3D打印技术的原理是什么

什么是3D打印

一、概念

（1）3D 打印

3D 打印技术（3D Printing）是快速成型技术（Rapid

Prototyping Manufacturing）的一种，它也被叫做增材制造（ additive manufacturing）。它的基本原理是，把一个通过设计或者扫描等方式做好的 3D 模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型，听起来跟高等数学中的积分有些类似。

说到 3D 打印，又就不得不提3D打印机：3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造样品。 2003 年以来三维打印机的销售逐渐扩大，价格也开始下降。

该技术可用于珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程和许多其他领域。

最早的 3D 打印出现在上个世纪的 80 年代，价格极其昂贵且所能打印的产品数量也少得可怜。

过程原理：

3D 打印技术每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可 “刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

3D 打印技术使用胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。

技术优势：

3D 打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降低了成本，大幅减少了材料浪费。而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器。另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

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3D打印技术原理与基本工艺

（一）3D打印技术概述

3D打印（3DPrinting）是快速成型技术的一种，也称为增材制造技术

（AdditiveManufacturing，AM），是一种以数字模型文件为基础，以材料逐层累

加的方式制造实体零件的技术。3D打印技术概念起源于19世纪，从上世纪80

年代末正式应用到现在已经有30多年历史。3D打印通常是采用3D打印机来实

现，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直

接制造。

（二）3D打印工艺介绍

激光光固化技术（StereolithographyApparatusSLA）特定波长与强度的

激光聚焦到光固化材料表面使其逐层凝固叠加构成三维实体，又称立体光刻成

型。该工艺最早由CharlesW.Hull于1984年提出并获得美国国家专利，是最早

发展起来的3D打印技术之一。SLA工艺也成为了目前世界上研究最为深入、技

术最为成熟、应用最为广泛的一种3D打印技术。

图1：SLA工作原理图（由云工厂整理）液槽中会先盛满液态的光敏树脂，氦—镉激光器或氩离子激光器发射出的紫

外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行

逐行逐点扫描，这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个

薄层。当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好

的树脂表面上再覆盖一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再

进行下一层的激光扫描固化。因为液态树脂具有高粘性而导致流动性较差，在每新员工培训资料层固化之后液面很难在短时间内迅速抚平，这样将会影响到实体的成型精度。采

用刮板刮平后所需要的液态树脂将会均匀地涂在上一叠层上，这样经过激光固化

后将可以得到较好的精度，也能使成型工件的表面更加光滑平整。新固化的一层

将牢固地粘合在前一层上，如此重复直至整个工件层叠完毕，这样最后就能得到

一个完整的立体模型。当工件完全成型后，首先需要把工件取出并把多余的树脂

3D打印技术的原理是什么

首先，3D打印技术的核心原理是层积累积。与传统的物体制造过程不同，如铣削和切割，它们通过从零散的材料中去除多余部分来制作物体。而3D打印技术则是将材料逐层叠加，构成完整的物体。

具体来说，3D打印技术基于计算机辅助设计（CAD）模型。首先，用户使用CAD软件创建具有所需形状和尺寸的三维模型。然后，将模型输入到3D打印机的控制系统中。

接下来，3D打印机使用一种材料来创建物体的第一层。这些材料可以是塑料、陶瓷、金属等具有适当物理属性的材料。通常，3D打印机通过挤出固态材料以融化的形式将其放置在工作台上，然后通过控制系统按照CAD模型的指令移动工作台或喷头来创建物体的第一层。这个过程类似于喷墨打印机将墨水沉积在纸上的方式。

当第一层完成后，3D打印机将移动到下一层，并重复相同的过程，通过添加新的材料来堆叠在前一层上。这种逐层堆积的过程将继续，直到完成整个物体的制作。

在打印过程中，3D打印机通常需要支架和填充物来支撑和固定物体的结构。支架用于支撑悬空结构或过度悬臂的部分，以防止材料坍塌。填充物则填充物体内部的空洞，以提供额外的强度和稳定性。

最后，完成整个物体的打印后，支架和填充物可以通过手动或化学方式去除。这样，最终的打印物体就可以获得。

值得一提的是，3D打印技术不仅可以通过堆叠一种材料来制造物体，还可以通过多种材料的堆积来创造更复杂的物体。例如，增材制造可以使用多个喷头和不同类型的材料，通过分层累积的方式来创建复杂的结构和多材料组件。

总结起来，3D打印技术的原理是通过层累积的方式将材料堆叠起来，构建出物体的三维模型。这种制造方法能够实现定制化、快速、低成本的物体制造。

3D打印技术的概念及技术分类

发布时间： 2013-02-19 14:27 来源：科易网

摘要：3D打印技术（3D Printing）是快速成型技术（Rapid Prototyping

Manufacturing）的一种，它也被叫做增材制造（ additive manufacturing）。它的基本原理是，把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。

3D打印技术

概念

3D打印技术（3D Printing）是快速成型技术（Rapid Prototyping

Manufacturing）的一种，它也被叫做增材制造（ additive manufacturing）。它的基本原理是，把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。

与之相对应的两种技术是切削和铸塑，但相比这两种技术，3D打印技术有自己的优势，那就是不像切削那样浪费材料，也不像铸塑那样要求先制作模具。一次成型，快速个性化定制是它的重要特点，这在小批量，多品种的生产中占有非常大的优势。

与传统加工方式不同，它通过分层制造、逐层叠加的方式生产产品，特点是不需要模具，可以加工结构非常复杂的产品。简单地说，用户只需要通过CAD设计一个3D模型，并选择合适的材料，就能打印任何形状的物体。 高度的可定制性让3D打印拥有了许多优势。只需一份图纸，它就能够迅速生产模型或原型产品，在工业设计领域用途广泛。而由于3D打印的产品无需开模、切割、焊接等传统工艺的加工，成本也大大降低。

3D打印技术分类

3D打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。目前市场上的快速成型技术分为3DP 技术、FDM熔融层积成型技术、SLA立体平版印刷技术、SLS选区激光烧结、DLP激光成型技术和UV紫外线成型技术等。