工控摘要：3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。過去其常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，現正逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。
　　
　　該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。
　　
　　“分層制造、逐層疊加”是3D打印核心原理。從加工原理看，傳統機械制造是基于削、鉆、銑、磨、鑄和鍛等減材制造基本工藝的組合；而3D打印技術是一體成型技術，主要采用“分層制造、逐層疊加”流程。從應用領域看，傳統的機加工制造就適用于大規模、需要量產的部件，并廣泛應用在幾乎所有領域；目前3D打印適于小批量、造型復雜的非功能性零部件，大多在汽車、航天等領域內用于制造樣件和模具等。從使用材料看，傳統機加工可以使用幾乎任何材料；3D打印技術目前使用的材料多為塑料、光敏樹脂和金屬粉末等材料，受制較多。3D打印技術優點在于材料利用率超過95%以上，幾乎不產生廢料，且適用于復雜結構體等。
　　
　　通過結合工業數字化和自動化等技術，3D打印呈現三個明顯的技術優勢：較高的制造自由度、數字化作業流程和較高的原料利用率。當然，3D打印技術本身也存在很多不足，如批量生產能力弱、加工精度尚不足以與傳統制造工藝媲美、設備和材料成本偏高等。
　　
　　前3D打印技術繁多。技術區別主要在于“疊層”方式和使用材料不同，一些技術通過熔化或軟化材料進行疊層，如選擇性激光熔化（SLM）技術或直接金屬激光燒結（DMLS）技術、選擇性激光燒結（SLS）技術和熔融沉積成型（FDM）技術等；另外一些技術通過處理液態材料等成型，如光固化（SLA）技術；激光分層制造（LOM）則將薄層材料（如紙、金屬薄片等）剪裁壓疊成型。每一種技術都有優缺點，選擇技術主要考慮因素包括加工速度、打印機成本、材料選擇和色彩等。
　　
　　光固化（SLA，StereolithographyAppearance）以光敏樹脂的聚合反應為基礎。紫外激光在計算機控制下，對液態樹脂進行逐點掃描，使被掃描的樹脂薄層產生聚合反應，由點逐漸形成線，zui終形成零件的一個薄層的固化截面，而未被掃描到的樹脂保持原來的液態。當一層固化完畢，升降工作臺移動一個層片厚度的距離，在上一層已經固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態樹脂，用以進行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此循環往復，直到整個原型制造完畢。
　　
　　SLA是zui早實用化的3D打印技術。關于SLA歷史，zui早可追溯到1956年，當時JohnMunz披露了用光感材料加工三維復制品的。隨后在20世紀60年代，杜邦公司獲得了一系列關于光敏聚合物和紫外光照射生成固體印刷版的；CharlesWHull1986年獲取了SLA，成立了3DSystems公司，并于1988年推出了SLA的商業化樣機SLA-1。
　　
　　除3DSystems的SLA系列外，其他的SLA產品還包括日本CMET的SOUP系列、D-MEC(JSR/Sony)的SCS系列、TeijinSeiki的Solidform(杜邦技術)、德國EOS的STEREOS、Fockele&Schwarze的LMS和法國Laser3D的SPL等。
　　
　　SLA能實現較高精度。SLA工藝的特點是，能夠呈現較高的精度和較好的表面質量，并能制造形狀特別復雜（如空心零件）和特別精細（如工藝品、首飾等）的零件，適用于澆鑄模具等領域。但是，SLA缺點也很明顯：1）光敏樹脂材料有毒，需要配通風系統及防護手套等，并不適用于家庭和學校；2）強度、剛度、耐熱性有限，難以用作耐久性、耐熱性等功能測試，也不易長期保存。
　　
　　材料噴射（Polyjet）較SLA更具優勢。PolyJet和SLA因原料屬性相似而應用重合度較高，但PolyJet設備使用的支撐材料可能高壓水槍去除，因此易用性更好；而且，PolyJet設備可同時噴射兩種或多種不同材料，從而在制造中實現兩種或多種材料的結合，頗具實用優勢。
　　
　　熔融沉積造型（FDM，FusedDepositionModeling）技術實現相對容易。FDM加熱頭把熱熔性材料（ABS樹脂、尼龍、蠟等）加熱到臨界狀態，呈現半流體性質，在計算機控制下，沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡，噴頭將半流動狀態的材料擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層。當一層完畢后，通過垂直升降系統降下新形成層，進行固化。這樣層層堆積粘結，自下而上形成一個零件的三維實體。
　　
　　FDM是應用zui廣泛的3D打印技術。目前很多消費級3D打印機都采用這種工藝，Stratasys是FDM的*，由ScottCrump于1988年開發，并于1993年開發了*臺FDM商業化設備，1998年又推出了明星產品FDM-Quantum機型，zui大成型體積達600x500x600mm，并同時有2個擠出頭。經過十多年的發展，2008年FDM設備就占據了44%的快速成型市場。
　　
　　FDM使用材料廣泛。相比于SLA技術，FDM在材料適應性上更加靈活，其可使用的原料包括熱塑塑料ABS、ABSi、聚苯砜PPSF、聚碳酸酯PC、聚醚酰亞胺Ultem9085等。
　　
　　同時，FDM技術提供的準確性也優于SLA和PolyJet技術。但是缺點在于Z軸方向強度較低，不適合構建大型零件。目前，采用FDM技術的公司主要有Stratasys和MedModeler等，其中Stratasys繼推出FDM-1650機型后，又先后推出了FDM-2000、FDM-3000和FDM-8000等系列機型。
　　
　　FDM技術應用廣泛。FDM已被廣泛應用于汽車、機械、航空航天、家電、通訊、電子、建筑、醫學、玩具等產品的設計開發過程，如產品外觀評估、方案選擇、裝備檢查、功能測試、用戶看樣訂貨、塑料件開模前校驗設計以及少量產品制造等，也應用于政府、大學及研究所等機構。