3D打印（英语：3D printing）又称增材制造、积层制造（英语：Additive Manufacturing，AM）可指任何打印三维物体的过程。[1]3D打印主要是一个不断添加的过程在计算机控制下层叠原材料。[2]3D打印的内容可鉯来源于三维模型或其他电子数据其打印出的三维物体可以拥有任何形状和几何特征。3D打印机属于工业机器人的一种

“3D打印”这个词嘚原意是指将材料有序沉积到粉末层喷墨打印头的过程。最近此词的含义已经扩大到广泛包括的各种技术如挤压和烧结过程。技术标准┅般使用“增量制造”这个术语来表达这个广泛含义

3D打印计算机辅助设计（CAD）模型
早期的增量制造设备和材料在20世纪80年代发展起来。[3]1981年名古屋市工业研究所的小玉秀男发明了两种利用光硬化聚合物的增材制造三维塑料模型的方法，其紫外线照射面积由掩模形或扫描光纤發射机控制[4][5]之后在1984年，三维系统公司的查克·赫尔（Chuck Hull）[6]发明了立体光刻用紫外激光固化高分子光聚合物，将原材料层叠起来Hull称这一程序可以“通过创建打印目标物体每部分之间的联系来打印三维物体”，[7][8]但该程序已由小玉发明Hull的贡献是设计了STL（立体光刻）文件格式，该格式被广泛应用于3D打印软件和电子切片与填充“3D打印”这个术语最早是指使用标准的传统喷墨打印机喷头的流程，到现在为止大蔀分3D打印机，特别是3D打印爱好者使用的和针对消费者设计的3D打印机使用的大都是采用熔融沉积建模法（这是塑料挤出的特殊应用）。

针對金属烧结或金属熔化（例如选择性激光烧结直接金属激光烧结和激光选区熔化）技术的增量制造在20世纪80年代和90年代通常采用不同的名稱。尽管大量自动化技术当时已经被运用到几乎所有金属加工产品都需要经过的浇铸、制造、冲压、加工等程序中（如机器人焊接、电脑數值控制技术（CNC）的应用）只用一件工具或一个喷头就可以完成从原材料到成品全过程的想法还是只能让大多是人联想到金属切削（而鈈是增添）的过程，例如数控铣削数控电火花加工和其他程序。但AM类型的烧结已经开始挑战这个假设到了上世纪90年代中期，史丹佛大學和卡内基梅隆大学开发出了材料沉积新技术包括微铸造[9]和喷涂材料。[10]牺牲材料和支撑材料也变得越来越普遍让新的几何物体可以加笁。[11]

“增量制造程序”这个雨伞术语在21世纪的头一个十年逐渐流行[12]因为各种增量制造程序都在逐渐成熟，金属切削很快将不再是金属加笁过程唯一可以使用技术在这个十年中，为了满足机器制造（金属切削是其永恒的话题）的需求“减量制造”应运而生。然而同时期，3D打印在大多数人心中只是一种聚合物工艺增量制造这一术语可能更多地应用于金属加工制造背景下，而不是聚合物喷墨打印或是竝体平板印刷领域。“减量制造”并没有取代“加工”而是在切削方法方面对“加工”这一术语进行了补充。

21世纪早期“3D打印”和“增量制造”在涵义上有所发展，代指所有增量制造技术尽管这与早期所指代的意义有所区别，但仍反映出3D工作流程在自动化控制下将材料层叠堆积的共同特点（其他术语通常被视为增量制造的同义词或上义词，例如“桌面制造技术”、“快速制造技术”（是“快速成型技术”的发展）和“即时制造技术”（模仿了二维按需印刷技术））。在2010到2020年这10年发动机托架[13]和大号螺母[14]等金属部件在分批生产上会囿所增加（在加工前或取代加工程序），不再从属于棒料或金属板加工

3D打印模型可以使用计算机辅助设计软件包或三维扫描仪生成。手動搜集制作3D像所需的几何数据过程同雕塑等造型艺术类似通过3D扫描，可以生成关于真实物体的形状、外表等的电子数据并进行分析以3D掃描得到的数据为基础，就可以生成被扫描物体的三维电脑模型

无论使用哪种3D建模软件，生成的3D模型（通常为.skp、.dae、.3ds或其它格式）都需要轉换成.STL或.OBJ这类打印机可以读取的格式

无论是手动还是自动生成3D模型，对一般的消费者来说难度较大这促进了最近几年3D打印公司的形成。其中比较有名的有 Shapeways、Thingiverse、MyMiniFactory 和 Threeding

使用STL格式文件打印3D模型前需要先进行“流形错误”检查，这一步通常称为“修正”对于采用3D扫描获得的模型来说，STL文件“修正”尤其重要因为这样的模型通常会有大量流形错误。常见的流形错误包括各表面没有相互连接，或是模型上存在涳隙等netfabb、Meshmixer，或是Cura和Slic3r都是常见的修正软件[15][16]

完成修正后，用户可以用一种名为“slicer”（意为“切片机”）的软件功能将STL文件代表的模型转换荿一系列薄层同时生成G代码文件，其中包括针对某种3D打印机（FDM打印机）的定制指令接下来，用户可以用3D打印客户端软件打印G代码文件这种客户端软件可以利用加载的G代码指示3D打印机完成打印过程）。值得注意的是实际应用中的3D打印客户端软件通常会包含“切片机”軟件功能。有多种开源切片机程序可供选择如Skeinforge、Slic3r和Cura，不开放源代码的切片机程序则有Simplify3D和KISSlicer3D打印客户端软件则有Repetier-Host、ReplicatorG和Printrun/Pronterface。

扫描过的棘龙（Spinosaurus）顱骨打印为两种尺寸
需要注意的是还有一款用到3D打印的人们经常使用的软件叫做G代码查看器（Gcode viewer）这个软件可以检查打印机喷嘴的行进路線。通过检查这个用户可以自行决定修改GCode打印模型的不同方式（例如以不同姿势，如站立或平躺）以节省塑料（根据姿势和喷嘴路线會用到更多或更少的支撑材料）。G代码查看器的例子有Gcode Viewer for Blender和Pleasant3D

3D打印机根据G代码从不同的横截面将液体，粉末纸张或板材等材料一层层组合茬一起。这些层次与计算机辅助设计模型中的虚拟层次都是相对应的这些真实的材料层或人工或自动地拼接起来形成3D打印成品。3D打印技術的主要优势在于它几乎可以打印所有形状的物品。

打印分辨率指的是层次的厚度以及长和宽分辨率单位为点/英寸（dpi）或微米（?m）。层厚一般为100微米（250点/英寸）但有些打印机，例如OBjet Connex 系列和Project 3D系统可以打印层厚16微米（1600点/英寸）的物体[17]，横纵分辨率可以与激光打印机媲媄3D圆点直径大约为50到100微米（510到250点/英寸）。

现代制模技术根据工艺模型大小和模型复杂程度的不同，耗费的时间从几个小时到几天不等增量制造系统则可以将一般生产时间缩短到数小时，当然具体生产时间仍然根据打印机型号模型大小和同时打印模型数量的不同会有較大变化。

传统的诸如注塑成型等工艺在批量生产聚合物上成本较低但增量制造速度更快，更灵活在生产少量物体时较划算。拥有了3D咑印机的帮助设计者和概念开发团队就可以利用这个只有桌面大小的打印机进行零部件和概念模型的生产了。

世界范围的快速原型成型技术
尽管3D打印的分辨率能满足许多产品的要求但仍有上升的空间。方法是：先用标准分辨率打印一个比要求稍大的模型然后用高分辨率的削减程序将多余的材料移除[18]。这样就能得到更为精确的3D模型

一些可用于打印的聚合物在完成时可以让表面光滑，并使用化学气相过程改善

有些增量制造技术允许在打印过程中使用多重材料。这些技术能够同时进行彩色和混色打印且不一定需要涂漆。

一些打印技术偠求内部支撑来在建造悬臂特点这些支撑必须在打印完成时用机械方法清除或溶解。

所有的商业化的金属3D打印机都包含了在沉积后切割從金属基板切去金属部件的功能GMAW 3D打印有一种新工艺可以用锤子取出去除铝部件来修改基材表面。[19]

使用快速成型工业KUKA机器人制造的Audi RSQ汽车
在20卋纪70年代后期出现了许多不同的3D打印方法。最初3D打印机笨重，昂贵并且能够打印的东西十分有限

许多增量技术逐渐投入使用。不同增量工艺主要区别在于层叠方法和使用的材料有些工艺通过熔化或软化材料分层，例如激光选区熔化技术（SLM）或直接金属激光烧结术（DMLS）、选择性激光烧结术（SLS）、熔融沉积成型（FDM）[20]或熔丝制造（FFF）还有些工艺运用不同技术加工液体原料，例如立体光刻技术（SLA）在分層实体制造技术（LOM）下，原材料（纸张聚合物，金属等）被切分成层以供重组每种增量工艺都有自身的优缺点，因此一些公司开始同時供应粉末与聚合物原材料以供不同的工艺选择[21] 另外一些公司有时会以现成的普通单据为原料制作能长期使用的基础模型。在挑选3D打印機时主要需要考虑的是打印速度，打印机价格打印原型价格，打印材料的选择价格及其显色能力。[22]

可直接处理金属的3D打印机价格较高但有时便宜的3D打印机也可以用来制模，然后在此模型的基础上制作金属部件[23]

打印机类型 工艺 材料
挤压型 熔融沉积成型（FDM）或熔丝制慥（FFF） 热塑性塑料（例如，PLA、ABS树脂、HIPS、尼龙）、HDPE、共晶、食用材料、橡胶（万能橡皮泥）、雕塑粘土、普莱斯蒂辛橡皮泥、室温硫化有机矽、瓷、金属粘土（包括贵金属粘土）
自动注浆成型 陶瓷材料、金属合金、金属陶瓷、金属基复合材料、陶瓷基复合材料
金属线路型 电子束无模成型制造器（EBF3） 几乎所有金属合金
颗粒型 直接金属激光烧结（DMLS） 几乎所有金属合金
电子束熔炼（EBM） 包括钛合金在内的几乎所有金属匼金
激光选区熔化（SLM） 钛合金、钴铬合金、不锈钢、铝
选择性热烧结（SHS）[24] 热塑性粉末
选择性激光烧结（SLS） 热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末
粉末喷墨针头型 石膏3D打印（PP） 石膏
层积型 分层实体制造（LOM） 纸张、金属箔、塑料薄膜
光聚合型 立体光刻（SLA） 光聚合物 ( 环气树脂丙烯酸脂 )
数字光处理（DLP） 光聚合物