3D打印是近年来非常火的一种材料制造加工技术，相信大家都对此不再陌生，知道这是一种可以三维地"打印"出自己想要的模型的一种方法，被广泛应用于创新制造、航空、医疗等领域，可以打印出多种移植体，帮助老年人和病患重获生活的乐趣，更长远的说，3D打印是一种"我思即我所见"的技术，可以满足更多人们精神上的需求。那么，3D打印的学名是什么，相比于传统制造工艺又有什么优缺点，其分类和应用领域又是怎么样的呢，有没有可能打印出人体呢，本篇文章就为您揭开3D打印的神秘面纱。
图：福祉科创有限公司的3D打印"福祉云"宝宝（生命雷达）
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增材制造技术
众所周知，传统机械加工领域中，对材料的加工通常分为去材制造和等材制造。
去材制造中典型的就是车、铣、刨、磨，结合高自由度的数控车床，可以实现很多复杂零件的加工需要。
图：车床加工，典型的去材制造方法（这是一个动图）
等材制造是一种既不增加材料也不去除材料的加工方法，比如金属的铸造、锻造记忆塑料橡胶的模具成形等。
图：铸造和锻造，典型的等材制造方法
而我们今天要着重讨论的3D打印不属于以上两个范畴，而是属于增材制造技术。顾名思义，增材制造技术（additive manufacturing, AM）就是通过添加材料的方式制造零件的方法，尤其类似于造房子，是一种"自下而上"的制造方式。目前已知的增材制造工艺有很多种，小编为您整理最具代表性的几种：
1、粘合剂喷射成型技术（Binder jetting）
图：Binder Jetting 成型技术图解
如图所示，铺粉滚轮将材料表面的薄粉铺匀，打印头将粘合剂喷射到要成型零件的顶面，实现粉末的粘合，通过不断的铺粉、粘合之后，可以在喷涂过粘合剂的地方成型出我们想要的形状，想不到高大上的3D打印也和砖头造房子一样简单易懂。然而，由于是粘合剂连接，刚打印出来的零件的机械强度不容乐观，还常常伴有内部的孔缺陷，所以需要再经过回炉烧结和后续的处理才可以使用，即便如此，由于金属内部混有较多的粘合剂杂质，其强度也不如传统工艺金属零件。但是这种方法可以打印较大的金属零件，且打印速度较快。
2、直接能量沉积（Direct energy deposition, DED）
图：金属直接能量沉积技术图解 和 最常见的熔融沉积塑料打印机 图片来源：[3]
如图所示，这种制造方式需要先放置一个基板或现有的部件。然后，关闭机腔，降低氧气水平，防止制造过程中材料氧化导致强度受损。用激光、电子束或气体金属电弧制造熔体池。金属粉末通过同轴喷管或侧喷管输送。喷嘴以恒定的速度移动，并遵循预定的刀具路径。当喷嘴移开时，熔化池就会凝固。连续的层遵循同样的原则，直到部分完全构建完成。这种制造方法和焊接这种连接方法的原理类似，都是通过局部熔化少量金属完成连接。这种方法可以制造非常大的一体式金属部件，尤其是传统方法难以制造的巨大壳体，例如飞机的外壳。
如果打印的是非金属材料，例如PLA、ABS等热塑性塑料。沉积的打印头通常只需要电加热即可，这也是当今市面上最常见的3D打印机产品。
3、粉末床熔融（powder bed fusion, PDF）
图：粉末床熔融技术图解 图片来源：[4]
图：粉末床熔融激光打印过程（这是一个动图）
和粘合剂喷射成型技术类似，这种制造方式也是在一个粉末平台上，在充有保护气体的环境中通过铺粉装置将金属粉末铺平，然后使用激光或者电子束选择性的在零件上表面对粉末直接进行烧结，可以直接实现金属粉末熔化再凝固的过程，使得出产零件的强度大大增加。打印完成后只要将粉末清理干净取出零件即可。
4、分层实体制造（LaminatedObjectManufacturing，LOM）
图：(A)超声波增材制造工艺 (B)超声波焊接
箔材叠层实体制作是根据三维CAD模型每个截面的轮廓线，在计算机控制下，发出控制激光切割系统的指令，使切割头作X和Y方向的移动。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳光束对箔材沿轮廓线将工作台上的箔材割出轮廓线。使用超声焊接或热压机的方式将层叠的材料连接成一体。这种方法制造速度快，相应的精度也较低。
5、数字光处理（Digital Light Processing，DLP）
图：光固化3D打印技术图解（这是一个动图） 图片来源：[7]
数字光处理技术本是一种数字光学投影技术，用在3D打印领域叫光固化更为合适。这种技术要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来，把感光树脂成型。
DPL技术如今应用非常广泛，可用于包括光固化3D打印、数字光刻、3D检测、3D扫描、微投、无屏电视、家庭影院、电影放映机、可穿戴设备等.
3D打印进入制造领域，大大增强了人们对可加工制造零部件的想象力，通过3D打印增材制造技术，人们可以定制化的制造更加复杂的机构，制造相同强度更轻量的零部件，降低定制成本的同时，更好的满足需求。但也存在着诸如精度低、表面质量差、成型效率低等缺点。现阶段无法完全取代传统制造技术，只能作为补充。
而在医疗领域，3D打印扬长避短，却能占据一席之地。人体是极具独特性的，世界上没有任何两个人是完全一样的，当人体的骨骼受到损伤并无法治愈时，义肢或骨骼移植物就成为了可替代的选择，然而，传统制造手段无法制造出完全贴合原本人体且具有良好生物相容性表面的移植物，而3D打印钛合金可以解决这个问题，3D打印独有的高定制可行性和较高的表面粗糙度特性更适用于人体移植物。
图：定制的3D打印骨关节、脊柱、牙冠及整牙 图片来源：[8][9]
图：移动式快速医疗设备设想
目前，也有很多研究正在从事3D打印牙根移植物、细胞3D打印器官、3D打印皮肤等的具有生物相容性的器件，并且已取得不少阶段性的成功。
相信不久的将来，在3D打印技术及诸多生物机电研究成果的帮助下，赛博朋克的机械人体不是梦。福祉科创与您一同，共创未来！
[1] Gibson I , Rosen D , Stucker B . Binder Jetting[M]// Additive Manufacturing Technologies. Springer New York, 2015.
[2] 粘合剂喷射成形技术
[3] DED直接能量沉积3D打印技术，焊接的一种方式？
[4] 《3D打印：正在到来的工业革命（第2版）》——2.4节粉末床熔融
[5] 3D打印文献综述
[6] 颠覆传统生产的DLP 3D打印技术，了解一下
[7] 光固化3D打印(SLA)技术原理
[8] 3D打印牙齿技术又有新突破 降费提效！
[9] 3D打印骨骼成功应用 他为患者脱下金属"铠甲"福祉
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