3D 打印终极指南：优点、缺点和关键技术

什么是 3D 打印？

3D 打印是一种增材制造技术，用于用各种塑料和金属生产零件。有许多不同的技术可供选择，从一次挤出一层塑料的 FDM（熔融沉积成型），到使用激光一次一层将金属粉末熔化成最终零件的 DMLS（直接金属激光烧结）。 有关更多信息，请参阅我们的 3D 打印指南。

3D 打印的优点是什么？

3D打印的优点是：

1。按需打印

3D 打印需要非常有限的设置才能开始打印。无论打印的零件类型如何，设置过程和 3D 打印机都是相同的。所需要做的就是转换零件的 3D 模型，通常由 OEM 或第三方软件处理。转换完成后，文件通过 USB-A 连接器、无线方式或 SD 卡加载到打印机中。然后，该材料通常以液体光聚合物、细丝或粉末的形式添加到打印机中。此后，打印过程将继续进行，无需任何人为干预。零件完成后，可能需要进行一些后处理，例如去除支撑结构。按需云服务只需要 3D 模型，即可 3D 打印并运送您的物品，而无需投资 3D 打印机。 

2。价格合理

与注塑成型等其他制造技术相比，3D 打印工艺的价格合理。在中低产量和高零件复杂性的情况下尤其如此。这是因为 3D 打印机的售价从 200 美元起，二手 3D 打印机甚至更便宜。材料的成本也低至每公斤 15 美元——例如 ABS。尽管如此，3D 打印材料通常比可比较的基准原材料成本更昂贵。这是因为需要为特定的打印工艺准备原材料，即用于 FDM 的长丝线轴和用于 SLS 的细粉。尽管存在额外的原材料成本，但由于不完全致密，3D 打印使用的材料较少。 

3。环保

由于使用金属和热塑性塑料等可回收材料，3D 打印被认为是环保的。零件还可以在需要的地方精确打印，而不是从集中的重型制造工厂运输。这消除了与运输相关的大量能源成本。 3D 打印的增材特性还可以减少浪费。

4。快速原型制作

3D 打印的低成本和按需打印的特点使其非常适合开发原型。 3D 打印零件可以在不到一天的时间内生产出来。这样可以快速迭代新概念，而无需像注塑成型等其他常见技术那样支付典型的前期模具成本。 

5。辅助功能

3D打印在过去十年中得到了广泛采用。这可以追溯到 Stratasys 持有的一些于 2009 年到期的关键专利。此后 3D 打印的开源特性使得低成本消费级 3D 打印机的开发成为可能。用户群的增加使得能够创建大量易于访问的在线知识，涉及 3D 打印的最佳实践、故障查找和一般优化技术。这使得前所未有的可访问性成为可能，这在其他技术领域是非常罕见的。

6。先进的医疗保健

3D 打印在医疗行业的采用，通过开发定制的、与患者匹配的植入物、假肢和器官生物打印，显着增加了个性化医疗护理。许多生物相容性材料也被开发用于医疗行业。

7。设计灵活性

与其他技术相比，3D 打印的设计限制更少。例如，如果不采用多部件组件，则无法通过 CNC 加工和注塑成型来实现复杂的内部空隙。这增加了成本和复杂性。通过 3D 打印，可以像简单零件一样轻松地打印复杂零件。虽然 3D 打印仍然有一系列 DFM（制造设计）指南，但这些指南并不像其他制造技术那样具有限制性。 

8。减少废物

3D 打印产生的废物很少。这种废物通常以支撑结构的形式存在，对于 SLS 打印的零件来说，这些废物在打印后会被去除。这些支撑结构经过优化，尽可能轻量化。减材制造技术需要去除大量材料，从而产生大量废物。 3D 打印等增材技术旨在仅在需要的地方选择性地添加材料。这样就可以抵消支撑结构产生的最小废物。 

9。坚固且轻量级的组件

3D 打印仅在需要的地方精确添加材料。例如，可以将内部体积制成具有网格结构，该网格结构在应力集中高的地方密集，而在应力集中低的区域密集。拓扑优化和生成设计等技术还可以生产出几何形状针对特定负载情况进行优化的零件，并去除不具有结构优势的材料。这些技术通常生产具有高度复杂、有机式几何形状的零件，这使得它们无法用其他技术制造。 

10。快速设计与制造

了解如何进行 3D 打印设计需要熟悉其 DFM 要求。与其他制造技术相比，它的严格程度较低。这使得工程师可以更轻松地设计零件，因为他们不需要考虑其他制造技术中存在的广泛限制。在制造方面，3D 打印通常速度更快，特别是对于复杂零件。复杂的零件可能需要在 CNC 机床上进行多次设置，也可能需要在多台机器上制造，而 3D 打印可以在一次设置中完成整个零件。 

3D 打印的缺点是什么？

3D打印的缺点是：

1。后处理

大多数 3D 打印零件需要某种形式的后处理。通常后处理可能包括支撑去除、紫外线固化、炉中烧结、抛光，甚至是轴承座等高公差特征的加工。  

2。版权问题

由于 3D 打印物体的制造简单且成本低廉，因此在未经原始创作者同意的情况下复制设计变得很容易。互联网上有数以百万计的免费设计，可以轻松下载和复制，而无需归功于或补偿知识产权的原始所有者或他们从未意识到这一点。 3D 扫描也变得更加容易使用，这意味着可以扫描并复制现实世界的物体。 

3。数量大

3D打印一直是中低批量生产工艺。这主要是由于 3D 打印物体采用逐层制造的方法。如果需要一次放置更薄层的高质量零件，这个问题会进一步放大。某些打印技术（例如 HP 多喷头）可以利用整个体积来打印多个部件。但即便如此，周期时间仍明显慢于其他更成熟的制造技术。 

4。材料有限

3D打印不断添加新材料。然而，与更成熟的制造技术相比，这些仍然有限。虽然可以用许多流行的塑料和金属打印零件，但不可能利用已开发的数千种合金和化合物。这仅仅是因为这些合金和化合物尚未转化为与 3D 打印兼容的形式。 

5。部分结构

FDM 和 SLS 等一些 3D 打印技术生产的部件具有各向异性的特性。这意味着零件的性能根据施加负载的方向而变化。通常，零件在 Z 轴上的强度最弱，Z 轴被定义为从 3D 打印机打印床指向上方的轴。 

6。构建大小限制

3D 打印机具有多种构建尺寸。然而，通常用于生产的打印机的构建体积小于激光切割、卧式铣床和金属铸造等大规模制造技术。因此，3D 打印通常用于复杂组件的小规模制造。必须注意的是，此规则也有例外，因为一些专用 3D 打印机的构建体积非常大。

7。制造业裁员

3D打印是一种高度自动化的技术。人类唯一的交互是：零件设置、移除和后处理，这些通常都可以由一个人处理。事实上，一个人可以轻松操作多台机器。 3D 打印机还可以生产通常需要多台机器，甚至需要多台机器操作员的零件。这意味着在适用 3D 打印的情况下，某些工作可能会变得多余。然而，这并不是 3D 打印独有的情况，整个制造业都在发生这种情况。 

8。设计不准确

3D 打印物体的准确性和尺寸稳定性并不为人所知。打印过程中零件可能会变形。即使是最精确的 3D 打印机也无法与顶级 CNC 机器所达到的精度相媲美。 CNC 机器可以重复生产精度为 0.025 毫米的零件，而 DMLS 3D 打印机的零件精度为 0.4 毫米。 

有关 3D 打印优缺点的常见问题

购买 3D 打印机之前我应该了解什么？

购买 3D 打印机时，了解预期应用非常重要。例如，如果目标是生产视觉原型，那么 FDM 打印机可能更适合。然而，如果需要生产用于高应力应用的航空级零件，那么像 DMLS 这样的技术会更好。 要了解更多信息，请参阅我们的指南：购买 3D 打印机时要考虑的 10 件事。

3D 打印如今有哪些应用？

3D打印的应用多种多样。它已经渗透到各个主要行业，并在汽车、航空航天、医疗、生物技术甚至食品行业都有应用。在某些情况下，3D 打印用于生产髋关节，而在其他情况下，则发挥辅助作用，为现有制造技术（例如数控加工夹具）增加价值。 要了解更多信息，请参阅我们关于 3D 打印应用的文章。

3D打印未来有哪些应用？

3D打印技术将不断成熟。今天存在的许多缺点可能会在未来十年内消失。 3D打印有望成为一种更主流的制造技术，具有广泛的应用范围。更令人兴奋的进步之一是生产用于无排斥移植的患者特异性器官。另一种是生产具有流体通道、多种材料以及一次性打印到零件中的各种其他辅助组件的零件。下一代波士顿动力 Atlas 机器人的腿就是一个例子。

3D打印有优势吗？

是的，3D 打印具有优势并且已在许多应用中得到应用。在无法直接制造零件的情况下，3D 打印可用于提高机器和装配操作员的效率。

摘要

本文介绍了 3D 打印的优点和缺点，解释了它们是什么，并讨论了每种技术在制造业 3D 打印中如何发挥作用。要了解有关 3D 打印的更多信息，请联系 Xometry 代表。

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迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

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