3D打印知识科普（3）：3D打印的优缺点

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发布时间：2021-09-16

小编在前两篇有关3D打印的文章（3D打印科普（1），3D打印科普（2））分别介绍了3D打印的基础知识以及其打印的技术原理，本篇文章将为大家介绍3D打印的优缺点。

经过前两篇文章的介绍，相信有不少人会认为3D打印太好了，可以用任何材料打印出任何大小的物品，亦或是可快速便捷的打印出物品等，实则不然，要根据要打印物体的实际要求来定，3D打印固然有其优势，但目前也存在一些不足。

上图是3D打印机的演变过程，在20世纪70年代后期，出现了许多不同的3D打印方法。最初3D打印机笨重、昂贵，并且能够打印的东西十分有限。许多增量技术逐渐投入使用。不同增量工艺主要区别在于层叠方法和使用的材料。有些工艺通过熔化或软化材料分层，例如激光选区熔化技术（SLM）或直接金属激光烧结术（DMLS）、选择性激光烧结术（SLS）、熔融沉积成型（FDM）或熔丝制造（FFF）。还有些工艺运用不同技术加工液体原料。例如立体光刻技术（SLA），在分层实体制造技术（LOM）下，原材料（纸张，聚合物，金属等）被切分成层以供重组。每种增量工艺都有自身的优缺点，因此一些公司开始同时供应粉末与聚合物原材料以供不同的工艺选择。另外一些公司有时会以现成的普通单据为原料制作能长期使用的基础模型。在挑选3D打印机时，主要需要考虑的是打印速度，打印机价格，打印原型价格，打印材料的选择，价格及其显色能力。

可直接处理金属的3D打印机价格较高。但有时便宜的3D打印机也可以用来制模，然后在此模型的基础上制作金属部件。

20世纪80年代晚期 S.Scott Crump 发明了FDM技术，1990年斯特塔西公司将这一技术应用于生产。此技术专利到期后形成了一个大型的开放资源，允许商业或个人使用应用此技术3D打印机。由此，FDM技术从发明以来价格一路降低。

运用FDM技术生产的模型在造型上会有些许限制。例如钟乳石样的造型就很难生产出来，因为打印过程中没有对被打印物体的支撑。因此，该技术必须设计出一种支撑物，不能太厚，并且在成品完成时可以将其打碎剥离。

3D打印机根据G代码从不同的横截面将液体，粉末，纸张或板材等材料一层层组合在一起。这些层次与计算机辅助设计模型中的虚拟层次都是相对应的。这些真实的材料层或人工或自动地拼接起来形成3D打印成品。3D打印技术的主要优势在于，它几乎可以打印所有形状的物品，但不是所有物品，比如轮船，火车等大型设备就不可以3D打印。

打印分辨率指的是层次的厚度以及长和宽分辨率，单位为点/英寸（dpi）或微米（µm）。层厚一般为100微米（250点/英寸），但有些打印机，例如OBjet Connex 系列和Project 3D系统，可以打印层厚16微米（1600点/英寸）的物体，横纵分辨率可以与激光打印机媲美，3D圆点直径大约为50到100微米（510到250点/英寸）。所以要打印更为精度更高的物品，目前技术是达不到的。

现代制模技术根据工艺，模型大小和模型复杂程度的不同，耗费的时间从几个小时到几天不等。增量制造系统则可以将一般生产时间缩短到数小时，当然具体生产时间仍然根据打印机型号，模型大小和同时打印模型数量的不同会有较大变化。

传统的诸如注塑成型等工艺在批量生产聚合物上成本较低，但增量制造速度更快，更灵活，在生产少量物体时较划算。拥有了3D打印机的帮助，设计者和概念开发团队就可以利用这个只有桌面大小的打印机进行零部件和概念模型的生产了。

尽管3D打印的分辨率能满足许多产品的要求，但仍有上升的空间。方法是：先用标准分辨率打印一个比要求稍大的模型，然后用高分辨率的削减程序将多余的材料移除。这样就能得到更为精确的3D模型。

一些打印技术要求内部支撑来在建造悬臂特点。这些支撑必须在打印完成时用机械方法清除或溶解。

所有的商业化的金属3D打印机都包含了在沉积后切割从金属基板切去金属部件的功能。GMAW 3D打印有一种新工艺可以用锤子取出去除铝部件来修改基材表面。

介绍了这么多，3D打印的主要优缺点总结如下：

1.3D打印优点

①最直接的好处就是节省材料，不用剔除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本。

②能做到很高的精度和复杂程度，可以表现出外形曲线上的设计。

③不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件。

④它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具从而有效的缩短产品研发周期。

⑤3D打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃；六是它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本，它甚至可以挑战大规模生产方式。