一、3D 打印工艺的标准流程：从数字模型到实物成品

1.1 模型创建阶段：奠定打印基础

模型创建是 3D 打印工艺的起点，需确保数字模型的完整性与准确性：

三维建模：通过专业 CAD 软件（如 SolidWorks、AutoCAD）设计数字模型，或使用 3D 扫描仪扫描实物获取模型数据；

支持 STL、OBJ 等通用格式导出，这些格式能准确记录模型的几何信息，适配各类 3D 打印机；

模型优化：使用 Netfabb、Meshmixer 等工具修复模型缺陷（如孔洞、非流形边）；

针对复杂模型添加支撑结构，避免打印过程中出现悬空、坍塌，同时优化支撑布局以减少材料浪费。

1.2 打印准备阶段：参数设置与材料适配

1.2.1 切片处理

将优化后的模型导入 Cura、Simplify3D 等切片软件，将三维模型分割为 0.1-0.3mm 厚的二维层；

生成打印机可识别的 G 代码文件，包含每层的打印路径、速度、温度等参数；

根据材料特性设置关键参数：PLA 材料打印温度通常为 190-220℃，填充密度按需求设为 10-100%（原型件 10-30%，结构件 80-100%）。

1.2.2 材料选择

不同 3D 打印工艺适配不同材料，需根据应用场景选择：

低成本原型制作：优先选 PLA 材料，环保易成型，无需加热平台，适合新手操作；

高强度结构件：选 ABS、PETG 材料，耐冲击、耐高温，适用于机械零件；

高精度精密件：选光敏树脂，通过 SLA/DLP 工艺成型，表面光滑，精度达 0.05mm，适合牙科模型、珠宝首饰。

1.3 打印执行阶段：设备调试与逐层成型

1.3.1 设备调试

FDM 打印机：校准打印平台水平，确保喷嘴与平台距离均匀（通常为一张 A4 纸厚度），检查喷嘴是否堵塞；

SLA/DLP 打印机：检查树脂槽内液位是否充足，清理树脂表面杂质，校准紫外光源强度；

SLS/SLM 金属打印机：检查粉末床平整度，校准激光焦点位置，确保粉末铺设均匀。

1.3.2 逐层成型

不同 3D 打印工艺的成型原理差异显著，核心过程如下：

FDM 工艺：加热喷嘴将热塑性材料（如 PLA、ABS）熔化成液态，按 G 代码路径逐层挤出堆积，冷却后固化成型；

SLA 工艺：紫外激光按层扫描液态光敏树脂，被扫描区域瞬间固化，完成一层后树脂槽下降一层厚度，重复直至成型；

CLIP 工艺：采用连续光固化技术，通过氧气抑制层实现树脂连续固化，打印速度比传统 SLA 快 100 倍，适合批量生产。

1.4 后处理阶段：提升成品质量与性能

后处理是 3D 打印工艺的关键环节，直接影响成品的外观与性能：

1.4.1 基础处理

支撑去除：使用钳子、手术刀等工具手工去除支撑结构，水溶性支撑可浸泡在水中溶解，避免损伤成品；

表面清理：FDM 件清理喷嘴残留材料，SLA 件用异丙醇清洗表面未固化树脂，SLS 件清理表面残留粉末。

1.4.2 增强处理

表面打磨：用 600-2000 目砂纸逐步打磨成品表面，去除层纹，提升光滑度；

热处理：金属 3D 打印件通过高温退火（如钛合金 800℃）消除内部应力，防止变形；

二次固化：SLA 树脂件放入 UV 固化箱进行二次固化，提升材料交联度，增强强度与耐候性。

1.4.3 流程效率对比

标准 3D 打印工艺流程（建模→优化→切片→打印→后处理）相比错误流程（如未优化模型直接打印、先打印后切片），效率提升 40% 以上，成品良率从 60% 提升至 95%，大幅减少材料浪费与时间成本。

二、3D 打印工艺主流分类：特性与应用场景适配

2.1 材料挤出类工艺：低成本易操作

2.1.1 熔融沉积成型（FDM/FFF）

核心原理：通过加热喷嘴挤出热塑性材料，逐层堆积成型，技术门槛低，设备成本仅千元级；

优势：材料选择丰富（PLA、ABS、PETG 等），操作简单，适合家庭、创客工作室使用；

不足：表面层纹明显，精度较低（±0.1mm），不适合精密零件；

典型应用：产品原型、教具模型、简单机械零件（如手柄、支架）。

2.2 光固化类工艺：高精度表面光滑

2.2.1 立体光刻（SLA）

核心原理：紫外激光逐点扫描液态光敏树脂，被扫描区域固化，逐层叠加形成三维实体；

优势：精度高（达 0.05mm），表面光滑，可制作复杂细节结构；

不足：树脂材料脆，耐冲击性差，设备成本较高（万元级）；

典型应用：牙科种植模型、珠宝铸造母模、精密零件原型。

2.2.2 数字光处理（DLP）

核心原理：通过 DLP 投影仪将图案一次性投射到树脂表面，实现整层固化，成型速度比 SLA 快 5-10 倍；

优势：打印速度快，层间结合紧密，适合批量制作小型零件；

不足：精度受投影仪分辨率限制，大型零件易出现边缘模糊；

典型应用：动漫手办、微型零件、医疗义齿基托。

2.3 粉末床融合类工艺：高强度复杂结构

2.3.1 选择性激光烧结（SLS）

核心原理：高功率激光扫描尼龙、金属或陶瓷粉末，使粉末颗粒烧结结合，无需支撑结构；

优势：可制作复杂内部结构（如镂空、晶格结构），材料强度高，适合功能件；

不足：设备成本高（数十万元级），表面粗糙度较高，需后续打磨；

典型应用：汽车轻量化零件、航天航空结构件、定制化夹具。

2.3.2 激光选区熔化（SLM）

核心原理：高功率光纤激光完全熔化金属粉末（如钛合金、铝合金），致密度达 99.9%，接近锻件性能；

优势：金属零件强度高、精度高（±0.02mm），可实现复杂形状定制；

不足：设备与材料成本高（百万元级），打印速度慢，适合高价值零件；

典型应用：航空发动机叶片、医疗植入物（如人工关节）、模具型腔。

2.4 其他重要工艺：特殊场景适配

2.4.1 粘合剂喷射（3DP）

核心原理：喷头按层喷射粘合剂，将粉末材料（石膏、金属、陶瓷）粘结成型，支持全彩色打印；

优势：打印速度快，可制作彩色模型，材料成本低；

不足：零件强度低，需后续渗透处理（如浸蜡、涂树脂）；

典型应用：建筑模型、彩色原型、铸造砂型。

2.4.2 定向能沉积（DED）

核心原理：激光或电子束熔化同步送进的金属丝 / 粉末，在基材上逐层堆积，适合大型零件修复与成型；

优势：可制作超大尺寸金属件，支持异种金属焊接；

不足：精度较低，表面粗糙度高，需大量后续加工；

典型应用：大型模具修复、船舶螺旋桨、核电设备零件。

2.4.3 工艺选择指南

消费级 / 新手场景：优先选 FDM 工艺，设备成本低，操作简单，材料易获取；

工业级功能件：选 SLS/SLM 工艺，材料强度高，适合机械、航空航天领域；

医疗 / 精密场景：选 SLA/DLP 工艺，精度高，表面光滑，满足医疗级要求；

彩色 / 快速原型：选 3DP 工艺，打印速度快，支持全彩色，适合展示模型。

三、3D 打印后处理工艺：从半成品到成品的关键步骤

3.1 基础处理工艺：去除冗余与清理杂质

3.1.1 支撑去除

机械去除：使用尖嘴钳、手术刀手工剪断支撑，或用专用切割工具（如线锯）处理复杂支撑；

化学去除：水溶性支撑（如 PVA 材料）浸泡在 60-80℃温水中，2-4 小时可完全溶解；

注意事项：金属 SLM 件支撑需用线切割或电火花加工去除，避免暴力操作导致零件变形。

3.1.2 粉末清理

3DP 工艺与 SLS 工艺打印后，需清理零件表面与内部的未粘结粉末；

表面粉末可用压缩空气吹除，内部细小通道粉末需用超声波清洗机（功率 300-500W）清洗；

金属粉末需回收筛选后重新使用，降低材料成本，避免粉末浪费。

3.2 表面精整工艺：提升外观与光滑度

3.2.1 打磨抛光

砂纸打磨：从粗目砂纸（80-120 目）开始，逐步过渡到细目砂纸（600-2000 目），打磨方向与层纹垂直，减少划痕；

化学抛光：ABS 件可放入丙酮蒸汽箱，蒸汽软化表面材料，实现自动流平，抛光后表面光洁度达镜面效果；

PLA 件抛光：使用专用 PLA 抛光液浸泡，或用热风枪低温（60-80℃）吹烤表面，轻微软化后用棉布擦拭。

3.2.2 喷砂处理

适用于金属件与尼龙件，使用 Al₂O₃粉末或玻璃珠作为喷砂介质，通过高压气流喷射到零件表面；

均匀降低表面粗糙度（Ra 值从 12.5μm 降至 1.6μm），为后续涂层处理奠定基础；

注意控制喷砂压力（0.2-0.5MPa），压力过高易导致零件尺寸偏差。

3.3 性能强化工艺：提升强度与耐用性

3.3.1 热处理

烧结：金属 / 陶瓷 3D 打印件通过高温烧结（钛合金 800-900℃，氧化铝陶瓷 1600-1700℃），使粉末颗粒充分结合，提升致密度与强度；

退火：ABS、PETG 等热塑性材料打印件，放入烘箱（ABS 80-90℃，PETG 60-70℃）保温 1-2 小时，消除内部应力，防止后续变形；

后固化：SLA 树脂件放入 UV 固化箱（波长 365nm），照射 30-60 分钟，提升材料交联度，强度提升 30-50%，耐候性增强。

3.3.2 渗透处理

针对 3DP 工艺或 SLS 工艺的多孔零件，通过浸渍树脂、蜡或金属，填充孔隙，提升致密性；

金属件可采用热等静压（HIP）处理，在高温（1000-1200℃）高压（100-200MPa）环境下，消除内部孔隙，致密度达 99.9%；

尼龙件可浸泡在环氧树脂中，固化后强度提升 20%，防水性能显著改善。

3.4 表面装饰工艺：美化外观与功能拓展

3.4.1 喷漆上色

基础喷漆：使用丙烯酸漆或 enamel 漆，按 “薄涂多次” 原则喷涂，干燥后用细砂纸打磨，再喷涂 2-3 遍，确保颜色均匀；

特殊效果：仿电镀漆可实现金属光泽效果，替代传统电镀工艺；橡胶漆喷涂后表面呈哑光质感，适合手持件（如游戏手柄）；

遮蔽处理：多色零件需用美纹纸遮蔽不需要上色的区域，避免颜色串色。

3.4.2 电镀与氧化

电镀处理：ABS 件通过化学镀（镀铜、镀镍、镀铬）实现金属质感，提升耐磨性与美观度，适用于装饰件；

阳极氧化：铝合金 3D 打印件通过阳极氧化（本色、黑色、彩色），形成氧化膜，增强耐腐蚀性与硬度，常用于航空航天零件；

电解抛光：不锈钢、钛合金零件通过电解抛光，去除表面毛刺，提升光洁度，满足医疗植入物的生物相容性要求。

3.4.3 后处理工艺选择建议

医疗植入物（如人工关节）：需经过 HIP 热处理 + 电解抛光，确保致密度与生物相容性；

透明零件（如灯罩、镜片）：SLA 树脂件打磨后喷涂光油，或使用透明树脂直接打印 + 酒精抛光；

尼龙结构件：SLS 打印后进行喷砂 + 浸胶处理，提升强度与防水性；

装饰性零件：FDM 件打磨后喷漆，或 SLA 件直接电镀，实现高端外观效果。

四、数据支撑案例：某医疗设备厂 3D 打印牙科模型应用实践

某国内医疗设备厂为解决传统牙科模型制作周期长、精度低的问题，引入 SLA 光固化 3D 打印工艺，应用效果显著：

效率提升：传统手工制作牙科模型需技师手工雕刻，单模型制作时间约 8 小时，且需翻模处理；引入 SLA 3D 打印工艺后，数字模型切片后打印仅需 2 小时，后续清洗、固化 1 小时，单模型总耗时 3 小时，效率提升 167%；

精度优化：传统手工模型精度约 ±0.3mm，易出现咬合偏差，导致义齿适配性差；SLA 3D 打印模型精度达 ±0.05mm，咬合间隙误差控制在 0.1mm 以内，义齿适配成功率从 85% 提升至 99%；

成本节约：传统手工模型材料（石膏、树脂）与人工成本约 150 元 / 个；3D 打印模型材料（光敏树脂）成本 30 元 / 个，设备折旧与人工成本 20 元 / 个，单模型总成本 50 元，成本降低 67%；

定制化能力：支持根据患者口腔扫描数据个性化定制模型，无需制作模具，单日可制作 50 个不同型号模型，满足牙科诊所小批量、多品种需求。

该案例充分证明，3D 打印工艺能有效解决医疗领域精密零件的定制化生产难题，为行业效率与质量升级提供可靠支撑。

五、FAQ：关于 3D 打印工艺的常见问题

Q1：新手入门 3D 打印工艺，优先选择哪种类型的打印机？

A1：新手优先选择 FDM 类型打印机，原因有三：一是设备成本低，入门级 FDM 打印机仅需 1000-3000 元，适合预算有限的新手；二是操作简单，无需复杂校准，软件界面友好，上手难度低；三是材料易获取且安全，PLA 材料环保无毒，无需加热平台，打印过程中无刺激性气味，适合家庭、工作室等环境；建议从 PLA 材料开始尝试，熟悉后再逐步探索 ABS、PETG 等材料。

Q2：3D 打印工艺制作的零件强度不足，有哪些提升方法？

A2：可通过三方面提升零件强度：一是优化打印参数，增加填充密度（从 30% 提升至 80% 以上），加厚壁厚（从 1mm 增至 2-3mm），选择高强度材料（如 PETG、ABS 替代 PLA）；二是优化模型结构，避免尖锐拐角，采用圆角过渡，增加加强筋（筋宽为壁厚的 0.5-0.8 倍）；三是加强后处理，ABS 件可进行丙酮蒸汽抛光（提升表面结合力），PETG 件可退火处理（消除内部应力），金属件通过热等静压（HIP）提升致密度，强度可提升 30-50%。