三分钟迅速带你了解3D打印原理

3D打印是制造业领域的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。近年来，随着工业技术的进步，3D打印技术得到迅速发展并得到媒体的广泛关注，各类3D打印技术被纷纷报道。

下面，给大家分享的是3D打印原理高分子篇和金属篇，主要介绍SLA、CLIP、3DP、PolyJet、FDM五大高分子技术，以及NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金属3D打印原理。

1、SLA（StereoLithography）

SLA即光固化成型技术，指利用紫外光照射液态光敏树脂发生聚合反应，来逐层固化并生成三维实体的成型方式，SLA制备的工件尺度精度高，是商业化的最早3D打印技术。

以下是SLA工艺工程：

紫外激光源

光固化反应

逐层扫描成型

2、CLIP（ContinuousLiquid Interface Production technology）

CLIP即连续液体界面提取技术，是在Carbon 3D公司在SLA技术的基础上开发的具有革命性的3D打印技术，将3D打印的速度提高了100倍！

CLIP从底部投影，使光敏树脂固化，不需要固化的部分通过控制氧气，形成死区，抑制光固化反应而保持稳定的液态区域，这样就保证了固化的连续性。

光固化反应

氧气抑制光固化过程

光固化死区演示

CLIP成型过程

3、3DP（Three-DimensionalPrinting）

3DP即三维打印快速成型技术，其与传统二维喷墨打印接近，从喷头喷出粘结剂（彩色粘结剂可以打印出彩色制件），将平台上的粉末粘结成型，通常用采用石膏粉作为成型材料。3DP技术目前主要应用有两个：全彩3D打印及砂模铸造。

以下是Exone公司用3DP技术进行砂模铸造的过程：

粘结剂喷射

加热固化

打印成型

铸造成型

4、PolyJet

PolyJet即聚合物喷射技术，其成型原理类似3DP技术，但喷射的不是粘合剂而是光固化树脂，喷射完成后通过紫外光照射固化成型。

PolyJet成型原理

PolyJet采用阵列式喷头，甚至可以同时喷射不同材料，实现多种材料、多色材料同时打印。

阵列喷头工作过程

PolyJet打印过程

5、FDM（FusedDeposition Modeling）

FDM即熔融层积技术，利用高温将材料熔化，通过打印头挤出成细丝，在构件平台堆积成型。FDM是最简单也是最常见的3D打印技术，通常应用于桌面级3D打印设备。

以下是FDM技术的工作原理：

模型处理

耗材挤出成型

逐层打印过程

去除支撑

表面处理

金属3D打印技术可以直接用于金属零件的快速成型制造，具有广阔的工业应用前景，是国内外重点发展的3D打印技术，下面跟大家分享NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金属3D打印原理。

6.NPJ（Nano Particle Jetting）

NPJ技术是以色列公司Xjet最新开发出的金属3D打印成型技术，与普通的激光3D打印成型相比，其使用的是纳米液态金属，以喷墨的方式沉积成型，打印速度比普通激光打印快5倍，且具有优异的精度和表面粗糙度。

以下是Xjet设备工作过程：

金属颗粒细化

 

 

金属颗粒分布在液滴中

 

 

液滴喷射成型过程

 

 

液相排出过程

 

 

烧结后的制件

 7.SLM（Selective Laser Melting）

SLM即选区激光熔化成型技术，是目前金属3D打印成型中最普遍的技术，采用精细聚焦光斑快速熔化预置金属粉末，直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的零件，得到的制作致密度可达99%以上。

激光振镜系统是SLM的关键技术之一，以下是SLM Solution公司的振镜系统工作图：

 

  激光发射

激光传输

 

  扫描振镜

 

 

激光扫描熔化

 

 

金属粉末熔化过程

金属3D打印过程中，由于制件通常较复杂，需要打印支撑材料，制件完成后需要去除支撑，并对制件的表面进行处理。

 

取出制件 

 

去除支撑

 

后处理

 8.SLS（Selective Laser Sintering）

SLS即选区激光烧结成型技术，与SLM技术类似，区别是激光功率不同，通常用于高分子聚合物的3D打印成型。

以下是SLS制备塑料制件的过程：

 

 

模型分层切片

 

 

激光烧结过程

 

 

制件的取出

 

 

后处理

SLS也可用于制造金属或陶瓷零件，但所得到的制件致密度低，且需要经过后期致密化处理才能使用。

 

 

SLS制造金属零件

 9.LMD（Laser Metal Deposition）

LMD即激光熔覆成型技术，该技术名称繁多，不同的研究机构独立研究并独立命名，常用的名称包括：LENS, DMD, DLF, LRF等，与SLM最大不同在于，其粉末通过喷嘴聚集到工作台面，与激光汇于一点，粉末熔化冷却后获得堆积的熔覆实体。

以下是LENS技术的工作过程：  

 

同轴送粉 

构建过程

  10.EBM（Electron Beam Melting）

EBM即电子束熔化技术，其工艺过程与SLM非常相似，区别在于，EBM所使用的能量源为电子束。EBM的电子束输出能量通常比SLM的激光输出功率大一个数量级，扫描速度也远高于SLM，因此EBM在构建过程中，需要对造型台整体进行预热，防止成型过程中温度过大而带来较大的残余应力。

以下是EBM工作过程：  

 

整体预热

 

成型过程

熔化过程中粉末的变化

编辑 ：jq