1、3D打印技术基本概念和原理

1.1 3D打印技术基本概念

3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。

1.2 3D打印技术原理

2、3D打印技术主流成型方法

2.1 3D打印的方法

2.1.1 FDM（热熔堆积固化成型法）

原理：使用能量光源（如，激光），并利用光敏树脂受光硬化的特性，将每一个剖面层堆积并且黏合在一起，组成想要的成品。工作台的上下与能量光源的配合由计算机控制。这一层层的剖面厚度，视精密度需求，约在0.05-0.10mm左右。

2.1.2 SLA（立体光固化成型法）

原理：用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。

2.1.3 SLS(选择性激光烧结)

原理：采用激光将粉末材料部分熔化，粉末颗粒保留其固相形态，并通过后续的液相凝固、固相颗粒重排粘接实现粉末致密化。加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后铺粉小车将粉末铺平，激光束在计算机控制下根据分层截面信息有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，就到一烧结好的零件。

2.1.4 三维喷绘打印（3DP）

原理：将粉末平辅于打印平台之上，将带有颜色的胶水通过加压的方式输送到打印头中存储，接下来打印的过程就很像2D的喷墨打印，首先系统会根据三维模型的颜色将彩色的胶水进行混合并选择性的喷在粉末平面上，粉末遇胶水后会粘结为实体，一层粘结完成后，打印平台下降，铺粉辊再次将粉末铺平，然后再开始新一层的粘结， 如此的反复层层打印，直至整个模型粘结完毕，打印完成后，回收未粘结的粉末，吹净模型表面的粉末，再次将模型用透明胶水浸泡，此时模型就具有了一定的强度。

2.1.5 SLM(选择性激光熔化成型)

SLM是在SLS基础之上发展起来的一种最新快速成形技术。利用激光束逐层熔化金属粉末，直接成型出接近完全致密度的金属零件。SLM与SLS主要区别在于SLS并未完全熔化金属粉末，而SLM将金属粉末完全熔化后成型。

2.1.6 EBM(电子束熔化成型)

采用高能高速的电子束选择性地熔化金属粉末层或金属丝，熔化成型，层层堆积直至形成整个实体金属零件。

电子束熔化成型（EBM）工艺类似于SLM，唯一的不同之处是熔化粉末层的能量源，这里使用电子束代替激光。

2.1.7 DMLS（直接金属激光烧结）

DMLS是一种利用高能量的激光束根据三维模型数据直接烧结金属粉末薄层形成致密的实体零件。DMLS与SLS的原理基本相同，主要区别在于粉末的性质。制成的结构件致密度可达99%以上,接近锻造的材料胚体。

2.1.8 LENS（激光工程化净成形）

LENS是在激光熔覆技术的基础上结合选择性激光烧结技术发展起来的一种金属3D打印技术。采用大功率的激光束，按照预设的路径在金属基体上形成熔池，金属粉末从喷嘴喷射到熔池中，快速凝固沉积，如此逐层堆叠，直到零件形成。

2.2 3D打印材料

2.3 3D打印技术特点和优势

3D打印技术的优势

2.4 3D打印关键技术

3、3D打印技术的应用

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4、3D打印技术的前景与挑战

4.1 3D打印技术的前景

4.2 3D打印技术的挑战与瓶颈

概念与优势

增材制造（Additive Manufacturing）又称3D打印，是一种基于离散-堆积原理、“自下而上”通过材料累加的制造方法。以数字模型文件为基础，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

由于增材制造是从设计出发，可以做到极大程度的化繁为简，可以让诸多结构复杂、传统加工手段困难、制造周期长、成本高等零件近净成形，极大地降低了产品的制造成本和生产周期。

技术分类

增材制造按照能源、材料、工艺过程可以大致分为：光固化、粉末熔化、粉末激光烧结、喷射成型、 其他增材制造工艺（电弧增持、高能束）等，下面主要介绍一下常用的几种技术。

光固化技术：光敏树脂在特定波段的光照射下会发生化学反应变成固体，即光聚合作用，根据该现象实现固体层叠制造的方法出现了多种增材制造技术。

粉末熔化技术：粉末熔化技术利用热源诱导粉末在规定的区域熔化和凝固，从而实现层叠制造。多数粉末熔化设备都有粉末平移机构，因为零件的制造部分被填埋在粉末中，且粉末熔化技术之间的区别在于热源（激光波长与光斑尺寸）以及粉末材料的不同（塑料或金属）。

激光粉末烧结：以激光为热源对粉末压坯进行烧结的技术。对常规烧结炉不易完成的烧结材料，此技术有独特的优点。由于激光光束集中和穿透能力小，适于对小面积、薄片制品的烧结。易于将不同于基体成分的粉末或薄片压坯烧结在一起。

应用领域及案例

由于增材制造科技极大的降低产品的研发周期，故在很多领域得到广泛应用，话不多说，直接上图：

国防行业：叶片、发动机燃烧室、导弹配件、雷达配件、喷油嘴等

传统制造业：产品样件、模具

生物医疗：人体组织、关节、牙齿

颞下颌植入体

文化创意：工艺品、衣物

建筑：房子

启蒙教育：锻炼发散性、空间性概念与思维

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