3D 打印技术 增材制造原理全解析

3D 打印技术也叫做增材制造技术,核心原理是把三维数字模型通过切片软件分层处理,然后设备按照每一层的截面轮廓,逐层堆积材料,最终叠加成型得到实体零件,和传统切削去除材料的制造方式不一样,3D 打印是自下而上累加材料,能够制作传统工艺很难实现的复杂镂空异形结构,现在已经广泛应用在教育创客 手办模型 工业试制 医疗 文创等多个领域。原因是三维物体本质可以拆解成无数薄层截面,数字模型经过切片之后,每一层都转化成设备可以识别的运动轨迹,不同技术路线分别依靠热熔挤出 紫外光固化 激光烧结等方式完成每一层材料成型,层与层之间牢固结合,就可以还原完整三维模型,这种制造方式不需要复杂模具,设计自由度很高。操作的时候首先使用三维建模软件绘制或者导入现成的 STL 模型文件,然后把模型导入切片软件,设置层厚 填充率 支撑 打印温度曝光等参数,切片完成生成 G 代码,把代码传输到 3D 打印设备,设备启动之后按照分层轨迹逐层打印,打印结束之后取出成品,去除支撑,进行打磨固化喷漆这类后处理,整套流程走完,就可以通过 3D 打印技术把数字模型转化成实体物件。

分层介绍

FDM 熔融沉积成型

这是大众最熟悉的 3D 打印技术,原理是加热喷嘴把 PLA ABS PETG TPU 这类丝材加热熔融,按照路径挤出,冷却之后凝固成型,层叠堆积得到零件,优点是设备成本亲民,耗材种类多,维护简单,是创客教育最主流的 3D 打印技术。

SLA 光固化成型

原理是紫外激光扫描液态光敏树脂,让树脂按照截面选择性固化,逐层堆叠,成型精度高,表面细腻光滑,适合珠宝蜡模 高精度手办精细零件,属于高精度类 3D 打印技术。

LCD 光固化成型

和 SLA 同属于光固化大类,使用 LCD 屏幕投射整层紫外图案,整层树脂同步固化,打印速度更快,现在桌面级高精度模型创作大量使用这项 3D 打印技术。

SLS 选择性激光烧结

使用激光扫描粉末材料,一般是尼龙粉末,让粉末局部烧结粘合,未烧结粉末可以作为天然支撑,不需要额外添加支撑,可以制作复杂镂空结构,属于工业级 3D 打印技术。

金属 3D 打印技术

主流是 SLM 选择性激光熔化,激光熔化金属粉末,成型高强度金属零件,应用在航空航天 工装模具 金属样件,属于高端工业 3D 打印技术。

技术对比表格

表格

技术名称成型原理典型应用
FDM丝材热熔挤出创客教育 通用模型
SLA激光固化光敏树脂高精度手办 蜡模
LCD 光固化整屏紫外固化树脂精细模型创作
SLS激光烧结粉末工业复杂功能件
SLM激光熔化金属粉末金属工业零件

完整流程要点清单

1 建模或者导入 STL 三维模型文件

2 切片软件分层,设置打印工艺参数

3 生成设备识别的打印代码

4 设备预热校准,启动逐层打印

5 打印完成取出工件

6 后处理,去支撑 打磨 固化 表面涂装

拓展应用方向

1 教育领域,用于创客课程,直观理解三维设计和增材制造

2 文创手办,定制化模型 潮玩原型制作

3 工业研发,产品快速样件验证,缩短开发周期

4 医疗领域,定制辅助器具 模型辅助诊疗规划

5 建筑行业,建筑沙盘 构件原型打印

【相关 FAQ】

问题 1 3D 打印技术里面 FDM 是什么意思

回答 1 3D 打印技术里面 FDM 是熔融沉积成型,通过加热喷嘴挤出丝材逐层堆积,是应用最广的桌面级 3D 打印技术。

问题 2 3D 打印技术和传统减材制造有什么区别

回答 1 3D 打印技术属于增材制造,是逐层累加材料成型,传统减材制造是从整块材料切削去除多余材料,3D 打印技术可以实现更复杂的异形结构。

问题 3 3D 打印技术切片软件的作用是什么

回答 1 3D 打印技术流程里,切片软件负责把三维模型拆分成薄层截面,设置打印参数并且生成打印代码,是 3D 打印技术里连接数字模型和打印设备的核心环节。

问题 4 3D 打印技术 SLA 和 LCD 光固化有什么共同点

回答 1 3D 打印技术当中 SLA 和 LCD 光固化都属于光敏树脂固化类技术,依靠紫外光让液态树脂固化成型,都属于高精度的 3D 打印技术。

【免责申明】

本文内容仅为 3D 打印技术科普参考,不同工艺设备参数和应用细节会随技术迭代更新,请以官方技术资料为准。

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