還記得于2012年上映，成龍主演的電影《十二生肖》嗎？其中一個片段以非常形象的手法展現(xiàn)了一種對三維獸首進行掃描并復(fù)制重現(xiàn)的未來技術(shù)概念——3D打印。而在現(xiàn)實世界，科技前進的步伐是不可阻擋的。

近期，美國通用電氣正在將通過3D打印制作的部件集成到噴氣發(fā)動機中，某太空公司也宣稱將利用這項技術(shù)來制造火箭的所有零部件并計劃于2022年進行全3D打印火箭的發(fā)射。我國也在去年成功完成首次太空3D打印，對空間站在軌擴建和長期運行具有重要意義。3D打印技術(shù)正展現(xiàn)出非凡的發(fā)展?jié)摿εc活力。

3D打印技術(shù)又稱增材制造（Additive manufacturing），是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，將可粘合材料逐層疊加以構(gòu)建現(xiàn)實三維物體的技術(shù)。作為“決定未來經(jīng)濟的12大顛覆技術(shù)”之一和第三次工業(yè)革命的引擎，3D打印標(biāo)志著從傳統(tǒng)制造邁向智能制造的巨大產(chǎn)業(yè)變革，引發(fā)了新的技術(shù)革命浪潮。

與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，3D打印技術(shù)具有“去模具、減廢料和降庫存”等特點，在生產(chǎn)上可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)、節(jié)約材料和節(jié)省能源，極大提高制造效率，實現(xiàn)“設(shè)計引導(dǎo)制造”的創(chuàng)新理念。

縱觀3D打印技術(shù)的發(fā)展史，最早可追溯至1984年由美國科學(xué)家Charles Hull發(fā)明的立體光固化成型技術(shù)（Stereolithography appearance，SLA）。隨后又逐步發(fā)展出選擇性激光燒結(jié)（Selective laser sintering, SLS）、選擇性激光熔化（Selective laser melting, SLM）、微噴射粘結(jié)成型（Three dimensional printing and gluing, 3DP）等技術(shù)。

進入21世紀(jì)以來，3D打印技術(shù)有了全新的突破，全球正式進入3D打印的高速發(fā)展階段，并在大類技術(shù)的細(xì)分下逐步涌現(xiàn)出了各式各樣的革新式小類工藝，以滿足特定行業(yè)需求，與傳統(tǒng)制造業(yè)形成有效互補。

3D打印方法分類

一、材料擠出型

Material extrusion

通過噴嘴或孔口等有選擇地沉積材料。如熔融沉積成型（Fused deposition modelling, FDM），是一種最為直觀也最常見的打印方式。在打印時，設(shè)備將絲狀熱熔性材料加熱熔化，通過帶有微細(xì)噴嘴的噴頭將材料擠出并選擇性地沉積在平臺上，冷卻后形成一層截面，這樣逐層打印直至形成整個實體。打印材料主要為聚合物和塑料，包括聚乳酸PLA、熱塑性聚氨酯彈性體TPU和丙烯腈丁二烯苯乙烯ABS等。

• 優(yōu)點：設(shè)備和耗材的價格低廉、材料范圍廣、打印產(chǎn)品強度高。

• 缺點：打印精度較低、打印樣件表面粗糙度大。

二、光聚合成型

使用特定波長的光對液態(tài)聚合物進行選擇性光固化。這類技術(shù)使用的材料是光敏樹脂，在光照下樹脂發(fā)生從液態(tài)到固態(tài)的形態(tài)轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)打印過程。根據(jù)光源類型、照射方式和成型方式的不同，可分為立體光刻成型（Stereolithography appearance, SLA）和數(shù)字光處理（Digital light processing, DLP）等，其原理及打印過程均不同。其中，SLA使用激光逐點掃描液態(tài)樹脂面，點-線-面順序固化以完成一個層面的成型，再配合成型平臺的移動層層疊加構(gòu)成三維實體。DLP則采用整面曝光進行一個層面的成型，光源多為LED紫外光源，每層曝光圖形由數(shù)字動態(tài)掩模芯片等空間光調(diào)制器生成。

• 優(yōu)點：加工精度高、打印成品表面光滑、整面曝光成型效率高。
• 缺點：材料范圍受限、材料性能較弱。

三、定向能量沉積型

利用聚焦熱能熔化材料的即熔即沉積工藝。主要包括激光同步送粉（LENS，LBMD，LSF）和電子束熔絲沉積（Electron beam direct manufacturing, EBDM）等，多用于構(gòu)建或修復(fù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。其過程為，激光束等能量源在沉積區(qū)域產(chǎn)生熔池并高速移動，噴嘴將絲狀或粉末狀材料（如鈦和鈷鉻合金）送入高溫區(qū)被加熱至熔點，熔化后逐層沉積。噴嘴或工作臺安裝在高度可移動的臂上，從而能夠高度靈活地移動。

• 優(yōu)點：無需支撐、加工靈活性高、可以實現(xiàn)構(gòu)件的高效率制備和修復(fù)。

• 缺點：加工表面精度受限、成型樣件需再加工（如配合銑床等）、難以修復(fù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。

激光同步送粉

四、材料噴射型

2D噴墨打印機的三維進化版。材料噴射可分為連續(xù)材料噴射（Continuous material jetting, CMJ）、納米顆粒噴射（Nanoparticles jetting, NPJ）和按需滴落（Drop on-demand, DOD）。其基本原理是使用帶電偏轉(zhuǎn)板和電磁場，將噴射出的材料精確地定位在打印平臺上，并利用紫外光源進行固化成型。材料噴射與上文中的立體光刻成型（SLA）非常相似，不同在于前者可以一次噴射出數(shù)百個微小液滴，而SLA則是在整桶樹脂中，通過激光選擇性地逐點固化。噴射的光敏液滴材料則包含聚合物和塑料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯ABS和聚丙烯PP等。

• 優(yōu)點：可實現(xiàn)高度精準(zhǔn)的全彩快速打印，增加原型和最終部件美學(xué)質(zhì)量。

• 缺點：材料范圍有限、價格昂貴、需要后處理以去除多余的材料。