几种常见的3D打印工艺.pdf

几种常见的3D打印工艺及特点

3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用箔材、粉末

状金属及塑料等可粘合材料或液态树脂可光固化材料等，通过逐层打

印的方式来构造物体的技术。3D打印设备出现在20世纪80年代末

期，早期的3D打印设备主要面向工业品或其模型的制造，它与普通

打印机的工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材

料”，与计算机连接后，通过计算机控制把“打印材料”一层层叠加

起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一在制造业领域推出

的技术在其他多个领域也得到了应用，用它来制造服装、建筑模型、

医疗模型、巧克力甜品等。

本文主要介绍早期因制造业新产品开发需求而发展起来的几种

常见的3D打印工艺，包括叠层实体制造工艺、熔融沉积成型工艺、

光固化成型工艺、选择性激光烧结工艺以及三维打印工艺（3DP，分

为三维喷涂粘结工艺和PolyJet3D打印工艺）。

1.叠层实体制造工艺

1.1叠层实体制造工艺原理

叠层实体制造（LaminatedObjectManufacturing，LOM）工艺使

用箔材，通过激光扫描或切刀运动直接切割箔材，继而进行逐层堆积

而成型制品。相比其他3D打印工艺，叠层实体制造工艺多采用纸材，

具有原材料成本低廉，建造过程较为简单快捷，工艺过程容易实现等

优点，因此成为早期推出并迅速得到较快发展的3D打印工艺方法之

一。

采用激光切割的叠层实体制造工艺的基本原理如图1-1所示。根

据三维CAD模型每个截面的轮廓线，在计算机控制下，发出控制激光

XY

切割系统的指令，使切割头做和方向的移动。供料机构将底面涂

有热溶胶的箔材（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔等）送至工作台的上方。激

光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳激光束对箔材

沿轮廓线将工作台上的纸割出轮廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎

片。然后由热压机构将一层层纸压紧并粘合在一起。升降台支撑正在

成型的工件，并在每层成型之后，降低一个纸厚，以便送进、粘合和

切割新的一层纸，形成由许多小废料块包围的三维原型零件。然后将

三维原型零件取出，将多余的废料小块剔除，最终获得三维产品。

图1-1叠层实体制造工艺的原理

1—激光器2—压滚3—纸材4—材料送进滚筒5—升降台6—叠层

7—当前叠层轮廓线

叠层实体制造工艺中激光束或切刀只需按照分层信息提供的截面

轮廓线逐层切割而无须对整个截面进行扫描，且不需考虑支撑。

1.2叠层实体制造工艺特点

与其他3D打印工艺相比，叠层实体制造工艺具有制作效率高、速

度快、成本低等优点。具体优点如下：

1）成型速度较快，由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割，

无须扫描整个断面，所以成型速度很快，常用于加工内部结构简单的

大型零件。

2）原型精度高，翘曲变形小。

3）原型能承受高达200℃的温度，有较高的硬度和较好的力学性

能。

4）无须设计和制作支撑结构。

5）可进行切削加工。

6）废料易剥离，无须后固化处理。

7）可制作尺寸大的原型。

8）原材料价格便宜，原型制作成本低。

但是，叠层实体制造工艺也有不足之处：

1）原型层间的抗拉强度不够好。

2）纸质原型易吸湿膨胀，成型后需尽快进行表面防潮处理。

3）原型表面有台阶纹理，成型后需进行表面打磨，因此难以直接

构建形状精细、多曲面的零件。

2.熔融沉积成型工艺

2.1熔融沉积成型工艺原理

熔融沉积成型（FusedDepositionModeling，FDM）工艺是目前

应用最广泛的一种3D打印工艺，很多消费级3D打印机都是采用该种

工艺，因为它实现起来相对容易，设备及模型制作成本相对较低。

FDM加热头把热熔性材料（ABS、尼龙、蜡等）加热到临界状态，

使其呈现半流体状态，然后加热头会在软件控制下沿CAD确定的二维

几何轨迹运动，同时喷头将半流动状态的材料挤压出来，材料瞬时凝

固形成有轮廓形状的薄层。

这个过程与二维打印机的