3D列印的分類

3D 列印的稱謂，是與常見的平面列印類比而來的，它與平面列印有許多共同的特徵：

平面列印是將需要列印的信息形成印表機可讀的文件（圖片、文檔、或其他格式），然後將此文件信息傳送到印表機，經印表機解讀後在列印紙上以平面形狀的方式將文件內容列印出來。通常來講，平面上列印出來的任何形狀或符號並不具備實際的功能，而只作為傳遞信息用。

3D 列印的步驟是首先將想要列印的物品的三維形狀信息寫入到 3D 印表機可以解讀的文件，然後將文件傳輸到 3D 印表機，3D 印表機解讀文件後，以材料逐層堆積的方式列印出立體形狀。通常情況下，三維的形狀是功能的基礎，因此，列印出了形狀，也就列印出了功能。平面列印是為了傳遞信息，而 3D 列印作為一種製造加工的技術，卻可以直接實現功能。

此外，3D 列印又稱為增材製造，這個概念是與「減材製造」相對比而言的。我們通常所使用的材料加工技術多為「減材製造」技術，即對原材料進行去除、切削、組裝等加工，使原材料具備特定的形狀並可執行特定的功能。而「增材製造」直接將原材料逐層堆積成特定的形狀，以實現特定的功能。

3D 列印的分類

3D 列印的分類方式有很多，最主要的三種分類方式分別是按應用領域分類、按原材料分類、按照技術原理進行分類。

按照最終產品的應用領域，3D 列印可分為消費級 3D 列印和工業級 3D 列印。消費級 3D 列印主要面對消費型、娛樂型以及對產品精度要求不高的產品，例如玩具模型、教學模型等；而工業級 3D列印主要面對質量精度要求較高的航空航天、醫療器械、汽車、模具開發等下遊應用場景。二者在眾多方面存在較大差別，工業級 3D 列印精度更高，列印速度更快，可列印的尺寸範圍更廣，產品可靠性也更好。但也正由於這些，工業級 3D 列印的價格更高。

根據所使用的原材料不同，可大致將 3D列印技術分為金屬材料的 3D列印和非金屬材料的 3D列印。按照列印技術的特點，3D 列印又可分為選擇性雷射熔化成型(SLM)、選擇性雷射燒結成型(SLS)、雷射直接燒結技術(DMLS)、電子束熔化技術(EBM)、熔融沉積式成型(FDM)、選擇性熱燒結(SHS)、立體平板印刷(SLA)、數字光處理(DLP)、三維列印技術(3DP)、及細胞繪圖列印(CBP)等。

1986 年，美國科學家 Charles Hull 利用液態光敏樹脂被一定波長的紫外光照射後即變成固體的特性，發明出世界上第一臺 3D 印表機。它的基本原理是將液態光敏樹脂倒進一個容器，液面上方有一臺雷射器，當電腦發出指令，雷射器發射紫外光，紫外光照射液面特定位置，該位置的光敏樹脂即發生固化。液態光敏樹脂的液面在列印的過程中隨固化的速度上升，使得紫外光照射的地方始終是液態樹脂，最終經過層層累積，形成一定形狀。這種技術也被稱為立體平板印刷技術(SLA)，這也是目前最成熟的 3D 列印技術之一。

除 SLA 技術外，FDM 技術應用也比較廣泛，其基本原理是加熱噴頭在計算機的控制下，根據產品零件的截面輪廓信息，作 X-Y 平面運動，熱塑性絲狀材料由供絲機構送至熱熔噴頭，並在噴頭中加熱和熔化成半液態，然後被擠壓出來，有選擇性的塗覆在工作檯上，快速冷卻後形成一層大薄片輪廓。一層截面成型完成後工作檯下降一定高度，再進行下一層的熔覆，如此循環，最終形成三維產品零件。這種技術可以用於大體積物品的製造，成本也較低，設備技術難度較低；缺點是所生產的物品常常縱向的力學性能原小於橫向的力學強度，且列印速度緩慢，產品表面質量也有待進一步提高。

由以色列 Objet 公司開發的聚合物噴射技術（PolyJet）列印技術與傳統的噴墨印表機類似，由噴頭將微滴光敏樹脂噴在列印底部上，再用紫外光層層固化。噴頭沿 X／Y 軸方向運動，光敏樹脂噴射在工作檯上，同時 UV 紫外光燈沿著噴頭運動方向發射紫外光對工作檯上的光敏樹脂進行固化，完成一層列印；之後工作檯沿 Z 軸下降一個層厚，裝置重複上述過程，完成下一層的列印, 重複前述過程，直至工件列印完成。PolyJet 3D 列印技術具有快速加工和原型製造等諸多優勢，甚至能快速、高精度地生成具有卓越的精緻細節、表面平滑的最終用途零件。因此 PolyJet 技術應用廣泛，在航空航天、汽車、建築、軍工、商業品、消費品、醫療等行業具有很好的應用前景。PolyJet 3D 列印技術使用的光敏聚合物多達數百種，從橡膠到剛性材料，從透明材料到不透明材料，從無色材料到彩色材料，從標準等級材料到生物相容性材料，以及用於在牙科和醫學行業進行 3D 列印的專用光敏樹脂，都能使用 PolyJet 技術進行列印。

選擇性雷射熔化成型技術（SLM）和選擇性雷射燒結成型技術（SLS）是發展最早、也是目前使用最廣泛的金屬 3D 列印技術。SLM 技術所使用的材料多為單一組分金屬粉末，包括奧氏體不鏽鋼、鎳基合金、鈦基合金、鋁合金、鈷-鉻合金和貴重金屬等。理論上講只要雷射束的功率足夠大，可以使用任何材料進行列印。SLM 技術的基本原理是雷射束快速熔化金屬粉末，形成特定形狀的熔道後自然凝固。其優點包括表面質量好、具有完全冶金結合、高精度、所使用的材料廣泛。主要缺點是列印速度慢、零件尺寸受到限制、後處理過程比較複雜。目前該技術已較廣泛的應用到了航空航天、微電子、工業機械、醫療、珠寶首飾等行業。

SLS 技術的原理是預先在工作檯上鋪一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末），雷射在計算機控制下，按照界面輪廓信息，對實心部分粉末進行燒結，然後不斷循環，層層堆積成型。與 SLM 技術不同，在列印金屬粉末時 SLS 技術在實施過程中不會將溫度加熱到使金屬熔化。

電子束熔化技術（EBM）是一種較新的可以列印金屬材料的 3D 列印技術，它與 SLS 或 SLM 技術最大的區別在於使用的熱源不同：SLS 或 SLM 技術以雷射作為熱源，而 EBM 技術則以電子束為熱源。EBM 技術在列印速度方面具有顯著優勢，所得工件殘餘應力也較小，但設備比較昂貴，耗能較多。