3D打印是什么？

3D打印（也称为增材制造）是一种过程，通过该过程，可以基于数字模型在层中沉积材料来创建物理对象。所有3D打印过程都需要软件，硬件和材料才能协同工作。

从原型和简单零件到高科技最终产品（例如飞机零件，环保建筑，  挽救生命的医疗植入物，甚至是使用人体细胞层的人造器官），  3D打印技术均可用于创建各种东西。

科幻作家Arthur C. Clarke早在1964年就率先描述了3D打印机的基本功能。

3D Systems的Chuck Hull于1987年发布了第一台3D打印机，它使用的是“立体光刻”（SLA）工艺。

在90年代和00年代，其他3D打印技术被发布，包括Stratasys的FDM和3D Systems的SLS。这些打印机价格昂贵，主要用于工业原型制作。

2009年，ASTM F42委员会发布了一份文件，其中包含有关增材制造的标准术语。这将3D打印确立为一种工业制造技术。

同年，FDM的专利到期，RepRap项目诞生了第一台低成本台式3D打印机。曾经花费200,000美元的产品，突然变成了低于2,000美元的价格。

根据Wohlers的说法，3D打印的采用一直在增长：2015年至2017年期间，全球销售了超过100万台台式3D打印机，2017年工业金属打印机的销量与上一年相比几乎翻了一番。

重要的是要了解3D打印是一项快速发展的技术，它具有其独特的优势，但在某些方面也落后于传统制造业。在这里，我们总结了3D打印的最重要的优点和局限性，同时考虑了目前所有可用的3D打印技术的优缺点，用他们来了解3D打印在当今的位置以及在不久的将来的发展方向。

1.几何复杂性，无需额外费用

3D打印可轻松制造复杂的形状，其中许多形状无法通过任何其他制造方法来制造。该技术的可加性意味着几何复杂性不会以更高的价格带来。为3D打印而优化的，具有复杂几何形状或有机几何形状的零件，其成本与传统制造中设计的简单零件一样多（由于使用的材料较少，有时甚至更便宜）。

2.极低的启动成本

在成型制造中（例如注塑成型和金属铸造），每个零件都需要一个独特的模具。这些定制工具的价格很高（每种价格从成千上万到数十万）。为了补偿这些成本，制造了成千上万个相同的零件。

由于3D打印不需要任何专用工具，因此基本上没有启动成本。3D打印零件的成本仅取决于所用材料的数量，机器打印该零件所花费的时间以及实现所需饰面所需的后处理（如果有）。

3.定制每个部分

您是否想过为什么我们要购买标准尺寸的衣服？由于我们刚才提到的原因，在传统制造业中，制造和向消费者出售相同产品的成本更低。

3D打印虽然可以轻松自定义，由于启动成本非常低，因此只需更改数字3D模型即可创建自定义零件。结果？可以定制每个项目，以满足用户的特定需求，而不会影响制造成本。

4.低成本原型设计，周转迅速

如今，3D打印的主要用途之一是制作原型-既用于形式又用于功能。这样做的成本仅为其他流程的一小部分，而且速度很快，其他任何制造技术都无法与之抗衡：

通常，在台式机3D打印机上打印的零件可在一夜之间准备就绪，并且订购大型工业机器的专业服务的订单可在2-5天内交付。原型制作的速度大大加快了设计周期（设计，测试，改进，重新设计）。需要8个月以上的开发时间的产品，现在仅需8-10周即可准备就绪。

5.多种（特殊）材料

当今最常用的3D打印材料是塑料，金属3D打印也发现了越来越多的工业应用。3D打印托盘还包括具有针对特定应用量身定制的特性的特殊材料。今天的3D打印零件可以具有很高的耐热性，高强度或刚度，甚至具有生物相容性。

复合材料在3D打印中也很常见。这些材料可以填充金属，陶瓷，木材或碳颗粒，或用碳纤维增强，这导致零件具有适合特定应用的独特性能。

1.较低的强度和各向异性材料性能

通常，3D打印部件的物理性能不如散装材料好：由于它们是逐层构建的，因此它们在一个方向上较弱且更易碎，约为10％到50％。

因此，塑料3D打印部件最常用于非关键功能应用。DMLS＆SLM可以生产具有优异机械性能（通常比散装材料更好）的金属3D打印零件。由于这个原因，他们已经在航空航天等最苛刻的行业中找到了应用。

2.大批量生产时，成本竞争力降低

在进行大规模生产时，3D打印无法与传统制造工艺竞争。缺少定制工具或模具意味着启动成本很低，因此可以经济地制造原型和少量相同零件（最多十个）。这也意味着尽管单价在大批量生产时仅略有下降，所以无法实现规模经济。

在大多数情况下，此转折点约为100个单位，具体取决于材料，3D打印过程和零件设计。之后，其他技术（例如CNC加工和注塑成型）更具成本效益。

3.有限的精度和公差

3D打印零件的精度取决于过程和机器的校准，通常，在台式FDM 3D打印机上打印的零件精度最低，并且打印公差为±0.5毫米。这意味着，如果您设计的孔的直径为10毫米，则打印后的真实直径将在9.5毫米至10.5毫米之间。

其他3D打印过程可提供更高的准确性，例如，工业材料喷射和SLA打印机能够生产低至±0.01毫米的零件。不过，请务必牢记，只有在对设计良好的零件中的特定功能进行优化之后才能获得这些结果。关键应用的金属3D打印零件通常在打印后通过CNC加工或其他工艺进行精加工，以提高其公差和表面光洁度。

4.后处理和支持删除

打印的零件很少可以在打印机上使用，它们通常需要一个或多个后处理步骤。

例如，在大多数3D打印过程中需要去除支撑。3D打印机无法在稀薄的空气中添加材料，因此支撑件是随零件一起打印的结构，用于在悬垂物下方添加材料或将打印的零件锚固在构建平台上。

移除后，它们经常会在与之接触的零件表面留下痕迹或污点。这些区域需要额外的操作（打磨，平滑，喷漆）以实现高品质的表面质量。