伴随着3D打印技术的不断发展，3D打印产业也逐渐涌现出各种新型的高端技术。新技术的诞生，无疑促进了整个3D打印行业的加速发展，虽然这给业内的各大企业带来了不小的压力，但这更是改变了3D打印一直被冷落的尴尬局面。今天，小编就带你看遍目前世界工业界最流行的几种3D打印工艺技术：

 

　　3D SLA printing processSLA 3D打印工艺

 

　　1986年，3D Systems公司创始人Charles Hull发明了光固化成型技术。光固化成型法（StereoLithography，SL或SLA）是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。目前，3D打印技术以SLA的研究最为深入，也商业化的最早。

 

　　一、SLA工艺原理

 

　　FDM工艺利用紫外线照射液体光敏树脂使其固化，加工过程中平台会逐层沉入树脂槽。

 

　　SLA工艺原理如下图所示。液槽中盛满液态光敏树脂，紫外波长的激光束在偏转镜作用下于液面上，按截面轮廓信息扫描，光点经过的地方，受 辐射的液体就固化。这样，一次平面扫描便加工出一个与分层平面图形相对应的层面，并与前一层已固化部分牢固地粘结起来，如此反复直到整个工件完成。采用 SLA工艺的工件一般还需要后续处理，包括清洗、去支撑、打磨、再固化等，以得到符合要求的产品。

 

　　SLA打印工艺原理

 

　　FDM成型工艺对于悬臂部位需要支撑，产品和支撑为同一种材质。对于彩色模型，需要后期上色处理。

 

　　二、SLA工艺的优势、劣势

 

　　1）、精度高、表面光滑、可加工大尺寸产品

 

　　2）、树脂种类繁多以满足各种性能需求

 

　　3）、成型件强度力学性能较差，强度、刚度、耐热性能有限，产品通常不适合长期使用4）设备价格较高，打印速度较慢，材料较贵三、SLA工艺应用范围

 

　　1）、快速加工高精度、高表面质量、多细节手板样件，可用于外观验证、装配校核，某些情况下可用于功能测试。

 

　　2）、针对特殊要求有相应的特性材料（通常用于短时间），比如耐热树脂。

 

　　3）、打印产品表面质量好、精度高，可用于铸造模具。

 

　　3D Polyjet printing processPolyjet 3D打印工艺

 

　　2000年，以色列Objet公司申请了PolyJet聚合物喷射技术专利，该公司已于2011年被美国Stratasys公司收购。PolyJet技术的成型原理与3DP有点类似，但喷射的不是粘合剂而是树脂材料。 在不同的3D打印公司，对PolyJet工艺的称呼不尽相同（如3D Systems公司称MJP：MultiJet Printing），但其工作原理是一致的。

 

　　一、Polyjet工艺的原理

 

　　PolyJet技术采用的是阵列式喷头，根据模型切片数据，几百至数千个阵列式喷头逐层喷射液体光敏树脂于平台。工作时喷射打印头沿XY 平面运动，当光敏聚合材料被喷射到工作台上后，滚轮把喷射的树脂表面处理平整，UV紫外光灯对光敏聚合材料进行固化。完成一层的喷射打印和固化后，设备内 置的工作台会极其精准地下降一个成型层厚，喷头继续喷射光敏聚合材料进行下一层的打印和固化。如此反复，直到整个工件打印制作完成。

 

　　在悬臂结构处需要支撑，支撑材料通常与模型材料不同，工件成型的过程中将使用两种以上类型的光敏树脂材料。PolyJet技术可在机外混合多种基础材料，得到性能更为优异的新材料，极大扩展了该技术在各领域的应用。

 

　　二、Polyjet工艺的优势、劣势

 

　　1）、可同时喷射不同材料，适合多种材料、多色材料同时打印，满足不同颜色、透明度、刚度等需求。

 

　　2）、加工精度高，打印层厚低至16微米，产品细节体现非常好。

 

　　3）、产品通常不适合长期使用。

 

　　4）、材料价格贵，更换材料、打印过程材料消耗比SLA大，产品成本高。

 

　　三、Polyjet工艺应用范围

 

　　1）、加工多材料、多颜色混合原型，也可以加工透明产品，常用于外观与装配测试。

 

　　2）、精度高、表面细节好的铸造模具。

 

　　3）、制造小批量注塑模具。

 

　　3D 3DP printing process3DP 3D打印工艺

 

　　立体喷墨打印法（Three-Dimension Printing，3DP）是出现很早的一种3D打印技术。1993年由MIT发明，1995年 Z Corporation公司获得专属授权，2011年被3D Systems收购（技术名称更改为ColorJet Printing）推出，是世界上最早的全彩色3D打印技术。国际上著名的3dp工艺公司还有ExOne、VoxelJet等。

 

　　一、3DP工艺的原理

 

　　从工作方式来看，三维印刷与传统二维喷墨打印最接近。与SLS工艺一样，3DP也是通过将粉末粘结成整体来制作零部件，不同之处在于，它 不是通过激光熔融的方式粘结，而是通过喷头喷出的粘结剂。其详细工作原理为：

 

　　1）3DP的供料方式与SLS一样，供料时将粉末通过水平压辊平辅于打印平台 之上；

 

　　2）将带有颜色的胶水通过加压的方式输送到打印头中存储；

 

　　3）接下来打印的过程就很像2D的喷墨打印机了，首先系统会根据三维模型的颜色将彩色的胶 水进行混合并选择性的喷在粉末平面上，粉末遇胶水后会粘结为实体；

 

　　4）一层粘结完成后，打印平台下降，水平压棍再次将粉末铺平，然后再开始新一层的粘结， 如此的反复层层打印，直至整个模型粘结完毕；

 

　　5）打印完成后，回收未粘结的粉末，吹净模型表面的粉末，再次将模型用透明胶水浸泡，此时模型就具有了一定的强度。

 

　　理论上讲，任何可以制作成粉末状的材料都可以用3DP工艺成型，材料选择范围很广。

 

　　二、3DP工艺的优势、劣势

 

　　1）、成型速度快，价格相对低廉，粉末通过粘结剂结合，而不是其他工艺在保护气氛下烧结。

 

　　2）、可实现有渐变色的全彩色3D打印，可以完美体现设计师在色彩上的设计意图。

 

　　3）、打印过程无需支撑材料，不但免除去除支撑的过程，而且也降低了使用成本。

 

　　4）、可实现大型件的打印（目前最大可打印4米）。

 

　　5）、产品力学性能差，强度、韧性相对较低，通常只能做样品展示，无法适用于功能性试验。

 

　　6）、采用3DP技术的3D打印机，多用于砂模铸造、建筑、工艺品、动漫、影视等方面，目前有些3D照相馆也都是采用了3DP技术的3D打印机。

 

　　三、3DP工艺的应用

 

　　1）、全彩色外观样件、装配原型。

 

　　2）、某些条件下可生产毛坯零件，借助后期加工得到工业产品。如粘结金属粉末后期烧结并渗入金属液得到可使用零件。

 

　　3）、铸造模样打印。

 

　　4）、直接打印砂型、砂芯。

 

　　3D SLM printing processSLM 3D打印工艺

 

　　1995年，德国Fraunhofer激光器研究所（Fraunhofer Institute for Laser Technology，ILT）最早提出了选择性激光熔融技术（Selective Laser Melting，SLM），用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件。SLM技术克服了SLS技术制造金属零件工艺过程复杂的困扰。用SLS技术制造金 属零件的方法主要有：

 

　　1）、熔模铸造法：首先采用SLS技术成型高聚物（聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS等）原型零件，然后利用高聚物的热降解性，采用铸造技术成型金属零件；

 

　　2）、砂型铸造法：首先利用覆膜砂成型零件型腔和砂芯（即直接制造砂型），然后浇铸出金属零件；

 

　　3）、选择性激光间接烧结原型件法：高分子与金属的混合粉末或高分子包覆金属粉末经SLS成型，经脱脂、高温烧结、浸渍等工艺成型金属零件；

 

　　4）、选择性激光直接烧结金属原型件法：首先将低熔点金属与高熔点金属粉末混合，其中低熔点金属粉末在成形过程中主要起粘结剂作用，然后利 用SLS技术成型金属零件。最后对零件后处理，包括浸渍低熔点金属、高温烧结、热等静压（Hotisostatic Pressing，HIP）。

 

　　一、SLM工艺的原理

 

　　SLM是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。SLM与SLS制件过程非常相似，这里不再赘述。但 是，SLM工艺一般需要添加支撑结构，其主要作用体现在：

 

　　1）、承接下一层未成型粉末层，防止激光扫描到过厚的金属粉末层，发生塌陷；

 

　　2）、由于成型过程中粉 末受热熔化冷却后，内部存在收缩应力，导致零件发生翘曲等，支撑结构连接已成型部分与未成形部分，可有效抑制这种收缩，能使成型件保持应力平衡。

 

　　二、SLM工艺的优势、劣势

 

　　1）、SLM工艺加工标准金属的致密度超过99%，良好的力学性能与传统工艺相当。

 

　　2）、可加工材料种类持续增加，所加工零件可后期焊接。

 

　　3）、价格昂贵，速度偏低。

 

　　4）、精度和表面质量有限，可通过后期加工提高。

 

　　三、SLM工艺应用范围

 

　　1）、加工标准金属的外观、装配、功能原型。

 

　　2）、支撑零件，如夹具、固定装置等。

 

　　3）、小批量零件生产。

 

　　4）、注射模具。

 

　　3D CLIP printing processCLIP 3D打印工艺

 

　　2014年，连续液面生长（Continuous Liquid Interface Production，CLIP）工艺被申请专利。2015年3月20日，Carbon3D公司的CLIP技术登上了权威学术杂志 Science 的封面。CLIP本质上是SLA（或DLP）的改进，其原理并不复杂，底部的紫外光投影让光敏树脂固化，而氧抑制固化，水槽底部的液态树脂由于接触氧气而 保持稳定的液态区域，这样就保证了固化的连续性。

 

　　CLIP工艺打印原理

 

　　CLIP工艺主要依赖于一种特殊的既透明又透气的窗口，该窗口同时允许光线和氧气通过。该机器能够控制氧的确切量和氧气被允许进入树脂池 的时间。氧气因此起到了抑制某些区域树脂固化的作用，而与此同时光线会固化那些没有暴露在氧气里的区域。也就是说，氧气能够在树脂内营造一个光固化的“盲 区”，这种“盲区”最小可达几十微米厚（约为2-3个红细胞的直径）。在这些区域里的树脂根本不能可能发生光聚合反应。然后该设备会使用UV光像放电影那 样把3D模型的一系列横截面投射到里面。

 

　　这项技术最重要的两个优势，一个是打印速度快到了颠覆性程度，比传统的3D打印机要快25 – 100倍，理论上有提高到1000倍的潜力。另外一个是分层理论上可以无限细腻：传统3D打印需要把3D模型切成很多层，类似于叠加幻灯片，这个原理就决 定了粗糙无法消除，而连续液面生产模式在底部投影的光图像可以做到连续变化，相当于从叠加幻灯片进化成了叠加视频，虽然毫无疑问这个视频帧数也不是无限 大，但是对比幻灯片的进步是巨大的。

 

　　使用连续生长的加工方式大大改善了产品的力学性能。传统的3D打印零件因为层状结构，其力学特性在各个方向上不同，特别是在堆叠的方向上，抗剪切性能很差。而连续液面生产的零部件的力学特性在各个方向保持一致，在实际应用中少了很多顾虑。

 

　　3D EBM printing processEBM 3D打印工艺电子束熔融成型法（Electron Beam Melting，EBM）由Arcam公司发明，是金属增材制造的另一种方式。其工艺过程与SLM非常相似，最大的区别是能量源由激光换成了电子束。一、EBM工艺的原理电子束熔融（EBM）技术经过密集的深度研发，现已广泛应用于快速原型制作、快速制造、工装和生物医学工程等领域。EBM技术使用电子束，将金属粉末一层一层的融化生成完全致密的零件。 电子束由位于真空腔顶部的电子束枪生成。电子枪是固定的，而电子束则可以受控转向，到达整个加工区域。电子从一个丝极发射出来，当该丝极 加热到一定温度时，就会放射电子。电子在一个电场中被加速到光速的一半。然后由两个磁场对电子束进行控制。第一个磁场扮演电磁透镜的角色，负责将电子束聚 焦到期望的直径。然后，第二个磁场将已聚焦的电子束转向到工作台上所需的工作点。

 

　　因具有直接加工复杂几何形状的能力，EBM工艺非常适于小批量复杂零件的直接量产。该工艺使零件定制化成为可能，而且为CAD to metal工艺优化的零件，可以获得用其它制造技术无法形成的几何形状，因此，零件将因无与伦比的性能而对客户体现其价值。该工艺直接使用CAD数据，一 步到位，所以速度很快。设计师从完成设计开始，在24小时内即可获得全部功能细节。与砂模铸造或熔模精密铸造相比，使用该工艺，交货期将被显著缩短。

 

　　生产过程中，EBM和真空技术相结合，可获得高功率和良好的环境，从而确保材料性能优异。

 

　　二、EBM工艺的优势、劣势

 

　　1）、在窄光束上达到高功率的能力，能打印难熔金属，并且可以将不同的金属熔合。

 

　　2）、真空环境排除了产生杂质的可能，譬如氧化物和氮化物，真空熔炼的质量可保证材料的高强度。

 

　　3）、激光束式不实施预热，电子束式实施预热。电子束式的温差小，残余应力低，加工支撑所需较少。

 

　　4）、EBM工艺加工过程中会预热粉末，粉末会呈现假烧结状态，不利于小孔、缝隙类特征打印，如1mm的孔易被粉末堵死。

 

　　5）、EBM设备需要真空系统，硬件资金投入更高，而且需要维护。电子束技术的操作过程会产生X射线（解决方案：真空腔的合理设计可以完美的屏蔽射线。）

 

　　3D Polyjet printing processMJF 3D打印工艺

 

　　众所周知，MJF 3D打印工艺也是近年来刚兴起的3D打印工艺之一，主要由惠普公司研发。被称为是新兴增材制造技术的一大“中坚力量”。

 

　　一、MJF工艺的原理

 

　　对于MJF技术我们已经知道的是，其机器主要依靠两个不同的喷墨组件打造全彩的3D零部件，一个组件主要负责铺设打印材料，形成对象实体，另一个喷墨组件则负责喷涂、上色和融合，使部件获得所需要的强度和纹理。该技术的工作方式简单来说就是：先铺一层粉末，然后喷射熔剂，与此同时还会喷射一种精细剂（detailing agent），以保证打印对象边缘的精细度，然后再在上面施加一次热源。惠普公司表示，这将使其打印速度比选择性激光烧结（SLS）技术、熔融沉积成型（FDM）技术快10倍，而且不会牺牲部件的精细度。

 

　　二、MJF工艺的优势及劣势

 

　　该工艺能够简化工作流程并降低成本，实现快速成型;以突破性的经济效益实现零部件制造;降低了使用门槛、并支持各行业新应用的开放式材料与软件创新平台。惠普3D打印业务总裁Stephen Nigro称，HP多喷嘴式熔融3D打印解决方案以业内的创新方式实现了高速度、高质量和低成本的有效结合。这令企业和制造商可以重新思考为客户设计和交付解决方案的方式。