1、增材制造技術的原理和分類
（1）增材制造技術原理
增材制造技術由CAD數據模型驅動，從而快速制造各種形狀的三維實體。該技術集成了機械工程技術、激光技術、數控技術、材料科學和計算機技術等，將三維幾何CAD模型分層離散化，採用粘結、燒結或熔融等特殊加工技術，逐層堆積材料，從而形成各種實體零件或者產品。
該技術的成型過程是：1、通過計算機繪圖軟件設計數字模型。2、對模型進行分層切割，得到每一層的二維輪廓。3、對每一層的二維輪廓進行處理，形成二維平面輪廓形狀。這裡涉及的技術有很多，例如：採用激光束，固化每一層的液態光敏樹脂，燒結每一層的粉末材料，或者用噴射源處理每一層的熱溶性或者粘結劑等材料。4、將所有層疊加在一起，最終得到三維實體。
（2）增材制造成型材料
快速成型技術的研發基礎是成型材料。成型材料一方面影響成型速度，形狀精度，另一方面還影響著成型實體的應用領域和設備選用。可以說，成型材料既推動成型技術的發展，又制約著成型技術的研究。各種成型技術湧現的背後，其實是成型材料的不斷發現。
成型材料按照技術目標主要分為模具型、功能測試型、概念型等。模具型指的是成型材料可以使用具體的模型進行制造。以消失模鑄造用到的原型材料為例，其要求加工成型之後，能夠便捷地取出零件之外的廢棄部分。功能測試型，要求成型材料具有一定的剛度、強度、抗腐蝕性、耐熱性等。當用於裝配測試時，還要求成型材料具有更高的精度。概念型對成型材料的主要要求是，成型速度快，但對物理、化學、精度等要求並不高。以光固化樹脂材料為例，其要求具有粘度較低、穿透深度較大、臨界曝光功率較低等。表2-4列出了一些常用的成型材料。
（3）增材制造基本工藝步驟
增材制造的基本工藝流程如圖2-6所示，主要包括四個步驟，分別是CAD模型的建立、前處理、原型制作以及後處理。
CAD模型的建立：三維CAD數據模型直接驅動著增材制造系統，因此，增材制造工藝的第一個流程應該是設計產品的三維CAD數據模型。現在常用的建模方法有兩大類。第一類是正向建模法，用三維設計軟件直接構建，比如用UG、Solidworks 、I-DEAS 、Pro/E等。第二類是用逆向建模法，首先用激光或者CT斷層掃描已有的三維實體，獲取三維點雲數據，再用具有逆向工程功能的一些軟件，構造出三維實體的三維數據模型。目前各軟件廣泛接受的數據文件格式為STL，因此，首先要用大量的小三角形平面，逼近原實體模型，對原三維數據模型進行近似處理。
前處理：選擇適宜的成型方向，沿著成型高度的方向，用一系列間隔相同的平面切割三維模型，從而得到切割層的二維輪廓信息。常用的間隔高度為0.05-0.5mm，現有技術得到的最小間隔高度為0.016mm。間隔高度和成型精度、成型時間、成型效率等有直接關系。越小的間隔高度，代表了越高的成型精度，和越長的成型時間，以及越低的成型效率。
原型制作：採用成型頭，在計算機的控制下，按照各層截面的輪廓信息，進行二維掃面運動，將各層材料進行堆積和粘結，得到最終的三維實體。成型頭可以採用激光頭、或者噴頭等。
後處理：後處理的目的包括提高產品強度、降低產品表面粗糙度等，其工藝包括修補、打磨、後固化、剝離、抛光及塗刮等。
（4）增材制造技術的分類
增材制造技術涉及當今很多高科技，比如材料技術、激光加工技術、數控加工技術、計算機輔助設計與制造等。伴隨著各種技術的飛速發展，從1986年增材制造技術的誕生到現在，已經湧現了三十餘種增材制造加工方法，未來還會有更多的加工方法陸續出現。增材制造技術的分類有很多標準。按照成型技術的能源，分為激光和非激光加工兩種方法。按照成型材料的形態，分為金屬、非金屬粉末、絲材、液態、薄材這五種。
按成型材料的形態、特徵和性能分類：
（1）液態聚合固化技術 原材料為液態聚合物，固化方式為採用光能、熱能等。
（2）燒結與粘結技術 原材料為固態粉末物，通過激光燒結或者粘結劑粘結等方式，形成實體。
（3）絲材、線材融化粘結技術 原材料為絲材或線材，粘結技術是升溫熔融，使得按照事先制定好的路線將各層堆積起來，形成三維實體。
（4）闆材層合技術 原材料是固態闆材或膜，通過塑料膜光聚合作用將各個薄層進行粘結，或者直接粘結。
按加工制造原理分類：
（1）光固化成型技術（SLA，Stereo Lithography Apparatus）：原材料為光敏樹脂。通過計算機的控制，紫外激光束逐點掃描各分層截面輪廓的軌迹，使得被掃描區内的樹脂薄層因為發生光聚合反應而固化，成為薄層截面。完成一個薄層的固化後，工作台再向下一個薄層移動，通過循環掃描和固化，在新固化的樹脂表面，又粘結了一層新的樹脂表面。各層堆積在一起後，整個產品原型就形成了。
（2）分層實體成型技術（LOM ， Laminated Object Manufacturing）：依據二維分層模型的數據結果，採用激光束將成型材料按照產品模型的内部和外部輪廓進行切割，並同時進行加熱，使得剛剛完成切割的薄層和其下方已經被切割的薄層粘結起來。不斷循環如此，最終形成三維產品原型。
（3）熔融沉積成型技術（FDM， Fused Deposition Modeling）：通過熱熔噴頭，按照模型分層數據的控制路徑，從噴頭擠出熔融狀態的ABS絲，在特定的位置進行沉積、凝固、成型。通過層層的沉積和凝固，最終得到整個三維產品。
（4）選擇性激光燒結技術（SLS，Selected Laser Sintering）：首先由計算機對產品模型進行分層並輸出分層的輪廓，再按照指定的路徑，採用激光束對工作台上選擇區域内已經均勻鋪層的材料粉末進行掃描和熔融，致使粉末材料形成燒結層，待各個層都進行燒結後，去除掉剩餘粉末，得到產品原型。
（5）三維打印技術（3DP，Three Dimensions Printing ）：和噴墨打印機相似，三維打印技術首先在工作台上鋪上粉末，根據特定的路徑，採用噴頭在分層制定區域噴塗液態粘結劑，當粘結劑固化以後，剔除多餘的材料就可以得到三維產品原型。
2、光固化成型（SLA）技術
SLA技術是目前應用比較廣泛的一種增材制造技術，其發展已經比較成熟。模型的厚度範圍是0.05-0.15mm，其成型的產品精度高，尺寸精度高達0.2%。SLA技術最初由美國專家Charles.W.Hall提出，在1984年申請到了美國專利，兩年後，他成立3D system公司，再過兩年後，該公司研發了世界上首台商用的3D打印機，其名稱為SLA-250。
（1）技術原理
該工藝的原材料是光敏樹脂，通過計算機的控制，採用紫外激光掃描液態光敏樹脂，並使其逐層凝固，最終成型。SLA工藝過程簡潔、且全程自動化，制造出的模型精度非常高。圖2-7為SLA技術的基本原理。
將液態的光敏樹脂盛滿於液槽中，利用氩離子激光器或氦—镉激光器，將其發射出的紫外激光束，按照計算機的指令，根據三維實體分層截面後的二維數據，逐行逐點進行掃描，使得掃描區域的樹脂薄層發生聚合反應，並固化為一個薄層。
完成一個薄層的固化後，工作台根據層厚移動到下一個薄層，在上一次固化好的樹脂薄層上再疊加一個新的樹脂薄層，用刮闆刮平粘度較大的樹脂液面，並對本層進行固化。由於液態樹脂具有較高的粘性，使得其流動性不良，因此每個薄層固化以後的液面撫平需要的時間較長，影響了三維實體的成型精度。採用刮闆刮平這一個環節，使得液態樹脂均勻塗在疊層上，提高了成型精度和表面光滑度。
每個新固化的薄層，都將粘合在前一個薄層上。如此循環，直到所有疊層粘合完畢，最終得到完整的三維實體模型。
當初步完成成型後，取出工件，清理掉多餘的樹脂和支撐結構，並採用紫外燈對工件進行二次固化。
（2）技術特點
SLA技術的主要優點有：（1）尺寸精度高，可以達到0.1mm以内，甚至0.05mm。（2）表面質量較好，盡管有時在固化階段薄層的側面或者曲面可能產生台階，但是最終得到的實體模型的表面仍然類似玻璃狀。（3）系統分辨率高 可以構建具有複雜結構的各種工件。（4）可以制作具有空中結構的消失模，該消失模可以用於熔模的精密鑄造。
SLA技術的主要缺點有：（1）成型模件的尺寸穩定性不高，其原因是成型期間會有一些物理或者化學的變化，使得成型模件的硬度較低，薄弱部位甚至產生變形，嚴重影響了尺寸精度。（2）還需要具備支撐結構，在成型模件沒有完全固化以前，需要手工取出支撐結構，這很容易造成對表面精度的損壞。（3）設備運營成本高，由於需要定期對激光器等元件進行維護和校對，且激光器和液態樹脂材料的價格也比較高，因此設備運營成本高。（4）能夠使用的材料種類不多，當前使用的材料主要是感光性液態樹脂，因此，SLA模件在多數情況下不能夠進行熱量、抗力等測試。（5）液態樹脂材料有毒性，有氣味，因此需要將其放在避光位置，避免聚合反應提前發生。（6）需要對成型制件進行二次固化，通常情況下，SLA成型制件還需要二次固化，這是因為首次固化後的樹脂制件並沒有被激光完全固化。（7）不方便對SLA成型模件進行機械加工，由於液態樹脂材料較脆，並且容易斷裂，因此難以對其進行機械加工。
（3）技術現狀
SLA技術主要用於小型和中型制件的加工，可以直接得到與塑料類似的產品。當前，該技術現狀主要存在以下問題：（1）費用。費用昂貴是SLA技術的最大問題，嚴重限制了技術的廣泛應用。在國外，一套SLA成型設備的價格約為30-80萬美元。同時，氖離子激光器、氦-镉激光器的價格約為2-4萬美元。設備的運行費用最低為每小時200元。所以，降低SLA技術設備的成本，是當前最緊迫的問題。（2）材料。濕氣的侵蝕使得SLA制件很容易產生膨脹，並且抗腐蝕能力也有限。（3）工藝原理與數據處理。SLA增材制造技術的關鍵是三維CAN數據模型。改進CAD系統的數據分析和造型性能，是提高制模精度的重點問題。SLA成型技術的原型文件為STL文件，該文件的三維CAN模型表面用用很多小三角形來近似處理，很容易造成數據丢失現象，應該深入研究如何優化STL模型分層，使得模型的截面輪廓更加精確。另外，設計精確、合理的支撐結構，也能夠改善制模精度。
（4）技術應用
SLA技術的應用範圍體現在藝術、生物醫學、航空航天、大衆消費、工業制造等方面，用於實現高精度、高複雜度結構零件的快速制造，其精度能夠達到±0.05mm(1000mm)，基本接近傳統的模具水平，但是比機械加工的精度略低。圖2-8為西安交通大學的光固化成型設備和利用該技術打印的建築模型。
3、分層實體成型（LOM）技術
1991年，分層實體成型工藝技術問世。其使用材料主要是廉價且具有高成型精度的紙材、PVC薄膜等，因此被廣泛關註。該技術在熔模鑄造、造型設計評估、產品概念設計可視化、裝配檢驗等領域被廣泛應用。
（1）技術原理
分層實體成型系統主要由原材料存儲與運送部件、計算機、激光切系統、可升降工作台、熱粘壓部件等組成。
原材料存儲與運送部件主要用來把底部塗有粘合劑的原材料輸送到工作台的上方。計算機主要用來接收並且存儲來自沿著成型工件的高度方向提取的很多個截面輪廓組成的三維模型數據。激光切割器對薄膜進行切割。升降工作台可以支撐成型之後的工件， 在每層成型之後，可升降工作台將其降低一個材料厚度，這樣就可以接受新一層的材料。熱粘壓部件把各層成型區域的薄膜進行粘合，不斷重複以上步驟，最終完成工件的成型。
（2）技術特點
該技術的優點比較明顯：首先是制件精度高，在薄星材料的切割成型中，紙材一直都是固態，僅有一層薄薄的膠從固態變化為熔融態。所以，LOM制件沒有内應力，而且翹曲變形小。在X方向和Y方向的精度是0.1-0.2mm，在Z方向的精度是0.2-0.3mm；其次是制件硬度高，力學性能良好 該技術的制件可以進行多種切削加工，並承受高達200度的溫度；第三是成型速度較快，該技術不需要對整個斷面進行掃描，而是沿著工件的輪廓由激光束進行切割，使得其具有較快的成型速度，因此可以用於結構複雜度較低的大型零件的加工；第四是支撐結構不需要額外設計和加工；第五是成型過程中的廢料、餘料很容易去掉；第六是不需要進行後固化處理。
該技術的主要缺點有：第一，材料利用率低，無用的空間均成為廢料，喪失了增材制造的最大優越性；第二，制件原型的抗拉強度和彈性都比較差，且無法直接制作塑料原型；第三，需要對制件原型進行防潮後處理，這是因為其原材料為紙材，在潮濕環境下容易膨脹，所以可以考慮用樹脂對制件進行噴塗，防止制件遇潮膨脹；第四，制件原型還需要進行一些後處理，該技術制作出的原型具有像台階一樣的紋路，因此只能制作一些結構比較簡單的零件，如果需要用該技術制作複雜的造型，那麼需要在成型後，對制件的表面進行打磨、抛光等。
（3）技術現狀
當前，國内從事該項技術研究的主要單位包括清華大學、華中科技大學、Hinergy公司、Helisys公司等。清華大學的SSM系列成型設備，與國產CO2激光器配合，加工的制件具有較高的精度。華中科技大學的HBP-Ⅲ、AHRP-ⅡB等產品具有不錯的性價比，其疊層的厚度是0.08-0.15mm，HBP-Ⅲ的成型空間是600mm×400mm×500mm，AHRP-ⅡB的成型空間是450mm×350mm×350mm。Helisys公司不僅具有紙材設備，還擁有處理複合材料和塑料的設備，其紙材設備包括LPH、LPS和LPF三個系列。
（4）技術應用
該技術的主要原型材料是紙材，同時還可以處理陶瓷片、金屬和塑料薄膜等。其制作出的複雜結構可以驗證新產品的外形，或者與圖層結合在一起，制作快速模具。其制作出的紙質模具，和木模的性能比較接近，經過表面處理以後，精度可以達到±0.5mm，甚至接近精密鑄造的水平，比一般的模具工藝和機加工的精度要低，可以用於砂型鑄造。圖2-10為華中科技大學利用分層實體成型技術打印的複雜零件。
4、熔融沉積成型（FDM）技術
在SLA和LOM工藝之後，熔融沉積成型工藝作為第三種增材制造技術，於1988年誕生。這項技術是由Scott Crump發明的，他隨後就創建了Stratasys公司，並於1992年推出了“3D造型者（3D Modeler）”——全球首台基於熔融沉積成型工藝的3D打印機。由此，FDM技術開始進入商業化的階段。FDM技術的成型材料價格低廉、且不需要激光系統，因此性價比較高，成為多數開源桌面3D打印機採用的主要技術方案。
在我國，清華大學和北京大學等高校、北京殷華公司和中科院廣州電子技術有限公司等企業，都率先引進並研究FDM技術。
（1）技術原理
熔融沉積還可以被命名為熔絲沉積。其原材料為絲狀的熱熔性材料，採用噴嘴微細地擠出機沿著X軸擠出材料，工作台沿著Y軸和Z軸移動，當熔融的絲材被擠出來以後，就會和上一層的材料粘結起來。在一層材料沉積之後，工作台會按照預先設定好的增量值，下降一個層厚，不斷重複以上步驟，由此完成制件的成型。圖2-11為FDM的詳細技術原理。
熱熔性絲材的主要材料是PLA或ABS材料，先把材料纏繞在供料輥的上面，再由步進電機來驅動輥子，在主動輥和從動輥制件的摩擦力下，絲材從擠出機的噴頭被送出。同時，在噴頭和供料輥制件，還有一個由低摩擦力制成的導向套，使得絲材可以成功到達噴頭内腔。
在噴頭的上方，還有電阻絲式加熱器，將絲材加熱到熔融狀態，再從擠出機擠壓到工作台，冷卻之後，形成制模工件的截面輪廓。
當工件原型具有懸空結構時，需要支撐結構作為支撐。為提高工作效率，降低成本，新開發的FDM設備，擁有兩個噴頭，分別負責擠出支撐材料和成型材料。
（2）技術特點
FDM技術的優點是：（1）成型材料廣泛FDM技術所用材料多種多樣，主要有ABS、石蠟、人造橡膠、鑄蠟和聚酯熱塑性塑料等低熔點材料，以及低熔點金屬、陶瓷等的絲材，可用於直接制作金屬或其他材料的模型制件或制造ABS塑料、蠟、尼龍等零部件。（2）成本相對較低。由於FDM技術的熔融加熱裝置代替了激光器，因此相比其他使用激光器的快速成型技術，其制作費用大大降低。此外，原材料的利用率較高且無污染，成型過程無化學變化，使其成型成本大大降低。（3）後處理簡單，支撐結構容易剝離，特別是模型制件的翹曲變形較小，原型經簡單的支撐剝離後即可使用。
該技術的主要缺點是：（1）只能制作小型或中型的模型制件，並且制件的表面具有明顯的條紋。（2）縱向強度較低，這是因為絲束在一層一層鋪覆時處於熔融狀態，導致截面輪廓的粘結力較低。（3）成型速度較慢，由於需要掃描和鋪覆整個輪廓截面，同時還需要設計和制作支撐結構，導致需要較長的成型時間。為此，設計出雙噴頭設備，同時鋪覆成型材料和支撐材料，或者增加層厚。
（3）技術現狀
FDM技術的一個研究重點是材料性能，這幾年研制出來的PPSF，PC/ABS，PC等材料，具有良好的強度，甚至超過普通塑料零件的強度，被用於一些特定場所的零件試用、維修、替換等。近年金屬材料已經成為FDM技術原型材料的一個新的研究領域，被很多公司所重視。圖2-12為清華大學採用熔融沉積成型技術打印的塑料零件。
（4）技術應用
該技術有較高的強度，精度約為0.13mm，可以制作成型的塑料零件，在教學、動漫、醫學、建築、仿古、工藝品、汽車等領域，也可以用於產品的設計、評估等多個環節。國内的FDM技術研發及制造風起雲湧，已經有企業從事此項技術，雖然有利於該項技術的普及使用，但是也有過度競争、重複投資的趨勢和苗頭。
5、選擇性激光燒結成型（SLS）技術
1989年，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard提出選擇性激光燒結工藝（SLS，Selective Laser Sintering），之後創建了DTM公司。1992年，該公式發佈了Sinterstation——一台基於SLS技術的商用3D打印機。DTM公司在SLS的研究領域投入大量精力，在材料開發、制作工藝、設備研制等方面都有出色的成果。德國EOS公司也開展SLS工藝的研究，已經推出一系列SLS技術的快速成型設備，並在2012年舉辦的歐洲模具展上吸引了衆人的眼球。在中國，華中科技大學、中北大學、南京航空航天大學、北京隆源自動成型有限公司、武漢濱湖機電產業有限公司、湖南華曙高科等單位，均對SLS工藝展開研究。
（1）技術原理
該工藝使用粉末狀材料，在計算機的控制下，激光器掃描粉末，實現材料的燒結和粘合，從而使得多層材料堆積成型。如圖2-13所示為SLS的成型原理。
該技術的工藝過程是，首先用壓輥把粉末平鋪到工件的表面，使用數控系統來控制激光束，沿著截面的輪廓，在薄層上掃描和照射，直到粉末融化，燒結，和粘合。完成一層截面燒結之後，工作台下降一個層的厚度，重新開始新一輪的循環，直到工件完全成型。
（2）技術特點
SLS技術的優點是：（1）原材料種類多，包括聚碳酸酯、石蠟、纖細尼龍、尼龍、陶瓷、合成尼龍、金屬等。只要粉末材料在加熱時的粘度較低，就都可以作為SLS技術的原材料。SLS技術制造出的產品或者模型可以滿足多種需求。和其他的技術比較，SLS技術可以制做金屬原型或者模具，因此具有廣闊的應用前景。（2）工藝簡單。由於該技術可以選用粉末材料作為原材料，通過激光燒結，能夠快速生產出具有複雜結構的產品原型或者模具，因此在工業產品的設計中應用比較廣泛。（3）精度較高。精度受到粉末材料的種類、粉末顆粒的大小、模型的幾何結構等影響。一般而言，其精度可以達到0.05mm-2.5mm之間。（4）不需要支撐結構。在層層疊加的過程中，沒有燒制的粉末可以支撐懸空層面。（5）材料利用率高。SLS技術的材料機率用可以接近100%，這是因為其不需要支撐結構，也不需要基底支撐，而且粉末材料價格較低，所以制模成本低。（6）變形小。SLS技術制作出的工件翹曲變形較小，甚至不需要校正原型。
SLS技術的缺點是：（1）工作時間長。在加工之前，需要大約2小時，把粉末材料加熱到粘結熔點的附近，在加工之後，需要大約5-10小時，等到工件冷卻之後，才能從粉末缸裡面取出原型制件。（2）後處理較複雜。SLS技術原型制件在加工過程中，是通過加熱並融化粉末材料，實現逐層的粘結，因此制件的表面呈現出顆粒狀，需要進行一定的後處理。（3）燒結過程會產生異味。高分子粉末材料在加熱、融化等過程中，一般都會發出異味。（4）設備價格較高。為了保障工藝過程的安全性，在加工室裡面充滿了氮氣，所以提高了設備成本。
（3）技術現狀
當前，國際上的主流研究機構有：3D Systems公司、EOS公司、DTM公司等，國内的主要研究機構有南京航空航天大學、華北工學院、華中科技大學、和北京隆源公司等。
3D Systems公司的Sinterstation HiQ設備，採用智能方法控制溫度，縮短了後處理的時間，提高了制件的質量以及材料利用率。DTM公司是SLS技術原型材料的主要研發公司，每年都能推出很多新型粉末材料，使得制件具有更高的精度和表面光滑度。華中科技大學推出的HRPS－Ⅲ型成型機可以用於高分子粉末成型、HRPS－Ι型設備可以鑄造中砂型，最近又推出一些新的機型，特點是擁有雙送料桶，縮短了燒結時間。
（4）技術應用
材料的多樣性使得SLS工藝能夠制作多種零件，可以滿足多種用途。例如：制作具有複雜結構的陶瓷零件，可以當成功能零件來使用；制作結構複雜的鑄造用砂型或者熔模，用以輔助快速制造複雜的鑄件；制作塑料的手機外殼，能夠直接作為零件來使用，也可以用來驗證結構或者進行功能測試。制件的精度可以達到±0.1mm，接近精密鑄造的工藝水平，比模具和機加工的精度要低一些。圖2-14為華中科技大學採用激光選區燒結成型技術打印的複雜零件。
6、三維打印成型（3DP）技術
1993年，美國麻省理工大學的Emanual Sachs教授發明了三維印刷工藝（3DP ，Three-Dimension Printing）。該技術的工作原理和噴墨打印機的比較接近，與SLS工藝也比較相似，都是採用塑料、金屬、陶瓷等粉末狀材料。獨特之處在於，3DP在處理粉末材料時，沒有採用激光燒結的粘合方式，而是採用噴頭噴射粘合劑，將工件的截面打印出來，再把一層層薄層堆積成型。如圖2-15所示為3DP的技術原理。
（1）技術原理
在工作槽中，設備鋪平粉末，按照指定的路徑，噴頭在指定區域中噴射液態粘合劑，不斷循環以上步驟，直到工件成型，再去除多餘的粉末材料。該技術具有非常快的成型速度，可以制造具有複雜結構的工件，也可以制造非均勻材質或複合材料的零件。
（2）技術特點
該技術具有較多的優點，首先是操作簡單，過程清潔，可以作為計算機的外圍設備，在辦公環境中使用；其次是能使用很多種的粉末材料，以及各種顔色的粘結劑，從而制作出彩色的原型制件，使得該技術具有優越的競争性；第三是不需要支撐結構 ，由於可以用多餘粉末擔當支撐作用，且多餘粉末的清理也很方便，因此該技術適合做具有複雜的内部結構的原型制件；第四是成型速度快，半個小時左右就可以加工一個原型制件；第五是不需要使用激光器，所以設備價格較低。但是，該技術具有如下缺點，首先是表面粗糙度和精度較低，因此不適合制作細節繁多或者結構複雜的制件，可用於制作一些概念模型；其次是因為採用噴射的方法，粘結劑的粘結能力受到限制，使得原型的強度不高，只能用於制作一些概念模型；最後是原材料比較貴。
（3）典型設備
目前，3DP打印技術方面的典型設備如表2-5所示。
（4）技術應用
該技術主要應用於工藝模型或者原型驗證模型的快速制造，模型的顔色比其他技術要豐富，因此模型的客觀性比較高，例如圖2-16所示。同時，因為整體的成本偏低，3DP技術在教學方面的應用比較廣泛，制模精度約為±0.5mm，噴頭的噴印精度影響著制模的精度。
7、其他新型的增材制造技術
這幾年以來，國際國内在增材制造技術的理論和工藝方面，又有了一些新的突破，因此不斷湧現出新型的材料、工藝和相關應用。以下舉出一些新型的增材制造工藝。
（1）微納尺度增材制造
圖2-17為日本大阪大學制作的“納米牛”，長10μm，高7μm。採用激光超短脈沖，在非常小的空間區域内，產生很高密度的光子，形成了雙光子的吸收條件，使得材料發生了固化。這項技術有可能會在增材制造技術的加工尺度方面突破極限，促進增材制造技術的高端發展。
（2）低溫沉積制造技術
清華大學在冰點以下擠出溶液進行沉積，制作出了具有400μm孔隙尺寸的微孔，由此開發了低溫沉積制造技術。在低溫的環境下，擠出溶液，使其發生熱致相分離，之後溶劑和成型材料分離，冷凍，凝結，最終形成外觀結構。在經過後續的冷凍、幹燥、把溶劑抽幹，就可以制成微孔，制作孔隙尺寸約10μm。該技術為增材制造技術在制作多級分孔結構方面提供了參考，解決了結構強度和高孔隙率之間的矛盾。
（3）細胞三維結構增材制造
細胞立體噴印技術，是人們把制造科學的對象，從無生命的材料，轉化為有生命的材料。清華大學提出的細胞三維受控組裝技術，構建了分級結構明確的細胞三維結構體，基於纖維蛋白原和海藻酸鈉水凝膠這兩種基質材料體系，開發了分佈複合交聯工藝，實現了三維開放結構的成形制造。該技術已經成功受控組裝了多種細胞，包括脂肪幹細胞、心肌細胞、滋養細胞、内皮細胞、纖維細胞、軟骨細胞、肝細胞等。部分示例如圖2-18所示。
（4）高效增材制造的複合沉積
增材制造為了獲得較高的成形精度，往往需要犧牲成形效率。成形效率較高的激光近淨成形技術也只能達到幾千克/小時的制造速度。噴射成形是20世紀60年代末提出的一種將液態金屬霧化與熔滴沉積結合起來的近淨成形技術，成形效率可達1t/h。但是，噴射成形的組織容易產生孔隙，致密度不足，性能不穩定，極大限制了該技術的發展與應用。最近，清華大學提出了一種將噴射成形和激光近淨成形結合的複合沉積成形（HDF，Hybrid Deposition Forming）新設想，見圖2-19所示。利用噴射成形的高效沉積，利用激光掃描重熔沉積層，消除孔隙，以保證零件的高性能。
（5）金屬微滴3D打印成形
如圖2-20所示，西北工業大學將熔滴按需噴射、增材制造和快速凝固三大技術集成起來，研發了一種金屬微滴3D打印技術。首先，金屬微滴噴射器將金屬微滴噴射出來，然後，精確地控制金屬微滴逐點、逐層堆積在運動平台上，與此同時，控制運動平台的軌迹，從而形成複雜的金屬零件。這項技術的設備成本和制造成本都比較低。目前，西安交通大學、北京航空航天大學、中航工業北京航空制造工程研究所（625所）等均可以實現此項技術。
（6）微電子元件3D打印新技術
在微電子工業領域，立體噴印可用於電介質、有機材料、金屬焊料、封裝膠、電膠等多種材料的噴射成形。德國使用卷對卷方式的接觸印刷工藝，制造柔性電子標簽，提高了生產速度。美國使用同樣的方式，制造出薄膜式太陽能光伏電池，將單位功率的成本，從原來的每瓦3美元，降低到30美分，成本減少了90%。韓國的LG和三星公司通過使用微滴噴射立體噴印技術，生產出第八代遊記發光顯示屏。圖2-21是典型的微電子立體噴印器件。
（7）擴散焊疊層實體制造技術
擴散焊分層實體制造技術，改善了傳統分層實體制造技術使用紙材容易潮濕的問題，以金屬作為原材料，制作模型制件。該技術可用於化學激光武器、微小衛星以及飛行器等軍用領域，或者平闆熱管、涉流MEMS、微流道冷卻器及反應器等民用領域的零件快速制造。西北工業大學等單位在我國率先開展了該技術的研究，並在航天航空領域的相關應用中進行了嘗試。
8、增材制造技術的對比和選用
前文所述的幾種增材制造技術各有其優缺點。從安全的角度出發，SLA技術的紫外激光器，通過採用原材料的紫外光敏凝固特性，實現快速成型，因此其過程中不會有過高的溫度，比較安全。另外，FDM的成型材料的熔點高於熱熔噴頭的溫度，3DP技術的成型材料和粘結劑通過噴頭噴出，二者的安全性也較好。從環境的角度考慮，SLA、LOM和SLS技術都涉及到激光，因此具有一定程度的限制，不適合在室内使用。具體請看表2-6。
增材制造技術在很多領域已經得到廣泛應用，例如航天、航空、電子信息、醫療器械、機械、汽車、家用電器、玩具、首飾等行業。在這些領域的應用中，各種產品的尺寸、結構都存在車衣，有些結構很複雜，有些對表面光滑度要求很高，有些對材料的硬度要求很高，有些需要控制成本。根據不同的需求，需要選擇不同的制造技術。以下為幾個實例：
（1）電子及通訊類產品
通常情況下，通訊類或者電子類產品一般多採用塑料薄殼結構，尺寸比較小，但是對表面粗糙度和尺寸的精度要求很高。多數情況下，還要考慮後續的小批量快速制造，因此需要將制件作為後續制模工藝的母模。
考慮到以上需求，當制造手機等殼體類產品時，考慮到材料的性能、裝配效果、表面的精度和質量等，SLA技術值得考慮。雖然其成本有點高，但是因為產品本身的尺寸和質量較小，相對成本比較低，因此建議採用SLA技術，加工殼體類產品。
（2）機械、交通類結構部件
一般而言，機械、交通類產品對精度和質量要求較低，但尺寸比較大，制作出的制件主要用來驗證產品的結構、外觀和性能等。由於尺寸比較大，應該控制生產成本。通過比較幾種技術，採用SLS和SLA技術應該可以滿足以上的應用需求。但是考慮到成本問題，建議採用SLS技術，使得性價比最優。
本文摘自《3生萬物》
3D打印是什麼？在《西遊記》中有個故事，唐僧師徒來到車遲國，與鹿力大仙賭“隔闆猜枚”。孫悟空鑽將進去，見一個紅漆丹盤，内放一套宮衣，乃是山河社稷襖，乾坤地理裙。用手拿起來，抖亂了，咬破舌尖上，一口血哨噴將去，叫聲“變”！即變作一件“破爛流丢一口鐘”。 “一件宮衣”突然間沒了，出現了一件叫做 “一口鐘”的破舊衣服，這是一個看起來不可能的神話故事，但是現代的3D打印技術卻可以完成這項不可能完成的任務，用特定材料“無中生有”地“打印”出你所需要的東西，包括“破爛流丢一口鐘”。
2014年6月3日，習近平總書記在2014年國際工程科技大會上的主旨演講中指出，“一項工程科技創新，可以催生一個產業，可以影響乃至改變世界。”“3D打印技術”正是這樣一項工程科技創新。2012年，英國《經濟學家》雜志將“第三次工業革命”作為封面文章，全面地掀起了新一輪的3D打印浪潮。對於傳統工業來說3D打印是一次革命，在這次新的革命中，每個國家、每個人都面臨挑戰和機遇，以及無限的發展可能、財富機遇。您可知曉？