1.2 3D打印技術的工藝分類

經過多年的發展，產生了許多不同工藝形式的3D打印技術。根據2018年發布的GB/T 35021—2018《增材制造 工藝分類及原材料》國家標準，3D打印技術從工藝原理上可以分為立體光固化、材料噴射、粘結劑噴射、粉末床熔融、材料擠出、定向能量沉積、薄材疊層、復合增材制造等不同工藝類型，如表1-1所示。下面分別進行詳細介紹。

1.2.1 立體光固化

立體光固化是通過光致聚合作用選擇性地固化液態光敏聚合物的一類3D打印工藝。根據能量光源的不同，立體光固化又分為以SLA技術為代表的采用激光光源的光固化工藝和以DLP技術為代表的采用受控面光源的光固化工藝，兩種典型的光固化工藝原理示意圖如圖1-2所示。

如圖1-2a所示，立體光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）技術以液槽中的光敏樹脂為固化材料，通過計算機控制紫外激光的運動，沿著零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進行逐點掃描，被掃描到的區域的樹脂薄層產生光聚合反應而固化，而未被掃描到的光敏樹脂仍保持液態。當一層樹脂固化完畢后，工作臺下降一個分層厚度的距離，以使在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態樹脂，用以進行下一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘接在前一層上，如此循環往復，直至整個零件打印完畢。

數字光處理（Digital Light Processing，DLP）技術和SLA技術十分相似，都是以逐層打印的方式把物品打印成型，而且同樣是利用液態光敏樹脂作為原材料，打印時也需要添加支撐。但是與SLA的點狀投射不同，DLP是以投影機投影方式去將液態光敏樹脂光固化，一次性投出一個截面的圖形，使得每次固化成型一個截面，從而大大加快了打印速度。DLP技術原理示意圖如圖1-2b所示。將DLP投影機置于盛有光敏樹脂的液槽下方，其成像面正好位于液槽底部，通過能量和圖形控制，可固化一定厚度和形狀的薄層。固化后的樹脂牢牢黏在工作平臺上；接著工作臺上升一層，DLP投影機繼續投在樹脂液槽固化出第二層，并與上一層粘結在一起。這樣通過逐層固化的方式，直至制作出整個三維實體零件，成型后的零件將會牢牢地黏在工作平臺上。

立體光固化工藝的原材料包括液態或糊狀的光敏樹脂，可加入填充物。結合機制是通過化學反應固化；激活源是能量光源照射。立體光固化工藝的優點是尺寸精度高，成型表面質量高，能夠一定程度地替代傳統的NC加工塑料件，特別適合制作結構復雜、尺寸比較精細的產品模型，還可以用作翻模的模型件。其缺點是成型過程需要設計與制作支撐結構，成型件強度較差、易斷裂，為提高成型件的使用性能和尺寸穩定性，通常需要進行二次固化。

1.2.2 材料噴射

材料噴射是將材料以微滴的形式按需噴射沉積的一類3D打印工藝。其工藝原理示意圖如圖1-3所示。

根據成型材料的不同，材料噴射成型主要分為以下兩種：

1.聚合物噴射（Polyjet）技術

Polyjet技術是以色列公司Objet于2000年推出的專利技術。在成型原理上Polyjet與SLA本質相同，都是通過紫外光將液態的光敏樹脂進行固化成型，只不過Polyjet是“邊噴射邊固化”。在計算機的控制下，光敏樹脂被按照零件的各分層截面輪廓噴射到工作臺上后，紫外光燈隨即發射出紫外光對光敏樹脂材料進行固化。完成一層的噴射打印和固化后，工作臺會下降一個層厚的距離，噴頭繼續噴射打印材料進行下一層的打印和固化。如此循環往復，直至完成整個零件。在成型過程中除了要使用用來生成實體的光敏樹脂材料，還有一種用來打印支撐的光敏樹脂材料，當完成整個工件打印過程后，需要使用水槍等工具將這些支撐材料去除掉。

該技術的優點是：①成型工件的精度和表面質量均較高，最薄層厚度能達到16μm。②能夠實現多種不同性質材料的同時成型。③能夠實現彩色打印。④適合于普通的辦公室環境。其缺點是：①成本較高，目前該技術的設備、材料及維護費用均較高。②與SLA等技術相比，打印速度較慢。

2.納米粒子噴射（Nano Particle Jetting，NPJ）技術

NPJ技術直接噴射含金屬粉末或陶瓷顆粒的油墨成型零件，將包裹有納米金屬粉、陶瓷粉或支撐粒子的液體裝入打印機并噴射在構建平臺上，構建腔內的高溫會使得液體蒸發，留下一個固體金屬零件，如圖1-4所示。

NPJ技術的優點是：①打印產品的精度和表面光潔程度都比較高，不用進行打磨等后處理操作。②用這種方法制造出來的零件質量比較高，在切向力、抗拉強度及其他力學性能方面，幾乎和鑄造金屬零件相當。③支撐結構可以用不同的材料做成，而且更容易去除掉。這將為設計師提供更多的自由發揮空間。目前設計師在使用傳統的金屬打印機時仍會受到諸多限制，不得不將零件拆分成幾塊進行設計和打印；復雜的打印件往往會要求支撐結構，而拆除支撐結構會增加后生產時間和總體成本。④無須惰性氣體或者真空環境，更加安全。⑤材料選擇方便，顆粒度也可調節。⑥整個打印過程幾乎不需要人為干預，操作簡便。其缺點是納米材料成本較高。

1.2.3 粘結劑噴射

粘結劑噴射是選擇性噴射沉積液態粘結劑粘結粉末材料的一類3D打印工藝。其工藝原理示意圖如圖1-5所示。首先在成型室工作臺上均勻地鋪上一層粉末材料（金屬、陶瓷、塑料等），然后噴頭按照零件截面形狀將粘結劑有選擇性地噴射到已鋪好的粉末上，將成型材料粘結形成實體截面。一層打印結束后，工作臺降低一個層厚重新鋪粉再噴射粘結劑，重復該過程直到整個零件打印完成。最后，在零件打印完畢后，工作人員把零件從工作臺上拿出來，去除表面殘留粉末，并進行后處理，例如將蠟、環氧樹脂和其他膠黏劑用于聚合物材料的浸滲和強化，而對于金屬和陶瓷材料，則通常使用高溫燒結、熱等靜壓或浸滲熔融材料等方法來進行強化。三維打印（Three Dimensional Printing，3DP）技術是粘結劑噴射工藝的典型代表技術。

粘結劑噴射的原材料是粉末、粉末混合物或特殊材料，以及液態粘結劑、交聯劑；結合機制是通過化學反應和（或）熱反應固化粘結；激活源取決于粘結劑和（或）交聯劑，與所發生的化學反應相關。粘結劑噴射技術的優點是：①與其他技術相比，由于無須復雜昂貴的激光系統，設備整體造價大大降低。②成型速度快。③無須支撐結構。④能夠實現彩色打印。其缺點是：①粉末粘結獲得的直接成品強度較低，需要進行一系列后處理工藝來進行性能強化。②由于成型原理的局限性，成型工件表面粗糙，并且有明顯的顆粒感。

1.2.4 粉末床熔融

粉末床熔融是通過熱能選擇性地熔化或燒結粉末床區域的一類3D打印工藝。典型的粉末床熔融工藝目前主要有三種：選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering，SLS）技術、選擇性激光熔融（Selective Laser Melting，SLM）技術以及電子束熔煉（Electron Beam Melting，EBM）技術，其中SLS和SLM屬于基于激光的粉末床熔融工藝，而EBM屬于基于電子束的粉末床熔融工藝，其工藝原理示意圖如圖1-6所示。

1.選擇性激光燒結（SLS）技術

SLS制造系統主要由激光器、掃描振鏡、工作臺、粉末供給系統、鋪粉輥和工作缸等組成。其成型原理為：采用鋪粉裝置預先在工作臺上鋪上一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末），并加熱至恰好低于該粉末燒結點的某一溫度，激光束在計算機的控制下，按照截面輪廓的信息在粉層上掃描，使粉末的溫度升高到熔點并進行燒結固化，在非燒結區的粉末仍然呈松散狀，作為工件和下一層粉末的支撐。當一層截面燒結完成后，工作臺下降一個層厚的距離，再進行下一層的鋪粉和燒結，直至完成整個零件。SLS使用的激光器是CO₂激光器。

SLS技術的優點是：①打印的材料種類廣泛。從原理上來說，任何受熱能夠形成原子間粘結的粉末材料都可以作為SLS的成型材料，目前可成功進行成型加工的材料有尼龍、蠟、金屬、陶瓷等。②成型的零件強度較高，可以直接作為終端產品使用。③材料利用率高。其缺點是：①成型件表面比較粗糙。②燒結過程有異味。③加工時間較長。④由于使用了大功率激光器，除了本身的設備以外，還需要很多輔助保護工藝，整體技術難度較大，制造和維護成本較高。

2.選擇性激光熔融（SLM）技術

SLM技術是在SLS技術基礎上發展起來的一種直接金屬成型技術，于1995年由德國Fraunhofer激光技術研究所提出，其成型原理與SLS技術類似。SLM技術需要使金屬粉末完全熔化，直接成型金屬件，因此需要高功率密度激光器。激光束開始掃描前，水平鋪粉輥先把金屬粉末平鋪到加工室的基板上，激光束將按當前層的輪廓信息選擇性地熔化基板上的粉末，加工出當前層的輪廓，然后可升降系統下降一個層厚的距離，滾動鋪粉輥再在已加工好的當前層上鋪金屬粉末，設備調入下一圖層進行加工，如此層層加工，直到整個零件加工完畢。整個加工過程在抽真空或通有保護氣體的加工室中進行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發生反應。

SLM技術的優點是：①可直接制造金屬功能件，無須中間工序。②SLM工藝過程中金屬粉末在高能激光輻照下完全熔化，從而使金屬粉末顆粒之間產生冶金結合，加工的零件不需要后處理、致密度高，并且具有較好的力學性能。③粉末材料可為單一材料，也可為多組元材料，原材料無須特別配制。基于上述優點，SLM技術成為近年來3D打印技術的主要研究熱點和發展趨勢。

雖然SLS和SLM都能夠制造金屬零件，二者的區別主要在于：①SLS是選擇性激光燒結，所用的原材料是經過處理的高熔點的金屬粉末與低熔點金屬或者高分子材料的混合粉末，在加工的過程中低熔點的材料部分熔化，但高熔點的金屬粉末是不熔化的。利用被熔化的材料實現粘結成型。因此金屬粉末燒結成型后存在孔隙，力學性能較差，還需要粉末冶金的燒結工序才能形成最終的金屬功能件。②SLM是選擇性激光熔融，顧名思義也就是在加工的過程中用激光使粉體完全熔化，不需要黏結劑，因此成型的精度和力學性能都比SLS要好。

3.電子束熔煉（EBM）技術

EBM技術是一種新興的先進金屬成型制造技術。其技術原理與SLM大致相同，最大的區別是能量源從激光換成了電子束。其實現過程是：將零件的三維實體模型數據導入EBM設備，在EBM設備的工作倉內平鋪一層金屬粉末，利用高能電子束經偏轉聚焦后在焦點所產生的高密度能量，根據截面輪廓的信息對金屬粉末進行有選擇的掃描，被掃描到的金屬粉末層產生高溫熔融和凝固，加工出當前層的輪廓；然后可升降系統下降一個層厚的距離，鋪粉器重新鋪放新一層金屬粉末，這個逐層“鋪粉—熔化”的過程反復進行直到整個零件加工完畢。

與SLM技術相比，EBM技術在真空環境下成型，大大降低了金屬氧化的程度；同時真空環境也提供了一個良好的熱平衡系統，從而提高了成型穩定性；另外，由于電子束的轉向不需要移動部件，所以加快了掃描和成型的速度。

1.2.5 材料擠出

材料擠出是將材料通過噴嘴或孔口擠出的一類3D打印工藝，其工藝原理示意圖如圖1-7所示。首先將絲狀的熱熔性材料加熱熔化到半流體形態，然后在計算機的控制下，根據截面輪廓信息，通過帶有微細噴嘴的噴頭擠壓出來，凝固后形成輪廓狀的薄層。一個層面沉積完成后，工作臺下降一個分層厚度的高度，再繼續熔融沉積，直至完成整個實體零件。熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技術是材料擠出工藝的典型代表技術。

材料擠出的原材料是線材或膏體，典型材料包括熱塑性材料和結構陶瓷；結合機制是通過熱粘結或化學反應粘結；激活源是熱、超聲或部件之間的化學反應；二次處理方法是去除支撐結構。

材料擠出工藝的成型零件強度較高，但成型時間較長，需要設計與制作支撐結構，成型件表面有明顯的條紋，而且存在明顯的各向異性（沿著成型高度的方向強度較高，而垂直于成型高度的方向強度比較弱）。

1.2.6 定向能量沉積

定向能量沉積是金屬材料在沉積過程中實時送入熔池，利用聚焦熱能將材料同步熔化沉積的一類3D打印工藝，其工藝原理示意圖如圖1-8所示。

定向能量沉積原材料是粉材或絲材，典型材料是金屬，為實現特定用途，可在基體材料中加入陶瓷顆粒；結合機制是熱反應固結（熔化和凝固）；激活源是激光、電子束、電弧或等離子束等；二次處理方法是降低表面粗糙程度的工藝，例如機械加工、噴丸、激光重熔、打磨或拋光，以及提高材料性能的工藝，例如熱處理。

激光近凈成型（Laser Engineering Net Shaping，LENS）技術是定向能量沉積的典型代表技術。LENS技術是在同步送粉法的激光熔覆技術的基礎上發展起來的一種金屬零件3D打印制造技術。該技術由美國Sandia國家實驗室在1995年首先提出，美國Optomec公司于1997年實現了對其商業化的運作。其成型系統主要包括激光能源系統、金屬粉送進系統和惰性環境保護系統等。其成型原理是：首先在計算機中將零件的三維CAD模型按照一定的厚度分層“切片”，即將零件的三維數據信息轉換成一系列的二維截面輪廓信息；然后，LENS聚焦激光束在計算機控制下，按照預先設定的工藝路徑，進行移動，以高能激光束局部熔化金屬表面形成熔池，同時用送粉器將金屬粉末噴入熔池并與基體金屬冶金結合，使之按照由點到線、由線到面的順序凝固，從而完成一個層截面的打印工作。這樣逐層疊加，最終制造出近凈形的三維金屬零件實體。

與常規的零件制造方法相比，LENS技術極大地降低了對零件可制造性的限制，提高了設計自由度，并且其力學性能達到鍛造水平。可制造出形狀結構復雜的金屬零件或模具、化學成分連續變化的異質材料或功能梯度材料，并且還能對復雜零件和模具進行修復。此外，LENS技術還可以應用在航空航天領域，實現對大型難熔合金零件的直接制造。由于使用的是高功率激光器進行熔覆燒結，經常出現零件體積收縮過大的現象，并且燒結過程中溫度很高，粉末受熱急劇膨脹，容易造成粉末飛濺，浪費金屬粉末。

1.2.7 薄材疊層

薄材疊層是將薄層材料逐層粘結以形成實物的一類3D打印工藝，其工藝原理示意圖如圖1-9所示。加工時，熱粘壓機構將薄片材料（如底面有熱熔膠的紙、塑料薄膜等）進行熱壓，使之與下面已成型的工件粘結在一起，切割系統在剛粘結的新層上切割出零件截面輪廓，并將零件截面輪廓以外的區域切割成小方網格以便在成型之后能剔除廢料。切割完成后，工作臺帶動已成型的工件下降一個材料厚度，以便送進、粘結和切割新的一層材料。如此反復直至零件的所有截面粘結、切割完成后，最終形成分層制造的實體零件。疊層實體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）技術是薄材疊層工藝的典型代表技術。

薄材疊層的原材料是片材，典型材料包括紙、金屬箔、聚合物或主要由金屬或陶瓷粉末材料通過粘結劑粘結而成的復合片材；結合機制是通過熱反應與化學反應結合，或者超聲連接；激活源是局部或大范圍加熱，化學反應和超聲換能器；二次處理方法是去除廢料或燒結、滲透、熱處理、打磨、機械加工等提高工件表面質量的處理工藝。

薄材疊層的原材料價格便宜，制作成本低，無須后固化處理，無須設計和制作支撐結構。但此技術打印出產品的工件表面粗糙，有臺階紋（成型后需要進行表面打磨）。與FDM類似，成型件在力學等性能上存在明顯的各向異性，工件（特別是薄壁件）在疊層方向上的抗拉強度和彈性不夠好。

1.2.8 復合增材制造

復合增材制造是在增材制造單步工藝過程中，同時或分步結合一種或多種增材制造、等材制造或減材制造技術，完成零件或實物制造的工藝。復合增材制造工藝涉及的原材料、結合機制、激活源、二次處理根據相關增材制造工藝確定。

定向能量沉積工藝與切削或鍛壓工藝相結合的復合增材制造如圖1-10所示，粉末床熔融工藝與切削工藝相結合的復合增材制造工藝原理示意圖如圖1-11所示。

DMG MORI公司2015年推出LASERTEC 65 3D復合加工機床，在全功能五軸銑床上集成了增材式激光堆焊技術，如圖1-12所示。該機床的工作原理是：粉末噴嘴將合金鋼（例如不銹鋼、工具鋼或鎳基合金等）的金屬粉逐層噴在基材上，在激光束的加熱下金屬粉達到熔點與基礎材質熔合在一起；在上述過程中，用惰性氣體避免氧化；金屬層冷卻成型，然后進行銑削加工；銑削加工和激光加工之間能夠進行全自動切換。

LASERTEC 65 3D能夠完整地加工帶底切的復雜工件，能進行修復加工，例如對模具、機械零件，甚至醫療器械零件進行局部或者全面的噴涂加工，其沉積速度達1kg/h，比鋪粉激光燒結法制造零件的速度快10倍。

日本沙迪克公司（Sodick）開發了OPM250L和OPM350L增減材復合數控機床，將高速銑削和SLM增材生產結合在一起，能夠實現高精度的成型效果。圖1-13所示為OPM350L復合加工機床，其工作原理是：先用激光照射燒結方式將金屬粉末熔融燒結，然后再用旋轉刀具進行高速銑削精加工。該設備通過并行模式高速控制激光器，實現多處同時加工，此外，根據被加工件的3D形狀，對激光的積層次數與刀具切削加工的平衡性進行最佳優化，可大幅縮短切削加工時間。上述增減材復合數控機床的出現為金屬加工制造提供了“一站式解決方案”；充分發揮出高速銑削和SLM增材生產二者的優勢，使得同時實現任意復雜性的造型加工以及高精度精加工變為可能。

相比于國外，國內對基于增/減材復合制造技術的研究開展較晚，研究比較少。華中科技大學張海鷗教授針對常規金屬3D打印零件存在的缺陷，例如金屬抗疲勞性嚴重不足、制件性能不高以及存在氣孔和未熔合部分等問題，開發出了智能微鑄鍛銑復合制造技術以及微鑄鍛同步復合制造設備，創造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，實現了我國首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新。該技術大幅提高了制件的強度和韌性，提高了構件的疲勞壽命和可靠性；同時省去了傳統巨型壓力機的成本，可通過計算機直接控制成型路徑。經由這種微鑄鍛生產的零部件，各項技術指標和性能均穩定地超過傳統鍛件。

1.2.9 新涌現的3D打印技術

1.惠普的多射流熔融3D打印技術

多射流熔融（Multi Jet Fusion，MJF）3D打印技術由美國惠普公司于2016年正式推出，被認為新興3D打印制造技術的一大中堅力量。MJF技術實現了在更快的3D打印過程中，制造出高質量、高精度的零部件，其成型步驟如圖1-14所示，共包括四步，分別是鋪設成型粉末、噴射助熔劑（Fusing agent）、噴射細化劑（Detailing agent）、在成型區域施加能量使粉末熔融。

MJF技術的核心是位于工作臺上的兩個模塊：鋪粉模塊和熱噴頭模塊。鋪粉模塊用來在打印臺上鋪設粉末材料，形成對象實體。熱噴頭模塊噴射熔融劑和細化劑這兩種化學試劑，負責噴涂、上色和熔合，使部件獲得所需要的強度和紋理。熱噴頭模塊是惠普這款打印機的最大亮點——它能以3000萬滴/（s·in）（1in=0.0254m）的速度噴射上述兩種試劑。打印時，鋪粉模塊首先在工作倉內鋪平一層均勻的粉末，然后，熱噴頭模塊從左到右移動并噴射兩種化學試劑，通過模塊兩側的熱源加熱熔化打印區域的材料。當一層截面燒結完成后，工作臺下降一個層厚的距離，鋪粉模塊再次鋪粉，熱噴頭模塊接著再次噴射試劑和加熱，循環往復直至完成整個模型。助熔劑噴灑在需要熔化的區域，可提高材料熔化的質量和速度，而細化劑則噴灑在熔化區域的邊緣，以保證邊緣表面光滑以及精確的成型。

除了助熔劑和細化劑，MJF技術還可以利用其他添加劑來改變每個容積像素（或立體像素）的屬性，這些添加劑被稱為MJF轉化劑。例如，每個立體像素可含有青色、品紅色、黃色或黑色（CMYK）的轉化劑，實現3D打印物體彩色打印。通過控制基礎粉末材料、助熔劑、細化劑和轉化劑之間的相互作用，可以制造具有可控變量（包括不同材料、功能、顏色、透明性等）的單一部件。MJF技術使得超越想象力的設計和制造成為可能。

該技術具有以下特點：①加工速度快。MJF技術的加工速度比SLS、FDM等技術快10倍，而且不會犧牲打印精度。②用MJF技術打印出來的部件具有較高的強度和表面質量，可以直接作為終端產品使用。③MJF技術材料的可重用性高。高強度尼龍12粉末材料重復利用率達80%，而普通SLS技術的重復利用率大約是50%。④MJF技術能夠在“體素”級徹底改變產品的色彩、質感和力學性能。3D體素相當于傳統打印中的2D像素，是一種直徑僅為50μm的3D度量單位，相當于人一根頭發的寬度。通過靈活使用打印材料，MJF技術可以創造具備傳導型、韌性、內嵌數據和半透明特性的3D打印物體。

2.連續液體界面制造技術

2015年3月20日出版的《科學》雜志報道，美國北卡羅來納大學的DeSimone教授帶領的團隊開發出了一種改進的光固化3D打印技術，稱為連續液體界面制造技術（Continuous Liquid Interface Production，CLIP），這種技術可將傳統的3D打印速度提高數十倍甚至上百倍，將為3D打印行業帶來巨大變革。

CLIP工作原理示意圖如圖1-15所示，其具體實現過程如下：首先創造一個特殊的既透明又透氣的窗口，該窗口同時允許光線和氧氣通過，通過精確控制紫外光和氧氣來加工打印材料——光敏樹脂。由于氧氣能夠阻止光敏樹脂進行聚合成型（即氧阻聚效應），進入樹脂槽的氧氣會抑制離底部最近的一部分樹脂固化，形成幾十微米厚的“盲區”（dead zone）。同時，紫外光會固化盲區上方的光敏樹脂，也就是說固化的打印件并沒有像傳統的SLA打印機那樣黏在樹脂槽底部，所以打印時無須緩慢剝離，從而可以做到連續打印，實現比普通光固化快得多的打印速度。

CLIP技術具有以下特點：①打印速度非常快，相比于其他打印技術速度提高了25～100倍。②與現有的3D打印技術相比，CLIP技術打印制件表面更光滑細膩，質量更高。③采用新材料，比如合成橡膠、尼龍、陶瓷、硅氧樹脂和可降解生物材料等，大大擴展了3D打印的材料范圍。④CLIP技術能夠打印非常精細的物品（小于20μm）。

3.生物3D打印技術

生物3D打印是將生物制造與3D打印技術結合起來的一項新技術，是機械、材料、生物、醫學等多學科交叉的前沿技術，為組織工程和再生醫學領域的研究提供了新途徑。

生物3D打印是將生物材料（水凝膠等）和生物單元（細胞、DNA、蛋白質等）按仿生形態學、生物體功能、細胞生長微環境等要求用3D打印的手段制造出具有個性化的生物功能結構體的制造方法，其原理如圖1-16所示。目前生物3D打印在組織器官制造中的應用越來越廣泛，主要包括軟骨、皮膚、血管、腫瘤模型及其他復雜器官的打印等。

4.可改變形狀的4D打印技術

在傳統的3D打印系統中，材料是穩定且不會發生改變的，更不具有主動變形的功能，打印成型件為靜態物體。4D打印技術為3D打印技術和智能材料相結合的一種新興的制造技術，是3D打印結構在形狀、性質和功能方面的有針對性的演變。4D打印技術能夠實現材料的自組裝、多功能和自我修復，它通過外界刺激和相互作用機制，借助3D模型的設計，能夠制造出可改變的動態結構。因此，4D打印技術的核心組成部分包括3D打印設備、刺激響應材料、外界刺激、相互作用機制和3D模型的設計。4D打印技術在生物醫藥、軍事、航天、建筑、文化創意等領域具有重要的研究價值和應用前景。

5.微納尺度3D打印技術

現有的3D打印技術已經實現了宏觀尺度任意復雜三維結構的高效、低成本制造。近年來，微納尺度3D打印技術日益受到關注和重視，它在復雜三維微納結構、高深寬比微納結構和復合（多材料）材料微納結構制造方面具有很高的潛能和突出優勢，而且還具有設備簡單、成本低、效率高、可使用的材料種類廣、無須掩模或模具、直接成型等優點。該技術目前已經被用于航空航天、組織工程、生物醫療、微納機電系統、新材料、新能源、印刷電子、微納光學器件等眾多領域，其典型應用如圖1-17所示。