3D打印技術(shù)，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(chǎn)工藝之一，尤其在工業(yè)制造業(yè)有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。如今，工業(yè)3D打印機(jī)加速了創(chuàng)新，并為工程、制造、航空、牙科、醫(yī)療、教育等各個行業(yè)提供了支持，提高了工作效率并降低了生產(chǎn)成本。

隨著工業(yè)應(yīng)用的不斷開發(fā)，各行業(yè)對3D打印技術(shù)有著多元化需求。時下，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，市場上主要有3種不同的成型工藝的打印技術(shù)FDM、SLA、SLS，以下我們就這三種3D打印技術(shù)從應(yīng)用、速度、成本角度進(jìn)行對比。

熔融沉積成型技術(shù)（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(gòu)建出立體模型的過程。

FDM 3D打印機(jī)操作簡單、環(huán)保節(jié)能，可適應(yīng)任何環(huán)境下使用。其精度較高，使用的打印材料種類較多：標(biāo)準(zhǔn)熱塑性塑料、工程塑料，工業(yè)3D打印機(jī)還可打印高性能材料如PEEK系列，及復(fù)合型材料等。工業(yè)級FDM 3D打印機(jī)成型件具有較高機(jī)械性能、高強(qiáng)度、耐熱性和化學(xué)強(qiáng)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(yīng)用于工業(yè)制造、工裝夾具、汽車制造、康復(fù)輔具、影視道具等。

缺點(diǎn)：FDM打印的層堆積技術(shù)的機(jī)械運(yùn)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(xì)模型；Z軸方向模型強(qiáng)度偏弱。打印懸空模型需要設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，且后期需要手動去除支撐；少數(shù)具有雙噴嘴工業(yè)機(jī)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(jì)算，F(xiàn)DM設(shè)備成本低，從入門的龍門機(jī)到工業(yè)級設(shè)備，價格幾千元到幾十萬不等；且設(shè)備后期維護(hù)方便，成本低；另外材料可選性多，特別是工業(yè)級FDM使用的材料多達(dá)數(shù)十種，原材料利用率高，沒有毒氣或化學(xué)物質(zhì)的污染，這使得成型成本大大降低。

立體光固化技術(shù)（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(shè)計(jì)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(shù)已經(jīng)是3D打印中最成熟的一種技術(shù)了，其技術(shù)優(yōu)勢在于成型速度快、原型精度高，可以精確的表現(xiàn)表面細(xì)節(jié)，成型表面平滑，精度可以達(dá)到每層厚度0.05-0.15mm，可以加工比較精密的零件和結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜或傳統(tǒng)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(lǐng)域。

缺點(diǎn)：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(yīng)用，模型需要支撐，且后處理比較多。SLA對打印環(huán)境要求比較嚴(yán)格，例如環(huán)境濕度等；原材料有化學(xué)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(jī)器門檻較高，一般數(shù)萬元到數(shù)十萬元，甚至更高。

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）：是通過激光燒結(jié)方式進(jìn)行打印的一種技術(shù)，對尼龍粉末材料進(jìn)行逐層燒結(jié)，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(jié)構(gòu)堅(jiān)固、略帶彈性，精度高，可以制作最終的產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)計(jì)。打印零件時，不需要支撐，這是非常大的一個優(yōu)點(diǎn)。同時，SLS打印速度較快，材料循環(huán)使用率高。

缺點(diǎn)：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(shè)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(hù)，更換激光器等零件，費(fèi)用高。

綜合這三種打印技術(shù)，我們整合幾種在打印過程中經(jīng)常碰到的技術(shù)參數(shù)進(jìn)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(qiáng)--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(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)。打印的模型特征面及角度不同，所使用機(jī)器的單噴嘴與雙噴嘴，打印材料與支撐材料都是設(shè)計(jì)支撐考慮的因素，我們將會對此進(jìn)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(gòu)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(jié)構(gòu)簡單易于打印。有的結(jié)構(gòu)特殊，像有些模型是架空結(jié)構(gòu)或跨橋，下面沒有東西托著，無法在上一層基面上打??；有些是大斜面結(jié)構(gòu)，其傾斜面角度超過55度，打印時很可能會出現(xiàn)斜面坍塌，那么這些模型需要我們進(jìn)行支撐的設(shè)計(jì)，才能打出更好質(zhì)量的產(chǎn)品模型。

我們在拿到模型文件前，會對模型進(jìn)行分析，如何打印，是否需要支撐進(jìn)行預(yù)先判斷。當(dāng)然，現(xiàn)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(jìn)行分析后切片預(yù)覽，自動生成支撐結(jié)構(gòu)，使用比較方便簡單，也可手動對某些位置進(jìn)行設(shè)置，以便更好去打印。

支撐如何打印，既能節(jié)省材料又能提高打印效率呢？

由于模型的結(jié)構(gòu)，需要表現(xiàn)的特征面不同，我們設(shè)計(jì)的支撐結(jié)構(gòu)也會不同。例如我們在simplify3D軟件中可設(shè)置支撐填充角度、支撐填充率、支撐結(jié)構(gòu)等，方便我們自由設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)。

目前市面上有單噴嘴和雙噴嘴機(jī)器，工業(yè)應(yīng)用通常我們會選擇工業(yè)級雙噴嘴機(jī)器。很容易理解，單噴嘴機(jī)器只能同時打印一種材料，支撐結(jié)構(gòu)處打印本體材料。這種支撐結(jié)構(gòu)打印很簡單，不需要過多的設(shè)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(jī)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(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)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(jìn)行拆除或自行溶解。使用雙噴嘴機(jī)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(jī)器如何選擇支撐材料？

還是以工業(yè)級雙噴嘴機(jī)器為例，它的性能高、穩(wěn)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(jī)器對我們工業(yè)制造領(lǐng)域會有很大應(yīng)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(huán)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(jī)。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(fù)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(shù)個小時即可溶解，對溶解條件要求低，價格相對實(shí)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(huán)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(fā)現(xiàn)，更多打印技巧敬請關(guān)注，共同討論。