3D打印既不是新的，也不仅限于由挤出塑料制成的零件。让我们进一步了解已建立的技术，包括它们的工作原理以及它们的独特之处。

我们中的许多人都会熟悉《星际迷航》的场景，皮卡德船长走到食物合成器前说，"茶，伯爵茶，热"，饮料奇迹般地出现了。当您向外行提及3D打印时，这有时是他们所期望的。

现实情况是，3D打印比物质混乱更接地气，当然更容易理解。

在本文中，我们将看看这种制造方法如何成为业余爱好者和工程师的支柱。

大多数人都熟悉减法制造的概念，如果不是那么多的名字。减材制造是通过去除不需要的材料，从核心石材，金属，木材或任何其他可雕刻材料中雕刻或加工所需物体的过程。与此相反的是增材制造。

增材制造被定义为将形成材料分层沉积到构建表面上，以创建3D对象。材料可以是纸张，塑料，树脂，甚至金属和混凝土。增材制造不是去除不需要的材料来留下所需的模型，而是从空的画布开始，一次一层地构建一个创作。

增材制造并不是什么新鲜事。它诞生于20世纪80年代初，许多先驱者今天仍然在讲述这个故事。我们在3D打印的历史中展示了这些人的快照以及这项技术的诞生 。

增材制造过程的存在归功于计算机。典型的 3D 模型以 CAD 绘图的形式开始其生命周期。从那里，切片软件将其转换为薄而扁平的轮廓，以在所需的介质中表达。

每个轮廓层都是模型的薄片，跟踪其XY尺寸，同时通过某种类型的反应过程将打印介质粘合成固体形式。这些层一个接一个地制造，最终形成最终对象的Z维度。

发展中的行业

增材制造代表了原型建模的巨大飞跃。它允许对概念进行数字定义，表示为薄至一毫米一小部分的层，然后沉积以创建成品。随着概念的成熟及其接受度的传播，增材制造已经发展成为一种可行的制造工艺。

自诞生以来，增材制造概念已经爆炸式增长。工业生产最终用途商品，业余爱好者正在开发新的工艺创意，医生，牙医和其他医疗专业人员现在正在等待患者时打印定制假肢。

丰富的技术

增材制造的新方法经常出现。十种最受欢迎的方法在我们的文章中包封 了2019年所有10种类型的3D打印技术。

但是，与任何努力一样，有竞争者和超级巨星。在接下来的部分中，您将更好地了解其中三位超级巨星。

熔融沉积建模（FDM）是大多数人在谈话转向3D打印时想到的技术。在FDM中，印刷介质是热塑性塑料。它以灯丝的形式提供，就像卷轴上的钓鱼线一样。

灯丝被强制进入加热的喷嘴，在那里它变成半液体糊状物。然后将该浆料挤出到打印表面上，因为喷嘴沿着计算机引导的路径。当塑料糊挤出时，它几乎立即变硬，为下一层留下基础。

一旦一层完成，表面或喷嘴将重新定位一毫米的几分之一，该过程将再次开始，在前一层之上融合一个新层。然后重复此分层过程，最终产生所需的3D模型。

优点和缺点

使FDM建模如此吸引人的主要因素之一是它的价格。FDM机器的起价不到200美元，是所有增材制造技术中最低的入门成本。

FDM的低成本与形成技术是简单的加热喷嘴这一事实直接相关。普通3D打印机的热端成本比新的焊枪便宜。

FDM设备也相对易于使用，并且可以快速生产出像样的零件，无论是出于美学还是功能目的。

FDM制造确实面临挑战：

• 低精度：与SLA和SLS相比，FDM是最不精确的增材制造技术。

• 必要的支撑：从头开始生长零件有时需要不属于最终模型的支撑结构。这代表了进入成品的额外时间和材料。此外，必须拆除这些支撑结构，这对于精致的模型来说是一个挑战。

• 有限的材料：由于FDM需要熔化和冷却的材料，因此该技术仅限于热塑性塑料。

• 中等强度：虽然FDM打印通常比SLA打印更强，但充其量只能显示出不错的强度。这是因为所使用的材料和内部结构不能完全坚固。

• 环境敏感性：大多数FDM机器都是向空气开放的。在这种情况下，像微风或室温变化这样微妙的东西可能会伤害打印件。

立体光刻（SLA）是一种基于称为大桶光聚合的过程的3D打印过程。它的工作原理是将一罐光敏液体介质暴露在激光下，激光充当紫外线光源。光束通过计算机控制的镜子重定向，以模型的X-Y表示暴露和硬化树脂，一次构建一层。当一层完成时，表面下降到大桶中，下一层开始。

SLA制造的产品可以如上所述或以倒置方式生产，其中光线从下方照射，构建平台从树脂槽中升起。

类似的3D打印技术是数字光处理（DLP），它使用投影仪屏幕而不是激光。

优点和缺点

围绕激光技术构建确实有缺点。SLA打印机通常不便宜。这个过程更多地涉及加热和沉积可熔的建模介质。但是，该过程几乎完全没有热量，这意味着热力学膨胀不是等式的一部分。几乎不需要尺寸补偿。

由于激光光源可以非常紧密地聚焦，因此SLA打印部件的分辨率比大多数其他形式的3D制造要高得多。微小、精致的零件通常使用 SLA 工艺创建。此外，硬化过程不是在激光的一次通过中完成的，因此随后的层粘合到前一个通道中，而不是在它们上面。成品模型通常没有层线。

另一种基于激光的增材制造技术是选择性激光烧结（SLS）。然而，这项技术从干燥的介质而不是液体中创建一个模型。

使用SLS，介质（通常是塑料或尼龙）被放置在成型室内，再次包含可移动的表面。介质是一种颗粒，其质地介于砂糖和面粉之间。然后将腔室温度升高至略低于所选介质的熔点。

镜面导向的激光束将所需模型的轮廓绘制到温暖的介质中。能量将介质的表面温度推高到其熔点以上，导致颗粒融合在一起或烧结。

然后，表面下降几分之一毫米，刮水器在工作区域上扫过一层新鲜的水平介质。该过程一次又一次地重复，以与大多数3D打印过程大致相同的方式创建模型。

SLS的变体包括直接金属激光烧结（DMLS）或选择性激光熔化（SLM），它们将类似的技术应用于金属。

优点和缺点

与FDM和SLA相比，SLS打印的一个明显优势是它可以生产具有更高强度的零件。此外，SLS工艺不需要支撑，因为未烧结介质的水平随着烧结产品的水平而上升，作为正在制造的模型的支撑材料。这意味着使用SLS通常更容易生产复杂的结构。

烧结完成后，大多数SLS型号只需要温和的后处理介质喷射（类似于喷砂）来清除任何剩余的未烧结颗粒。

SLS并非没有缺点。主要缺点是可访问性。由于该技术需要高功率激光器，因此SLS机器既昂贵又不安全，无法在低于车间类型的空间内运行。

此外，由于该过程涉及仅表面液化的颗粒，因此成品项目往往会表现出粗糙的颗粒状表面。这可以通过打印后的抛丸清理过程来缓解，但仅靠SLS永远不会产生光滑，有光泽的表面。

话虽如此，该技术是快速工业制造的热门选择。随着CO2激光包装价格的持续下降，SLS打印成为一种流行的爱好只是时间问题。

在过去的几年里，增材制造在工业界和业余爱好者中都非常受欢迎。制造原因显而易见。对于业余爱好者来说，这种选择是由几个因素驱动的，大多数因素都可以追溯到价格：

• 创作自由：AM是创意人士的梦想。在易于生产方面，与3D建模相比，绘画，雕刻，雕刻都苍白无力。

• 计算机控制：对于AM，个人计算机和操作它的知识是必需的。但是，随着计算机现在像电视一样无处不在，大多数人都可以轻松坐下来立即开始工作。

• 可访问的软件： 3D CAD软件，过去是一项昂贵的要求，现在只需很少或免费即可使用。事实上，根本不需要拥有该软件。像Tinkercad这样的网站拥有一个对所有用户免费的设计环境，以及使用它的培训。

• 小型计算机：过去十年来，单板计算机兴起。像Arduino或Raspberry Pi这样的设备现在是驱动3D机器的引擎。像这样的典型专用单板CAM计算机运行约20美元。

• 小型电子产品：大多数3D打印机的XYZ轴驱动系统都是步进电机。由于驱动打印头或定位镜子所需的扭矩较低，因此桌面3D打印机的典型步进电机的运行费用约为15美元。为电机供电所需的步进驱动器，另外10美元。添加一个框架，也许是一个外壳和一个电源，你有一个制造设备，成本低于新手机的成本。

增材制造现在被接受为合法的生产过程。使用凯夫拉尔或碳纤维等增强剂进行印刷是司空见惯的。小型建筑物正在通过喷嘴的机器人定位进行打印，挤出一层又一层的混凝土。

随着专利到期和技术进入公有领域，价格继续下降。随着我们的前进，新技术将继续涌现。这是一个令人兴奋的领域，可以成为其中的一部分。谁知道呢。也许二十年后，我们每天早上都能走进厨房，说："咖啡，哥伦比亚，泡沫的味道。