七类主流3D打印技术原理与特性综述

admin 5 2025-08-16 09:00:59 编辑

有许多人认为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打印工艺。

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

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