3D打印正在逐漸成為各個(gè)領(lǐng)域的主要工具。然而，可用的3D打印工藝種類(lèi)繁多，并且每個(gè)工藝都有著(zhù)不同的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。因此，在您選擇相關(guān)技術(shù)或者購買(mǎi)3D打印機之前，有必要了解一些機器和技術(shù)背后的工藝知識。

材料擠出（Material Extrusion）

常見(jiàn)工藝：FFF、FDM（與FFF相同，只是它是Stratasys的商標術(shù)語(yǔ)）

描述：此過(guò)程使用壓力噴出流體或凝膠材料。典型例子是FFF方法，將長(cháng)絲推入熱端以產(chǎn)生壓力，并使柔軟的長(cháng)絲從噴嘴流出。

缺陷：層附著(zhù)力差。材料分層放置，通常到第二層出現時(shí)，第一層已經(jīng)冷卻并且與新層結合的能力稍差。這導致部件在層間的強度遠不如材料本身。

解決方案：一些制造商試圖通過(guò)加熱室、軟件調整或特殊材料來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但這一問(wèn)題始終存在于這項工藝之中。

△擠出熱塑性長(cháng)絲

粉床融合（Powder Bed Fusion）

常用工藝：SLS、DMLS、SLM

描述：此技術(shù)在粉末材料床上進(jìn)行高能量噴射，通常使用激光。利用激光選擇性固化床層的一部分，然后逐層重復這個(gè)過(guò)程。常規激光器是一個(gè)尺寸較大的組件，需要安裝在一個(gè)靜態(tài)位置，利用構建室頂部的傾斜鏡子將光束向下引導到粉末床。

缺陷：隨著(zhù)粉末床面積的增加，激光撞擊粉末表面的角度變得越來(lái)越傾斜。當“點(diǎn)”形狀發(fā)生變化時(shí)，會(huì )導致熔化不均勻。每個(gè)區域能量也會(huì )發(fā)生變化，可能會(huì )弄亂打印部件的邊緣。

解決方案：一些供應商的解決方案是將激光升高，以減小傾斜角度，這使3D打印機高度增加。其他方案使用多個(gè)激光器，甚至移動(dòng)激光源本身以將其直接保持在床上。

△激光撞擊粉末表面

光固化

常用工藝：MSLA、SLA、DLP、LCD

描述：此過(guò)程將光固化樹(shù)脂選擇性地暴露于能量之下，通常使用激光或LED面板的紫外線(xiàn)。固化材料層相互疊加，逐漸形成3D對象。

缺陷：通常使用紫外線(xiàn)來(lái)固化光聚合樹(shù)脂，但是，部件從打印機中取出后，可能會(huì )暴露在其他額外的紫外線(xiàn)下，尤其是太陽(yáng)。額外的紫外線(xiàn)照射會(huì )導致材料繼續固化，最終材料會(huì )因變形而破裂。這使得這種類(lèi)型的部件通常不太耐用，特別是對于戶(hù)外應用。

解決方案：一些制造商試圖用特

△光固化聚合樹(shù)脂

材料噴射（Material Jetting）

常用工藝：PolyJet

描述: 此過(guò)程從類(lèi)似噴墨的噴嘴中逐層選擇性地噴射液態(tài)光聚合樹(shù)脂。每層都通過(guò)紫外線(xiàn)固化，隨后的層構建在固化材料的頂部。支撐材料用于處理懸垂部分。

缺陷：此類(lèi)系統使用“管道”設置，將樹(shù)脂從墨盒流動(dòng)到噴墨頭。如果需要更換材料，則必須沖洗整個(gè)管道系統，去除舊材料的痕跡。沖洗過(guò)程用新材料完成，這意味著(zhù)每次更換材料都會(huì )浪費大量昂貴的樹(shù)脂。

△PolyJet打印手機殼

粘合劑噴射（Binder Jetting）

常用工藝：MJF、NPJ

描述：這項技術(shù)使用噴墨將一種粘合劑選擇性滴在平坦的粉末床上。接收液滴的區域將被固化，其余粉末保持松散。逐層進(jìn)行以上步驟，直到生成整個(gè)對象。

缺陷：這些過(guò)程通常需要進(jìn)行后處理以接合粘合劑。在某些情況下，需要巨大的熱量來(lái)激活粘合劑，而這種熱量可能需要很長(cháng)時(shí)間（有時(shí)長(cháng)達一天）才能冷卻，然后才能?chē)L試進(jìn)一步加工而不使部件變形。這可能會(huì )拖累機器的生產(chǎn)率。

解決方案：一些供應商使用可更換構建室。當一個(gè)正在冷卻時(shí)，另一個(gè)可以被激活以進(jìn)行第二個(gè)打印作業(yè)。

△MJF流程

直接能量沉積（Direct Energy Deposition）

常用工藝：DED、WAAM

描述：這種方法通過(guò)擠壓金屬，無(wú)論是金屬粉末還是金屬線(xiàn)，然后立即受到高能量的撞擊。能量熔化金屬，熔池立即下降到3D空間，通過(guò)機械臂進(jìn)行位置操作。

缺陷：雖然這種方法通常高效且高度可擴展，但DED的表面分辨率質(zhì)量相當差。產(chǎn)品往往看起來(lái)很粗糙。

解決方案：一些制造商使用CNC銑削工具以在打印過(guò)程中或打印后打磨表面。

△DED金屬3D打印表面

片材層壓（Sheet Lamination）

常用工藝：CleanGreen、Solido

描述：這種過(guò)程需要將材料片一張一張地層壓在一起。隨著(zhù)每張材料片疊加，切割器在特定層高度切掉物體邊緣的形狀。打印完成后，將切片區域拉開(kāi)以顯示最終部分。

缺陷：在某些幾何形狀中，廢料會(huì )被困在物體內部并且無(wú)法去除。這限制了工藝可能制造的幾何形狀。

△3D打印片材層壓（紙）

工藝互補及配合在線(xiàn)監控系統是當下最好的方法

現在的市場(chǎng)上能看到不同工藝的多種3D打印機，這些機器具有不同的功能，使用不同的材料，擁有不同的定價(jià)。然而，這些打印機也有各自的局限。例如，小巧的3D打印機無(wú)法制造大零件；FFF設備無(wú)法打印光滑的表面；金屬3D打印機無(wú)法生產(chǎn)聚合物產(chǎn)品。因此，如果想要盡可能多地豐富制造能力，最好的辦法是在預算充足的情況下利用多個(gè)機器，起到工藝互補作用。

另外，在線(xiàn)監控技術(shù)能夠及時(shí)探測3D打印成形狀態(tài)和缺陷，提升成形的效率與質(zhì)量。西安空天智造制造有限公司，基于粉末床形貌缺陷和熔池信息在線(xiàn)檢測方法，設計開(kāi)發(fā)出激光增材過(guò)程監控系統，它包含激光功率、粉末床、熔池等多個(gè)模塊，分別從熱源輸入、鋪粉質(zhì)量、冶金過(guò)程穩定性全方位立體去監測和評價(jià)工藝過(guò)程狀態(tài)及成形件質(zhì)量，通過(guò)對工藝過(guò)程監控、過(guò)程信息分析處理，實(shí)現了工藝穩定性的提高和質(zhì)量一致性的保障，目前已經(jīng)投入市場(chǎng)使用。