3D打印是如何工作的？
撰稿 | 关耳（季华实验室）
嘿，你是否还记得2012年那部由成龙主演的《十二生肖》？电影中有一个令人惊叹的片段：三维兽首被快速扫描并瞬间复制——这正是3D打印技术的雏形！而今天，这项技术已从银幕走向现实，正以惊人的速度改变世界。
我国去年成功实现首次太空3D打印，为空间站扩建注入新动力；更有太空公司宣布，将用3D打印制造全火箭部件，计划2022年发射！这一切都彰显了3D打印的磅礴潜力。
图1：3D打印技术
3D打印，学名增材制造（Additive Manufacturing），是以数字模型为蓝图，将材料逐层堆叠成型的三维制造技术。它被誉为“未来经济12大颠覆技术”之一，是第三次工业革命的核心引擎，正推动制造业从传统走向智能。
与传统工艺相比，3D打印具备“去模具、减废料、降库存”的独特优势，能优化结构、节约资源，极致提升效率，真正实现“设计即制造”。
图2：通用3D打印流程
图源：Zhang et al. ACM Trans. Multimedia Comput. Commun. Appl. 2015, 12, 2
发展历程
回溯历史，3D打印的起点是1984年美国科学家Charles Hull发明的光固化成型（SLA）。随后，选择性激光烧结（SLS）、激光熔化（SLM）、粘结成型（3DP）等技术相继涌现。
进入21世纪，3D打印进入爆发期，细分工艺层出不穷，与传统制造互补共生，赋能千行百业。
3D打印方法分类
根据ISO/ASTM标准，3D打印工艺分为七大流派，各显神通。
一、材料挤出型
Material extrusion
通过喷嘴精准挤料成型，代表技术熔融沉积（FDM）是最常见的打印方式。加热丝材（如PLA、TPU）从喷头挤出，逐层堆积成型。适合原型制作和教育场景。
优点：成本低、材料广、强度高。
缺点：精度欠佳、表面粗糙。
二、光聚合成型
Vat photopolymerization
利用紫外光固化液态树脂，包括SLA（激光点扫描）和DLP（整面曝光）。适合高精度珠宝、齿科模型。
优点：表面光滑、精度极高。
缺点：材料受限、性能偏脆。
三、定向能量沉积型
Directed energy deposition
用激光或电子束熔化金属粉末即时沉积，代表技术激光送粉（LENS），用于航天部件修复或大型构件制造。
优点：无需支撑、灵活度高。
缺点：表面需再加工、难处理复杂件。
四、材料喷射型
Material jetting
如同高级3D喷墨机，可喷射数百滴光敏树脂微滴，实现全彩打印，适合产品原型和艺术创作。
优点：色彩丰富、精度超高。
缺点：材料少、成本高。
五、粘合剂喷射成型
Binder Jetting
向粉末床喷射粘合剂，逐层粘结成型，擅长多色模型和砂型铸造，甚至可打印建筑构件。
优点：效率高、可多色。
缺点：强度低、需后处理。
六、粉末床熔融成型
Powder bed fusion
高能束熔化金属粉末，代表技术SLS/SLM，是航天、医疗植入体的首选，能打印钛合金、陶瓷等高性能材料。
优点：精度卓越、材料多样。
缺点：成本高、速度慢。
七、片材层压型
Sheet lamination
将金属箔或纸材粘合切割成型，适用于快速原型或简单结构件，成本低廉但强度各向异性。
优点：速度快、变形小。
缺点：层间结合弱、材料利用率低。
应用实例
3D打印以创新为核，正深度赋能航天、医疗、汽车、文创等领域，掀起制造革命。
图3：深蓝火箭试验飞行
航天能源领域，美国Arris与空客合作量产轻量化支架；国内深蓝航天成功试射3D打印火箭，开辟制造新赛道。
医疗假体领域，从骨科到仿生眼球，德国Fraunhofer研究所的临床突破加速商业化，定制化医疗未来已来。
随着需求爆发和政策加持，3D打印的边界将持续拓展。
图4：3D打印仿生眼球
三十年间，3D打印从实验室走向产业前沿，化身“互联网+智能制造”标杆，完美平衡定制与规模生产。全球产值预计2026年达372亿美元，竞争已白热化。面对精密化、智能化、通用化的挑战，这项技术必将重塑智能制造新纪元！
现在，你是否也想亲手尝试3D打印？关注行业动态，拥抱制造革命，一起共创未来！
参 考 资 料：
1. Jake Port. How does 3D printing work? , cosmosmagazine, 7 December 2021
2. 《3D打印与工业制造》——机械工业出版社
3. 2021年3D打印行业深度研究报告——西部证券
监制 | 赵阳
编辑 | 赵唯
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
来源：先进制造
编辑：Garrett
相关问答
3D打印主要技术?
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种,又称增材制造,它以数字模型为基础，逐层堆叠材料构造物体，涵盖多种工艺如FDM、SLA等。
三D打印是什么意思_作业帮
3D打印是快速成型技术，基于数字模型，通过逐层堆积金属或塑料等材料直接制造三维实体。
什么是3d打印技术-ZOL问答
3D打印机利用光固化或层叠技术，将液体或粉末材料逐层成型，实现从图纸到实体的快速制造。
什么是3d打印技术?
3D打印是一种以数字模型为导向，通过材料逐层添加构建三维物体的技术，简化了制造流程。
3D打印技术包括什么?
主要技术包括FDM、SLA、SLS等，分别基于材料挤出、光固化、粉末烧结等原理，适应不同需求。
3D打印的三个流程?
三步走：建模（三维设计）、切片（分层处理）、打印（逐层堆叠），轻松将创意变为现实。
3d打印的基础?
3D打印基础是逐层成型：根据模型切片，逐层制作截面并粘结，最终堆叠成三维物体。
3D打印技术究竟有多牛?
3D打印能直接克隆复杂结构，摆脱传统模具限制，实现个性化定制与高效生产，颠覆制造业。
3dp技术?
3DP技术通过喷射粘合剂固化粉末层，快速成型三维实体，广泛应用于原型制作和教育领域。
3D打印技术的原理怎么样的?
原理为“增材制造”：通过数字模型控制，将材料逐层添加堆积，直接生成三维物体。