3D打印技術是快速成形技術的一種，它是將計算機設計出的三維數(shù)字模型分解成若干層平面切片，然后由3D打印機把粉末狀、液狀或絲狀塑料、金屬、陶瓷或砂等可粘合材料按切片圖形逐層疊加，最終堆積成完整物體的技術。該技術綜合了數(shù)字建模技術、信息技術、機電控制技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，是一種具有很高科技含量的綜合性應用技術。

　　3D打印技術可以實現(xiàn)大規(guī)模的個性化生產(chǎn)，可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術無法制造出的外形。并且可以實現(xiàn)首件的凈型成形，大大減小了后期的輔助加工量，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時間跨度。另外，由于其制造準備和數(shù)據(jù)轉換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量生產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。這些優(yōu)勢使3D打印成為一種潮流，目前已在建筑、工業(yè)設計、珠寶、鞋類、模型制造、汽車、航空航天、醫(yī)療、教育、地理信息系統(tǒng)等諸多領域都得到了廣泛的應用。

　　3D打印與傳統(tǒng)模型加工制造相比，有以下優(yōu)勢：

　　(1)打印的零件精度高。目前市面上的主流3D打印機的精度基本都可以控制在0．3ram以下。這種精度對于一般產(chǎn)品需求來說是足夠的。

　　(2)產(chǎn)品制造周期短，制造流程簡單。3D打印技術省去了傳統(tǒng)工藝模具設計與制作等工序，直接從CAD軟件的三維模型數(shù)據(jù)得到實體零件，生產(chǎn)周期大大縮短，也簡化了制造流程，節(jié)約制模成本。

　　(3)可實現(xiàn)個性化制造。3D打印一般通過計算機建模實現(xiàn)設計，很容易在尺寸、形狀和比例上做修改，并且這些修改都是實時的，為制作個性化產(chǎn)品提供了極大便利。另一方面，利用計算機建模能得到一些傳統(tǒng)工藝不能得到的曲線，這將使3D打印產(chǎn)品擁有更加個性的外觀。

　　(4)制造材料的多樣性。通常一個3D打印系統(tǒng)可以使用不同材料打印，如金屬、石料、塑料等，從而滿足不同領域的需要。

　　(5)可完成一些相對復雜的零件。彌補了傳統(tǒng)加工工藝的不足。

　　3D打印技術是以計算機三維設計模型為藍本，用軟件將其離散分解成若干層平面切片，然后由數(shù)控成型系統(tǒng)利用激光束、熱熔噴嘴等方式將粉末狀、液狀或絲狀金屬、陶瓷、塑料、細胞組織等材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品。3D打印機是3D打印的核心裝備，它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。與傳統(tǒng)制造業(yè)的“減材制造技術”相反，3D打印遵從的是加法原則，即“逐層疊加”原則，不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床，能實現(xiàn)設計制造一體化，從而大幅降低了生產(chǎn)成本和縮短了加工周期，提高了原材料和能源的利用率，減少了對環(huán)境的影響，并且能實現(xiàn)復雜結構產(chǎn)品的設計制造，成型產(chǎn)品的密度也更加均勻。

　　助設計人員使用計算機建模軟件制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，再根據(jù)模型自動分析出打印的工序，之后按下“打印”鍵，3D打印機就可以把它們打印出來。3D打印與傳統(tǒng)打印原理是一樣的，只是所用的打印原材料不一樣，傳統(tǒng)打印用的是“墨水”，而用于3D打印的原材料則必須是能夠液化、粉末化、絲化的塑料、金屬、陶瓷或砂等，在打印完成后又能重新結合起來，并具有合格的物理、化學性質。

　　(1)三維設計

　　三維打印的設計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維立體模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。3D設計軟件是3D打印的數(shù)據(jù)源頭，3D打印所需的模型是由3D設計軟件創(chuàng)建的，國內(nèi)的3D設計軟件包括cAD、中望3D、cAxA等。雖然目前3D打印的專用軟件不少，但更為直觀、簡單、實用的3D打印專用軟件還有待開發(fā)。

　　(2)切片處理

　　3D打印與激光成型技術一樣，采用了分層加工、疊加成型來完成3D實體打印。每一層的打印過程分為兩步，首先打印機通過讀取文件中的橫截面信息，在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

　　(3)完成打印

　　3D打印機的分辨率對大多數(shù)應用來說已經(jīng)足夠，但在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣，要獲得更高分辨率的物品可以先用當前的三維打印機打出稍大一點的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

　　(1)SLA立體光固化成型技術

　　該技術的原理是用特定波長與強度的“光”聚焦到“光固化材料”表面，從而完成單層材料的圖形化。使用的材料是液態(tài)光敏樹脂。特點是成形速度較快，精度相對較高，外形表面非常好。主要用于制造多種模具、模型。

　　(2)FDM容積成型技術

　　其原理是將絲狀材料通過加熱器的擠壓頭熔化成液體，微噴頭作x—v平面運動，將熔融的材料涂覆在成型的“作品”上，冷卻后便完成一層圖形的制作。使用的材料是絲狀材料(石蠟、金屬、工程塑料、低熔點合金絲)。特點是使用、維護簡單，成本較低，速度快，復雜程度原型僅需要幾個小時即可成型。主要用于塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型。

　　(3)LOM分層實體制造技術

　　其原理是激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的薄材用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓，切割完一層后，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用粘壓裝置將已切割層粘合在一起。使用的材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜及涂敷有熱敏膠的纖維紙等。特點是工作可靠，模型支撐性好，成本低，效率高。主要用于快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。

　　(4)3DP三維粉末粘接技術

　　其原理是先鋪一層粉末，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷重復鋪粉、噴涂、粘接的過程，層層疊加，獲得最終工件。使用的材料是粉末材料，如陶瓷粉末、金屬粉末、塑料粉末等。特點是成型速度快、無需支撐結構，而且能夠輸出彩色打印產(chǎn)品，目前其他技術比較難以實現(xiàn)。主要應用在專業(yè)領域。

　　(5)SLS選擇性激光燒結技術

　　其原理是先鋪一層粉末材料，控制激光束有選擇性地進行燒結，使粉末材料溫度升至熔化點，被燒結部分便固化形成圖形，接著不斷重復鋪粉、燒結的過程，直至完成整個模型成型。使用的材料是金屬粉末材料(Ni基合金混銅粉、Ti、Fe、Cu粉末等)。特點是成品精度好、強度相對較高，最主要的優(yōu)勢在于金屬成品的制作。主要應用在高端制造領域。

　　但3D打印技術要進一步擴展其產(chǎn)業(yè)應用空間，仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：

　　(1)成本較高?，F(xiàn)有3D打印機造價普遍較為昂貴，今年雖然多家公司推出了廉價3D家用打印機(1000美元以下)，但是苦于打印材料價格高居不下，導致總體成本偏高。

　　(2)打印材料限制。目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全性也存在一定隱患。

　　(3)精度、速度和效率方面。目前3D打印成品的精度還不盡如人意，打印效率還遠不適應大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突。

　　(4)打印零件尺寸限制。目前的3D打印機并不能實現(xiàn)大尺寸零件的制造。

　　(5)產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面。3D打印技術的普及將使產(chǎn)品更容易被復制和擴散，制造業(yè)面對的盜版風險大增，現(xiàn)有知識產(chǎn)權保護機制難以適應產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需求。

　　3D打印技術最早可追溯至1984年，世界上第一臺3D打印機誕生于1986年，引起關注和商業(yè)化應用開發(fā)則是近幾年的事。美國政府已將人工智能、3D打印、機器人作為重振美國制造業(yè)的三大支柱，其中3D打印是第一個得到政府扶持的產(chǎn)業(yè)。我國工信部也正在組織研究制定3D打印技術路線圖、中長期發(fā)展戰(zhàn)略、3D打印技術規(guī)范和標準，以及3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專項財稅政策。目前，華中科技大學史玉升科研團隊經(jīng)過十多年的努力，已研發(fā)出全球最大的“3D打印機”，這一“3D打印機”可加工零件長寬最大尺寸均達到1．2米。與此同時，民用3D打印機市場也在快速崛起，3D打印機制造廠商也在不斷增多。

　　目前，3D打印技術主要應用于工業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品設計、試制及快速打印成形；個性化產(chǎn)品設計及快速打印制造；模型制造；醫(yī)療行業(yè)；建筑業(yè)；汽車制造業(yè)；航空航天；食品產(chǎn)業(yè)；教育科研；軍事等行業(yè)中。從長遠看，這項技術應用范圍之廣將超乎想象，最終將給人們的生產(chǎn)和生活方式帶來顛覆式的改變。但由于受制于材料、成本、打印速度、制造精度等多方面因素，這項技術并不能完全取代傳統(tǒng)的減材制造法并實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，未來相當長的一段時間內(nèi)兩種生產(chǎn)方式將并存、互補。