什麼是3D列印？工藝、類型和應用

「三維加工有助於簡化機器工程級聚合物的加工。此外，與傳統的快速製造技術不同，它可以快速創建原型和輕質幾何零件。

在塑膠加工產業，3D 列印是一種積層製造技術，用於根據 3D 數位藍圖創建 3D 設計。它有利於設計專業人員創建美觀實用的原型，以便在開始全面生產之前進行測試。

它涉及在 CNC 系統的引導下逐層堆疊，以在最短時間內創建三維零件。通常，3D 列印可以快速且有效率地創建複雜的設計零件。它具有顛覆不斷發展的製造物流和庫存管理的巨大潛力。 

此外，其設置成本比傳統技術相對較低。由於其在製造業中的精度和尺寸精度，它在從建築設計到航空航天零件原型的各個方面都受到了極大的關注。 

本文討論 3D 列印製程、類型和工業應用。它還涵蓋了成功 3D 列印專案的必要技巧。 

 

什麼是3D列印？它是如何運作的？

3D印刷

3D 列印是一種用於製造零件或產品的積層製造技術。 3D 表面的預定虛擬插圖或數學描繪是在 MatterControl 2.0、Tinkercad、Blender、UVTools、WebPrinters 和 Ultimaker Cura 等軟體中進行管理的。完成設計後，準備列印文件。在這裡，根據零件配置，將設計分割為 100 到 1000 個水平層或垂直層。然後，將切片模型送入 3D 列印機。 

在 3D 列印過程中，塑膠材料依序放置在連續的層中，直到形成零件或產品。此過程稱為材料擠出。這些印表機非常緊湊，並且相對經濟，可以以小批量訂單生產零件。此外，3D 列印材料的範圍正在從塑膠擴展到低成本的工程級聚合物。他們通常需要最低限度的基礎設施預算。與傳統方法不同，3D 列印的核心優勢之一是使用更少的材料來形成原型。除了零件設計功能之外，標準 3D 列印機幾乎可以複製您想到的任何概念設計。一台標準小型 3D 列印機的成本通常約為 300 至 400 美元。

 

3D印表機主要部件

3D 列印機透過各種固定和可移動部件進行同步，以開發原型設計。通常，3D 列印機具有下表中提到的 5 個主要組件：

表： 3D印表機主要部件

零件	功能
打印頭	它是 3D 列印機的加熱元件，隨後沉積塑膠材料以製造產品。
建造托盤	透過加熱或不加熱來創建實際設計的位置取決於 3D 列印技術的預期類型。
運動控制器	它是用於調節3D列印過程的主要部分。它包含機械實用程序，包括：馬達、皮帶、螺絲和端部止動件。
主機板	它是包含電氣元件的核心部分。它控制 3D 列印機的所有功能，例如；材料沉積的速度和數量。
電源	電源用於為 3D 列印機中的所有電氣部件供電。

 

塑膠 3D 列印的類型

以下是一些最常見的 3D 列印技術類型，包括：

• 立體光刻（SLA）
• 熔融沈積建模（FDM）
• 選擇性激光燒結 (SLS)
• 數位光處理 (DLP)
• 聚合噴射
• 多噴射融合

立體光刻（SLA）

SLA 3D打印

SLA被強調為第一個商業3D列印技術。它使用液態光聚合物的大桶，最初將其加熱以將其後續層固化成預期的零件材料。 

SLA 可以快速複製高解析度詳細原型、複雜零件和熔模鑄造模型。此外，它還可以幫助設計人員塑造示例性詳細組件，以測試組裝工程產品的配合度。 

表：SLA 和應用中使用的塑膠類型

課程教材	應用領域	精度等級
聚丙烯、ABS 和玻璃填充聚碳酸酯	夾具、固定裝置和鑄造模型的原型	0.1毫米到0.2毫米

熔融沈積建模（FDM）

FDM 3D 打印

熔融沈積建模的工作原理是熔化塑膠絲並透過加熱噴嘴逐層擠出以形成原型產品。與 SLA 相比，FDM 的解析度和尺寸精度相對較低。此外，長時間暴露在紫外線輻射下後，它很容易受到損壞。 

在材料相容性方面，它可以將各種堅固的熱塑性塑膠沉積到柔性彈性體上以進行物品製造。它廣泛用於塑造概念驗證模型以及從簡單到複雜的原型。 

表：相容材料和應用

課程教材	應用領域	精度等級
PET、ABS、ETG、PLA	它包含配合測試、夾具原型、固定裝置和熔模鑄造模型	0.1毫米到0.2毫米

選擇性激光燒結 (SLS)

SLS尼龍3D列印零件 

顧名思義，它的工作原理是透過雷射在堅固的熱塑性粉末上燒結來建造用於功能測試的原型。這種雷射熔化塑膠材料，並透過加熱噴嘴將其逐層熔合以建造產品。該過程精心消耗了過程中的所有材料。通常，在產品開發過程中不需要任何支撐結構。此外，透過 SLS 製造的 3D 零件比熔融沈積和 SLA 技術更具彈性且尺寸高度穩定。此外，零件比注塑零件具有更高的強度。 

表：相容材料和應用

課程教材	應用領域	精度等級
尼龍 6、尼龍 11、尼龍 12 和聚醯胺 12	它包含配合測試、夾具原型、固定裝置和熔模鑄造模型	0.1毫米到0.2毫米

數位光處理 (DLP)

數字光處理

DLP 的流程類似 SLA。它涉及使用傳統光源而不是雷射。一般來說，DLP 比 SLA 相對便宜，且生產的零件品質更高。此外，該過程相對較快，因為它可以一次壓印完整的零件。除了表面光潔度之外，這些印表機通常還可以為最終產品生產高度光滑的表面紋理。 

表：相容材料和應用

課程教材	應用領域	精度等級
聚氯乙烯、ABS、聚丙烯	牙科夾板、裝飾品、擴大器和珠寶鑄造	0.1毫米到0.2毫米

多射流融合 (MJF)

多噴射列印零件 

在此過程中，多射流融合與 SLS 類似，兩者都使用尼龍動力進行功能原型開發。這些 3D 列印機將噴墨簇與尼龍粉末黏合，透過熔合加熱元件逐層建構產品。 MJF 有助於生產各種顏色的最終用途產品並提高預期零件的解析度。此外，形成產品所需的交貨時間最短，並且在 3D 列印技術中被認為是一種經濟的技術。 

表：相容材料和應用

課程教材	應用領域	準確性
PA 12 黑色，聚丙烯 PA 12 40% 玻璃填充黑色	原型、醫療設備、  波紋管、擋板、夾具和固定裝置	0.05 mm

聚合噴射

Polyjet 是一種傳統的 3D 列印技術，其操作方式與傳統噴墨印表機非常相似。它的工作原理是透過紫外光燒結將光聚合物滴在構建板上以形成產品。 Polyjet 3D 列印機比 SL 和 SLS 便宜。產品設計人員可以使用聚合物噴嘴，其中需要原型來測試組件的初始設計適合度。此外，他們還可以鍛造多顏色和多材料的零件。 

表：相容材料和應用

課程教材	應用領域	準確性
聚丙烯、ABS、橡膠類材料、光學透明材料	包覆成型和彈性體原型	0.1 mm

 

金屬3D列印技術

除了 3D打印塑料，3D列印技術也相容於多種高強度金屬，以設計功能原型或最終用途產品。最常用的金屬包括不銹鋼、鋁、銅、鎢和鈦。以下是上述金屬的 3D 列印相干類型；

• 電子束熔煉 (EBM)
• 直接金屬激光燒結 (DMLS)

電子束熔煉 (EBM)

電子束熔煉是一種 金屬3d打印 過程。顧名思義，它使用高能量電子束將金屬粉末熔化在隨後的均勻層中，以形成符合所需規格的產品。它的工作原理是在印刷室內產生低於 0.0001 毫巴的真空。熔化材料所需的最佳溫度約為 600 至 700 ℃。與其他 3D 列印技術相比，EBM 速度快且成本效益高。此外，它可以用作數控加工和鑄造技術的替代品，因為它可以生產高度耐用的零件。 

表：相容材料和應用

課程教材	應用領域	準確性
鉭、鎢、釩和鈦	航空航天、汽車和醫療零件	不適用

直接金屬激光燒結 (DMLS)

DMLS 是另一種金屬 3D 列印技術。直接金屬雷射燒結的比較 3D 列印與 CNC 加工，它提供了更高的靈活性、可重複性、精度和快速生產優勢。此外，它尤其是生產複雜、詳細的原型的有效選擇。一般來說，它減少金屬並將複雜的零件組裝成輕質或單一部件。 

表： 相容材料和應用

課程教材	應用領域	準確性
不銹鋼、鋁、鎳合金和銅。 ETC。	航空航太、汽車和模擬醫療原型	0.1 mm

 

添加劑與添加劑減材製造

添加劑與添加劑減材製造

增材製造在連續層中添加材料以創建產品。相比之下，減材製造從現有零件中去除材料，將其塑造成所需的形狀。由於材料的靈活性和卓越的準確性，這些基本方法在製造業中廣泛使用。除此之外，這些技術已成為大量生產的經濟選擇。 

儘管存在多種製造技術，但 CNC 加工和 3D 列印因其多功能優勢而成為最廣泛採用的兩種技術。讓我們評估一下它們之間的差異；

表：積層製造與減材製造

方面	減材製造	添加劑製造
材料使用	可容納各種塑膠、金屬固體塊、棒、棒	採用熱塑性樹脂、高強度、剛性、彈性、可鑄造（類蠟）材料
工具和安裝成本	模具成本較高，但初始設定成本較低。	模具成本較低，但初始設定成本較高，約 2000 美元，中階 10000D 列印機為 3 美元
生產速度	大批量生產通常速度較慢且成本較高。	相對而言，生產速度快，適合大量生產。
設計複雜性	允許創建任何複雜的幾何設計；例如，螺紋、孔、螺絲和圓柱體	它還有助於創建複雜的設計，但僅限於更詳細的零件或組件
準確性	公差約0.025毫米	公差約0.1毫米

相關： CNC 加工與 3D 列印：深入比較

 

3D打印的應用

3D 列印技術在多個製造領域廣泛應用。它廣泛應用於航空、汽車、建築、醫療、原型設計和製造業。

航空

在航空和國防工業中，3D 列印技術引入了一種精確的方法來塑造飛機的關鍵部件。這些行業需要複雜的形狀和輕質零件來提高各種引擎部件的功能和性能。因此，原始設備製造商 (OEM) 設計師和供應商可受益於其在短時間內生產輕質零件的經濟可行性。一些例子包括支架、支架、渦輪葉片和中央框架、功能原型以及防禦系統的結構部件。 

汽車

3D 列印透過提供快速原型製作和輕量化組件，特別是賽車，使汽車行業爆炸式增長。三菱和化學（BASF）等成熟行業已經引入了 3D 列印技術。通常，熔融沈積建模用於建立客製化 3D 列印原型和最終用途零件。一些常見的例子包括汽車儀表板、暖通空調管道、通風口和內部座椅原型配件。 

原型設計與製造

3D 列印原型

相比 3D列印對比射出成型，注塑模具通常需要幾週的時間才能生產。因此，這些模具一般來說比3D列印更昂貴，成本高達100到1000美元。如上所述，採用 3D 列印的主要範圍是創建複雜形狀的原型。更遠， 3D 列印貓， 審美的 消費者的複雜模型、建築需求都可以透過3D列印來製作。 

這些先進的功能技術可以在短短幾個小時內生產出零件，同時預算也可以負擔。此外，客製化 3D 列印非常適合創建用於測試和迭代早期設計的原型。製作原型最有利可圖的技術是 SLS 和 DMLS。 

聯邦保健計劃資格清單

3D列印骨骼結構

在醫療保健領域，3D 列印機用於設計骨科設備和鑄造金屬牙冠的植入物。此外，它有助於製造人體結構的工具和鷹架結構。這些支架為細胞和組織提供了生長和再生組織的框架。此外，客製化 3D 列印有助於複製個人化義肢和患者專用設備；例如;助聽器和矯正鞋墊。除此之外，3D列印的骨骼、皮膚、組織和器官也有助於患者的照護。 

建築 3D 列印技術

建築 3D 列印技術

建築業通常使用「建築 3D 列印機」進行動力綁定和噴塗前景。這些印表機透過受控的機械手臂擠出機和龍門系統操作，輕輕地創建建築模型、小型結構和建築組件。除此之外，3D 列印是一種經濟的解決方案，可透過最大限度地減少浪費和人力需求來創建更複雜的建築圖案並改善功能整合。 

 

Prolean 的 3D 列印服務

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無論是複雜的原型製造還是大量生產，我們都可以在短時間內滿足您的要求，而不會影響品質標準。立即聯繫我們並立即獲取 3D列印服務 引用！

 

加起來

3D 列印在快速製造醫療、航空和汽車零件原型方面具有多種優勢。這種積層製造技術使用多種 3D 列印材料，從塑膠、陶瓷、食品到稀有金屬，例如：鈦、鎢和銅。 

這些印表機提高了製造各種組件和滿足售後市場需求的可能性，而這些需求曾經對於鑄造、機械加工和注塑等傳統技術來說是困難的。此外，他們也縮短了生產週期。本文從更深層次對3D列印技術進行了全面的展望。因此，您可以獲得有關 3D 列印技術的出現及其實用性的寶貴見解。 

 

常見問題

Q1. 3D列印有哪些限制？

除了優點之外，3D 列印也有一些限制。這些包括;有限的材料選擇、後處理要求以及大批量生產的成本增加。 

Q2。哪些塑膠材質適合 3D 列印？

熱塑性材料被認為是相容且靈活的 3D 列印材料。一些常見的包括：聚氨酯、聚碳酸酯以及 PEEK 和聚乳酸 (PLA) 等高性能塑膠。其中，PLA 長絲主要用於 3D 列印應用中的擠出成型。學習更多關於 掌握 3D 列印：最佳 PLA 材質指南.

Q3。除了 3D 列印之外，還有哪些持續的進步嗎？

是的，未來會出現積層製造領域的 4D 和 5D 列印等新進步。這些創新可能有助於減輕組件重量並優化 3D 列印機的性能，從而在短時間內推出產品。 

Q4。 3D列印有什麼好處？

3D 列印機提供製造零件的完全客製化。這些印表機遵循自動化指南來完美地創建產品。此外，非常適合為各種工業用途最終產品設計原型。 

Q5. 3D列印產品開發過程中遇到的主要問題有哪些？

儘管3D列印機能夠精確地生產複雜的形狀，但溫度、列印速度和細絲纏繞等製程參數是3D列印過程中的主要問題。  

 

資源

1. Shahabudin、TC Lee、R. Ramlan，（2019）：3D 列印技術概述：技術、材料和應用，Procedia Manufacturing；從...獲得： 科學直接.