先进 3D 打印技术（二）：探索逐层制造工艺
第二部分：3D 打印技术分类
3D 打印——亦称增材制造 (AM)——提供多种打印技术供选择。尽管各方法差异显著，但所有 3D 打印技术遵循同一基本原理：增材制造技术通过逐层堆积或沿编程路径沉积材料来构建工件。
按成层方式分类，3D 打印技术主要分为七大类：
1. 金属挤出成型
喷嘴或其他孔口选择性挤出材料。完成一层后，构建平台下降或挤出头上升，下一层材料挤出并粘结在前一层之上。主要适用材料包括：
- 热塑性塑料
- 共晶金属
- 陶瓷
- 复合材料
- 建模粘土
- 金属填充粘土
- 混凝土
- 食品
- 活细胞
该技术包含两个子类：熔融沉积建模 (FDM) 或熔丝制造 (FFF)。主要技术提供商包括 Stratasys、Arbur、Aleph Objects、北京铁时、MakerBot Industries、Ultimaker。金属挤出技术拥有最大的增材制造装机量，工艺由 Stratasys 开创。
2. 材料喷射
一个或多个喷墨打印头在移动过程中将微小液滴状建筑材料沉积在粉末床上。因可使用多个打印头，每个喷头可喷射不同材料。该技术还可采用“直接书写”技术，将纳米级打印材料雾化并与惰性载气混合成气溶胶，再推送至表面。
适用材料包括：
- 光聚合物
- 蜡状材料
- 金属/非金属
- 导体
- 介电体
主要提供商包括 3D Systems、Stratasys、Solidscape、Keyence。该技术可生产熔模铸造蜡模。
3. 粘结剂喷射
粘结剂喷射利用喷墨打印头喷嘴精细沉积液体粘结剂，将粉末材料粘结成型。与材料喷射不同，喷嘴喷出的不是原始建筑材料，而是液化粘结剂，沉积在粉末床上将粉末固定成所需形状。
适用材料：
- 丙烯酸聚合物
- 金属
- 砂
- 陶瓷
主要提供商包括 3D Systems、ExOne、Voxeljet、Microjet Technology、Digital Metal、HP。该方法可用于制造砂型铸造用砂模。
4. 片材叠层
片材叠层通过粘结片材层来实现设计。片材要么是涂胶纸张，叠层后形成类似胶合板的实体；要么是金属箔和胶带，可制成金属零件。片材叠层也称为分层实体制造 (LOM)。
主要提供商包括 Helisys、Micro Technologies、Fabrisonic。
5. 光固化成型
槽内液态光聚合物经光激活聚合选择性固化。该技术仅适用于光聚合物。目前市场上有两种光固化技术：
- 立体光刻 (SLA) 利用紫外激光和安装在计算机控制振镜上的 X-Y 扫描镜固化槽内顶层液态光聚合物。激光触及的每一点均固化。早期增材制造中 SLA 曾是无可争议的领先工艺。
- 光固化技术扩展至 数字光处理 (DLP)。DLP 增材制造打印机采用数字光投影屏幕而非激光作为光源，一次性投影固化整层图像。
主要提供商包括 3D Systems、Envisiontec、DWS、Asiga、Rapid Shape 等。
6. 粉末床熔融
热能选择性熔融粉末床区域。热能使粉末材料熔化，冷却后转变为固相。能量源可为激光或电子束。
该工艺也称为：
- 激光烧结
- 直接金属激光烧结 (DMLS)
- 选择性激光烧结 (SLS)
- 电子束熔化 (EBM)
- 选择性激光熔化 (SLM)
激光基技术产生的表面光洁度更好、细节更精细；电子束前期成本较高，但速度更快，残余应力水平更低。
大多数金属增材制造系统采用粉末床熔融工艺。EOS 是装机量最大的成熟金属增材制造工艺。高能量粉末床熔融 (PBF) 工艺虽成本高昂，但因能用接近熔模铸造冶金质量的合金制造复杂 3D 形状，正威胁传统熔模铸造市场份额。SLM 是最成熟的增材制造方法，占据金属打印市场 70% 以上份额。
适用材料：聚合物、金属、砂。主要提供商包括 3D Systems、EOS、Arcam、SLM Solutions、Realizer、Concept Laser、Aconity3D、Proto Labs 等。
7. 定向能量沉积
热能在材料沉积过程中熔融材料。通常激光为能量源，材料为金属粉末。采用 4 或 5 轴运动系统定位沉积头。该技术仅适用金属材料，但可同时使用多种金属材料。
定向能量沉积 (DED) 技术主要提供商包括 Optomec、POM Group、BeAM、Trumpf、RPM and Innovations。DED 也称为吹粉增材制造和激光熔覆。该方法适合在现有工件上增材，是零件修复或改性的最佳选择。
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