常見的6種3D打印服務技術！哪一種適合您？

6種3D打印技術增材製造（Additive Manufacturing，AM）又叫3D打印，涵蓋了一系列技術，這些技術採用逐層構建零部件的方法從虛擬的3D模型逐漸構造出實體的零部件。我們列出其中常見的。

1.材料擠出-FDM

基於材料擠出（Material Extrusion）的增材製造技術，其中最常見的方法是熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling, FDM），是通過加熱噴嘴，將推入的細絲（通常是聚合物）融化，然後沿著預定路徑層層堆疊，細絲冷卻固化成物體。 要理解這個工作原理，最簡單的方法是將它視為由電腦控制的熱熔膠槍。常見使用標準材料的台式FDM 3D打印機有單噴嘴和雙噴嘴，噴嘴的最高溫度在270°C左右，更專業的機器噴嘴溫度可以達到500°C。單噴嘴的3D打印機無論主體還是支撐通常都只用一種材料，而雙噴嘴的3D打印機可以一個噴嘴打印模型 主要材料（例如PLA），另一個噴嘴打印水溶性支撐材料，放在溫水中24小時內融化（圖1-1）（圖1-2）。

圖1-1 基於FDM的增材製造系統

圖1-2 由雙噴嘴打印的3D模型（灰色是PLA材料，米色是PVA材料）

現在市面上有好多FDM 3D打印機可以使用復合材料進行打印，包括連續碳纖維復合材料、短切纖維（碳纖維、凱夫拉纖維和玻璃纖維等）復合材料。這些使用的線材要麼是聚合物與短切復合填充材料混合，要麼是將聚合物與連續纖維絲共同擠出。

使用金屬材料的FDM 3D打印機也已經出現。由填充有金屬粉末（通常金屬粉末含量約為80%）的聚合物組成的線材被擠出後，形成復合金屬/聚合物零件（生胚件）。生胚件在爐中燃燒掉聚合物並將金屬粉末融合/燒結在一起生產金屬零件。零件在燒結時最多會收縮20%的體積，因此需要特別考慮零件的設計，以實現均勻可控的收縮（圖1-3）。

圖1-3 桌面金屬材料擠出系統輕鬆移除的支撐材料（由Desktop Metal提供）

FDM的挑戰之一是它生產的零件通常存在各向異性（比其他3D打印技術更明顯），零件在豎直Z方向上的強度比在水平方向（X和Y）上差一些。因此，通常來說，對於將在壓縮狀態下使用的零件而言，FDM是一種合適的快速製作工藝，而對於在拉伸狀態下的零件則不太使用，因為材料在使用中可能會斷裂分層。值得注意的是，FDM技術正在不斷改進，隨著新機器的上市，這一問題正在逐漸改善。

在某些應用中，FDM技術打印出的零件，表面質量也可能是一個問題。3D模型平緩傾斜的表面有相當明顯的“階梯”效應。注意，“階梯”效應適用於所有增材製造技術，但在FDM技術中最明顯（圖1-4）。

圖1-4 材料擠出FDM的階梯效應

材料擠出FDM的典型應用：

（1）原型件製作
1）在大多數應用中打印的零件需要大量的後處理才能得到精細的模型，後期可打磨、噴漆等
2）低成本的台式FDM 3D打印機特別適合快速測試創意
（2）用於生產
1）夾具和固定裝置
2）零件在打印Z方向上不受拉力的應用
3）當特定聚合物無法使用其他技術成型時
4）對表面質量要求不高以及不易受各向異性影響的應用

材料擠出的優點和缺點

材料擠出可使用的材料

2.立體光固化-SLA

立體光固化SLA（Stereo Lithography Appearance）使用一束紫外線激光來固化模型中每個切片的樹脂層，被光束照射的樹脂表面就會硬化。然後，成型平台下降或上升（取決於機器類型）0.1mm（假如打印層厚是0.1mm），新的樹脂層鋪展在前一層的頂部，接著開始對零件的下一個切片進行紫外線光束掃描，在固化當前層的同時也將其黏結到前一層。重複改過程，直到完成零件。SLA可以製造高分辨率的類塑料零件。

應當注意，SLA需要用支撐材料支撐零件中所有的懸垂部分。在零件打印完成後，需要手動去除支撐材料，然後將零件放入紫外線烘箱中進行後固化處理，從而使材料完全硬化（圖2-1）。

圖2-1 SLA增材製造系統

SLA的典型應用包括：

（1）原型件製作
1）由於細節和表面質量較高，大多數應用於精細原型件製作，後期可噴漆、電鍍等
2）低成本的台式SLA 3D打印機特別適合快速測試創意
（2）用於生產
1）不會長時間暴露在紫外線下的產品，如助聽器
2）熔模鑄造的模型

SLA的優點和缺點

SLA的材料

3、4、5. 粉末床熔融-MJF、SLS、SLM

粉末床熔融（Powder Bed Fusion）技術其中包括惠普專有技術MJF（Multi Jet Fusion）、選擇性激光燒結SLS（Selective Laser Sintering）、選擇性激光熔融SLM（Selective Laser Melting）。

1）MJF的工作原理是通過粘合劑噴射到聚合物粉末顆粒（通常是尼龍）的薄層上，然後使用紅外線（Infrared Ray）熱源對其進行燒結來構建零件（圖3-1）。

圖3-1 MJF多噴嘴熔融增材製造系統

2）SLS和SLM的工作原理是在成型平台上鋪展一薄層粉末狀的材料，接著使用激光掃描零件的切片，被激光掃描過的粉末將會融化，然後將成型平台下降一層，將下一層粉末鋪展到整個成型平台上，並重複融化過程，既融化當前層，又將其結合到上一層（圖3-2）。

圖3-2 SLS和SLM增材製造系統

這些基於粉末的技術發展得越來越好，能夠生產全強度零件，並且在X、Y和Z方向都展示出相對較好的各向同性。Z方向可能存在一些各向異性，但如果針對3D打印工藝的零件設計得很好，則後處理可以將各向異性最小化或消除。

MJF和SLS可以使用多種聚合物。典型的聚合物包括一系列聚酰胺塑料（尼龍）和添加各種填充材料（包括玻璃、碳纖維和鋁）的尼龍，以及PEEK之類的高溫聚合物。如果針對3D打印工藝設計得很好，那麼塑料零件將表現出與注塑成型零件相似的性能，並且具有製作活動鉸鏈並將零件固定在一起的能力。直接從機器中取出來的零件，表面質量類似啞光塑料，在輕微傾斜或彎曲的零件上可以看到一些“階梯”效果。

SLM可以使用的金屬，包括不鏽鋼、鋁、鈦、鈷鉻合金和馬氏體時效鋼（工具鋼）等。金屬零件的表面質量和強度一般都與鑄件相當，沒有任何空隙、氣泡或其他缺陷。與任何鑄造零件一樣，金屬零件需要在CNC機床上進行後處理加工才能得到完全光滑或拋光的表面。

粉末床熔融技術的典型應用包括：

（1）原型件製作    從展示到功能原型的大多數應用
（2）用於生產
1）聚合物和金屬的粉末床熔融是生產工業零件的最常用技術
2）聚苯乙烯材料也用於生產熔模鑄造的模型

粉末床熔融的優點和缺點

粉末床熔融的材料