探索7大增材制造关键技术

增材制造是指通过逐层叠加材料来制造零件的过程。材料可以是金属、陶瓷、塑料、光敏聚合物，甚至是食品！ISO/ASTM将所有不同类型的增材制造技术归纳为七大类别。

本文将描述这七种增材制造工艺的工作原理，以及它们的用途、优势和差异。

1. 粘结剂喷射

Xometry通过粘结剂喷射制造的不锈钢零件。

粘结剂喷射是一种基于粉末床的增材制造技术，通过选择性地在薄层粉末材料上沉积粘结剂来制造零件。过程始于打印机在构建平台上铺设一层均匀的粉末（通常为塑料、金属、砂或陶瓷）。刮刀确保在构建平台上精确分布所需层高的粉末，通常由刮刀将粉末储料仓中的材料转移至打印区域。储料仓中的材料被提升，刮刀以所需层高将粉末扫过构建平台。接着，喷墨头在粉末上方移动，按当前层零件横截面形状喷射粘结剂。对于全彩塑料零件，粘结剂中还包含着色剂以实现多色打印。

打印平台下降一个层高。刮刀在上一层之上铺设新粉末层，过程循环继续。金属粘结剂喷射打印后需烧结以消除气孔并提高力学强度。或者，可将低熔点金属粉末（如青铜）与主材料混合；加热时青铜熔化填充主金属合金粉末颗粒间的空隙。

表1展示了粘结剂喷射的典型材料、应用和优势：

表1. 粘结剂喷射总结

材料	应用	优势
砂、塑料（PMMA、ABS、PA、PC）、陶瓷、金属（不锈钢、钛合金）	砂型铸造模具、多色原型、相比其他金属打印工艺更便宜的金属零件	大尺寸构建体积、多色零件、无需支撑、未用粉末可回收、更多塑料选择

2. 粉末床熔融（PBF）

粉末床熔融（PBF）指利用高能聚焦能源熔融粉末的一系列增材制造技术。能源可以是激光（SLM或DMLS）或电子束（EBM）。金属和塑料粉均可用于PBF。工艺流程：首先在构建平台上铺设薄层粉末（通常预热），由刮刀保证层高一致性；聚焦能量束熔融粉末颗粒形成当前横截面层；构建平台下降一层，铺粉、熔融循环重复。

金属打印需更高功率能量束，DMLS和SLM需惰性气氛；EBM需构建腔体保持真空。PBF设备打印速度快，特别是多光束打印机。EBM虽仅单光束，但光束可极快重定向，模拟多光束功能。

表2展示了粉末床熔融的典型材料、应用和优势：

表2. 粉末床熔融总结

材料	应用	优势
金属（铝、钛、铜、钴铬等）、尼龙、陶瓷	功能性金属零件，如涡轮叶片、火箭发动机燃烧室、换热器	未用粉末可回收、金属选项广泛

3. 定向能量沉积

定向能量沉积（DED）是专用于金属的增材工艺，常用于修复现有金属零件。这种修复能力源于DED可在五轴运动下打印，而其他工艺仅限三轴。DED打印机可绕过现有复杂几何零件进行操作。

该技术不限于修复，也可打印全新零件。DED通过将粉末或金属丝送至打印喷嘴，激光或电子束熔融材料并与基体熔融结合。任何可焊接金属均可用DED制造或修复。同焊接工艺一样，DED打印需要保护气体（激光束）或真空（电子束）。气体仅覆盖光束主动熔融区域，或者整个构建腔体充满惰性气体，需密封气密构建腔体。

表3展示了DED的典型材料、应用和优势：

表3. 定向能量沉积总结

材料	应用	优势
金属（钴铬、钛、Inconel、钽、铌、不锈钢）	零件修复、先进航空航天部件	可打印大尺寸零件（1000 mm³）、可修复现有零件、可打印多种金属和合金

4. 材料喷射

使用Xometry PolyJet服务制造的全彩抛光透明涂层零件。

材料喷射利用一系列喷墨喷嘴在构建平台上沉积材料制造零件。该工艺要求使用光敏聚合物作为原料。工作流程：首先在构建平台沉积一层光敏聚合物；紫外光源扫描固化；构建平台下降，过程重复。

由于紫外光固化是该增材制造工艺的核心，材料喷射仅能打印塑料（多为光敏聚合物）。材料喷射打印需支撑结构。

表4展示了材料喷射的典型材料、应用和优势：

表4. 材料喷射总结

材料	应用	优势
光敏树脂、数字材料（复合光敏聚合物）、蜡	功能性产品原型、全彩解剖模型	极低废料、可实现多材料和多色零件、高速工艺、高分辨率

5. 片材层叠

片材层叠是一种分层增材制造工艺，通过堆叠和粘结材料片材（而非沉积或熔融粉末/液体）构建零件。可用材料包括纸张、聚合物片材、复合材料和某些金属。虽然典型分辨率较低，但生产速度高、成本低，适合特定原型和工业应用。

工艺流程：依次铺设薄片，每片切割匹配该层零件横截面；通过材料适用的各种技术将片材与前一层粘结。某些系统在粘结前或后用激光或刀具从片材上切割零件几何形状。零件周围的多余材料可在构建期间或之后去除。

金属片材常用超声波增材制造（UAM）粘结，施加超声振动和压力在不熔融的情况下融合金属层。塑料片材通常用热压粘结（热熔或胶粘）。复合材料（如芳纶纤维、玻璃纤维、碳纤维增强层）和纸张通常用胶粘和压缩层叠。片材层叠也用于制造近净形零件，后续可通过CNC或其他减材技术加工以获得更严格公差和表面光洁度。

表5展示了片材层叠的典型材料、应用和优势：

表5. 片材层叠总结

材料	应用	优势
纸张、陶瓷、碳纤维复合材料、金属（铝、铜、不锈钢、钛）	全彩原型、近净形零件	低成本、高速度、全彩零件

6. 材料挤出

Xometry制造的FDM打印零件特写。

材料挤出是最知名的增材制造类型之一，主要因其在消费市场的普及。常被称为FDM（熔融沉积建模）或FFF（熔融丝材制造）。工艺：从供料卷引出塑料丝，经加热室熔融后从打印喷嘴挤出；材料以当前零件横截面形式沉积在构建平台上；一层完成后打印头上升一个层厚，重复直到零件完成。

热塑性塑料和填充热塑性塑料是最典型原料。但也可使用金属粉末/聚合物基体材料制造金属零件，需后续炉中后处理以发展最终力学性能。

表6展示了材料挤出的典型材料、应用和优势：

表6. 材料挤出总结

材料	应用	优势
PLA、ABS、PC、PETG、尼龙、ULTEM	装配夹具、功能原型、小批量生产零件	低成本、易用、真正热塑性材料

7. 光槽光聚合

光槽光聚合是一种增材制造工艺，利用光源选择性固化液态光敏树脂制造零件。该类别下两大核心技术：

• SLA（光固化立体成型）——紫外激光逐层描绘并固化零件横截面。
• DLP（数字光处理）——数字投影仪一次闪光固化整层树脂。

两者都涉及一槽液态光敏树脂。构建平台初始位于树脂液面稍下方。SLA中激光束扫描树脂表面固化当前层所需形状；DLP中光投影仪单次曝光闪光整层图像。一层固化后，构建平台垂直移动（通常向上），未固化树脂流至零件下方，下一层在前一层之上固化。过程持续直到零件完全成型。因零件逐渐从槽中浮现，仿佛构建平台将物体从液态树脂中拉出。

表7展示了光槽光聚合的典型材料、应用和优势：

表7. 光槽光聚合总结

材料	应用	优势
光敏树脂（类ABS、类PP、类PC等）、生物相容性树脂、陶瓷填充树脂	视觉原型/模型、制作模具的珠宝模型	高速度、可实现极精细细节

什么是增材制造？

增材制造是指逐层构建零件的增材工艺。这与减材制造形成对比，后者从实心块料开始去除多余材料成型零件。CNC加工即减材制造的例子。

了解更多，请参阅我们的增材制造完整指南。

增材制造代表生产转折点，七大核心工艺：粘结剂喷射、粉末床熔融、定向能量沉积、材料喷射、片材层叠、材料挤出、光槽光聚合。每种工艺各有优势，无论在精度、规模、速度还是材料通用性。突出之处在于从浪费的材料去除转向可控的逐层创造，开启从修复关键航空航天零件到打印详细原型和功能部件的可能性。技术不作为单一解决方案，而是工具箱，可将合适工艺匹配相应挑战，使制造更高效、适应性强、创新。

增材制造类型常见问题

最常用的增材制造类型是什么？

最常用的增材制造类型：材料挤出（FDM/FFF）、片材层叠、光槽光聚合、粉末床熔融（PBF）。值得注意的是，各技术采用程度因应用行业而异。例如航空航天大量使用DED和粉末床熔融。

哪个组织对增材制造工艺分类？

ASTM International和ISO共同负责增材制造工艺分类。两者共同制定了本文所述的七大类别。

增材制造工艺如何分类？

增材制造工艺依据ISO/ASTM 52900分类，该国际标准定义了AM关键术语和类别。基于成层方式和材料结合机制，将技术组织为七大工艺类型，包括材料挤出、光槽光聚合、粉末床熔融等。该分类确保跨行业和应用的一致性。

3D打印是增材制造的例子吗？

是的，3D打印是增材制造的一种形式，且是最广为人知、最常用的例子。“3D打印”一词常非正式地指代所有增材制造工艺，即基于数字模型逐层构建物体。

了解更多，请参阅我们的3D打印与增材制造对比完整指南。

总结

本文回顾了7种不同增材制造工艺，描述其工作原理、优势和劣势。了解更多不同增材制造类型及各自如何最适合您的特定应用，请立即联系Xometry专家。

Xometry提供广泛制造能力，包括3D打印和增值服务，满足您所有原型和生产需求。访问网站了解更多或申请免费、无义务报价。

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Dean McClements

Dean McClements拥有机械工程一级荣誉学士学位，在制造业拥有二十多年经验。职业历程包括Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale等领先企业的重要职位，深刻理解工程流程与创新。

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