3D列印技術其實是比較通俗的說法，學術上對這一技術的稱呼為：鐳射堆積型技術或鐳射快速成型技術。”金屬3D列印技術其實就是電腦設計3D圖形，利用鐳射產生的高溫燒結金屬粉末，產生金屬構件。鐳射快速成形/製造工藝（RapidPrototyping或RapidManufacturing，簡稱RP或者RM）基於離散-堆積原理，根據三維計算機數字模型，採用逐層堆積的方法成形零件，適合於個性化、小批量、形狀複雜、中空等零部件製造。RM工藝具有無模特點，在新產品開發的小批量試製階段具有無可比擬的優勢，缺點是不適合大批量生產，而該工藝在國內尚處於初級試用階段。
3D列印技術之快速成形原理快速成形原理隨著全球市場一體化程序的加速，製造業的競爭十分激烈，產品的開發速度日益成為競爭的主要矛盾。同時，製造業需要滿足日益變化的使用者需求，又要求製造技術有較強的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產而不增加產品的成本。快速成形(RP-Rapid Prototyping)技術是一種用材料逐層堆積出製件的製造方法。它是基於離散堆積成形思想的新型成形技術，整合計算機、數控、鐳射和新材料等最新技術而發展起來的先進的產品研究與開發技術。快速原型製造(RPM-Rapid Prototyping Manufacturing)技術是使用RP技術，由CAD模型直接驅動的快速完成任意複雜形狀三維實體零件的技術的總稱。採用該技術能在幾小時或幾十小時內直接從CAD三維實體模型製作出原型，與圖紙和計算機螢幕提供的資訊相比，快速成形提供了一個資訊更豐富、更直觀的實體。特別是在產品開發階段，利用快速成形技術全面考慮各種因素，力爭使開發能夠一次獲得成功，從而縮短開發週期，提高產品質量，降低成本，避免開發的投資風險。
一、快速成形的原理與特點 1．【快速成形原理】 快速成形是一種離散/堆積的加工技術，其基本過程是首先將計算機生成的零件三維實體沿某一座標軸進行分層處理（離散），得到每層截面的一系列二維截面資料，按特定的成形方法（LOM、SLS、FDM、SLA等）每次只加工一個截面，然後自動疊加（堆積）一層成形材料，這一過程反覆進行直到所有的截面加工完畢生成三維實體原型。（1）C AD軟體設計出所需零件的計算機三維曲面或實體模型；（2）將三維模型沿一定方向（通常為Z向）離散成一系列有序的二維層片（習慣稱為分層）；（3）根據每層輪廓資訊，進行工藝規劃，選擇加工引數，自動生成數控程式碼；（4）成形機制造一系列層片並自動將它們堆積起來，得到三維物理實體。 2．快速成形的特點： 快速成形技術將一個實體的複雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，具有如下特點：（1）成形全過程的快速性，適合現代激烈的產品市場；（2）可以製造任意複雜形狀的三維實體；（3）用CAD模型直接驅動，實現設計與製造高度一體化，其直觀性和易改性為產品的完美設計提供了優良的設計環境；（4）成形過程無需專用夾具、模具、刀具，既節省了費用，又縮短了製作週期。（5）技術的高度整合性，既是現代科學技術發展的必然產物，也是對它們的綜合應用，帶有鮮明的高新技術特徵。以上特點決定了快速成形法主要適合於新產品開發，快速單件及小批量零件製造，複雜形狀零件的製造，模具與模型設計與製造，也適合於難加工材料的製造，外形設計檢查，裝配檢驗和快速反求工程等。
二、快速成形的基本工藝方法 快速成形技術始於20世紀80年代初期，至今已有十幾種不同的快速成形方法和系統，目前，SLA、LOM、SLS和FDM四種技術是快速成形技術的主流。各種快速成形工藝的基本原理是一致的，其差別僅在於堆積成三維工件的薄片所採用的原材料、由原材料構成的截面輪廓的方法和截面層間的連線方式不同。下表為快速成形常用的原材料。材料形態液態固態粉末固態片材固態絲材材料品種光固化樹脂蠟粉尼龍粉覆膜陶瓷粉鋼粉覆膜鋼粉覆膜紙覆膜塑料覆膜陶瓷箔覆膜金屬箔蠟絲 ABS絲
快速成形材料種類 1、【光固化成形(SLA——Stereo Lithography Apparatus)法】 SLA是最早實用化的快速成形技術，採用液態光敏樹脂原料，工藝原理如圖所示。其工藝過程是，首先通過CAD設計出三維實體模型，利用離散程式將模型進行切片處理，設計掃描路徑，產生的資料將精確控制鐳射掃描器和升降臺的運動；鐳射光束通過數控裝置控制的掃描器，按設計的掃描路徑照射到液態光敏樹脂表面，使表面特定區域內的一層樹脂固化後，當一層加工完畢後，就生成零件的一個截面；然後升降臺下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態樹脂，再進行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出後，進行最終固化，再經打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產品。 SLA技術主要用於製造多種模具、模型等；還可以在原料中通過加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模。SLA技術成形速度較快，精度較高，但由於樹脂固化過程中產生收縮，不可避免地會產生應力或引起形變。因此開發收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發展趨勢。 2．【分層實體制造（LOM——Laminated Object Manufacturing）法】 LOM又稱層疊法成形，它以片材（如紙片、塑料薄膜或複合材料）為原材料，其成形原理如圖所示，鐳射切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓線資料，將背面塗有熱熔膠的紙用鐳射切割出工件的內外輪廓。切割完一層後，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然後再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以製造模具、模型外，還可以直接製造結構件或功能件。該方法的特點是原材料價格便宜、成本低。 1-鐳射器2-鋪粉滾筒3-鐳射窗 4-加工平面5-原料粉末6-生成零件
SLS快速成形原理 SLS法採用各種固態粉末（金屬、陶瓷、蠟粉、塑料等）為材料，如圖所示，先在工作臺上鋪上一薄層均勻的粉末，利用加熱裝置將其加熱至略低於熔點的溫度，然後用鐳射束在計算機的控制下，按照零件截面輪廓資訊進行有選擇的掃描，對粉末進行加熱，直至熔化，使粉末顆粒相互粘結而形成工件的實體部分。在非掃描區，粉末仍是鬆散的。這樣一層層燒結後，去除未燒結的粉末，即得到三維工件。該方法可以加工出能直接使用的金屬、塑料、陶瓷件，但製品的強度不高。主要用於生產塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型。 4.【熔積成型（FDM——Fused Deposition Modeling）法】 該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲）為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高於熔化溫度（約比熔點高1℃），在計算機的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料塗覆在工作臺上，冷卻後形成工件的一層截面，一層成形後，噴頭上移一層高度，進行下一層塗覆，這樣逐層堆積形成三維工件。該方法汙染小，材料可以回收，用於中、小型工件的成形。下圖為FDM成形原理圖。 FOM成形原理 RP技術已經在許多領域裡得到了應用，其應用範圍主要在設計檢驗、市場預測、工程測試(應力分析、風道等)、裝配測試、模具製造、醫學、美學等方面。RP技術在製造工業中應用最多（達到67%），說明RP技術對改善產品的設計和製造水平具有巨大的作用。 目前快速成形技術還存在許多不足，下一步研究開發工作主要在以下幾方面：（1）改善快速成形系統的可靠性、生產率和製作大件能力，尤其是提高快速成形系統的製作精度；（2）開發經濟型的快速成形系統；（3）快速成形方法和工藝的改進和創新；（4）快速模具製造的應用；（5）開發效能良好的快速成形材料；（6）開發快速成形的高效能軟體等。據國外媒體報道，雖然“3D列印”這一說法已經存在了25年之久，但直到目前為止該技術的應用領域還十分有限。不過，這一情況有可能在不久的未來迎來改變。據悉，波音公司已計劃利用該技術打造出一塊完整的飛機機翼。據騰訊科技報道，除了波音公司之外，本屆美國政府也將3D列印技術放在了十分重要的地位上。奧巴馬政府認為3D列印技術可以幫助美國更好的同
人力成本更低的國家進行競爭。因此，奧巴馬政府斥資3000萬美元成立了一家專注研究3D列印技術的學院。據悉，該學院將於8月中旬正式投入運作。根據Businesweek報道，一家跟蹤3D列印行業的諮詢公司Wohlers Associates稱，如今3D印表機的市場規模在17億美元左右。隨著銷售量的迅猛增長，公司預測，到2015年該市場的規模將達37億美元。著名的《經濟學人》最近描述了3D列印技術的前景——這是一種新型的生產方式，能夠促成第三次工業革命。在人們的認知中，工業革命以往發生過兩次。第一次工業革命以蒸汽機的發明為標誌，認為新的技術革命產生了流水式作業的方式，單一大批量的生產某種產品，這催生了工廠與工人，也讓製造業從原始的手工製造轉為機械製造。第二次工業革命同樣也是一次技術革命，以電力、無線電、鋼鐵和化學等領域的巨大發展為標誌，在各個不同領域進步的影響下，人們的生產方式也發生了變化，這一次工廠不再滿足於單一產品的生產，而是轉為大規模生產。(證券時報網快訊中心那麼第三次工業革命與前兩次工業革命相比，有何不同之處?《經濟學人》指出，在3D列印技術得到廣泛運用的情況下，製造業也許不再運用工廠這種將人力、資金、裝置等生產要素大規模集中化的生產方式，而轉變為一種以3D印表機為基礎的，更加靈活、所需要投入更少的生產方式。《經濟學人》將這種趨勢稱之為“社會化製造(Social Manufacturing)”，當這種方式得到廣泛的運用，那麼每個人都可以是一家工廠。從事著建築和設計行業的人，對3D列印技術其實並不陌生，因為他們經常需要用到一種叫“快速成型”的技術，將設計的原型給製作出來，展示給客戶看。在從前，這種原型的製作非常麻煩，因為工廠首先需要製作一個模具，然後把原料澆鑄在裡面，這樣才能把原型製作出來。但當工廠製作完成之後，模具就變得沒有用處——這種生產方式浪費原料，生產成本自然比較高，所需要的生產週期自然也比較長。與這種先製作模具，然後才能把設計原型製作出來的生產方式相比，3D印表機擁有相當的優異性，它能夠一次性、直接地把客戶所需要的設計原型給製作出來。由於無需經過製作模具這一步驟，客戶能夠節約時間，工廠能夠節約成本，同時所製作出來的物體，也將和設計圖紙一樣，能夠更加精確。原因在於，3D印表機能夠直接將物體“列印”出來——首先人們能夠通過電腦建立一個三維設計圖，然後印表機對這個立體原型進行“切片”，分成一層一層的，然後印表機開始工作，將原材料按照設計圖一層又一層的疊加上去，直到最終成型。當然，3D印表機所使用的材料，自然不是噴墨印表機裡面的墨水，而是一些可以發生固化反應的材料，現在可以作為原材料的東西已經多種多樣，包括樹脂、塑料、陶瓷、金屬等等。
3D列印技術的部署成本越來越低，以現在的價格，幾乎每個人都可以擁有一臺3D印表機。而隨著選材範圍越來越廣，3D印表機可製作的物品越來越多，從汽車、飛機零件，到食物，到人體器官等等。