融或半熔融状态挤出为主要特征。熔融沉积成型是其中最广为人知的代表。其工作过程是将卷轴上的热塑性材料丝送入加热喷头，材料在喷头内被加热至熔融状态，随后通过喷嘴挤出，沉积在已成型的前一层材料上并迅速冷却固化。通过喷头与成型平台的相对运动，逐层堆积形成零件。该技术设备成本相对亲民，操作环境要求宽松，使用的材料如丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、聚乳酸等也较为常见，使其在爱好者、教育领域及概念原型制作中占据主导地位。然而，其成型件通常可见层纹，表面粗糙度较高，力学性能可能存在各向异性。

       另一项属于此大类的技术是复合材料三维打印，有时也被称为连续纤维增强技术。它不仅在打印基质塑料（如尼龙）的同时，同步送入连续的碳纤维、玻璃纤维或凯夫拉纤维进行复合，极大地提升了制件的强度和刚度，使其能够替代部分传统金属零件，用于对重量和强度有较高要求的航空航天、高性能运动器材等领域。

       基于光聚合反应的技术路径

       该路径的核心是利用特定光源（如紫外线激光、投影仪）选择性照射液态光敏树脂，引发其发生聚合反应，从液态转变为固态。立体光固化技术作为三维打印技术的鼻祖，采用激光束点扫描的方式，在树脂槽液面上精确绘制每一层的形状，成型平台逐层下降以实现层层固化。该技术能以极高的精度和光滑的表面质量成型结构异常复杂的零件，常用于珠宝首饰铸造模型、精密医疗器械、高细节展示模型等领域。

       其衍生技术数字光处理则采用数字微镜器件将整个层面的图形一次性投射到树脂表面，实现整层同时固化，相比逐点扫描的立体光固化技术，在保证相近精度的同时，打印速度显著提升。近年来兴起的面投影立体光刻技术，进一步优化了光源和树脂体系，实现了更快的打印速度和更长的材料寿命。此外，连续液界面生产工艺通过特殊透氧窗口形成“死区”，使得固化部分与槽底分离，实现了近乎无层纹的连续快速拉升打印，将光固化技术的速度推向新的高度。

       基于粉末床熔融与粘结的技术路径

       这类技术在粉末床上进行操作，通过能量源选择性熔融粉末或通过粘结剂将其连接。选择性激光烧结使用高功率激光（如二氧化碳激光器）扫描预热至接近熔化点的聚合物粉末（如尼龙、聚丙烯），使其粉末颗粒表面熔融并粘结在一起。成型件通常具有多孔性，但力学性能良好，可直接用于功能性测试部件或小批量生产。其延伸技术选择性激光熔化和电子束熔化则使用更高能量的热源（激光或电子束）将金属粉末（如钛合金、不锈钢、铝合金）完全熔化，形成致密度接近百分之百的金属零件，其力学性能可达到锻件水平，广泛应用于航空航天、医疗器械（如植入物）、高端模具等对性能要求苛刻的领域。

       与之原理不同的多喷头三维打印，则是先在粉末床上均匀铺撒一层石膏基或沙基等材料的粉末，然后通过类似喷墨打印的方式，喷射液态粘结剂将指定区域的粉末粘结起来，如此反复铺粉、喷涂直至完成。该技术色彩表现力强，常用于制作全彩的展示模型、建筑沙盘等，但成型件强度通常较低，多为概念展示用途。

       其他特色三维打印技术

       除了上述主流类别，还有许多针对特殊需求的技术。材料喷射技术类似二维喷墨打印，但喷头可喷射光敏树脂微滴，随后立即用紫外线固化，能够同时使用多种材料混合打印，实现丰富的色彩、透明度和软硬度的组合，非常适合制作外观逼真的产品原型。

       粘结剂喷射技术与多喷头三维打印类似，但主要用于金属和砂型铸造领域。对于金属，先喷射粘结剂成型“生坯”，再经过脱脂和高温烧结（有时还需熔渗）得到最终金属件。对于砂型，则直接喷射粘结剂到砂粉上，快速制造用于金属铸造的砂模，大大缩短了模具开发周期。

       层叠实体制造是一种较早期的技术，通过激光切割箔材（如纸、塑料薄膜），然后通过热压方式将新一层粘结到已成型部分，逐层叠加。虽然精度和材料受限，但成本低，曾用于快速原型制作。

       定向能量沉积技术与其说是一种独立的三维打印技术，不如说更接近传统的焊接工艺。它通常使用多轴机器人臂操控聚焦能量源（激光或电子束）和同步送入的金属丝材或粉末，在基底上熔化材料并逐层堆积，主要用于大型金属构件的修复、表面强化或添加特征结构，灵活性高，但成型精度通常不如粉末床熔融技术。

       每一种三维打印技术都有其最适合的舞台，选择何种技术取决于对零件材料属性、几何复杂度、精度要求、生产批量以及成本预算的综合考量。随着研究的深入，新的混合技术和创新工艺仍在不断涌现，持续拓展着三维打印的能力边界。