伴隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印產(chǎn)業(yè)也逐漸涌現(xiàn)出各種新型的高端技術(shù)。新技術(shù)的誕生，無疑促進了整個3D打印行業(yè)的加速發(fā)展，雖然這給業(yè)內(nèi)的各大企業(yè)帶來了不小的壓力，但這更是改變了3D打印一直被冷落的尷尬局面。今天，小編就帶你看遍目前世界工業(yè)界最流行的幾種3D打印工藝技術(shù)：

       1.SLA3D打印工藝

       1986年，3D Systems公司創(chuàng)始人Charles Hull發(fā)明了光固化成型技術(shù)。光固化成型法(StereoLithography，SL或SLA)是指利用紫外光照射液態(tài)光敏樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)，來逐層 固化并生成三維實體的成型方式。目前，3D打印技術(shù)以SLA的研究最為深入，也商業(yè)化的最早。

       一、SLA工藝原理

       FDM工藝利用紫外線照射液體光敏樹脂使其固化，加工過程中平臺會逐層沉入樹脂槽。

       SLA工藝原理如下圖所示。液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，紫外波長的激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下于液面上，按截面輪廓信息掃描，光點經(jīng)過的地方，受 輻射的液體就固化。這樣，一次平面掃描便加工出一個與分層平面圖形相對應(yīng)的層面，并與前一層已固化部分牢固地粘結(jié)起來，如此反復(fù)直到整個工件完成。采用 SLA工藝的工件一般還需要后續(xù)處理，包括清洗、去支撐、打磨、再固化等，以得到符合要求的產(chǎn)品。

       SLA打印工藝原理

       FDM成型工藝對于懸臂部位需要支撐，產(chǎn)品和支撐為同一種材質(zhì)。對于彩色模型，需要后期上色處理。

       二、SLA工藝的優(yōu)勢、劣勢

       1)精度高、表面光滑、可加工大尺寸產(chǎn)品

       2)樹脂種類繁多以滿足各種性能需求

       3)成型件強度力學(xué)性能較差，強度、剛度、耐熱性能有限，產(chǎn)品通常不適合長期使用

       4)設(shè)備價格較高，打印速度較慢，材料較貴

       三、SLA工藝應(yīng)用范圍

       1)快速加工高精度、高表面質(zhì)量、多細節(jié)手板樣件，可用于外觀驗證、裝配校核，某些情況下可用于功能測試。

       2)針對特殊要求有相應(yīng)的特性材料(通常用于短時間)，比如耐熱樹脂。

       3)打印產(chǎn)品表面質(zhì)量好、精度高，可用于鑄造模具。

       2.Polyjet3D打印工藝

       2000年，以色列Objet公司申請了PolyJet聚合物噴射技術(shù)專利，該公司已于2011年被美國Stratasys公司收購。PolyJet技術(shù)的成型原理與3DP有點類似，但噴射的不是粘合劑而是樹脂材料。

       在不同的3D打印公司，對PolyJet工藝的稱呼不盡相同(如3D Systems公司稱MJP：MultiJet Printing)，但其工作原理是一致的。

       一、Polyjet工藝的原理

       PolyJet技術(shù)采用的是陣列式噴頭，根據(jù)模型切片數(shù)據(jù)，幾百至數(shù)千個陣列式噴頭逐層噴射液體光敏樹脂于平臺。工作時噴射打印頭沿XY 平面運動，當光敏聚合材料被噴射到工作臺上后，滾輪把噴射的樹脂表面處理平整，UV紫外光燈對光敏聚合材料進行固化。完成一層的噴射打印和固化后，設(shè)備內(nèi) 置的工作臺會極其精準地下降一個成型層厚，噴頭繼續(xù)噴射光敏聚合材料進行下一層的打印和固化。如此反復(fù)，直到整個工件打印制作完成。

       在懸臂結(jié)構(gòu)處需要支撐，支撐材料通常與模型材料不同，工件成型的過程中將使用兩種以上類型的光敏樹脂材料。PolyJet技術(shù)可在機外混合多種基礎(chǔ)材料，得到性能更為優(yōu)異的新材料，極大擴展了該技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

       二、Polyjet工藝的優(yōu)勢、劣勢

       1)可同時噴射不同材料，適合多種材料、多色材料同時打印，滿足不同顏色、透明度、剛度等需求。

       2)加工精度高，打印層厚低至16微米，產(chǎn)品細節(jié)體現(xiàn)非常好。

       3)產(chǎn)品通常不適合長期使用。

       4)材料價格貴，更換材料、打印過程材料消耗比SLA大，產(chǎn)品成本高。

       三、Polyjet工藝應(yīng)用范圍

       1)加工多材料、多顏色混合原型，也可以加工透明產(chǎn)品，常用于外觀與裝配測試。

       2)精度高、表面細節(jié)好的鑄造模具。

       3)制造小批量注塑模具。

       3.3DP3D打印工藝

       立體噴墨打印法(Three-Dimension Printing，3DP)是出現(xiàn)很早的一種3D打印技術(shù)。1993年由MIT發(fā)明，1995年 Z Corporation公司獲得專屬授權(quán)，2011年被3D Systems收購(技術(shù)名稱更改為ColorJet Printing)推出，是世界上最早的全彩色3D打印技術(shù)。國際上著名的3dp工藝公司還有ExOne、VoxelJet等。

       一、3DP工藝的原理

       從工作方式來看，三維印刷與傳統(tǒng)二維噴墨打印最接近。與SLS工藝一樣，3DP也是通過將粉末粘結(jié)成整體來制作零部件，不同之處在于，它 不是通過激光熔融的方式粘結(jié)，而是通過噴頭噴出的粘結(jié)劑。其詳細工作原理為：1)3DP的供料方式與SLS一樣，供料時將粉末通過水平壓輥平輔于打印平臺 之上;2)將帶有顏色的膠水通過加壓的方式輸送到打印頭中存儲;3)接下來打印的過程就很像2D的噴墨打印機了，首先系統(tǒng)會根據(jù)三維模型的顏色將彩色的膠 水進行混合并選擇性的噴在粉末平面上，粉末遇膠水后會粘結(jié)為實體;4)一層粘結(jié)完成后，打印平臺下降，水平壓棍再次將粉末鋪平，然后再開始新一層的粘結(jié)， 如此的反復(fù)層層打印，直至整個模型粘結(jié)完畢;5)打印完成后，回收未粘結(jié)的粉末，吹凈模型表面的粉末，再次將模型用透明膠水浸泡，此時模型就具有了一定的強度。

       理論上講，任何可以制作成粉末狀的材料都可以用3DP工藝成型，材料選擇范圍很廣。

       二、3DP工藝的優(yōu)勢、劣勢

       1)成型速度快，價格相對低廉，粉末通過粘結(jié)劑結(jié)合，而不是其他工藝在保護氣氛下燒結(jié)。

       2)可實現(xiàn)有漸變色的全彩色3D打印，可以完美體現(xiàn)設(shè)計師在色彩上的設(shè)計意圖。

       3)打印過程無需支撐材料，不但免除去除支撐的過程，而且也降低了使用成本。

       4)可實現(xiàn)大型件的打印(目前最大可打印4米)。

       5)產(chǎn)品力學(xué)性能差，強度、韌性相對較低，通常只能做樣品展示，無法適用于功能性試驗。

       6)采用3DP技術(shù)的3D打印機，多用于砂模鑄造、建筑、工藝品、動漫、影視等方面，目前有些3D照相館也都是采用了3DP技術(shù)的3D打印機。

       三、3DP工藝的應(yīng)用

       1)全彩色外觀樣件、裝配原型。

       2)某些條件下可生產(chǎn)毛坯零件，借助后期加工得到工業(yè)產(chǎn)品。如粘結(jié)金屬粉末后期燒結(jié)并滲入金屬液得到可使用零件。

       3)鑄造模樣打印。

       4)直接打印砂型、砂芯。

       4. SLM 3D打印工藝

       1995年，德國Fraunhofer激光器研究所(Fraunhofer Institute for Laser Technology，ILT)最早提出了選擇性激光熔融技術(shù)(Selective Laser Melting，SLM)，用它能直接成型出接近完全致密度的金屬零件。SLM技術(shù)克服了SLS技術(shù)制造金屬零件工藝過程復(fù)雜的困擾。用SLS技術(shù)制造金 屬零件的方法主要有：

       1)熔模鑄造法：首先采用SLS技術(shù)成型高聚物(聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS等)原型零件，然后利用高聚物的熱降解性，采用鑄造技術(shù)成型金屬零件;

       2)砂型鑄造法：首先利用覆膜砂成型零件型腔和砂芯(即直接制造砂型)，然后澆鑄出金屬零件;

       3)選擇性激光間接燒結(jié)原型件法：高分子與金屬的混合粉末或高分子包覆金屬粉末經(jīng)SLS成型，經(jīng)脫脂、高溫?zé)Y(jié)、浸漬等工藝成型金屬零件;

       4)選擇性激光直接燒結(jié)金屬原型件法：首先將低熔點金屬與高熔點金屬粉末混合，其中低熔點金屬粉末在成形過程中主要起粘結(jié)劑作用，然后利 用SLS技術(shù)成型金屬零件。最后對零件后處理，包括浸漬低熔點金屬、高溫?zé)Y(jié)、熱等靜壓(Hotisostatic Pressing，HIP)。

       一、SLM工藝的原理

       SLM是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)。SLM與SLS制件過程非常相似，這里不再贅述。但 是，SLM工藝一般需要添加支撐結(jié)構(gòu)，其主要作用體現(xiàn)在：1)承接下一層未成型粉末層，防止激光掃描到過厚的金屬粉末層，發(fā)生塌陷;2)由于成型過程中粉 末受熱熔化冷卻后，內(nèi)部存在收縮應(yīng)力，導(dǎo)致零件發(fā)生翹曲等，支撐結(jié)構(gòu)連接已成型部分與未成形部分，可有效抑制這種收縮，能使成型件保持應(yīng)力平衡。

       二、SLM工藝的優(yōu)勢、劣勢

       1)SLM工藝加工標準金屬的致密度超過99%，良好的力學(xué)性能與傳統(tǒng)工藝相當。

       2)可加工材料種類持續(xù)增加，所加工零件可后期焊接。

       3)價格昂貴，速度偏低。

       4)精度和表面質(zhì)量有限，可通過后期加工提高。

       三、SLM工藝應(yīng)用范圍

       1)加工標準金屬的外觀、裝配、功能原型。

       2)支撐零件，如夾具、固定裝置等。

       3)小批量零件生產(chǎn)。

       4)注射模具。

       5. CLIP 3D打印工藝

       2014年，連續(xù)液面生長(Continuous Liquid Interface Production，CLIP)工藝被申請專利。2015年3月20日，Carbon3D公司的CLIP技術(shù)登上了權(quán)威學(xué)術(shù)雜志 Science 的封面。CLIP本質(zhì)上是SLA(或DLP)的改進，其原理并不復(fù)雜，底部的紫外光投影讓光敏樹脂固化，而氧抑制固化，水槽底部的液態(tài)樹脂由于接觸氧氣而 保持穩(wěn)定的液態(tài)區(qū)域，這樣就保證了固化的連續(xù)性。

       CLIP工藝打印原理

       CLIP工藝主要依賴于一種特殊的既透明又透氣的窗口，該窗口同時允許光線和氧氣通過。該機器能夠控制氧的確切量和氧氣被允許進入樹脂池 的時間。氧氣因此起到了抑制某些區(qū)域樹脂固化的作用，而與此同時光線會固化那些沒有暴露在氧氣里的區(qū)域。也就是說，氧氣能夠在樹脂內(nèi)營造一個光固化的“盲 區(qū)”，這種“盲區(qū)”最小可達幾十微米厚(約為2-3個紅細胞的直徑)。在這些區(qū)域里的樹脂根本不能可能發(fā)生光聚合反應(yīng)。然后該設(shè)備會使用UV光像放電影那 樣把3D模型的一系列橫截面投射到里面。

       這項技術(shù)最重要的兩個優(yōu)勢，一個是打印速度快到了顛覆性程度，比傳統(tǒng)的3D打印機要快25 – 100倍，理論上有提高到1000倍的潛力。另外一個是分層理論上可以無限細膩：傳統(tǒng)3D打印需要把3D模型切成很多層，類似于疊加幻燈片，這個原理就決 定了粗糙無法消除，而連續(xù)液面生產(chǎn)模式在底部投影的光圖像可以做到連續(xù)變化，相當于從疊加幻燈片進化成了疊加視頻，雖然毫無疑問這個視頻幀數(shù)也不是無限 大，但是對比幻燈片的進步是巨大的。

       使用連續(xù)生長的加工方式大大改善了產(chǎn)品的力學(xué)性能。傳統(tǒng)的3D打印零件因為層狀結(jié)構(gòu)，其力學(xué)特性在各個方向上不同，特別是在堆疊的方向上，抗剪切性能很差。而連續(xù)液面生產(chǎn)的零部件的力學(xué)特性在各個方向保持一致，在實際應(yīng)用中少了很多顧慮。

       6. EBM 3D打印工藝

       電子束熔融成型法(Electron Beam Melting，EBM)由Arcam公司發(fā)明，是金屬增材制造的另一種方式。其工藝過程與SLM非常相似，最大的區(qū)別是能量源由激光換成了電子束。

       一、EBM工藝的原理

       電子束熔融(EBM)技術(shù)經(jīng)過密集的深度研發(fā)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于快速原型制作、快速制造、工裝和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。EBM技術(shù)使用電子束，將金屬粉末一層一層的融化生成完全致密的零件。

       電子束由位于真空腔頂部的電子束槍生成。電子槍是固定的，而電子束則可以受控轉(zhuǎn)向，到達整個加工區(qū)域。電子從一個絲極發(fā)射出來，當該絲極 加熱到一定溫度時，就會放射電子。電子在一個電場中被加速到光速的一半。然后由兩個磁場對電子束進行控制。第一個磁場扮演電磁透鏡的角色，負責(zé)將電子束聚 焦到期望的直徑。然后，第二個磁場將已聚焦的電子束轉(zhuǎn)向到工作臺上所需的工作點。

       因具有直接加工復(fù)雜幾何形狀的能力，EBM工藝非常適于小批量復(fù)雜零件的直接量產(chǎn)。該工藝使零件定制化成為可能，而且為CAD to Metal工藝優(yōu)化的零件，可以獲得用其它制造技術(shù)無法形成的幾何形狀，因此，零件將因無與倫比的性能而對客戶體現(xiàn)其價值。該工藝直接使用CAD數(shù)據(jù)，一 步到位，所以速度很快。設(shè)計師從完成設(shè)計開始，在24小時內(nèi)即可獲得全部功能細節(jié)。與砂模鑄造或熔模精密鑄造相比，使用該工藝，交貨期將被顯著縮短。

       生產(chǎn)過程中，EBM和真空技術(shù)相結(jié)合，可獲得高功率和良好的環(huán)境，從而確保材料性能優(yōu)異。

       二、EBM工藝的優(yōu)勢、劣勢

       1)在窄光束上達到高功率的能力，能打印難熔金屬，并且可以將不同的金屬熔合。

       2)真空環(huán)境排除了產(chǎn)生雜質(zhì)的可能，譬如氧化物和氮化物，真空熔煉的質(zhì)量可保證材料的高強度。

       3)激光束式不實施預(yù)熱，電子束式實施預(yù)熱。電子束式的溫差小，殘余應(yīng)力低，加工支撐所需較少。

       4)EBM工藝加工過程中會預(yù)熱粉末，粉末會呈現(xiàn)假燒結(jié)狀態(tài)，不利于小孔、縫隙類特征打印，如1mm的孔易被粉末堵死。

       5)EBM設(shè)備需要真空系統(tǒng)，硬件資金投入更高，而且需要維護。電子束技術(shù)的操作過程會產(chǎn)生X射線(解決方案：真空腔的合理設(shè)計可以完美的屏蔽射線。)

       7. MJF 3D打印工藝

       眾所周知，MJF 3D打印工藝也是近年來剛興起的3D打印工藝之一，主要由惠普公司研發(fā)。被稱為是新興增材制造技術(shù)的一大“中堅力量”。

       一、MJF工藝的原理

       對于MJF技術(shù)我們已經(jīng)知道的是，其機器主要依靠兩個不同的噴墨組件打造全彩的3D零部件，一個組件主要負責(zé)鋪設(shè)打印材料，形成對象實體，另一個噴墨組件則負責(zé)噴涂、上色和融合，使部件獲得所需要的強度和紋理。該技術(shù)的工作方式簡單來說就是：先鋪一層粉末，然后噴射熔劑，與此同時還會噴射一種精細劑(detailing agent)，以保證打印對象邊緣的精細度，然后再在上面施加一次熱源?；萜展颈硎荆@將使其打印速度比選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)、熔融沉積成型(FDM)技術(shù)快10倍，而且不會犧牲部件的精細度。

       一、MJF工藝的優(yōu)勢及劣勢

       該工藝能夠簡化工作流程并降低成本，實現(xiàn)快速成型;以突破性的經(jīng)濟效益實現(xiàn)零部件制造;降低了使用門檻、并支持各行業(yè)新應(yīng)用的開放式材料與軟件創(chuàng)新平臺。惠普3D打印業(yè)務(wù)總裁Stephen Nigro稱，HP多噴嘴式熔融3D打印解決方案以業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新方式實現(xiàn)了高速度、高質(zhì)量和低成本的有效結(jié)合。這令企業(yè)和制造商可以重新思考為客戶設(shè)計和交付解決方案的方式。

來源：3d打印網(wǎng)