3D打印技術，一種快速成型的加工工藝，是我們都知道的時下流行的生產工藝之一，尤其在工業制造業有著廣泛的應用基礎。如今，工業3D打印機加速了創新，并為工程、制造、航空、牙科、醫療、教育等各個行業提供了支持，提高了工作效率并降低了生產成本。

隨著工業應用的不斷開發，各行業對3D打印技術有著多元化需求。時下，在工業應用領域，市場上主要有3種不同的成型工藝的打印技術FDM、SLA、SLS，以下我們就這三種3D打印技術從應用、速度、成本角度進行對比。

熔融沉積成型技術（FDM）：工作原理是通過將熱塑性聚合物通過加熱的噴嘴擠出并將其層層堆積在打印平臺上，最終構建出立體模型的過程。

FDM 3D打印機操作簡單、環保節能，可適應任何環境下使用。其精度較高，使用的打印材料種類較多：標準熱塑性塑料、工程塑料，工業3D打印機還可打印高性能材料如PEEK系列，及復合型材料等。工業級FDM 3D打印機成型件具有較高機械性能、高強度、耐熱性和化學強度，有些特殊的材料特性是SLA與SLS打印工藝無法加工的，故被廣泛應用于工業制造、工裝夾具、汽車制造、康復輔具、影視道具等。

缺點：FDM打印的層堆積技術的機械運動，所以在打印速度上相比SLA和SLS比較慢，原型表面有明顯的層紋，較為粗糙，且不適合打印尺寸較小的精細模型；Z軸方向模型強度偏弱。打印懸空模型需要設計支撐結構，且后期需要手動去除支撐；少數具有雙噴嘴工業機器，可以使用可溶解性材料作為支撐，清除較為方便。

從成本價格計算，FDM設備成本低，從入門的龍門機到工業級設備，價格幾千元到幾十萬不等；且設備后期維護方便，成本低；另外材料可選性多，特別是工業級FDM使用的材料多達數十種，原材料利用率高，沒有毒氣或化學物質的污染，這使得成型成本大大降低。

立體光固化技術（SLA)：紫外激光束聚焦，并在薄薄的液體光聚合物樹脂層上快速繪制設計的平面部分。然后，通過拉高液面近一步打印下一層平面，從而最終形成3D打印模型。

SLA技術已經是3D打印中最成熟的一種技術了，其技術優勢在于成型速度快、原型精度高，可以精確的表現表面細節，成型表面平滑，精度可以達到每層厚度0.05-0.15mm，可以加工比較精密的零件和結構外形復雜或傳統手段難以成型的原型和模具。在透明、鑄造、高溫等方面擁有廣泛的材料，可用于快速3D打印原型、牙科、透明模型、熔模鑄造圖案、鞋類成型等領域。

缺點：SLA打印的部件通常很脆弱，易斷裂，可加工性不高，不適合功能性應用，模型需要支撐，且后處理比較多。SLA對打印環境要求比較嚴格，例如環境濕度等；原材料有化學刺激性和粘性，打印時需特別注意。

SLA的制造成本相對FDM會比較高，這就使得高精度的SLA機器門檻較高，一般數萬元到數十萬元，甚至更高。

選擇性激光燒結技術（SLS）：是通過激光燒結方式進行打印的一種技術，對尼龍粉末材料進行逐層燒結，其有很高的自由度，甚至可以通過一次成型的方式打印可以活動的部件。

SLS尼龍結構堅固、略帶彈性，精度高，可以制作最終的產品和結構復雜的設計。打印零件時，不需要支撐，這是非常大的一個優點。同時，SLS打印速度較快，材料循環使用率高。

缺點：材料選擇性不多，基本為尼龍粉末材料，且價格相對SLA要貴一些；SLS成型尺寸較小，目前做大尺寸的設備比較少；成型件表面呈粉粒狀，較為粗糙，后期需要噴涂處理；打印完成后，冷卻時間較長。

在制造成本上，價格會比較高，后期維護，更換激光器等零件，費用高。

綜合這三種打印技術，我們整合幾種在打印過程中經常碰到的技術參數進行對比。

     1.打印精度  (高--低）

        SLA>SLS>FDM

     2.成型時間（速度）（快--慢）

        SLA>SLS>FDM

     3.材料功能性  （強--弱）

        FDM>SLS>SLA

     4.成本（昂貴--便宜）

        SLS>SLA>FDM

FDM 3D打印過程中，遇到模型本身有懸空面或大傾斜面難以打印，需要設計支撐結構。打印的模型特征面及角度不同，所使用機器的單噴嘴與雙噴嘴，打印材料與支撐材料都是設計支撐考慮的因素，我們將會對此進行討論和分享。

為什么需要打印支撐，哪些模型需要支撐？

FDM原理是將熱熔性塑料通過高溫噴嘴熔融后擠出，基于在打印平臺上逐層堆積構建立體模型的過程。打印過程中，會遇到很多不同的模型，有的結構簡單易于打印。有的結構特殊，像有些模型是架空結構或跨橋，下面沒有東西托著，無法在上一層基面上打印；有些是大斜面結構，其傾斜面角度超過55度，打印時很可能會出現斜面坍塌，那么這些模型需要我們進行支撐的設計，才能打出更好質量的產品模型。

我們在拿到模型文件前，會對模型進行分析，如何打印，是否需要支撐進行預先判斷。當然，現在的切片軟件，用的比較多的有simplify 3D、cura等，軟件會自動對模型進行分析后切片預覽，自動生成支撐結構，使用比較方便簡單，也可手動對某些位置進行設置，以便更好去打印。

支撐如何打印，既能節省材料又能提高打印效率呢？

由于模型的結構，需要表現的特征面不同，我們設計的支撐結構也會不同。例如我們在simplify3D軟件中可設置支撐填充角度、支撐填充率、支撐結構等，方便我們自由設計支撐結構。

目前市面上有單噴嘴和雙噴嘴機器，工業應用通常我們會選擇工業級雙噴嘴機器。很容易理解，單噴嘴機器只能同時打印一種材料，支撐結構處打印本體材料。這種支撐結構打印很簡單，不需要過多的設置，但在打印完成后拆除相對比較麻煩，容易破壞支撐面，且需要打磨。

而雙噴嘴機器可以使用兩種材料打印，我們可以選擇使用一個噴嘴打印本體材料，另一噴嘴打印支撐結構。支撐結構材料我們可以選擇特殊易剝離或可溶解性的材料，方便打印完成進行拆除或自行溶解。使用雙噴嘴機器打印，會提高工作效率，相對材料成本會高一些，但工作效率會有很大的提升。

雙噴嘴機器如何選擇支撐材料？

還是以工業級雙噴嘴機器為例，它的性能高、穩定且打印的材料種類較多，特別是高能性的工程塑料，如ABS/PC/PA/PEEK等，所以這種機器對我們工業制造領域會有很大應用性。

介紹市面上比較常用的有四類支撐材料：

①HIPS材料——（耐沖擊性聚苯乙烯）,一種酸溶性材料，需要用檸檬烯溶解，而檸檬烯價格較高，相對來講不劃算，成本過高，一般也很少會選擇。HIPS適用于ABS，PC，PC-ABS，PC-PBT，PC-FR，ASA等模型材料

②堿溶材料——顧名思義，這種材料溶解于堿性溶液。為了更好的溶解，一般需要加熱環境，有條件的可以攪拌，效果會更佳，簡單來說您可能需要另外添置一臺超聲波清洗機。堿溶材料適合一些需要打印高溫材料的模型支撐，并且本體是不溶于堿的（如ABS/PC/尼龍/復合材料等，而PLA不適合）

③水溶材料——PVA一種可在水中溶解的材料，遇水浸泡數個小時即可溶解，對溶解條件要求低，價格相對實惠；（兼容PLA、ABS、PA、PA-CF、PA-GF)

④易剝離材料——這種材料主要針對的是PLA材料，使用簡單，環境要求低，打印完成后可輕松剝離。

還有其他更好的支撐打印方式等待發現，更多打印技巧敬請關注，共同討論。