3D打印技術(shù)具體而言就是由CAD模型直接驅(qū)動，快速制造任意復(fù)雜形狀三維物理實體的技術(shù)。與普通打印機(jī)的原理類似，快速成型機(jī)將特殊材料（液體、粉末、塑料絲等）作為耗材，通過立體光刻、熔融沉淀、激光燒結(jié)、三維噴射熔化樹脂等技術(shù)將電腦中的三維設(shè)計藍(lán)圖變成實物。打印機(jī)與傳統(tǒng)制造技術(shù)最大的不同之處在于：在人類歷史的大部分時間里，我們通過切割原料制造新的實體物品，而3D打印機(jī)則是依據(jù)計算機(jī)指令，通過層層堆積原材料制造產(chǎn)品，其獨(dú)特的制造技術(shù)讓我們能夠生產(chǎn)前所未有的各種形狀的物品。因此3D打印的技術(shù)名稱是“增材制造”,這非常恰當(dāng)?shù)拿枋隽?D打印機(jī)的工作原理。三維工件的快速成型過程如下：（1）利用快速成型機(jī)的軟件對CAD模型進(jìn)行分層切片，得到各層截面的二維輪廓圖。（2）按照這些輪廓圖進(jìn)行分層自由成形，制成各個截面輪廓薄片。（3）將這些薄片逐步順序疊加堆積成三維工件實體。說得簡單一點，3D打印是斷層掃描的逆過程，斷層掃描是把某個東西“切”成無數(shù)疊加的片，3D打印就是一片一片地打印，然后疊加到一起，成為一個立體物體。本質(zhì)上，3D打印將一個復(fù)雜的三維加工轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸S切片的加工，這種“降維制造”大大降低了加工難度。與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)（如用機(jī)床切削）完全不同。之所以稱之為“打印機(jī)”，是因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似，組成上也都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等構(gòu)成的。但3D打印機(jī)與傳統(tǒng)2D打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。），塊物料上不需要的地方去掉，但這就存在著“伸不進(jìn)、夠不著”的問題，因此不能加工任意復(fù)雜的中空形狀，而且去掉的物料也被浪費(fèi)掉了。作為對比，3D打印這種一層一層堆積起來做“加法”的工藝（增材成型）具有如下優(yōu)點：不需要刀具、模具，所需工裝、夾具大幅度減少；生產(chǎn)周期大幅度縮短；可制造出傳統(tǒng)工藝方法難以加工，甚至無法加工的結(jié)構(gòu)；材料利用率大幅度提高。因此，3D打印特別適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速制造、個性化定制、高附加值的產(chǎn)品制造。同時，由于可以生成任意復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，因此在零部件的設(shè)計上可以采用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而無須考慮加工問題，解決了復(fù)雜精細(xì)零部件的設(shè)計和制造難題。3D打印的主流技術(shù)包括SLA、FDM、SLS、3DP、LOM等。比如，F(xiàn)DM是把塑料熔化成半融狀態(tài)拉成絲，用線來構(gòu)建面，一層一層堆起來；而光固化SLA是把本來液態(tài)的光敏樹脂，用紫外激光照射，照到哪兒，哪兒就從液態(tài)變成了固態(tài)。SLS和SLA理論上是一樣的，不同的是SLS用激光去燒結(jié)粉末，如尼龍粉、金屬粉等。下面，我們就對各種主流3D打印技術(shù)做一個通俗易懂的介紹。FDM：熔融沉積成型（FFF：熔絲制造）FDM（FusedDepositionModeling），熔融沉積成型。因為FDM已被Stratasys注冊商標(biāo)，所以其他廠商將其改稱為熔絲制造（FusedFilamentFabrication，F(xiàn)FF）、塑料噴?。≒JP）、熔絲建模（FFM）等等。該工藝屬于“絲材擠出熱熔成型”這一大類。FDM技術(shù)是20世紀(jì)80年代時ScottCrump發(fā)明的。在獲得該項技術(shù)的專利后，他于1989年建立了Stratasys公司。FDM的技術(shù)原理是：將絲狀（直徑約2mm）的熱塑性材料通過噴頭加熱熔化，噴頭底部帶有微細(xì)噴嘴（直徑一般為0.2～0.6mm），材料以一定的壓力擠噴出來，同時噴頭沿水平方向移動，擠出的材料與前一個層面熔結(jié)在一起。一個層面沉積完成后，工作臺垂直下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔融沉積，直至完成整個實體造型。FDM工藝使用兩種材料：一種是制作實體部分的成型材料；另一種是支撐材料，以防空腔或懸臂部分坍塌。形象地說，F(xiàn)DM的原理就像蠶吐絲或擠牙膏那么簡單，且無須激光系統(tǒng)，因而價格低廉?，F(xiàn)在市場上的桌面級3D打印機(jī)（如RepRap、Ultimaker、MakerBot）大多數(shù)采用這種工藝，最便宜的不到1萬元即可買到。FDM技術(shù)的優(yōu)點如下。操作環(huán)境干凈、安全，可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行，沒有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險。無須激光器等貴重元器件，工藝簡單、干凈、不產(chǎn)生垃圾。原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換。材料利用率高，且可選用多種材料，如可染色的ABS和醫(yī)用ABS、PLA、PC、PPSF由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，可采用伽馬射線消毒，特別適用于醫(yī)用。FDM技術(shù)的缺點如下。成型后表面粗糙，需配合后續(xù)拋光處理，目前不適合高精度的應(yīng)用。做小件或精細(xì)件時精度不如SLA，最高精度只能為0.1mm。尺寸不能很大，因為材料本身原因限制，尺寸大了很容易變形。速度較慢，因為它的噴頭是機(jī)械的。此外它還需要浪費(fèi)材料來做支撐。3DP（ThreeDimensionalPrintingandGluing），三維打印黏結(jié)成型、噴墨沉積，也被稱為粘合噴射（BinderJetting）、噴墨粉末打?。↖nkjetPowderPrinting）。該工藝屬于“液工藝類似于傳統(tǒng)的2D噴墨打印機(jī)，是最為貼合“3D打印”概念的成型技術(shù)之一。最早由美國麻省理工學(xué)院（MIT）于1993年開發(fā)。該技術(shù)利用噴頭噴黏結(jié)劑，選擇性地黏結(jié)粉末來成型。如圖所示，首先鋪粉機(jī)構(gòu)在加工平臺上精確地鋪上一薄層粉末材料，然后噴墨打印頭根據(jù)這一層的截面形狀在粉末上噴出一層特殊的膠水，噴到膠水的薄層粉末發(fā)生固化。然后在這一層上再鋪上一層一定厚度的粉末，打印頭按下一截面的形狀噴膠水。如此層層疊加，從下到上，直到把一個零件的所有層打印完畢。然后把未固化的粉末清理掉，得到一個三維實物原型，成型精度可達(dá)0.09mm。因為石膏成型品十分易碎，因此后期還可采用“浸漬”處理，比如采用鹽水或加固膠水（Z-Bond、Z-Max等），使之變得堅硬。與2D平面打印機(jī)在打印頭下送紙不同，3D打印機(jī)是在一層粉末的上方移動打印頭，并打印橫截面數(shù)據(jù)。彩色3D打印機(jī)打印成型的樣品模型與實際產(chǎn)品具有同樣豐富的色彩。ZCorp公司（現(xiàn)已被3DSystems公司收購）使用3DP打印技術(shù)開發(fā)了Zprinter產(chǎn)品系列。3DP技術(shù)的優(yōu)點如下。無須激光器等高成本元器件。成型速度非常快（相比于FDM和SLA），耗材很便宜，一般的石膏粉都可以。成型過程不需要支撐，多余粉末的去除比較方便，特別適合于做內(nèi)腔復(fù)雜的原型。此技術(shù)最大優(yōu)點是能直接打印彩色，無須后期上色。目前市面上打印彩色人像基本采用此技術(shù)。3DP技術(shù)的缺點如下。石膏強(qiáng)度較低，只能做概念型模型，而不能做功能性試驗。因為是粉末黏結(jié)在一起，所以表面手感稍有些粗糙。除了3DP（粘合劑＋石膏粉），還有其他的粘合劑噴射技術(shù)，比如3D砂型鑄造、粘合劑噴射金屬打印、粘合劑噴射陶瓷打印、粘合劑噴射玻璃打印等等，采用的都是類似的原理，只不過選擇的原材料不同。SLASLA（StereoLithographyAppearance），光固化立體成型、立體光刻、立體平板印刷，世界上第一臺3D打印機(jī)采用的就是SLA工藝！這項技術(shù)由CharlesW.Hull發(fā)明，他由此于1986年創(chuàng)辦了3DSystems公司。技術(shù)原理：如圖所示，樹脂液槽中盛滿透明、有黏性的液態(tài)光敏樹脂，紫外激光束經(jīng)快速轉(zhuǎn)動著的反射鏡（即振鏡）對樹脂進(jìn)行照射，使之快速固化。具體地，在成型過程開始時，可升降的工作臺處于液面下一個截面層厚的高度。之后，聚焦的激光束在計算機(jī)的控制下，按照截面輪廓的要求，沿液面進(jìn)行掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂固化，從而得到該截面輪廓的塑料薄片。然后，工作臺下降一層薄片的高度，再固化另一個層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體。SLA的材料是液態(tài)的，不存在顆粒的東西，因此可以做得很精細(xì)。不過它的材料要比SLS貴很多，所以它目前主要用于打印薄壁的、精度要求較高的零件。適合于制作中小型工件，能直接得到塑料產(chǎn)品。它還能代替蠟?zāi)Ｖ谱鳚茶T模具，以及作為金屬噴涂模、環(huán)氧樹脂模和其他軟模的母模。SLA技術(shù)的優(yōu)點如下。光固化成型法是最早出現(xiàn)的快速成型制造工藝，成熟度最高，經(jīng)過時間的檢驗。成型速度較快，系統(tǒng)工作相對穩(wěn)定?？梢源蛴〉某叽缫脖容^可觀，在國外有可以做到2m的大件，關(guān)于后期處理特別是上色都比較容易。尺寸精度高，可以做到微米級別，比如0.025mm。表面質(zhì)量較好，比較適合做小件及較精細(xì)件。SLA技術(shù)的缺點如下。SLA設(shè)備造價高昂，使用和維護(hù)成本過高。SLA系統(tǒng)是要對液體進(jìn)行操作的精密設(shè)備，對工作環(huán)境要求苛刻。成型件多為樹脂類，材料價格貴，強(qiáng)度、剛度、耐熱性有限，不利于長時間保存。這種成型產(chǎn)品對貯藏環(huán)境有很高的要求，溫度過高會熔化，工作溫度不能超過100℃。光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好。成型件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強(qiáng)。光敏樹脂對環(huán)境有污染，會使人體皮膚過敏。需要設(shè)計工件的支撐結(jié)構(gòu)，以便確保在成型過程中制作的每一個結(jié)構(gòu)部位都能可靠定位，支撐結(jié)構(gòu)需在未完全固化時手工去除，容易破壞成型件。DLPDigitalLightProcessing（數(shù)字光處理技術(shù)）也屬于“液態(tài)樹脂光字光處理技術(shù)和SLA光固化成型技術(shù)比較相似，不過它是使用高分辨率的數(shù)字光處理器（DLP）投影儀來固化液態(tài)光聚合物的，逐層地進(jìn)行光固化，如圖所示。由于每次成型一個面，因此在理論上速度也比同類的SLA快很多。比較而言，SLA工藝適合打印大尺寸，DLP適合打印小尺寸（受目前投影機(jī)分辨率的限制）但細(xì)節(jié)更好的產(chǎn)品。該技術(shù)成型精度高，在材料屬性、細(xì)節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。DLP利用投射原理成型，無論工件尺寸大小都不會改變成型速度。此外，DLP不需要激光頭去固化成型，取而代之是使用成本極為便宜的燈泡照射。整個系統(tǒng)并沒有噴射部分，所以并沒有傳統(tǒng)成型系統(tǒng)噴頭堵塞的問題出現(xiàn)，大大降低了維護(hù)成本。DLP技術(shù)最早由德州儀器開發(fā)，目前很多產(chǎn)品也是基于德州儀器提供的芯片組。ZCorp公司使用DLP技術(shù)開發(fā)了ZBuilder產(chǎn)品系列，使得工程師能夠在產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)前驗證設(shè)計的形狀、匹配和功能，從而避免成本高昂的生產(chǎn)模具修改和縮短上市時間。有一個好消息是，國外一名叫TristramBudel的創(chuàng)客發(fā)布了一款開源的高分辨率DLP3D桌面打印機(jī)，所有技術(shù)細(xì)節(jié)都免費(fèi)共享。此外，美國創(chuàng)客MichaelJoyce發(fā)起的B9Creator開源項目目前在市場上獲得了較大的成功。2PP除了SLA和DLP，還有一種也是選擇性固化液體的3D打印技術(shù)：雙光子光刻（2PP，也稱為雙光子聚合、二光子平板印刷TPL）。這是一種納米級的3D打印，未來可能會成為主流的脂內(nèi)的特定分子去同時吸收激光束的兩個光子（位于激光束的正中心），引發(fā)劑一旦激活后便將樹脂內(nèi)的分子固化。如果說傳統(tǒng)的光固化技術(shù)可以達(dá)到微米級別，比如0.025mm，那么2PP則可達(dá)到納米級別，所有軸的分辨率都達(dá)到了0.0001毫米，也即精準(zhǔn)了250倍，所打印出的物品比細(xì)菌還要小。同時，2PP打印速度極快，每秒可打印幾米的物體。CLIP2015年3月，美國Carbon3D公司發(fā)布一種新的光固化技術(shù)——連續(xù)液態(tài)界面制造（ContinuousLiquidInterfaceProduction，CLIP）：利用氧氣和光連續(xù)地從樹脂材料中逐出模型。該技術(shù)比目前任意一種3D打印技術(shù)要快25-100倍。該技術(shù)“反其道而行之”地利用了之前本該被隔絕的氧氣，通過固化-阻聚效應(yīng)的平衡巧妙地解決固化速度的問題。CLIP底面的透光板采用了透氧、透紫外光的特氟龍材料（聚四氟乙烯），而透過的氧氣進(jìn)入到樹脂液體中可以起到阻聚劑的作用，形成所謂的“deadzone”（只有30微米厚），避免了之前技術(shù)在固化速度過快時會讓樹脂黏結(jié)在缸底而導(dǎo)致的成型失敗，從而使得成型速度不再受到限制。PolyJet技術(shù)（也被稱為MJP：Multi-JetPrinting）是由以色列Objet公司（現(xiàn)已并入打印過程像噴墨打印機(jī)一樣一層一層地噴樹脂，同時用紫外線燈快速固化，樹脂分為支撐材料和模型材料，產(chǎn)品做成后可輕易地沖洗掉支撐材料產(chǎn)品。樣品精度最高可達(dá)到16μm。Objet的3D打印系統(tǒng)系列可為辦公室環(huán)境的設(shè)計師和工程師們提供高分辨率的快速原型制作。缺點是樹脂材料的強(qiáng)度較低。此外，如果搭配FullCure720耗材，可實現(xiàn)透明的琥珀色效果。Objet最新的PolyJetMatrix技術(shù)，還可以支持多種型號材料（多種顏色）同時噴射。Stratasys旗下還有一家子公司Solidscape，以生產(chǎn)高精度3D蠟打印機(jī)聞名，號稱是目前的最高打印精度。Solidscape擁有SCP（SmoothCurvaturePrinting，弧度平滑打?。┘夹g(shù)，打印出來的物品表面光潔度高，而且具備直接鑄造能力。它是將蠟材熔化后通過真空從噴嘴噴射出來，液滴直徑在微米級。打印過程通過多個傳感器不斷校準(zhǔn)打印精度，打印完每層再通過旋轉(zhuǎn)刨床進(jìn)行打磨以確保表面高精度。Solidscape最小層厚可以達(dá)到6.3μm，表面精度達(dá)到0.81μm，分辨率達(dá)到5000*5000*8000dpi。SLSSelectiveLaserSintering，選擇性激光燒結(jié)、選區(qū)激光燒結(jié)。該工藝屬于“粉末/絲狀材料高能束燒結(jié)或熔化成型”這一大類。需要注意的是：SLS用的激光與SLA用的激光不同。SLS用的是紅外激光，而SLA用的是紫外激光。SLS的耗材一般為塑料、蠟、陶瓷、金屬粉末，而SLA的耗材一般為液態(tài)的光敏樹脂。該工藝由美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。SLS與3DP相似，也是采用粉末材料，但一般都為金屬粉末、陶瓷粉末等。此外，不像3DP通過噴頭噴黏結(jié)劑來黏結(jié)，而是通過燒結(jié)來黏結(jié)。具體地，SLS利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，由計算機(jī)控制，層層堆結(jié)成型。首先鋪一層粉末材料，并刮平。將材料預(yù)熱到接近熔化點，再使用高強(qiáng)度的CO2激光器有選擇地在該層截面上掃描，使粉末溫度升至熔化點，然后燒結(jié)形成黏結(jié)，接著不斷重復(fù)鋪粉、燒結(jié)的過程，直至完成整個模型成型。SLS的技術(shù)原理（圖片來源：）SLS在市場上采用得比較多，因為它和工業(yè)結(jié)合得很緊密，而且使用的材料最廣泛，理論上講幾乎所有的粉末材料都可以打印。像鑄造行業(yè)對精度要求沒那么高，SLS打印出來的精度足夠了，與精密鑄造工藝相當(dāng)。SLS可以直接打印一些小金屬件，如首飾、小的金屬模具等。SLS技術(shù)的優(yōu)點如下。成型材料廣泛，包括高分子、金屬、陶瓷、砂等多種粉末材料。零件的構(gòu)建時間較短，可達(dá)到1inch/h速度。所有沒用過的粉末都能在下一次打印中循環(huán)利用。所有未燒結(jié)過的粉末都保持原狀并成為實物的支撐性結(jié)構(gòu)，因此這種方法不需要任何其他支撐材料。相比之下，F(xiàn)DM、SLA等工藝則需要支撐結(jié)構(gòu)。此技術(shù)最主要的優(yōu)勢在于金屬成品的制作，其制成的產(chǎn)品可具有與金屬零件相近的機(jī)械性能，故可用于直接制造金屬模具以及進(jìn)行小批量零件生產(chǎn)。SLS技術(shù)的缺點如下。粉末燒結(jié)的表面粗糙（精度為0.1～0.2mm），需要后期處理。在后期處理中難以保證制件尺寸精度，后期處理工藝復(fù)雜，樣件變形大，無法裝配。無法直接成型高性能的金屬和陶瓷零件，成型大尺寸零件時容易發(fā)生翹曲變形。在加工前，要花近2小時的時間將粉末加熱到熔點以下，當(dāng)零件構(gòu)建之后，還要花5~10小時冷卻，然后才能將零件從粉末缸中取出。由于使用了大功率激光器，除了本身的設(shè)備成本，還需要很多輔助保護(hù)工藝，整體技術(shù)難度較大，制造和維護(hù)成本非常高，普通用戶無法承受，所以目前應(yīng)用范圍主要集中在高端制造領(lǐng)域，而尚未有桌面級SLS打印機(jī)開發(fā)的消息。需要對加工室不斷充氮?dú)庖源_保燒結(jié)過程的安全性，加工的成本高。該工藝產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境。SHS還有一種跟SLS原理相似的工藝名為SHS（SelectiveHeatSintering：選擇性熱燒結(jié)）。不同之處在于SHS采用的是熱打印頭而非高強(qiáng)度的激光，耗材為熱塑性粉末而非金屬粉末，因此是一種相對廉價的方案，可被用于桌面級打印。3D打印金屬是近年來發(fā)展很快的一個方向，也是各國都樂意花大力氣扶持的一個方向。目前，不少金屬3D打印機(jī)都已經(jīng)能生產(chǎn)非常堅固的結(jié)構(gòu)件、應(yīng)力件和功能件，成為3D打印家族中最有可能直接用于制造的技術(shù)，應(yīng)用也可遍及航空航天、醫(yī)療保健、儀器制造、電子行業(yè)等各個領(lǐng)域。下面就稍稍盤點一下那些神奇的金屬3D打印機(jī)們。雖然不同的廠商都為自己的金屬打印工藝注冊了各種商標(biāo)名稱，叫法有所不同，但其實原理是相似的，都是逐層連續(xù)鋪設(shè)金屬粉末，然后將其中的一些金屬顆粒固定在一起，以形成最終的物體.金屬打印主要分為三大類：激光燒結(jié)技術(shù)（LaserSintering）是使用激光束選擇性加熱粉末顆粒使其融合；而黏結(jié)劑噴射（BinderJetting）金屬打印技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)是ExOne，黏結(jié)劑被選擇性地噴射到多層的不銹鋼、青銅、鎢粉末上，然后將初步黏結(jié)而成的物體放置在熔爐中注入額外的熔融金屬固化；但是，激光燒結(jié)或黏結(jié)劑噴射技術(shù)形成的物體并不是100％的致密，電子束熔煉（EBM，ElectronBeamMelting）利用電子束選擇性地融合粉末金屬層解決了這個問題。這些技術(shù)在下面會提到。SLMSelectiveLaserMelting選擇性激光熔化。SLM是在選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又區(qū)別于SLS。SLS工藝中粉體未發(fā)生完全熔化，成型件中含有未熔固相顆粒，直接導(dǎo)致孔隙率高、致密度低、拉伸強(qiáng)度差、表面粗糙度高等工藝缺陷。為獲取全致密的激光成型件，同時也受益于2000年之后激光快速成型設(shè)備的長足進(jìn)步（表現(xiàn)為先進(jìn)高能光纖激光器的使用、鋪粉精度的提高等），SLM工藝迅速發(fā)展起來。相比于SLS（幾乎可以說只是在烤金屬粉末），SLM不依靠黏結(jié)劑而是直接用激光束完全熔化粉體，成型性能（產(chǎn)品的表面質(zhì)量和穩(wěn)定性）得以顯著提高。經(jīng)SLM凈成型的構(gòu)件，成型精度高，綜合力學(xué)性能優(yōu)，可直接滿足實際工程應(yīng)用，在生物醫(yī)學(xué)移植體制造領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。SLM關(guān)鍵技術(shù)特點體現(xiàn)在如下幾個方面。l直接制造高性能金屬零件，省掉中間過渡環(huán)節(jié)；生產(chǎn)出的工件經(jīng)拋光或簡單表面處理可直接做模具、工件或醫(yī)學(xué)金屬植入體使用。l可得到冶金結(jié)合的金屬實體，密度接近100%；SLM制造的工件有很高的拉伸強(qiáng)度。l由于SLM工藝采用的激光束光斑細(xì)小，產(chǎn)品具有很高的尺寸精度（精度可達(dá)0.02mm）、較低的粗糙度，高于SLS的工藝水平。l適合各種復(fù)雜形狀的工件，尤其適合內(nèi)部有復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)（如空腔）、用傳統(tǒng)方法無法制造的復(fù)雜工件。lSLM最大的問題在于熔化金屬粉末時，零件內(nèi)部易產(chǎn)生較大的應(yīng)力，復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要添加支撐以抑制變形的產(chǎn)生。此外，零件性能的穩(wěn)定性控制較為困難。SLM技術(shù)由德國夫瑯和費(fèi)學(xué)院于1995年與當(dāng)時的F&SStereolithographietechnik公司合作研發(fā)并申請獲得相關(guān)專利。如今，SLM技術(shù)的創(chuàng)始人DieterSchwarze博士在SLMSolutions公司。3DSystems公司也出品了采用SLM技術(shù)的金屬3D打印機(jī)：sPro125和250。3DSystems公司稱它們?yōu)橹苯咏饘龠x擇性激光熔融3D打印機(jī)。它們能生產(chǎn)高精度、高復(fù)雜度的金屬零件。打印層厚可達(dá)20μm，可打印的金屬包括鈦、不銹鋼、鈷鉻合金、工具鋼等，所以能夠應(yīng)用在航空領(lǐng)域以及醫(yī)療保健領(lǐng)域（比如為整形外科、頜面修復(fù)和牙科治療提供植入產(chǎn)品）此外，德國的ConceptLaser公司也擁有一項本質(zhì)上與SLM相同的技術(shù)，并將其起了個新的品牌名字：激光熔化（LaserCUSING）。DMLSDirectMetalLaserSintering技術(shù)由德國EOS公司開發(fā)，基本原理是SLS的進(jìn)一步發(fā)展，把熱塑料黏結(jié)劑（塑料、尼龍、陶瓷等）改為金屬黏結(jié)劑就是DMLS。此外，DMLS是邊鋪粉邊燒結(jié)的，而SLS是先鋪整層粉末，然后激光掃描燒結(jié)的。DMLS與SLS本質(zhì)上是相同的，即只是燒結(jié)（燒烤）而不是真正的熔化金屬粉末。在DMLS工藝中，由于粉末的顆粒度很細(xì)，最小疊層厚度僅為0.02mm，因此制成的模具或零件的精度很高。這種方法制造的模具如果采用拋光處理，可以達(dá)到近似鏡面的表面質(zhì)量，成為高質(zhì)量的模具，同時具有良好的機(jī)械性能，接近一般鍛造構(gòu)件。EOS公司出品的EOSINTM系列機(jī)型非常類似3DSystems公司的sPro系列機(jī)型，能打印鋁、鈷鉻合金、鈦、鎳合金和鋼。這節(jié)要介紹的這項工藝被不同的廠商冠以不同的別名，如激光工程化凈成型（LENS，LaserEngineeredNetShaping）、激光近凈成型（LNSF）、直接金屬沉積（DMD，DirectMetalDeposition）、激光粉末成型（LPF，LaserPowderForming）、激光固結(jié)（LC，LaserConsolidation）、激光熔覆沉積技術(shù)（LMD），此外還被稱為直接光制造（DLF，DirectedLightFabrication）。與SLM、DMLS等工藝用激光照射預(yù)先鋪展好的金屬粉末不同，在LENS工藝中，激光照射噴嘴輸送的粉末流，即激光與輸送粉末同時工作，將熔覆材料直接送入激光中，因此無需粉床。最早由西班牙Sandia國家實驗室研發(fā)，利用激光束等高能束流熔化金屬材料，在基體上形成熔池的同時將沉積材料（金屬粉末或絲材）送入，隨著熔池移動實現(xiàn)材料在基體上的沉積，目前該工藝在國內(nèi)使用比較多。LENS可直接（無需粉床）近凈成型出全致密的金屬零件或精坯。相比于SLM工藝，該工藝成型效率高，在直接制造航空航天、船舶、機(jī)械、動力等領(lǐng)域中大型復(fù)雜整體構(gòu)件方面具有突出優(yōu)勢。但由于沒有粉床的支撐功能，導(dǎo)致對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成型較為困難，且成型精度略低，這也是其被稱之為近凈成型的原因（即接近精密成型尚有一定的差距適合制作比較大且精度要求不是太高的工件。由于采用的激光光斑較粗，一般加工余量為3～6mm。LENS技術(shù)除了制作新模型，同時也善于修補(bǔ)和在已有物件上二次添加新部件，因此應(yīng)用面更加廣泛。能打印不銹鋼、殷鋼和鈦。采用LENS技術(shù)的代表機(jī)型是來自O(shè)ptomec公司的LENS850R。實際上，本節(jié)所介紹的工藝，連同SLM和DMLS等工藝，可被更廣義地統(tǒng)稱為激光熔覆成型（LCF，LaserCladdingForming）。這些技術(shù)的原理和加工方法基本相同，都是將快速原型制造技術(shù)和激光熔覆表面強(qiáng)化技術(shù)相結(jié)合，利用高能激光束在金屬基體上形成熔池，將通過送粉裝置和粉末噴嘴輸送到熔池的金屬粉末或事先預(yù)置于基體上的涂層熔化，快速凝固后與基體形成冶金結(jié)合。EBM通過激光燒結(jié)或黏結(jié)劑噴射技術(shù)生產(chǎn)的金屬物體都非常堅固，可以用于工業(yè)或其他方面的應(yīng)用。但是，它們形成的物體并不是100％的致密。電子束熔煉（EBM，ElectronBeamMelting）解決了這個潛在的問題，該技術(shù)與DMLS、SLM原理相似，只是采用的熱源不是激光，而是在一個高度真空的打印腔中采用電子束來完成對金屬粉末的熔融。通過高速電子轟擊金屬粉末，產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化成熱能來熔化金屬粉末。由于打印過程在真空中進(jìn)行，EBM技術(shù)更適合打印那些易氧化或易和空氣中某些元素進(jìn)行反應(yīng)的金屬，比如鈦。另外，EBM采用純凈的合金粉末作為原材料，而不需要像SLS、SLM或DMLS那樣在粉末中添加添加劑，因此也無須在打印后附加加熱工序才能獲得打印件機(jī)械特性。EBM最大的不足是設(shè)備需要嚴(yán)格的真空環(huán)境，電子束成本較高。另外，電子束聚斑效果較激光略差，導(dǎo)致零件的加工精度和表面質(zhì)量略差（精度為0.13～0.20mm），精度較選擇性激光熔化（SLM）略低，但高于激光近凈成型工藝（LNSF）。目前EBM工藝僅限于高價值的構(gòu)建材料，包括各種鈦和鈷鉻合金。這些材料目前主要用于航空航天及其他特殊的工業(yè)部門。瑞典一家名為Arcam的公司使用EBM技術(shù)率先開發(fā)了EBM3D打印機(jī)，使打印結(jié)果達(dá)到了非常高的品質(zhì)，該技術(shù)在真空中逐層建立完全致密的金屬物體。電子束快速成型速度快，是目前3D金屬打印類中打印速度最快的，可達(dá)15kg/h。2013年3月，Arcam公司推出了Q10型3D打印機(jī)，是專門為其公司的假肢市場生產(chǎn)的機(jī)型，用來替換之前的A1型3D打印機(jī)。另外，Arcam公司還有專門針對航空市場的A2系列機(jī)型。EBDM電子束直接制造（EBDM，ElectronBeamDirectManufacturing）技術(shù)是由美國Sciaky公司于2009年開發(fā)的一種新技術(shù)。與之前介紹的電子束熔融技術(shù)（EBM）不同，Sciaky公司技術(shù)的獨(dú)到之處在于：它將打印材料直接送進(jìn)打印頭，用電子束直接在機(jī)頭熔融和打印材料，所以EBDM技術(shù)可以說是一滴一滴地打印金屬物品的，其物品制作的精度和質(zhì)量都非常高，更關(guān)鍵的是它基本不產(chǎn)生任何廢料，節(jié)省了大量的原材料──考慮到金屬的價格，這對降低成本有非常大的作用。美國計劃用EBDM來生