快速成型与3d打印概念及图解

[扫盲]到底3D打印是什么？别被忽悠了！

关于3D打印的信息突然开始铺天盖地起来，似乎万能机器就要实现，第三次工业革命就快到来。但是事实往往是比较赤裸裸的。现在风靡的3D打印风其实是在炒几十年前的冷饭了。

现在媒体提到的3D打印概念其实大部分已经超出了3D打印概念，而将大多数快速样品技术都囊括其中。例如SLA（光固化）SLS（激光烧结）FDM（熔融沉积），这些技术事实上是工业行业用了几十年的快速成型技术（RP），而真正的3DP（三维印刷）实则是专指在粉末床上用近似普通打印机的机构进行打印，并涂层胶水粘结粉末，而不是将材料融化粘合。下文我会对每一种技术做个介绍，到时你会发现原来现在流行的Makerbot不是3D打印机。原来打印金属材料的根本不能叫做打印。来看看吧：

SLA（Stereo Lithography Apperance) 光固化立体造型技术

自1984年的第一台快速成形設備即採用了光固化立體造型的工藝，現在的快速成型設備中，以SLA的研究最為深入，運用也最為廣泛。

該技術以光敏樹脂的聚合反應為基礎。在計算機控制下的紫外雷射，沿著零件各分層截面輪廓，對液態樹脂進行逐點掃

描，使被掃描的樹脂薄層產生聚合反應，由點逐漸形成線，最終形成零件的一個薄層的固化截面，而未被掃描到的樹脂保持原來的液態。當一層固化完畢，升降工作台移動一個層片厚度的距離，在上一層已經固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態樹脂，用以進行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此循環往複，直到整個零件原型製造完畢。

這種方法的特點是有較高的精度和較好的表面質量，能製造形狀特別複雜（如空心零件）和特別精細（如工藝品、首飾等）的零件。

还记得那知可爱的小熊记忆棒吗？还有那个Portal夜灯。它们都是用光固化的工艺制作的。

SLS（Selected Laser Sintering）选择性镭射烧结

這種工藝也是以雷射器為能量源，通過紅外雷射束使塑料、蠟、陶瓷、金屬或其複合物的粉末均勻地燒結在加工平面上。在工作台上均勻鋪上一層很薄（亞毫米級）的粉未作為原料，雷射束在計算機的控制下，通過掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數據掃描。經過雷射束掃描後，相應位置的粉末就燒結成一定厚度的實體片層，未掃描的地方仍然保持鬆散的粉末狀。這一層掃描完畢，隨後需要對下一層進行掃描。先根據物體截層厚度而升降工作台，鋪粉滾筒再次將粉末鋪平，可以開始新一層的掃描。如此反覆，直至掃描完所有層面。去掉多餘粉末，並經過打磨、烘乾等適當的後處理，即可獲得零件。目前應用此工藝時，以蠟粉末及塑料粉末作為原料較多，而用金屬粉或陶瓷粉進行粘接或燒結的工藝也已经獲得實用。

EOS是目前最大的SLS设备生产商

还记得那些漂亮的首饰吗？它们就是利用这个技术制造的。

FDM（Fused Deposition Modeling）熔融沉积造型1993年美國Stratasys公司開發出了第一台基於熔融沉積造型的設備。將CAD模型分為一層層極薄的截面，生成控制FDM噴嘴移動軌跡的二維幾何信息。FDM加熱頭把熱熔性材料（ABS樹脂、尼龍、蠟等）加熱到臨界狀態，呈現半流體性質，在計算機控制下，沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡，噴頭將半流動狀態的材料擠壓出來，凝固形成輪

廓形狀的薄層。當一層完畢後，通過垂直升降系統降下新形成層，進行固化。這樣層層堆積粘結，自下而上形成一個零件的三維實體。

FDM工藝的關鍵是保持材料的半流動性。這些材料並沒有固定的熔點，需要精確控制其溫度。

现在大红大紫的Makerbot，the Cube，还有个RepRap 它们都属于这类技术！只不过这些机器都是简化版的，其使用的部件都不是工业级别的。而专业级别的当属FDM的权威Stratasys的产品，例如Mojo，uPrint，Projet系列等。它们之间的差异主要在于产品精度上，当然它们之间还有非常显著的价格差异！

所以说，现在所有基于Makerbot开源的所谓3D打印设备其实都该称为FDM设备。

3DP（3D Printing）三维打印

三维印刷工艺，也称为三维打印。1989年，美国麻省理工学院的Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty等在美国申请了三维印刷技术的专利，之后Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty又多次对该技术进行完善，形成了今天的三维印刷快速成型工艺。通过这个工艺，在每一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚），供粉缸上升一段高度，推出多余粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按照下一个截面的二维几何信息进行运动，有选择地喷射粘结剂，最终构成层面。原理和打印机非常相似，即为三维打印这一名称的由来。铺粉辊铺粉时多余的粉末被粉末收集装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结，从而生

产制品。3DP工艺与SLS工艺都是将粉末材料选择性地粘结成为一个整体。其最大的不同之处在于3DP工艺不用将粉末材料熔融，而是通过喷嘴本身会喷出粘合剂，将这些材料粘合在一起。

Z－Corp的Z Printer是目前最流行的三维印刷机，在建筑业，游戏业，玩具和艺术行业等都有广泛的应用。

小编列了那么多种技术，各位客官有些晕了吧。其实，很简单，不同的材料需求决定了你能选择哪种技术。

工艺

材料

三维印刷工艺（3D Printing，3DP）

石膏，木材，塑料等

熔融沉积造型（Fused Deposition Modeling，FDM）ABS树脂、聚碳酸酯

选择性激光烧结（Selected Laser Sintering，SLS）

热塑性塑料，金属，陶瓷

光固化立体造型（Stereolithography，SLA）

液态热固性聚合物，弹性体（Elastomer）树脂

那么到底什么才是3D打印呢？狭义的讲，只有表中第一种才是，而广义的从堆层的角度讲，上述4种都是！但是广大3D打印的爱好者必须注意了，目前能够在桌面上运作的所谓Table Factory用的是FDM技术，而它能所用的材料仅限于塑料。小编之所以要重点提出这点是希望大家明白，那些广受好评的金属类打印作品，全彩色的作品，还有其他材料的例如木质以及陶瓷都不是那台桌面机能做出来的，至少目前不行。

往深一点想，这也是为什么3D打印服务公司会存在的原因。而所谓的3D打印服务公司其实只是工业中经常用到的快速成型代加工公司！只不过它们把触角从工业延伸到了个人消费者市场！也就是说从前快速成型公司只是面对专业客户或者是公司，帮它们快速制作样品。现在，快速成型公司也开