7種主要的3D列印技術
2025-06-13
國際標準化組織（ISO）將它們分為七大類（但這七大類3D列印技術也難以涵蓋日益增加的技術子類型和混合技術）。本期將介紹這些技術之間的差異。
材料擠出
材料擠出印刷顧名思義，就是將材料通過噴嘴擠出。通常情況下，這種材料是塑膠絲，熔化後會透過加熱的噴嘴擠出。印表機依照軟體預設的製程路徑，將材料放置在列印平台上。隨後，塑膠絲冷卻凝固，最終形成固體物體。這是最常見的3D列印方式。乍聽之下似乎很簡單，但實際上，考慮到可擠出的材料種類繁多，包括塑膠、金屬、混凝土、生物凝膠以及各種食品，它涵蓋的範圍非常廣。這類3D列印機的價格從100美元到數百萬美元不等。
●材料擠出成型子類型：熔融沈積成型（FDM）、建築3D列印、微型3D列印、生物3D列印
●材質：塑膠、金屬、食品、混凝土等。
●尺寸精度：±0.5%（下限±0.5mm）
●常見應用：原型、電氣外殼、形狀和配合測試、夾具和工裝、精密鑄造模型、外殼等。
●優點：成本最低的3D列印方法，可使用多種材料
● 缺點：通常材料性能（強度、耐久性等）較低，尺寸精度通常較低
槽聚合
光固化成型（也稱為樹脂3D列印）是一類3D列印工藝，它利用光源選擇性地固化（或硬化）料槽中的光敏樹脂。換句話說，光線被精確地照射到液態塑膠的特定點或區域，使其硬化。第一層固化後，列印平台會上下移動（取決於印表機）一小段距離（通常在0.01到0.05毫米之間），然後固化下一層，與前一層連接。這個過程逐層重複，直到形成3D零件。 3D列印完成後，需要清洗零件以去除殘留的液態樹脂，並進行後固化（在陽光下或紫外線固化箱中）以增強零件的機械性能。
三種最常見的光固化成型技術是立體光刻（SLA）、數位光處理（DLP）和液晶顯示（LCD），也稱為掩模立體光刻（MSLA）。這些3D列印技術之間的根本區別在於光源及其固化樹脂的方式。
●3D列印技術類型：立體光刻（SLA）、液晶顯示（LCD）、數位光處理（DLP）、微立體光刻（μSLA）等。
●材質：光敏樹脂（可鑄造、透明、工業級、生物相容性等）
●尺寸精度：±0.5%（下限為±0.15毫米或5奈米，採用μSLA製程）
● 常見應用： 射出成型 聚合物原型和最終用途部件、珠寶鑄造、牙科應用、消費品
●優點：表面光滑，細節精緻
粉末床熔融（PBF）
粉末床熔融（PBF）是一種3D列印工藝，它利用熱能選擇性地熔化列印區域內的粉末顆粒（塑膠、金屬或陶瓷），逐層建造固體物體。粉末床熔融3D列印機通常使用刮刀、滾筒或刮刀將一層薄薄的粉末材料鋪展在列印平台上。雷射能量熔化粉末層上的特定點，然後沉積另一層粉末並將其熔化到前一層。這個過程不斷重複，直到整個物體製造完成，最終產品由未熔化的粉末包裹和支撐。
粉末床熔融（PBF）技術能夠製造出具有高機械性能（包括強度、耐磨性和耐久性）的零件，廣泛應用於消費品、機械和工具等領域。該細分市場的3D列印機價格正變得越來越親民（起價約為25,000美元），但它仍被視為一項工業技術。
●3D列印技術類型：選擇性雷射燒結（SLS）、雷射粉末床熔融（LPBF）、電子束熔融（EBM）
●材質：塑膠粉末、金屬粉末、陶瓷粉末
●尺寸精度：±0.3%（下限±0.3mm）
●常見應用：功能性組件、複雜管路（空心設計）、小批量組件生產
●優勢：功能部件、優異的機械性質、複雜的幾何形狀
● 缺點：機器成本較高，材料成本通常較高，施工速度較慢
材料噴射
材料噴射是一種3D列印工藝，它將微小的材料液滴噴射到列印平台上，然後使其固化或凝固。物體逐層構建，使用的光敏聚合物或蠟質液滴在光照下固化。材料噴射工藝的特性允許在同一物體上列印不同的材料。這項技術的一個應用是製造具有多種顏色和紋理的零件。
●3D列印技術類型：材料噴射（MJ）、奈米顆粒噴射（NPJ）
●材質：感光樹脂（標準型、澆注型、透明型、耐高溫型）、蠟
●尺寸精度：±0.1毫米
●常見應用：全彩產品原型、類似射出成型模具的原型、小批量射出成型模具、醫療模型、時尚
● 優點：表面紋理豐富，色彩飽滿，多種材質可選
● 缺點：材料選擇有限，不適用於需要精密加工的機械零件，成本高於其他用於視覺用途的樹脂技術。
黏結劑噴射成型
黏結劑噴射是一種3D列印工藝，其中液態黏結劑選擇性地黏合粉末層中的不同區域。這種技術結合了粉末床熔融（PBF）和材料噴射（MJ）的特性。與PBF類似，黏結劑噴射也使用粉末狀材料（金屬、塑膠、陶瓷、木材、糖等），與MJ類似，都是透過噴墨方式將液態黏結劑聚合物沉積在粉末層上。無論是金屬、塑膠、沙子或其他粉末狀材料，黏結劑噴射的製程都相同。首先，刮刀在列印平台上鋪上一層薄薄的粉末。然後，帶有噴墨噴嘴的列印頭在粉末層上移動，選擇性地噴灑黏結劑液滴，將粉末顆粒黏合在一起。一層完成後，列印平台向下移動，刮刀再次刮塗粉末層。如此反复，直到整個零件列印完成。
黏結劑噴射成型的獨特之處在於列印過程中無需加熱。黏結劑起到黏合劑的作用，將聚合物粉末黏合在一起。列印完成後，零件會被未使用的粉末包裹，通常需要固化。之後，零件會從粉末箱中取出，多餘的粉末會被收集起來重複使用。接下來，根據材料的不同，可能需要進行後處理，但沙子除外，沙子通常可以直接用作印表機的型芯或模具。如果粉末是金屬或陶瓷，則需要進行加熱後處理，以熔化黏結劑，只留下金屬。塑膠零件的後處理通常包括塗層，以改善表面光潔度。此外，還可以對聚合物黏結劑噴射成型的零件進行拋光、噴漆和打磨。
黏結劑噴射成型速度快、生產效率高，因此與其他積層製造方法相比，能夠以更低的成本生產大批量零件。金屬黏結劑噴射成型可用於多種金屬，廣泛應用於終端消費品、模具和批量備件的生產。然而，聚合物黏結劑噴射成型的材料選擇有限，且生產的零件結構性能較低。其價值在於能夠製作全彩原型和模型。
●黏結劑噴射3D列印技術子類型：金屬黏結劑噴射、聚合物黏結劑噴射、砂型黏結劑噴射
●材料：沙、聚合物、金屬、陶瓷等。
●尺寸精度：±0.2毫米（金屬）或±0.3毫米（砂）
●常見應用：功能性金屬零件、全彩模型、砂型鑄件和模具
優點：成本低、列印尺寸大、可製作功能性金屬零件、色彩還原度高、列印速度快、無需支撐設計靈活
● 缺點：金屬加工製程繁瑣，聚合物零件不耐用。
粉末定向能量沉積
定向能量沉積（DED）是一種3D列印工藝，它利用強大的能量源同時熔化和沈積金屬材料。這是3D列印領域最廣泛的類別之一，根據材料形態（金屬絲或粉末）和能量類型（雷射、電子束、電弧、超音波、熱能等）的不同，又可細分為許多子類別。本質上，它與焊接有許多相似之處。
這項技術用於逐層列印，通常隨後… CNC加工 為了實現更嚴格的公差，DED 與 CNC 結合使用非常普遍，以至於出現了一種稱為混合 3D 列印的 3D 列印子類型，它將 DED 和 CNC 單元整合在同一台機器中。該技術被認為是小批量金屬鑄件和鍛件生產以及海上油氣產業、航空航太、發電和公用事業等行業的關鍵維修應用的更快、更經濟的替代方案。
●定向能量沉積的子類型：粉末雷射能量沉積、電弧增材製造（WAAM）、電子束能量沉積、冷噴塗
●材質：各種金屬，線材和粉末狀
●尺寸精度：±0.1毫米
● 常見應用：高階汽車/航太零件、功能原型機和最終零件的維修
優點：堆疊速度快，能夠在現有零件上添加金屬
● 缺點：由於無法製作支撐結構，無法製作複雜形狀，表面光潔度和精確度通常較差。
片材層壓
片材層壓技術從技術上講是一種3D列印技術，與上述技術截然不同。它的工作原理是將極薄的材料層堆疊層壓在一起，形成一個三維物體或堆疊體，然後透過機械切割或雷射切割形成最終形狀。根據材料的不同，可以使用多種方法將材料層熔合在一起，包括加熱和聲波等，材料範圍從紙張到聚合物再到金屬。與其他3D列印技術相比，採用層壓後再進行雷射切割或機械加工的零件會產生更多的廢料。
製造商利用片材層壓技術以相對較高的速度生產經濟高效的非功能性原型，這些原型可用於電池技術和複合材料的生產，因為在列印過程中可以使用的材料可以互換。
●3D列印技術類型：層疊實體製造（LOM）、超音波固化（UC）
●材料：紙、聚合物和金屬薄板
●尺寸精度：±0.1毫米
●常見應用：非功能性原型、多色印刷、鑄造。
●優勢：生產速度快，可複合列印
●缺點：精度低，廢料多，部分零件需要後期加工
3D列印技術種類繁多（https://www.xmrex-tech.com/services/）。以上列舉的是3D列印領域中最常見的七種積層製造技術。它們適用於不同的應用場景和材料。隨著科技的不斷進步，3D列印技術正逐步滲透到工業製造、醫療、建築、教育等領域，展現出巨大的發展潛力和應用前景。