自20世纪80年代由美国3D Systems公司发明第一台商用光固化增材制造成形3D打印机以来，出现了20多种3D打印增材制造工艺方法。例如，早期用于快速原型制造的成熟工艺有光敏液相固化法、叠层实体制造法、激光烧结法、熔丝沉积成形法等。近年来，金属零件直接成形的工艺方法应用也越来越普遍。

目前，3D打印的材料主要有金属、聚合物和陶瓷材料等，其形态一般有粉末状、丝状、层片状和液体状。其中聚合物一直以来都是3D打印的热门材料，因其强度高、性能好、成本低而被广泛应用，目前最常用的聚合物是ABS、聚酰胺（PA）和光敏树脂（UV）。

1.光固化技术

该技术以液态光敏树脂为原料，在计算机控制下，紫外激光按加工零件的分层截面信息逐层对树脂进行扫描，使其产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完成后，在上表面再敷上一层新的液态树脂扫描固化，新的一层牢固黏合在前一层上，如此循环直至整个零件制造结束。

光固化技术特点：精度高，表面质量好，原材料利用率接近100％，能制造形状特别复杂的零件（如空心零件），以及特别精细（如首饰、工艺品等）的零件。

材料为丙烯酸酯光敏树脂，颜色有透明、白色和黄色等，有普通树脂、增韧树脂、柔性树脂、高温树脂等可供选择。

应用领域：汽车/摩托车：车灯试制、覆盖件试制、快速精密铸造等，如图13-13～图13-15所示。

图13-13　汽车门把手

图13-14　空调出风口

图13-15　灯罩

2.激光烧结技术

将粉末材料泼铺在已成型零件的上表面并刮平，用高强度CO2激光在刚铺的新层上扫描零件截面，材料粉末在激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成型的部分黏结。当一层截面烧结完成后，铺上新的一层材料粉末，重复烧结过程，直至整个打印结束。

材料主要有：塑料粉、蜡粉、金属粉、表面涂有黏结剂的陶瓷粉、覆膜砂、尼龙粉、石膏粉等。

主要应用领域：工业制造领域用工程塑料部件；工业产品设计开发、产品外观设计认证、模型论证试验。产品如图13-16和图13-17所示。

图13-16　进气歧管

图13-17　商用车仪表台

3.蜡型熔模及覆膜砂技术(www.daowen.com)

采用激光烧结技术，以可消失熔模和树脂砂为成型材料，再通过与铸造技术结合，可快速铸造出发动机缸体、缸盖、蜗轮、叶轮等结构复杂的零部件。设备成型尺寸大、效率高、打印精度高（自动上料、双向铺粉）、不受零件复杂程度影响，无须开模直接打印蜡模、砂模、各种塑料件样件等，能与传统铸造业完美结合。主要用于铸件产品开发、产品试制、产品工艺更改、单件小批精密产品，以及铸件结构复杂、砂芯复杂、铸件尺寸精度高、外观质量高的产品生产，如图13-18～图13-22所示。

图13-18　发动机壳体蜡模

图13-19　变速箱壳体蜡模

图13-20　发动机缸盖砂型

图13-21　发动机缸盖铸件

图13-22　发动机缸体铸件

4.金属增材制造技术（金属3D打印）

近几年来，由于技术的不断更新进步，3D打印技术被用于越来越多的复杂产品加工，尤其是用金属材料直接打印产品，其发展速度更是惊人。3D打印所使用的金属粉末一般具有纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低等特点，目前主要应用的金属粉末有钛合金、高温合金、不锈钢和铝合金材料等，此外还有用于打印首饰的金、银等贵金属粉末材料。

控制激光在铺设好的金属粉末上方选择性地对粉末进行照射，在高激光能量密度作用下，金属粉末完全熔化，经散热冷却后可实现与下层固体金属冶金焊合成型，此过程循环直至整个工件成型。整个加工过程在惰性气体保护的加工室进行，以避免金属在高温下氧化。金属增材制造使用金属3D打印设备，配备高功率光纤激光器，可打印不锈钢、钛合金、铝合金等金属材料，满足航天、航空、汽车等行业直接生产需求。金属3D打印产品如图13-23～图13-26所示。

图13-23　转子

图13-24　异形管件

图13-25　叶轮

图13-26　异形阀体

5.熔融成型技术

FDM是“Fused Deposition Modeling”的缩写，即熔积成型法，是一种将各种丝材（如工程塑料ABS、PC等）加热熔化进而堆积成型的方法。FDM的工作原理是：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.13mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后，工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层“画出”截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。

技术优点：工艺简单，易于操作；尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配，可快速构建瓶状或中空零件；原材料费用低，且以卷轴丝的形式提供；可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF、浇铸用蜡和人造橡胶。