撰稿 | 关耳（季华实验室）
你是否还记得，在成龙主演的《十二生肖》中，那个扫描并瞬间复制兽首的科幻场景？这并非遥不可及——3D打印正将幻想照进现实！
科技浪潮势不可挡。中国去年已完成首次太空3D打印，为空间站扩建铺平道路；美国民营航天公司更计划发射全3D打印火箭。这项技术正以前所未有的活力，重塑我们的世界。
图1：3D打印技术
3D打印，即增材制造，依托数字模型逐层堆叠材料，直接构造三维实体。 它被誉为“未来十二大颠覆技术”之一，驱动第三次工业革命，引领制造业从传统走向智能。
对比传统工艺，3D打印无需模具、几乎零废料、还能大幅降低库存。它优化结构、节约能源，彻底践行“设计即制造”的理念。
图2：通用3D打印流程
图源：Zhang et al. ACM Trans. Multimedia Comput. Commun. Appl. 2015, 12, 2
发展历程
3D打印的起点是1984年，美国科学家Charles Hull发明了立体光固化（SLA）。随后，选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、微喷射粘结（3DP）等技术相继涌现。
进入21世纪，技术迎来爆发式增长。各类创新工艺不断细分，精准对接航空、医疗等领域的独特需求，与传统制造完美互补。
3D打印方法分类
根据ISO/ASTM国际标准，3D打印主要分为以下七大类，每种都像一位“战术大师”，在不同战场各显神通。
一、材料挤出型
Material extrusion
如同“高温挤牙膏”，最有代表性的就是熔融沉积成型（FDM）。丝状材料被加热挤出，精准堆积成型。从创意玩具到产品原型，它是最亲民的入门技术。
优点：成本低廉、材料广泛、强度高。
缺点：精度有限、表面较粗糙。
二、光聚合成型
Vat photopolymerization
这是一场“光影魔术”。利用紫外线照射液态光敏树脂，使其瞬间固化。立体光刻（SLA）用激光逐点扫描，而数字光处理（DLP）则整面曝光，效率极高。
优点：精度卓越、表面光滑、速度快捷。
缺点：材料受限、性能偏脆。
三、定向能量沉积型
Directed energy deposition
堪称“金属微雕”。聚焦高能激光或电子束，将金属粉末或丝材熔化并同步沉积。非常适合大型构件的修复与制造，灵活自如。
优点：无需支撑、灵活度高、修复能力强。
缺点：表面需再加工、难做复杂结构。
四、材料喷射型
Material jetting
如同“三维喷墨”。喷头喷射数百颗光敏材料液滴，瞬间紫外固化。它能实现惊艳的全彩打印，让原型栩栩如生。
优点：精度极高、色彩丰富、视觉效果佳。
缺点：材料选择少、成本高昂、需后处理。
五、粘合剂喷射成型
Binder Jetting
可称为“粉末粘合”。在粉末床上喷射粘合剂，像“沙水凝固”般层层粘结。金属或陶瓷制品还需高温烧结强化。
优点：效率超高、支持多色、无需支撑。
缺点：表面粗糙、密度较低、后处理复杂。
六、粉末床熔融成型
Powder bed fusion
这是“激光粉床艺术”。在高能束扫描下，金属、尼龙等粉末熔融成型。选择性激光熔化（SLM）等技术能制造极度复杂的航天零件。
优点：精度顶尖、材料多样、性能优异。
缺点：成本高、大件易翘曲、速度较慢。
七、片材层压型
Sheet lamination
仿佛“千层压合”。将纸、金属箔等材料切割后粘合或焊接。超声波增材制造（UAM）在低温下工作，适合温度敏感材料。
优点：速度极快、变形小、精度高。
缺点：层间结合弱、材料利用率低、结构简单。
应用实例
从苍穹到生命，3D打印正全面赋能。航天军工、汽车能源、生物医疗、文创建筑…… 处处可见其革新身影。
图3：深蓝火箭试验飞行
航空能源领域，空客用3D打印打造轻质支架；国内，深蓝航天已实现3D打印发动机火箭回收试验。这项技术已成为火箭制造的核心支撑。
生物医疗领域，从骨骼假体到仿生眼球，3D打印正在定制生命的希望。德国研究机构已实现假眼的临床突破，商业化进程加速。
想象未来，随着需求爆发与标准完善，3D打印的应用边界将无限拓展。
图4：3D打印仿生眼球
诞生仅三十余年，3D打印已掀起制造革命。作为“互联网+智能制造”的典范，它完美融合定制与量产。预计2026年全球产值将达372亿美元。面对精密化、智能化、通用化、便捷化的挑战，3D打印仍在进化。它不仅是工具，更是创造未来的钥匙。
你是否也想亲手触摸未来？点赞分享，在评论区留下你的奇思妙想，一起探索制造新浪潮！
参 考 资 料：
1. Jake Port. How does 3D printing work? , cosmosmagazine, 7 December 2021
2. 《3D打印与工业制造》——机械工业出版社
3. 2021年3D打印行业深度研究报告——西部证券
监制 | 赵阳
编辑 | 赵唯
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
来源：先进制造
编辑：Garrett
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