3D打印正在逐漸成為各個(gè)領(lǐng)域的主要工具。然而，可用的3D打印工藝種類繁多，并且每個(gè)工藝都有著不同的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。因此，在您選擇相關(guān)技術(shù)或者購(gòu)買3D打印機(jī)之前，有必要了解一些機(jī)器和技術(shù)背后的工藝知識(shí)。

材料擠出（Material Extrusion）

常見(jiàn)工藝：FFF、FDM（與FFF相同，只是它是Stratasys的商標(biāo)術(shù)語(yǔ)）

描述：此過(guò)程使用壓力噴出流體或凝膠材料。典型例子是FFF方法，將長(zhǎng)絲推入熱端以產(chǎn)生壓力，并使柔軟的長(zhǎng)絲從噴嘴流出。

缺陷：層附著力差。材料分層放置，通常到第二層出現(xiàn)時(shí)，第一層已經(jīng)冷卻并且與新層結(jié)合的能力稍差。這導(dǎo)致部件在層間的強(qiáng)度遠(yuǎn)不如材料本身。

解決方案：一些制造商試圖通過(guò)加熱室、軟件調(diào)整或特殊材料來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但這一問(wèn)題始終存在于這項(xiàng)工藝之中。

△擠出熱塑性長(zhǎng)絲

粉床融合（Powder Bed Fusion）

常用工藝：SLS、DMLS、SLM

描述：此技術(shù)在粉末材料床上進(jìn)行高能量噴射，通常使用激光。利用激光選擇性固化床層的一部分，然后逐層重復(fù)這個(gè)過(guò)程。常規(guī)激光器是一個(gè)尺寸較大的組件，需要安裝在一個(gè)靜態(tài)位置，利用構(gòu)建室頂部的傾斜鏡子將光束向下引導(dǎo)到粉末床。

缺陷：隨著粉末床面積的增加，激光撞擊粉末表面的角度變得越來(lái)越傾斜。當(dāng)“點(diǎn)”形狀發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致熔化不均勻。每個(gè)區(qū)域能量也會(huì)發(fā)生變化，可能會(huì)弄亂打印部件的邊緣。

解決方案：一些供應(yīng)商的解決方案是將激光升高，以減小傾斜角度，這使3D打印機(jī)高度增加。其他方案使用多個(gè)激光器，甚至移動(dòng)激光源本身以將其直接保持在床上。

△激光撞擊粉末表面

光固化

常用工藝：MSLA、SLA、DLP、LCD

描述：此過(guò)程將光固化樹脂選擇性地暴露于能量之下，通常使用激光或LED面板的紫外線。固化材料層相互疊加，逐漸形成3D對(duì)象。

缺陷：通常使用紫外線來(lái)固化光聚合樹脂，但是，部件從打印機(jī)中取出后，可能會(huì)暴露在其他額外的紫外線下，尤其是太陽(yáng)。額外的紫外線照射會(huì)導(dǎo)致材料繼續(xù)固化，最終材料會(huì)因變形而破裂。這使得這種類型的部件通常不太耐用，特別是對(duì)于戶外應(yīng)用。

解決方案：一些制造商試圖用特

△光固化聚合樹脂

材料噴射（Material Jetting）

常用工藝：PolyJet

描述: 此過(guò)程從類似噴墨的噴嘴中逐層選擇性地噴射液態(tài)光聚合樹脂。每層都通過(guò)紫外線固化，隨后的層構(gòu)建在固化材料的頂部。支撐材料用于處理懸垂部分。

缺陷：此類系統(tǒng)使用“管道”設(shè)置，將樹脂從墨盒流動(dòng)到噴墨頭。如果需要更換材料，則必須沖洗整個(gè)管道系統(tǒng)，去除舊材料的痕跡。沖洗過(guò)程用新材料完成，這意味著每次更換材料都會(huì)浪費(fèi)大量昂貴的樹脂。

△PolyJet打印手機(jī)殼

粘合劑噴射（Binder Jetting）

常用工藝：MJF、NPJ

描述：這項(xiàng)技術(shù)使用噴墨將一種粘合劑選擇性滴在平坦的粉末床上。接收液滴的區(qū)域?qū)⒈还袒?，其余粉末保持松散。逐層進(jìn)行以上步驟，直到生成整個(gè)對(duì)象。

缺陷：這些過(guò)程通常需要進(jìn)行后處理以接合粘合劑。在某些情況下，需要巨大的熱量來(lái)激活粘合劑，而這種熱量可能需要很長(zhǎng)時(shí)間（有時(shí)長(zhǎng)達(dá)一天）才能冷卻，然后才能嘗試進(jìn)一步加工而不使部件變形。這可能會(huì)拖累機(jī)器的生產(chǎn)率。

解決方案：一些供應(yīng)商使用可更換構(gòu)建室。當(dāng)一個(gè)正在冷卻時(shí)，另一個(gè)可以被激活以進(jìn)行第二個(gè)打印作業(yè)。

△MJF流程

直接能量沉積（Direct Energy Deposition）

常用工藝：DED、WAAM

描述：這種方法通過(guò)擠壓金屬，無(wú)論是金屬粉末還是金屬線，然后立即受到高能量的撞擊。能量熔化金屬，熔池立即下降到3D空間，通過(guò)機(jī)械臂進(jìn)行位置操作。

缺陷：雖然這種方法通常高效且高度可擴(kuò)展，但DED的表面分辨率質(zhì)量相當(dāng)差。產(chǎn)品往往看起來(lái)很粗糙。

解決方案：一些制造商使用CNC銑削工具以在打印過(guò)程中或打印后打磨表面。

△DED金屬3D打印表面

片材層壓（Sheet Lamination）

常用工藝：CleanGreen、Solido

描述：這種過(guò)程需要將材料片一張一張地層壓在一起。隨著每張材料片疊加，切割器在特定層高度切掉物體邊緣的形狀。打印完成后，將切片區(qū)域拉開以顯示最終部分。

缺陷：在某些幾何形狀中，廢料會(huì)被困在物體內(nèi)部并且無(wú)法去除。這限制了工藝可能制造的幾何形狀。

△3D打印片材層壓（紙）

工藝互補(bǔ)及配合在線監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)下最好的方法

現(xiàn)在的市場(chǎng)上能看到不同工藝的多種3D打印機(jī)，這些機(jī)器具有不同的功能，使用不同的材料，擁有不同的定價(jià)。然而，這些打印機(jī)也有各自的局限。例如，小巧的3D打印機(jī)無(wú)法制造大零件；FFF設(shè)備無(wú)法打印光滑的表面；金屬3D打印機(jī)無(wú)法生產(chǎn)聚合物產(chǎn)品。因此，如果想要盡可能多地豐富制造能力，最好的辦法是在預(yù)算充足的情況下利用多個(gè)機(jī)器，起到工藝互補(bǔ)作用。

另外，在線監(jiān)控技術(shù)能夠及時(shí)探測(cè)3D打印成形狀態(tài)和缺陷，提升成形的效率與質(zhì)量。西安空天智造制造有限公司，基于粉末床形貌缺陷和熔池信息在線檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)開發(fā)出激光增材過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，它包含激光功率、粉末床、熔池等多個(gè)模塊，分別從熱源輸入、鋪粉質(zhì)量、冶金過(guò)程穩(wěn)定性全方位立體去監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)工藝過(guò)程狀態(tài)及成形件質(zhì)量，通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程監(jiān)控、過(guò)程信息分析處理，實(shí)現(xiàn)了工藝穩(wěn)定性的提高和質(zhì)量一致性的保障，目前已經(jīng)投入市場(chǎng)使用。