3D打印是如何工作的？
撰稿 | 关耳（季华实验室）
嘿，你是否还记得成龙主演的《十二生肖》中那个酷炫场景？电影里通过3D扫描快速复制兽首的技术，如今已不再是科幻！现实中，3D打印正以惊人的速度改变我们的世界。
去年，中国成功完成首次太空3D打印，为空间站在轨扩建铺平道路。更令人振奋的是，一家太空公司宣布将用3D打印制造整枚火箭，计划2022年发射全打印火箭。这项技术正爆发出前所未有的活力！
图1：3D打印技术示意图
3D打印，学名增材制造，是一种以数字模型为蓝图，通过逐层堆积材料构建三维实体的尖端技术。它被列为“未来12大颠覆技术”之一，是第三次工业革命的核心引擎，推动制造业从传统走向智能。
与传统工艺相比，3D打印具备“去模具、减废料、降库存”三大优势，实现结构优化、材料节约和效率飞跃，真正践行“设计即制造”的理念。
图2：通用3D打印流程
图源：Zhang et al. ACM Trans. Multimedia Comput. Commun. Appl. 2015, 12, 2
发展历程
3D打印的起源可追溯到1984年，美国科学家Charles Hull发明了立体光固化技术（SLA）。随后，选择性激光烧结（SLS）、激光熔化（SLM）等技术相继涌现。进入21世纪，3D打印进入高速发展期，衍生出多种细分工艺，与传统制造形成完美互补。
3D打印方法分类
根据国际标准，3D打印工艺分为七大类型，各具特色。
一、材料挤出型
Material extrusion
通过喷嘴熔融材料并逐层沉积，以熔融沉积成型（FDM）最为常见。想象一下，打印机将PLA或ABS等塑料丝加热挤出，精准堆叠成物体，适合原型制作和教育应用。
优点：成本低、材料广、强度高。
缺点：精度有限、表面粗糙。
二、光聚合成型
Vat photopolymerization
利用紫外光固化液态树脂，包括SLA和DLP技术。SLA用激光扫描固化，DLP整面曝光，速度快，适合高精度珠宝和牙科模型。
优点：表面光滑、精度极高。
缺点：材料受限、性能较脆。
三、定向能量沉积型
Directed energy deposition
通过激光或电子束熔化金属粉末或丝材，实时沉积成型，常用于航空航天部件修复。例如，激光送粉技术可快速制造钛合金零件。
优点：灵活度高、无需支撑。
缺点：表面需后处理、复杂结构难实现。
四、材料喷射型
Material jetting
类似喷墨打印，喷射光敏树脂液滴并紫外固化，支持全彩打印，适合创意外观原型。
优点：色彩丰富、精度高。
缺点：材料昂贵、需后处理。
五、粘合剂喷射成型
Binder Jetting
通过粘合剂粘结粉末材料，如陶瓷或金属，层层固化后烧结成型，适合大批量彩色模型。
优点：效率高、多色可选。
缺点：强度低、需后烧结。
六、粉末床熔融成型
Powder bed fusion
使用激光或电子束熔化粉末床中的金属、尼龙等材料，精度卓越，广泛应用于航空和医疗领域。
优点：材料多样、强度高。
缺点：成本高、速度慢。
七、片材层压型
Sheet lamination
将纸或金属片切割粘合，快速成型，适合简单结构原型，成本低廉。
优点：速度快、变形小。
缺点：强度各向异性、材料浪费多。
应用实例
3D打印已渗透航天、医疗、汽车等领域，展现巨大潜力。
图3：深蓝航天火箭试验
在航空领域，全球巨头如空客采用3D打印碳纤维部件减重提速；国内企业如深蓝航天成功测试3D打印发动机，开启火箭制造新纪元。
在医疗界，3D打印从骨科假体扩展到仿生眼球，德国研究已实现临床突破，个性化医疗成为现实。
图4：3D打印仿生眼球模型
短短三十年，3D打印从概念走向产业核心，化身“互联网+智能制造”典范。预计2026年全球产值将突破370亿美元！未来，它将继续向精密化、智能化迈进，重塑制造业。你是否也想亲手尝试？关注最新动态，一起探索3D打印的无限创意！
参 考 资 料：
1. Jake Port. How does 3D printing work? , cosmosmagazine, 7 December 2021
2. 《3D打印与工业制造》——机械工业出版社
3. 2021年3D打印行业深度研究报告——西部证券
监制 | 赵阳
编辑 | 赵唯
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
来源：先进制造
编辑：Garrett
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3D打印是什么意思_作业帮
3D打印(3Dprinting)，即快速成型技术，以数字模型为基础，运用粉末或塑料等材料，通过逐层打印构造物体。它通常用于原型制作和小批量生产。
3D打印都有哪些核心技术？
分享一个创新案例：日本将干喷和湿喷技术结合，用于建筑3D打印，提升抗震性能。日本地处地震带，2011年大地震后，此类技术备受关注。
3D打印技术研究方法？
3D打印技术以数字模型文件为基础，使用金属或塑料粉末，通过逐层堆积制造物体。自1990年代出现以来，它已发展出多种工艺。
3D打印涉及哪些技术？
3D打印(3DP)即快速成型技术，运用可粘合材料逐层打印，涵盖机械、控制和计算机等多学科技术。
3d打印的制造方式？
主要有三种：FDM熔融沉积、SLA光固化、SLS粉末烧结等，适用于不同材料和精度需求。
3d打印的研究方法？
3D打印技术基于数字模型，使用粉末材料逐层构建物体。自1990年代中期兴起，它不断演化出新技术。
3d打印技术是什么系统？
它是集机械、控制和计算机技术于一体的机电系统，包括高精度机械、数控和喷射子系统，实现精准制造。
什么是3d打印技术使用起来难不难，什么牌子的3D打印机技术好？
3D打印作为新技术，入门相对容易。根据材料分金属和塑料打印等，品牌选择需考虑精度和用途，如工业级或家用型。