3D打印技术，一种快速成型的加工工艺，是我们都知道的时下流行的生产工艺之一，尤其在工业制造业有着广泛的应用基础。如今，工业3D打印机加速了创新，并为工程、制造、航空、牙科、医疗、教育等各个行业提供了支持，提高了工作效率并降低了生产成本。

随着工业应用的不断开发，各行业对3D打印技术有着多元化需求。时下，在工业应用领域，市场上主要有3种不同的成型工艺的打印技术FDM、SLA、SLS，以下我们就这三种3D打印技术从应用、速度、成本角度进行对比。

熔融沉积成型技术（FDM）：工作原理是通过将热塑性聚合物通过加热的喷嘴挤出并将其层层堆积在打印平台上，最终构建出立体模型的过程。

FDM 3D打印机操作简单、环保节能，可适应任何环境下使用。其精度较高，使用的打印材料种类较多：标准热塑性塑料、工程塑料，工业3D打印机还可打印高性能材料如PEEK系列，及复合型材料等。工业级FDM 3D打印机成型件具有较高机械性能、高强度、耐热性和化学强度，有些特殊的材料特性是SLA与SLS打印工艺无法加工的，故被广泛应用于工业制造、工装夹具、汽车制造、康复辅具、影视道具等。

缺点：FDM打印的层堆积技术的机械运动，所以在打印速度上相比SLA和SLS比较慢，原型表面有明显的层纹，较为粗糙，且不适合打印尺寸较小的精细模型；Z轴方向模型强度偏弱。打印悬空模型需要设计支撑结构，且后期需要手动去除支撑；少数具有双喷嘴工业机器，可以使用可溶解性材料作为支撑，清除较为方便。

从成本价格计算，FDM设备成本低，从入门的龙门机到工业级设备，价格几千元到几十万不等；且设备后期维护方便，成本低；另外材料可选性多，特别是工业级FDM使用的材料多达数十种，原材料利用率高，没有毒气或化学物质的污染，这使得成型成本大大降低。

立体光固化技术（SLA)：紫外激光束聚焦，并在薄薄的液体光聚合物树脂层上快速绘制设计的平面部分。然后，通过拉高液面近一步打印下一层平面，从而最终形成3D打印模型。

SLA技术已经是3D打印中最成熟的一种技术了，其技术优势在于成型速度快、原型精度高，可以精确的表现表面细节，成型表面平滑，精度可以达到每层厚度0.05-0.15mm，可以加工比较精密的零件和结构外形复杂或传统手段难以成型的原型和模具。在透明、铸造、高温等方面拥有广泛的材料，可用于快速3D打印原型、牙科、透明模型、熔模铸造图案、鞋类成型等领域。

缺点：SLA打印的部件通常很脆弱，易断裂，可加工性不高，不适合功能性应用，模型需要支撑，且后处理比较多。SLA对打印环境要求比较严格，例如环境湿度等；原材料有化学刺激性和粘性，打印时需特别注意。

SLA的制造成本相对FDM会比较高，这就使得高精度的SLA机器门槛较高，一般数万元到数十万元，甚至更高。

选择性激光烧结技术（SLS）：是通过激光烧结方式进行打印的一种技术，对尼龙粉末材料进行逐层烧结，其有很高的自由度，甚至可以通过一次成型的方式打印可以活动的部件。

SLS尼龙结构坚固、略带弹性，精度高，可以制作最终的产品和结构复杂的设计。打印零件时，不需要支撑，这是非常大的一个优点。同时，SLS打印速度较快，材料循环使用率高。

缺点：材料选择性不多，基本为尼龙粉末材料，且价格相对SLA要贵一些；SLS成型尺寸较小，目前做大尺寸的设备比较少；成型件表面呈粉粒状，较为粗糙，后期需要喷涂处理；打印完成后，冷却时间较长。

在制造成本上，价格会比较高，后期维护，更换激光器等零件，费用高。

综合这三种打印技术，我们整合几种在打印过程中经常碰到的技术参数进行对比。

     1.打印精度  (高--低）

        SLA>SLS>FDM

     2.成型时间（速度）（快--慢）

        SLA>SLS>FDM

     3.材料功能性  （强--弱）

        FDM>SLS>SLA

     4.成本（昂贵--便宜）

        SLS>SLA>FDM

FDM 3D打印过程中，遇到模型本身有悬空面或大倾斜面难以打印，需要设计支撑结构。打印的模型特征面及角度不同，所使用机器的单喷嘴与双喷嘴，打印材料与支撑材料都是设计支撑考虑的因素，我们将会对此进行讨论和分享。

为什么需要打印支撑，哪些模型需要支撑？

FDM原理是将热熔性塑料通过高温喷嘴熔融后挤出，基于在打印平台上逐层堆积构建立体模型的过程。打印过程中，会遇到很多不同的模型，有的结构简单易于打印。有的结构特殊，像有些模型是架空结构或跨桥，下面没有东西托着，无法在上一层基面上打印；有些是大斜面结构，其倾斜面角度超过55度，打印时很可能会出现斜面坍塌，那么这些模型需要我们进行支撑的设计，才能打出更好质量的产品模型。

我们在拿到模型文件前，会对模型进行分析，如何打印，是否需要支撑进行预先判断。当然，现在的切片软件，用的比较多的有simplify 3D、cura等，软件会自动对模型进行分析后切片预览，自动生成支撑结构，使用比较方便简单，也可手动对某些位置进行设置，以便更好去打印。

支撑如何打印，既能节省材料又能提高打印效率呢？

由于模型的结构，需要表现的特征面不同，我们设计的支撑结构也会不同。例如我们在simplify3D软件中可设置支撑填充角度、支撑填充率、支撑结构等，方便我们自由设计支撑结构。

目前市面上有单喷嘴和双喷嘴机器，工业应用通常我们会选择工业级双喷嘴机器。很容易理解，单喷嘴机器只能同时打印一种材料，支撑结构处打印本体材料。这种支撑结构打印很简单，不需要过多的设置，但在打印完成后拆除相对比较麻烦，容易破坏支撑面，且需要打磨。

而双喷嘴机器可以使用两种材料打印，我们可以选择使用一个喷嘴打印本体材料，另一喷嘴打印支撑结构。支撑结构材料我们可以选择特殊易剥离或可溶解性的材料，方便打印完成进行拆除或自行溶解。使用双喷嘴机器打印，会提高工作效率，相对材料成本会高一些，但工作效率会有很大的提升。

双喷嘴机器如何选择支撑材料？

还是以工业级双喷嘴机器为例，它的性能高、稳定且打印的材料种类较多，特别是高能性的工程塑料，如ABS/PC/PA/PEEK等，所以这种机器对我们工业制造领域会有很大应用性。

介绍市面上比较常用的有四类支撑材料：

①HIPS材料——（耐冲击性聚苯乙烯）,一种酸溶性材料，需要用柠檬烯溶解，而柠檬烯价格较高，相对来讲不划算，成本过高，一般也很少会选择。HIPS适用于ABS，PC，PC-ABS，PC-PBT，PC-FR，ASA等模型材料

②碱溶材料——顾名思义，这种材料溶解于碱性溶液。为了更好的溶解，一般需要加热环境，有条件的可以搅拌，效果会更佳，简单来说您可能需要另外添置一台超声波清洗机。碱溶材料适合一些需要打印高温材料的模型支撑，并且本体是不溶于碱的（如ABS/PC/尼龙/复合材料等，而PLA不适合）

③水溶材料——PVA一种可在水中溶解的材料，遇水浸泡数个小时即可溶解，对溶解条件要求低，价格相对实惠；（兼容PLA、ABS、PA、PA-CF、PA-GF)

④易剥离材料——这种材料主要针对的是PLA材料，使用简单，环境要求低，打印完成后可轻松剥离。

还有其他更好的支撑打印方式等待发现，更多打印技巧敬请关注，共同讨论。

FDM3D打印技术是目前应用最广泛地3D打印技术。在汽车设计阶段，3D打印可快速制作概念模型和功能原型，在产品研发初期大大缩短汽车零部件的验证时间，从而缩短汽车的研发周期，并尽可能地降低由于设计方面的原因而造成的成本浪费。

功能性测试原型

在设计工业应用工具时，传统技术使用铝制或者替代性的金属合金材料，这是因为金属件的表现更加优异并符合该类工具的要求。在许多情况下，热塑性塑料可以达到该类工具的强度要求，但是无法满足执行测试任务时的刚性要求。

这正是复合材料发挥作用的地方。向基础聚合物中添加增强材料可以极大地改变原材料的性能，从而使塑料件替代金属件成为现实。

目前常用的FDM增强材料有碳纤维和玻璃纤维，可用来增强ABS、尼龙（PA）、聚丙烯（PP）、聚醚醚酮（PEEK）等材料。因而打印这类高性能，需要运用高配置工业级FDM打印机。

汽车装备组件

制造业在不断调整以满足新的需求。定制化、按需生产和小批量生产等需求都在不断催生有别于传统制造方法的替代性方案。增材制造技术可能永远无法完全取代数控机床加工或铸造，以工业级高性能的FDM打印机则能够满足这些批量制造。

碳纤维填充的尼龙材料相比纯尼龙具有更高的性能（增强碳纤维尼龙），以Nylon12-CF为例，通过短切碳纤维与尼龙12共混，获得的35%增强纤维含量的复合材料具有优异的结构特性，是FDM材料组合中最强的热塑性材料之一。

工装夹具

对于新车型试制阶段，往往会有大量新的工装夹具投放使用，并且需要不断优化调整，3D打印大大节省了前期试制阶段工装夹具的制作时间，可节约大量成本。PC 具有高强度与抗弯强度特性，这使它成为高要求成型需求，金属弯曲与复合工作的工具、卡具和图案的理想之选。小批量生产与定制变得可行，测试也更加可靠。通用汽车已使用3D打印用于产品开发三十多年，并且在过去的十年中，使用3D打印技术生产了超过250000个零部件。

也有一些功能测试样件，一些路试车、模型车都也需要功能性，都有一定强度的要求，而且我们知道汽车行业正在使用更多的塑料、碳纤维，所以这个白色的PC都是汽车行业在用，可以把它直接打出来，不需要组装，可以进行路试或20辆左右车的功能性的测试。

汽车售后维修领域

3D打印在汽车维修行业应用较少，但潜力巨大。3D打印设备和材料、汽车产权保护、打印后的质量检测、汽车维修从业人员的技术水平、对技术的认知等是限制这项技术在汽车维修行业中应用的重要原因。

由于当前汽车种类越来越多，汽车的型号更是不断更新，一些进口车、限量版汽车零部件储备相当少，汽车维修行业和4S店均难以将汽车的零部件配备齐全。

这就要求汽车维修企业具备零部件定制生产的能力，而3D打印技术则能够为满足各种车型的零部件缺失维修提供重要保障。从汽车维修工具到零部件的直接制造，3D打印无疑能发挥重要作用。最直接的表现便是它能够节省维修等待时间、更能解决因等待和聘请原厂专业人员造成的成本问题。

人工智能时代的到来使得机器人逐渐逐渐走入我们的寻常生活，在生活中、生产中都大大的提高这我们的效率。由于机器人在不同生活场景的应用，需要在外观上设计不同的形态，由此以来在制造机器人的过程中就需要使用3D打印进行结构验证与外观验证，这样的验证方式大大地缩减了新产品的生产和迭代周期，使得一代又一代更具人性化的机器人产品出现在我们的身边。

3D打印机机器狗机身外壳

机器狗机身外壳与内部零件多且复杂，工程师采用3D打印进行机身部件的制作，可以完成一些复杂零件模型的快速成型，加快制作周期，并且保证打印精度。由于机器狗灵活度较高，所以打印出来的各部件大小必须和所要求的完全相同，存在偏差会影响机器狗的安装和灵活性。其次，材料多样性可选，使用高性能材料打印特殊运动部件同时减轻机身重量。

分享：波士顿动力机器人，开源化了，可以在网站上下载所需文件模型。

完整的机器狗是由四条相同的腿和一个3D打印的身体结构组装而成。在成品中，所有的东西都包含在一个3D打印外壳中，没有电线暴露在外。模块组装只需要很少的独立部件，除了电机轴和滑轮，其他部件都是采用3D打印制作。

3D打印四条腿结构，灵活运动，腿部关节可以正向或反向转动、180度翻转、弹跳等一些高难度动作。

近年来，3D打印技术应用市场需求的不断发展，开发了多种不同成型工艺的打印技术。作为增材制造技术中的最广泛的FDM技术，也是使用最多的一种类别。但大家对FDM机器有一些混乱和模糊的概念，都是FDM打印机，但从价格上来讲就又很大区别。有几千块的，有几万块的，也有几十万的甚至上百万级别的。我们将为大家从价格和应用的角度，介绍一下FDM3D打印机的几种类别。

我们大致可分为三种：

龙门式FDM 3D打印机

一种是开放式的龙门结构，我们称之为龙门机。这种机器制造简单，成本比较低，几千块就可以购置一台，动手能力强的同学可以在网上淘到相应的模块零件组装，所以这种机器的精度、稳定性及应用要求较低，适合3D打印入门级使用，打印一些简单的零件模型。

材料应用上也是使用比较普通的PLA材料，适用一些对性能要求不高的零件打印，3D打印入门及业余爱好者的需求，也可作为低年级教学使用。

专业级桌面3D打印机

这种机器体积不大，可以放在桌面上使用，且应用性能较高，我们称之为专业机。作为专业级打印机，它的材料应用相对宽泛一点，可以打印如：PLA/PETG/ABS/PC/尼龙/碳纤维/玻纤之类，用于基础外观评估和一般性能的测试应用。

ABS——最常用的工程塑料之一，是一种强度高，韧性好，易于3D打印加工成型的热塑性高分子工程塑料。3D 打印加工的ABS   器件还具有尺寸稳定，耐低温，耐化学性能等优良特点。 

这种材料的打印温度为210～240℃，加热板的温度为80℃以上，腔室环境温度80℃，ABS的玻璃转化温度（这种塑料开始软化的温度）为105℃。

虽然市面上的桌面机标注可以打印ABS/ASA/尼龙这类工程材料（当然也有可能是一些减性材料），因为材料的特性，缺少恒温打印环境，可能会在打印过程中出现一些翘边，收缩的问题。

打印性能：

材料的性质方面，从热端的角度来看，ABS塑料相当容易打印。无论用什么样的挤出机，都会滑顺地挤出材料，不必担心堵塞或凝固。然而挤完后的步骤却有点困难。这种材料具有遇冷收缩的特性，会从加热板上局部脱落、悬空，造成问题。另外，要是打印的物体高度很高，有时还会整层剥离。因此，ABS打印不能少了加热板。此外，比较重要的需要使用密闭式恒温加热环境的打印机。

目前市面上的专业级打印机很少有做恒温腔的打印环境设计，虽说能打工程塑料，但是还是有点牵强。且打印尺寸不大，2~5万的价格也是作为消费级打印机被多数人所青睐的原因吧。

工业级FDM 3D打印机

工业级FDM打印机有着出色的打印性能，可以打印工程塑料及高性能热塑性材料，可以广泛应用于工业设计、功能性原型测试、最终零件及小批量生产等。

与专业机有很大区别，工业级标准的机器内部成型仓的耐高温运动部件及打印精度更高，性能也更稳定；打印尺寸比较大，材料应用更为突出。价格在十几万到几十万不等。

材料应用：

工业级打印机兼容多种材料的打印要求，工程塑料：ABS/PC/ASA/PA/PA-CF/PA-GF/TPU等；高性能热塑性塑料：PEEK/PEKK/PEEK-CF等。高配置的FDM打印机可满足工程塑料和高性能热塑性塑料的打印要求。

性能配置：440℃高温双喷头水冷系统；双色双材料可打溶解性支撑材料；125℃恒温打印环境；160℃加热打印平台；二次结晶烘箱；性能稳定作为生产级长时间工作。

超高温打印材料——PEEK

由于PEEK的熔点到达343 °C，所以只有某些高配置的3D打印机才能打印到。另外，PEEK对于在温度波动较大的情况下比较不好打印，因此3D打印机需具有足够的热量和有封闭的打印环境，温腔环境90度以上。 PEEK一般可以在360°C至450°C范围内的温度下进行3D打印。 而打印平台至少要加热到120°C，而3D打印PEEK 时比一般的3D打印速度慢一点比较好。

总结：上述三种FDM3D打印机，根据使用人群、材料性能应用与应用行业不同区分。如果是个人或业余爱好者，可选择龙门式3D打印机作为入门级使用；如果是需要打印一些基础的外形测试零件，应用零件，可选择专业级3D打印机；如果你是工程师或是依据生产型工程材料来定制部件的专业人士，有高要求的特殊高性能材料应用需求的，需要小批量生产的，可以选择工业级3D打印机。具体按实际需求选择。

刚刚入门的3D打印爱好者常常要问的一个问题就是：ABS与PLA相比，哪种材料更好用。首先要了解这两种材料的特性和应用场景。

一、ABS材料

首先我们就从ABS看起。ABS（原名为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）是FDM打印机用途最多的工程塑料之一。

温度要求：

这种材料的打印温度为210～240℃，加热板的温度为80℃以上。ABS的玻璃转化温度（这种塑料开始软化的温度）为105℃。

打印性能：

材料的性质方面，从热端的角度来看，ABS塑料相当容易打印。无论用什么样的挤出机，都会滑顺地挤出材料，不必担心堵塞或凝固。然而挤完后的步骤却有点困难。这种材料具有遇冷收缩的特性，会从加热板上局部脱落、悬空，造成问题。另外，要是打印的物体高度很高，有时还会整层剥离。因此，ABS打印不能少了加热板。此外，我还建议大家有条件的可以选择密闭式的加热恒温环境的打印机使用，减少低温导致的收缩。

ABS能打印得非常快，还能设定仪器大幅增加回抽的速度。由于抽丝的毛病很罕见，因此通常只要稍微回抽一下就够了。

强度：

只要以适当的温度打印，让层层材料牢牢黏住，ABS的强度就会变得相当高。

ABS具有柔软性，即使承受压力也只会弯曲，不会折断。

气味：

ABS最大的缺点是打印时会产生强烈的气味。虽然许多人不介意这一点，但也有人在通风不良的房间打印ABS线材后会不舒服。无论是什么样的材料，我都建议各位在通风好的房间里打印。尤其是使用ABS时更是如此。

适用场景：

ABS适合制作可能会掉落、使用于高温环境下、或是以粗鲁的方式使用的物品。象是刀柄、车用手机架、手机保护壳、玩具、结婚戒指（我指的是黑色ABS制品）。总之，几乎所有的东西都适用。

不适用场景：

这种材料的缺点在于没有加热板的打印机无法打印。假如要在没有挡风和抗温装备的状态下列印大型物体，就必须小心别让材料整层剥落及破损。另外，房间通风不良时也最好别用ABS，因为气味会让人不舒服。

二、PLA材料

PLA（通常指聚乳酸）一种环保型的生物可降解塑料，打印时气味就像糖果一样。

温度：

这种材料的打印温度为180～200℃。尽管加热板非必备品，但我还是建议大家在60℃时使用这项配备。

PLA的玻璃转化温度也是这种材料最大的缺点，仅有60℃左右（这具有科学上的价值），因此用途有限，不适合做车子的排档头。

打印性能：

PLA几乎与ABS完全相反，经常会堵塞热端（尤其是全金属制的热端更是如此）。这是因为PLA熔化后容易附着和延展。但这并不代表PLA不适合打印。只要在装设轴承时，滴一滴油到热端上，就能滑顺不堵塞，长时间在甘甜的香气中打印。

PLA真正有趣的地方，就要数放在打印板上的时候了。这种材料几乎不会收缩，即使是开放式的打印机，也能打印巨大的物体，不必担心成品从板子上悬空、歪斜或破损。这种材料正好适合实地在公共场所做3D打印。

这种材料也有宜人的气味。

强度：

虽然PLA也能打印出强度相当高的物体，却比其他塑料稍微脆弱一点。要是掉落或撞到东西时，多半会产生缺口或破损，而不会弹回来。薄的地方容易在弯曲前折断。

只要打印得当，每一层材料就会黏得相当牢固。

气味：

我不建议大家故意吸入PLA散发出来的气味（要是这样讲铁定挨告），但若你碰巧闻到这种材料的味道时，想必会觉得很惊喜。每当用PLA打印的日子里，我的办公室都会洋溢好闻的味道，搞得肚子都饿了。气味虽然微弱，却很宜人。

适用场景：

我建议大家能用时随时都可以用。PLA为生物分解性塑料，既能回收，也会腐朽消失，适合制作盒子、礼物、模型和原型的零件。对了，这也可以用在室外专题上。虽然PLA号称会生物分解，但若不加热就不会分解，还具有耐水性。因此，做个PLA制的花园地精摆在室外也没关系。

不适用场景：

PLA不适合放进60℃以上的东西里，这样的温度会让材料变形。此外，这种材料质地脆弱，不能用来制造工具的手把或会多次掉落的零件。再者，PLA只要稍微弯曲就会折断，不适合做成薄的东西。

结论：

ABS和PLA两者都有适合的用途，总之学着怎么用就对了。我会因为PLA是生物分解性材料而尽量使用它。这种材料打印起来很轻松，气味也宜人。然而要是追求耐撞和耐热的话，最好还是选择ABS。

康复辅具是改善、补偿、替代人体功能和实施辅助性治疗以及预防残疾的产品。因为需要康复的对象身体情况存在差异性，所以医疗辅具市场的定制化需求较为明显。而3D打印技术不仅可以解决这种定制化需求，还能大大的降价康复辅具的制作成本，为老年和残障人士带来了新的希望。

康复辅具市场一直是3D打印技术的重点应用领域。国务院在《关于加快发展康复辅助器具产业的若干意见》中提出的增材制造（3D打印技术），在促进康复辅助器具设计创新、提高定制化水平等方面起到了重要作用。近年来，3D打印技术逐渐在矫形器与假肢、个人移动辅助器具、沟通和信息辅助器具、个人医疗这辅助器具等康复辅具上得到了广泛的应用。

3D打印在辅具制作上的应用

3D打印技术适用于个性化定制需求，提供的产品基本上都是定制的。3D 打印技术在辅具制作上的引入，大大降低了定制的成本。

目前3D打印应用于以下两个方面：一是无须留在体内的医疗器械，包括医疗模型、假肢、助听器、诊疗器械、各种辅助器具、手术导板等; 二是个性化永久性人体植入物，使用相关医疗级打印材料如钛合金、生物陶瓷等通过设备打印出人体所用的牙齿、骨骼和关节等。

目前，3D打印技术在辅具制作中有两种应用方式，一是用3D扫描设备对人体特定部位扫描采集数据，经专业人士对数据进行处理形成三维模型数据，此数据经过数控人员的操作编出数控加工程序，将程序输入到数控加工设备中，加工设备根据电脑程序加工出与数据模型一模一样的产品，最后再进行修整。二是利用磁共振技术和CT扫描采集完整的骨骼数据，然后在计算机上构建出残疾人骨骼的3D图像，通过3D打印设备打印出完整的与残疾人相同的材料模型。根据模型残缺的情况，设计制造出假体模拟安装和修整，模拟安装完成后，再使用相关材料打印出真正的植入假体。

应用——上肢矫形器

波兰某生物工程学研究生曾为一名患有四肢麻痹症的患者设计一个轻巧的定制化手指矫形器，以帮助患者的手指轻松的抓取物品。

在设计时，设计师首先为患者的手部做了石膏模型，然后对石膏模型进行三维扫描。在接下来的三维建模过程中，最大的挑战是如何将矫形器与患者的手部进行更好的结合，设计师尝试了不同的机械解决方案。矫形器的外壳需要紧密的贴合在手腕上，手指部分由较小的部件支撑，可模仿人的关节结构。设计师添加了一个杠杆控制装置，与3D打印的部件装配在一起，通过杠杆装置，患者的手指得以活动。

矫形器由70多个不同的3D打印部件组成，设计师使用双喷头FDM 3D打印机和ABS丝材进行3D打印。在3D打印部件装配完成之后，设计师添加了魔术贴，用以固定矫形器。

应用——假肢

在日本，传统的假肢需要庞大的制造过程和设备成本，以及根据患者个人情况制作的假肢佩戴者的技术能力，一般每条假肢需要30万~ 100万日元，而且交货时间通常需要2 ~ 3周。

设计师在制造假肢时，首先要获得佩戴者肢体扫描数据，在计算机中将患者自身肢体数据与设计出的假肢进行匹配，确保定制的假体能让患者的身体看起来非常协调利用3D打印技术很快制造出佩戴者适合的假肢。3D打印技术提高了假肢外壳设计的自由度，制造出轻量化的结构。

应用——脊柱矫形器

在脊柱侧弯患者中，仅有10%的青少年特发性脊柱侧弯患者最终需要手术治疗，90%的患者可以保守治疗和积极观察。非手术治疗中公认最主要和可靠的方式是用矫形支具治疗。

现有支具存在透气性差、设计不能与患者身体充分贴合，器械壁厚，样式不美观等问题，这些问题使患者的佩戴依从性差，从而影响治疗效果。国内外的医疗机构、康复辅具制造企业已开始通过3D打印技术制造更加轻量化、美观的定制化脊柱侧弯矫形器。

3D打印在辅具制作上的优势

3D打印技术与传统制造辅具相比，3D打印可以省去模具制造的时间成本，提高研发速度，降低研发失败的成本。3D打印技术可以根据计算机的图形数据，增材制造出各种形状的辅具产品，能提高材料的利用率，在较短的时间内制造出结构更为复杂的辅具产品。

传统制造康复辅具的制作流程较为复杂，首先企业要根据患者的大体情况分类来进行不同型号产品的设计。然后模具制造厂根据设计开发图纸，进行模具制造。由于模具制造的费用较高，厂家一般都会设定基本的型号，来控制成本。模具制造完成后，还需要为模具设计开发出合适的工装夹具。完成模具和夹具开发后，企业才会进行大批量的注塑。得到的产品尺寸少，型号有限，难以与患者的身体结构精准匹配。整个制作过程生产量大、流程复杂、周期长、型号规格较少。

然而运用3D打印技术制作医用康复辅具的流程就较为简单，首先要取得患者的骨骼、皮肤或体型等相关数据图像，三维重建后进行设计，然后将设计好的数据模型导入“打印机”(预备好相关的制作材料)，打印后再进行简单的处理加工就能得到定制式的康复辅具。整个制作过程方便、简单、快捷，而且具备精准化、个性化特点，不仅缩短了时间成本而且提高产品与患者身体结构的匹配度。

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航空航天和国防（A&D）行业是利用增材制造（通常称为3D打印）的一个很好的例子，具有明确的价值主张，能够制造出比使用传统制造的零件更坚固、更轻的零件。

 本文概述了3D打印在航空航天工业中的应用。它将讨论飞机所用零件的设计要求，并给出常见的航空航天应用的设计建议。一系列流行的3D打印材料适用于航空航天行业将在本文提供给您。

航空航天中常见的3D打印用例

1. 夹具&固定装置

对于一些更普通的3D打印应用，包括夹具和夹具制作，有很大的好处。每架飞机都有数百个3D打印的夹具、导轨、模板和量规，与其他制造工艺相比，成本和交付周期通常降低60%至90%。

2. 替代部件

替代部件是整个生产过程中使用的占位符零件，代表稍后安装在最终装配中的组件。替代部件主要用于训练。

3. 安装支架

3D打印通常用于制造将复杂救生系统安装到飞机内壁的结构、低体积金属支架（带DMSL/SLM）。

4. 高细节视觉原型

使用材料喷射的3D打印能够产生表面光洁度可与注塑相比的多色设计。这些具有视觉吸引力的模型允许设计师在做出生产决策之前更好地了解零件的形状和配合。

这种高度精确的原型制作方法也是空气动力学测试和分析的理想方法，因为能够实现的表面光洁度通常代表最终零件。

3D打印通常用于制造依赖于美观而非功能的航空航天部件，如控制车轮的门把手和灯壳以及完整的内部仪表板设计。

制造注意事项

1. 几何设计自由

航空航天应用利用先进的工程材料和复杂的几何结构，试图减轻重量，同时提高性能。航空航天零件通常包括用于随形冷却的内部通道、内部特征、薄壁和复杂曲面。

3D 打印能够制造此类特征，而且它允许制造具有高稳定性的高复杂和轻量级的结构。这种高度的设计自由度可以实现零件的拓扑优化以及将功能特征集成到单个组件中。此外，某些3D打印技术，如SLS、DMSL、SLM和粘合剂喷射，能够以合理的单位成本进行小批量生产。

2. 将零部件装配成单个零件

3D 打印过程提供的设计自由度还允许将多个零件合并为一个组件。这可以减轻重量（从而降低成本）并减少随时保留的库存量。

3. 表面光洁度

表面光洁度对航空航天工业至关重要。3D打印部件可以进行后处理，以获得非常高的表面光洁度。一些技术，如材料喷射，可以生产出光滑的、像注塑一样的零件，而无需太多后处理。使用DMSL/SLM生产的高性能金属零件或使用粘合剂喷射生产的低成本金属零件也可以在打印后进行平滑和抛光或CNC加工，以提高其精度和表面光洁度。

4. 零件方向

对于将空载的功能部件，构建平台中的部件方向非常重要。由于 3D 打印的逐层性质，大多数零件将具有各向异性的机械性能，并且在Z方向上会较弱。在设计过程中应考虑到这一点。

5. 支持结构

支撑结构用于3D打印，为悬挑上方或陡角（45°以上）墙壁上的材料沉积提供坚实的基础。支持在金属3D打印中也至关重要，因为它将零件固定在构建板和战斗扭曲中。

印刷在支撑物上的区域表面光洁度较低，并且会因去除支撑物而留下一些痕迹。如果这是不可取的，有些工艺不需要支撑结构，例如SLS和粘合剂喷射。

用于航空航天应用的 3D 打印材料

下表总结了针对航空航天业特定应用的推荐材料：

随着3D打印技术的发展，3D打印在教育领域中的应用受到研究者的关注，一些国家和组织也开始对3D打印 的教育应用进行探索。3D打印是未来四到五年值得关注的新技术，将带来教学、学习和研究领域的创新。

与传统制造方式相比，3D打印技术带来的是生产加工理念的革命性变革。其主要技术特征变现为：制造设备无模具，快速自由成型；生产过程全数字化，高柔性；能够制造复杂的几何结构；当前技术可应用于多种材料的制造；可以实现多材料任意复合制造。这些特征使得3D打印技术在实际生产中具备如下优势：

第一：3D打印技术可以缩短加工制造周期，而且能大幅降低生产成本，特别是突破了传统加工制造方法对复杂形状加工的限制，是人类在加工领域实现了自由。

第二：3D打印技术在医疗领域、航空航天领域、首饰制造等特殊领域广泛运用。

第三：3D打印技术成品的可塑性非常强，从二维到三维均可实施，加工过程逐层打印，打印机的加工精度可以达到每层0.01mm.

第四：3D打印技术在个性化定制方面具备极大优势。传统的工业制造依赖产品批量降低产品成本，难以实现个性化生产，但3D打印技术让低成本个性化定制成为可能。

3D打印技术在教育领域的应用

3D打印技术的特征与优点使得该技术广泛应用于新产品的快速开发、个性化制造等领域，我们借助该技术以实现传统技术难以应对的极端复杂结构；利用3D打印技术制作设计方案模型与样品，以优化设计、提升产品功能。同时3D打印技术也为教育行业提供了全新的教学方式，作为一种通用的技术，它可以应用到大部分的学科中去，涵盖正式学习、非正式学习和培训等类型的教育，尤其适用于设计、工程相关领域或是需要快速制作模型的领域，如下图所示。各学科教育中既可以享受到3D打印技术辅助教学的便利，同时还能激发并推动学生进行创新设计，并且对3D打印技术的掌握会对他们的技术素养和未来的职业发展产生深远影响。

3D打印在产品设计实践中的教学

产品设计教学过程中的实践教学环节，主要是教师提出实践项目并带领学生围绕项目开展设计实践训练，而3D打印技术使得设计实践中设计方案的快速原型得以普及。在3D打印机的引入实践教学环节之前，产品设计快速原型主要依赖CNC设备，而此类设备虽然能实现设计样品生产加工，但设备价格昂贵，耗材成本较高，设计方案从CAD到CAM转化过程中需要高素质专业人员解决相关技术问题，并且加工过程中控制设备的操作人员也需要经过专门的训练以应对复杂的技术参数。

在引入3D打印支持的快速原型技术后，产品设计教学中的实践环节得以丰富。尤其值得一提的式设计方案不再停留在图面上，学生能够在教师指导下根据自身需求完成等比模型、苦熬苏原型、试制样品等一系列实践。我们基于此对教学中的设计实践过程进行了修正；

首先，增加了快速原型实践环节。由于FDM技术的一些列优势，使得在有限的教学时间内学生能够完成简单的设计原型。这些设计原型注重整体形态与基本结构，不需要进行表面处理，主要用来研究结构、优选方案、修正设计，在实践项目完成时辅助设计方案评价。师生在设计实践与指导过程中完全采用数字化设计，只需在CAD环节考虑好快速原型的数模需求即可；

其次，设计方案更关注产品形态的创新性。由于3D打印对于复杂造型的轻松实现，使得设计实践中大大降低了对于绘制工程图纸、产品造型的易加工性等环节的精力投入。依赖3D打印技术，设计者可以将有争议的形态或节点以实物方式呈现，全面感受、比对设计方案，完成在图面上难以完成的设计方案优选。

再者，通过快速原型实践有利于学生培养良好的工程习惯。虽然快速原型相对于传统加工收到的工程限制较少，但设计从纸面转化为实物的过程中还是要考虑很多工程问题的。譬如：设计方案具体尺度，设计构件的人机关系，不同部件间的配合方法，简单机构的运转方式等等。学生们以往只是注重效果图的视觉比例关系，而引入快速原型后他们从设计之初就会考虑产品的尺度，按照真实尺寸构建设计方案，研究产品节点与细部架构，设计方案不再停留在外观表皮。

最后，快速原型提升了设计评价准确度，促进了设计指导。由于快速原型的帮助，使得设计方案实物化，在设计评价时实物展示与设计图面互相对照，效果图结合快速原型表现出的节点与机构状态，全方位展示设计方案，使得设计表达更加准确。所以制作快速原型实物易于储存、展示、研究，方便了同学间的交流，对于后续类似设计实践的指导具有极高的参考价值。

2021年，中国航天事业发展如火如荼，空间站建设和探测器登陆火星均取得巨大成功，50多次发射夺得全球数量第一并刷新了本国年度纪录，在商业航天领域表现同样抢眼。本文对本年度航空航天领域的3D打印技术应用进行总结。

1. 零壹空间OS-X6B火箭首次采用3D打印姿控动力系统产品飞行，试验取得圆满成功

2021年2月5日，零壹空间科技集团有限公司自主研发的OS-X6B新型智能亚轨道火箭暨“重庆两江之星”在西北某发射场成功发射，试验载荷成功分离，全程飞行正常。该枚火箭为零壹空间OS-X系列商业火箭，是为航空航天技术验证量身打造的专用飞行试验平台，OS-X6B火箭首次采用3D打印姿控动力系统产品飞行。

零壹空间自研姿控动力系统取消传统管路连接各功能部件，创新性应用钛合金3D打印技术，以异型气瓶为基础，对系统进行一体化设计，且提前预制了内部流通孔道，减少管路组件，实现了与传统管路连接方案相同功能前提下，全系统减重34.38%，质量不超过10kg，系统结构可靠性大幅提高，在3000g冲击环境条件下适应性良好。

2. 空天引擎“炎驭一号甲”火箭发动机核心部件均采用3D打印工艺路线

2021年4月23日，空天引擎自主研发的“炎驭一号甲”液氧煤油发动机圆满完成协调性热试车，中国航天报进行了报道。“炎驭一号”系列发动机核心部件推力室、燃气发生器等均采用3D打印工艺路线，设计灵活性大幅提高，制造效率显著提升，大幅度降低了小型泵压式火箭发动机的研制周期和成本。

相对美国Rocket Lab公司“电子号”火箭的“卢瑟福”发动机，“炎驭一号”系列发动机节省了大量的电池和电机等组件，降低了火箭和发动机的死重，并且发动机比冲显著高于“卢瑟福”发动机，能有效提高火箭的载荷能力。目前国内无成熟的2T级推力火箭发动机，该型号首次实现基于燃气发生器热力循环的2T级液氧煤油发动机全系统验证，填补了国内该型号空白，可对中国航天液体动力提供有益补充，将为中国商业航天领域增添新的动力型谱，更能促进火箭发射的成本降低和技术发展，为未来商业航天、各类飞行器增加了更多的选择空间。

3. 中国空间站相关研制工作广泛采用金属3D打印技术

北京时间2021年4月29日，中国空间站核心舱“天和号”成功发射，并最终进入预定轨道，按照计划，空间站梦天舱将于明年发射。梦天舱的重要结构件导轨支架采用了3D打印的薄壁蒙皮点阵结构，铂力特参与了该部件初样的试制工作。所设计的点阵单元为BCC形式，整个导轨支架共11块，每个结构块由BLT-S510一体成形，即同时打印出内部的点阵结构和外侧的蒙皮结构，单件最大尺寸为400mm×500mm×400mm，单件打印时间约150小时，打印完成后组装拼接最大部分尺寸可达2000mm。

蒙皮点阵结构已经成熟用于航天器结构产品。航天五院设计的一种封闭蒙皮包裹三维点阵层级结构的设备支撑结构，比采用传统设计及制造方法的结构减重46.4%，实物已应用于某型号卫星载荷支撑任务。封闭蒙皮包裹三维点阵的结构形式可以有效提高支架类结构的设计效率，在航天器结构轻量化方面具有推广应用前景。

4. “天问一号”携“祝融火星车”成功落火，3D打印发挥重要作用

北京时间2021年5月15日8时20分左右，中国首枚火星探测器“天问”一号成功着陆火星北半球的乌托邦平原。根据中国航天科技集团的消息，航天五院529厂针对“嫦娥”系列、火星探测器等新一代轻量化航天器发展需求，积极开展3D打印技术的研究与应用，取得了较好的效果。该厂研究人员介绍道，相比于传统铸件或者锻造产品，3D打印的产品研制周期明显缩短，力学性能得到提升。

在天问一号探测器上，航天六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的推进分系统，共计48台大大小小的发动机。其中，作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机在制造过程中因3D打印技术的使用取得了重要效益：重量和体积只有以前发动机的三分之一，结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术，一次打印成型避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形，也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。

5. 长征二号F火箭发射神舟十二载人飞船，3D打印使火箭发动机更加可靠

6月17日，长征二号F遥十二运载火箭托举着载有聂海胜、刘伯明、汤洪波三名航天员的神舟十二号载人飞船驶向太空，入住我国空间站。作为生产制造该火箭所用芯一级发动机、二级发动机、助推器发动机的航天科技集团六院7103厂，采用了3D打印技术制造所需零件，实现了发动机更可靠，效率速度也得到了双提升。

发动机推力室隔板加强肋的工艺改进，是在本次火箭配套发动机16项工艺状态变化中最典型的代表之一。3D打印技术的应用实现了加强肋产品加工方法的“双创新”：一方面实现了工艺制造技术创新，突破了传统工艺制造难题，解决了因结构限制导致产品合格率低的问题；另一方面实现了高效、快捷、绿色的制造模式创新，突破传统制造模式低生产效率瓶颈，解决了多种废液、粉尘气味等环保问题，可直接制备出形状复杂、性能稳定的产品。相比于传统铸件，产品尺寸精度及稳定性更高，产品多项性能指标接近甚至超过传统铸件历史最高值。7103厂增材制造创新中心主任杨欢庆指出，“通过3D打印技术替代熔模精密铸造工艺，加强肋制造周期缩短了75%，合格率由不足20%提升至98%，成本降低了30%。”

6. 星际荣耀双曲线二号、三号火箭均采用3D打印技术

据星际荣耀6月消息，该公司双曲线三号液体运载火箭正式从总体方案论证阶段转入型号研制阶段。该火箭是目前已知国内规划的直径最大、运载能力最强、每公斤载荷发射价格最低的可重复使用液体运载火箭，将是参与商业发射市场发射任务的主力型号。双曲线三号采用了大量先进技术，其中结构轻质化设计技术通过采用3D打印、复合材料、非火工分离、结构一体化设计、载荷精细化设计等措施，提高火箭结构效率，提升一子级回收条件下的运载能力。

7月，星际荣耀发布消息称，该公司进行了双曲线二号可重复使用运载火箭栅格舵子系统地面验证试验，试验过程覆盖火箭飞行任务全流程，取得圆满成功。栅格舵是一种火箭飞行姿态控制装置，在垂直回收运载火箭上设计实现能够完全重复使用的栅格舵系统具有很大的技术挑战。研制团队基于任务需求大胆创新，先后完成了多方案对比优化、气动力热仿真、结构机构电气一体化设计、复杂环境适应性分析、整体3D打印等设计与制造难关。

7. 最大尺寸达0.6m×0.6m×0.6m，3D打印深入影响我国民营火箭深蓝航天的制造流程

2021年7月，深蓝航天“星云-M”1号试验火箭在陕西铜川深蓝航天试验基地完成了首次垂直起飞和垂直降落的自由飞行试验（又称“蚱蜢跳”），首飞试验任务圆满成功。“星云-M”1号试验箭配套了由深蓝航天自主研制的“雷霆-5”型液体火箭发动机（LT-5），是国内首型使用3D打印技术制造的针栓式电动泵液氧煤油发动机。

LT-5发动机大量选用3D打印技术，利用先进的打印设备最大限度发挥镍基高温合金粉末材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等优质特性，成功突破传统火箭发动机制造模式的低生产效率、复杂工艺路线、周期长的瓶颈。目前正在研制中的新型发动机同样选择了经过验证的3D打印技术和后处理工艺，新交付的发动机结构部件最大尺寸达到0.6m×0.6m×0.6m。通过一系列的研制测试，自主掌握了3D打印粉末选型、增材制造形性控制、增材流道结构表面高质量磨料流光整等多项关键技术，具备了产品多行面、多腔道、再生冷却通道等复杂精密构件的增材制造研制能力。

8. 中国航天科工二院采用3D打印技术在飞行器研制中取得重要里程碑

8月27日，中国航天科工二院二部发布消息称实现了某型飞行器产品复杂结构的3D打印集成制造，并指出这是3D打印技术在航天领域飞行器研制中的重要里程碑，进一步提升了飞行器轻量化水平，为未来新一代飞行器发展提供了有力支撑。

二院二部是我国组建最早的从事尖端科学技术与研制的单位，是我国最为重要的导弹武器系统研制、生产单位和空天防御事业发展的领军单位。二部专家介绍，航天飞行器产品结构零部件多，生产周期长、成本高。飞行器结构产品“无模具”制造，生产效率提高了一倍，在确保性能不下降的基础上，成本降低近一半，解决了传统生产模式中加工时间长、质量管控难度大、成本高等难题，通过3D打印一体化成型技术，数字化制造能力大幅提升。

9. 星众空间 “灵巧号”太空实验卫星采用3D打印制造

12月17日，由铂力特打印、星众空间出品的“灵巧号”太空实验卫星搭载由陕西第一家商业火箭公司陕西华羿鸿达科技发射的“华羿一号”亚轨道火箭在西北某试验场成功实施首次飞行。

3D打印技术参考获悉，金属3D打印的“灵巧号”卫星，是星众空间专为生物、医药、材料、能源等太空实验设计的卫星平台。铂力特本次负责了“灵巧号”卫星主框架结构的打印，包括4件面板和4件横梁。为了满足主框架结构轻质、高刚度的技术要求和项目紧急的节点要求，铂力特采用AlMgSc高强度铝合金作为原材料，采用BLT-S400三激光设备实现快速研制。 铂力特接到生产任务后快速响应，使用BLT-S400系列三激光设备一炉完成成形，总机时35h。由于项目紧急，零件在内部做24小时流转，经后处理、机加工、阳极化等处理，在截止日当天晚上10点完成交付，项目总周期8天。

10. 航天科技一院211厂成功掌握高强铝合金舱段3D打印技术

据中国航天科技集团消息，航天科技一院211厂于2021年成功掌握高强铝合金舱段3D打印技术。高强铝合金舱段普遍应用于211厂多个型号产品。以前，该型舱段产品以铸造、锻造为主，但是铸造、锻造生产均有“缺陷”。在一重点型号预研阶段，该厂提出采用增材制造方法，并得到设计部门的认可。

但是舱段毛坯重量过大，超出了电弧增材设备工作平台的承载极限。攻关团队自主研究工作平台的结构，拆除平台废重，并设计制作了“八爪”结构工装，不仅大幅降低了平台自重，还最大限度地扩展了成形零件的尺寸。然而，舱段刚上架，问题又出现。由于内壁上的特征结构，舱段需要翻转90度后成形。但舱段太重，翻转易受到惯性影响，出现位置偏移。攻关团队在不增加重量的情况下，设计了定位装卡方案，解决了打印过程舱段偏移的问题，该厂成功掌握舱段产品3D打印技术。

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