增材制造七大核心工艺全景解析：原理、优劣势与选型指南

增材制造（AM）/3D打印：基于CAD三维模型，逐层堆积熔融材料成型。1987年商业化起步，近年爆发式增长。厂商常为同类核心工艺创造营销术语，易致市场认知混淆。依据ISO/ASTM标准，梳理七大核心工艺分类（前四类适配金属）：

1. 粘结剂喷射
2. 定向能量沉积（DED）
3. 粉末床熔融（PBF）
4. 片材叠层
5. 材料挤出
6. 材料喷射
7. 光固化槽光聚合

1. 粘结剂喷射

独特无热熔合：选择性喷射粘结剂粘合粉末。滚铺粉末→喷头喷射粘结剂→平台下降→循环。未结合粉末回收复用。

• 优：多色件、多材料（金属/聚合物/陶瓷）、速度快、无翘曲收缩、粉末复用率高、双材料法支持不同粘结剂-粉末组合
• 劣：后处理耗时长、强度低不宜结构件、精度低于材料喷射

2. 定向能量沉积（DED）

聚焦热源（激光/电子束/等离子弧）熔融沉积粉末/丝材。主攻金属、混合制造（可动基板成型复杂形状）、别称：激光金属沉积(LMD)、3D激光熔覆、直接光制造。核心定位：零件修复/返新（定向增材）。

• 优：高强致密、快速成型、材料利用率高、材料切换快、支持定制合金、近净成形、大尺寸件能力
• 劣：设备资本支出高、分辨率低表面粗糙需后处理、不支持支撑结构

3. 粉末床熔融（PBF）

四大能源路线：激光/电子束/粘结剂+能量/热熔融。能源熔融粉末颗粒固化成型。双腔室（成型/粉末仓）+涂粉滚筒。铺粉→刮平/刮刀平整→能源扫描熔融→平台下降/粉末仓上升同步→循环。

• 优：设备成本相对低、支撑结构极少/无、材料选择广、多材料共打、粉末可回收
• 劣：打印慢、后处理久、结构性能弱、表面纹理波动、可能需构建板防翘曲、打印速度决定粉末可回收性、聚合物件热变形、高能耗

4. 片材叠层

薄板堆叠+粘结/超声焊/钎焊，激光/CNC切割成最终形状。增材分辨率最低、细节最少，但低成本、快速、材料易得，适配快速打样。

七大子类：LOM、SLCOM、PSL、CAM-LEM、SDL、CBAM、UAM。原理同构：送板→选择性粘结/不粘结→层叠→切割去边料。

• 优：低成本、大成型尺寸、全彩、易集成混合制造、物料搬运易、多材料分层、部分工艺材料相态不变、打印快（需后处理）
• 劣：层高锁定板厚不可调、表面质量随材料波动需后处理、材料选择窄、去边料耗时难、废料率相对高、中空件受限、粘结强度依赖工艺

5. 材料挤出（FDM/FFF）

消费级普及度最高。热熔挤出热塑性/复合丝材逐层堆积。

• 优：材料库丰富、原理直观易懂、换料友好、启动/运行成本低、薄小件打印快、公差±0.1mm、无需看护、设备小、低温工艺
• 劣：层纹明显、挤出头连续运动/物料堆积、需支撑、Z向强度弱、精细/大面积件耗时长、易翘曲/受温漂影响、部分材料有毒

6. 材料喷射

蜡状材料微滴选择性喷射固化分层。支撑结构机械剥离/熔融去除。

• 优：极高精度/表面质量、适配铸造模型
• 劣：蜡状材料品类少、脆性大、成型慢

7. 光固化槽光聚合

紫外激光逐层固化光敏树脂液体。三大主流：立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)、连续数字光处理(CDLP)。

• 优：高精度/优表面、相对快速、大成型尺寸
• 劣：成本高、后处理/脱模耗时长、仅限光敏树脂、打印后仍敏感紫外、结构件需支撑/二次固化

结语

AM设备平民化推进，设计自由度与材料特性组合解锁广阔应用。航天/汽车/医疗领跑受益。快速打样、小批量、零件修复是增长核心驱动力。