一、什么是3D打印机？

3D打印机作为一种通过三维增材制造的快速成型设备，一直广受业界的青睐，从国内到国外的发展上可见一斑，作为增材制造的重要设备，3D打印机通过其特殊的打印方式，实现精密控制材料的添加过程，逐步完成对用户设计三维模型的打印。3D打印技术的广泛，不仅仅停留于教育、医疗、工业，同时还扩展到食品、家居以及建筑上。

3D打印机的分类非常广泛，同时打印方式也异常多样，在革新了制造行业上，具有很大的重要意义，下面我们将从3D打印机的分类进行分开介绍，同时涵盖国外目前3D打印机的生物制作技术。

二、3D打印机的分类

目前，根据已知的3D打印机，我们分为（熔融城际）FDM3D打印机、光固化3D打印机、金属3D打印机、建筑3D打印机以及生物3D打印机等，它们通过通过挤压、喷涂、光固化、金属熔化等不同方式进行3D打印成型，可谓是品类多样，下面我们将为大家做一个简单的介绍！

FDM3D打印机（熔融沉积成型），通过加热3D耗材后，通过喷头挤出后冷却固化形成三维物体，FDM3D打印可应用于家庭、学校、科研机构及制造业快速打印原型、零件和工具等，一般耗材为PLA（聚乳酸）、PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、TPU（热塑性聚氨酯）等。

光固化3D打印机，光固化3D打印的耗材均为光敏树脂，通过紫外线照射在光敏树脂上实现固化而成，具有精度高、成型效果好等特点，常见于多种精细的手办、工业件、牙模、珠宝等多种行业应用，作为光固化3D打印机，其分类根据成型光源及方式不同分为3种，即SLA3D打印、DLP3D打印和LCD3D打印。

SLA3D打印机，即立体光固化成型法3D打印机，利用光化学反应形成三维物体。其工作原理基于光聚合反应，当激光或LED光源照射到液态光敏树脂表面时，光敏剂吸收光能并转化为化学能，引发聚合反应，使树脂固化。随着光源的移动，固化层不断叠加，最终形成完整的三维物体，适用于高精度要求的领域，如医疗、珠宝和工艺品制造。

DLP（Digital Light Processing）光固化3D打印技术利用数字光处理原理进行三维打印。其工作原理是首先用3D打印软件将模型水平切割成层，然后使用DLP投影仪将每一层的形状投射到液态光敏树脂上，通过光固化反应形成固化层。随着工作平台的下降，逐层打印直至完成整个模型。

LCD 3D打印机通过光固化技术实现物体的三维打印。其结构包括光源系统、LCD投影系统、运动系统、工作台以及树脂槽等部分。在工作过程中，LCD屏幕作为光源和掩膜，通过计算机软件控制LCD屏幕上的像素点显示或隐藏，从而控制紫外光照射到光敏树脂的特定区域，引发光固化反应。随着工作台的上升或下降，逐层打印直至完成整个模型。

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金属3D打印机除了我们常见的SLS激光烧结外，还有选择性激光熔化技术（Selective Laser Melting, SLM）、电子束选择性熔化技术（Electron Beam Selective Melting, EBSM）、直接金属粉末激光烧结技术（Direct Metal Laser Sintering, DMLS）、激光近净成形技术（Laser Engineered Net Shaping, LENS）以及部分用于金属3D打印的粘结剂喷射技术（Binder Jetting）。

SLS3D打印机基于激光烧结技术，通过高能激光束逐层扫描并烧结粉末材料，将其粘合在一起形成三维实体。具体来说，打印机首先在工作台上铺设一层粉末材料，然后激光器发出高能激光束，将需要成型的区域粉末材料熔融并粘合在一起，形成一层固体层。随后，在这一层的基础上再次铺设新的粉末层，并重复上述过程，直到整个三维实体打印完成，金属和塑料粉末的SLS打印机用于工业级高精度制造，如金属零件和复杂结构件。

DMLS 3D打印机（直接金属粉末激光烧结3D打印），原理与SLS类似，但专门用于金属粉末的直接烧结，取消了间接SLS技术中的预处理和后处理工艺步骤，用于制造和修复金属零部件，特别是在航空航天和汽车制造等领域。

SLM 3D打印机，利用高功率密度的激光束完全熔化金属粉末，并通过逐层堆积的方式形成三维实体，成型件具有冶金结合组织，致密度高，力学性能好，且无需特别配制原材料，广泛应用于航空航天、医疗和汽车等领域，用于制造高性能的金属零件。

EBSM3D打印机，通过电子束在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息有选择地熔化金属粉末，层层堆积形成三维零件，在真空状态下进行，翘曲风险低，且部件密度高、强度高，适用于对强度和密度要求较高的金属零件制造。

LENS3D打印机，通过聚焦的激光束将金属粉末同步送入熔池中，使其熔化并逐层堆积形成三维实体，这种打印机，能够实现高精度和高性能的金属零件制造，且材料利用率高，在航空航天、医疗和能源等领域有广泛应用。

粘结剂喷射技术的3D打印主要用于非金属材料的3D打印，但也有部分技术可以应用于金属粉末的打印，通过喷嘴将粘结剂喷射到金属粉末层上，将粉末颗粒粘结在一起形成三维实体，适用于打印大型复杂结构的金属零件，且成本相对较低。

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建筑3D打印机多用于3D打印房子，用于3D打印房子的3D打印机技术主要涉及到一些特殊的大型、高精度且能够处理建筑材料（如混凝土、特种纤维等）的3D打印技术。这些技术不仅要求能够逐层精确地堆积材料，还需要考虑结构的稳定性和建筑材料的特性，目前国内已经有一些地方还是使用改打印方式。

混凝土3D打印，该技术使用混凝土作为打印材料，通过3D打印机逐层堆积混凝土来构建房屋结构。混凝土可以是传统的水泥基材料，也可以是添加了纤维、聚合物等增强材料的特种混凝土。

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特种纤维3D打印，使用特殊纤维材料（如玻璃纤维、碳纤维等）作为打印介质，通过3D打印机逐层堆积形成房屋结构。这些纤维材料可以提供较高的强度和耐久性，且由于采用特种纤维打印具备钢筋所达到的强度，可以省去关于钢筋的布置。

大型FDM3D打印，虽然传统的FDM技术主要用于小型模型的打印，但经过改进的大型FDM技术可以用于3D打印房子。它使用热塑性材料（如PLA、ABS等）通过加热挤出头逐层堆积成形。

典型案例

缅因大学的FoF 1.0 3D打印机：这是一台能够打印大型建筑结构的3D打印机，采用特殊设计的热塑性聚合物作为材料。它能够在80小时内打印出一个单层平房大小的房屋结构，展示了3D打印技术在建筑领域的巨大潜力。

目前3D打印房子在国内仍然处于发展阶段，且3D打印房子仍然存在打印层数不高（3层以下），对于国内而言多用于部分展览区及房屋3D打印，对于国外而言，相对技术成本已经得到发展，多用于灾后重建房子以及休闲区房子建设。

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其他特殊类型

食品3D打印机：采用FDM熔融沉积，将打印耗材换成可食用材料作为打印介质，可以根据个人的口味和需求进行定制，实现个性化的餐饮服务。无论是形状、结构、风味还是营养配比，都可以根据个人喜好进行调整，适用于食品、甜点、蛋糕等创意制作。

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生物细胞3D打印机：利用生物细胞或生物材料打印出具有生物活性的组织或器官，应用于医疗领域，目前在医疗组织上，3D打印细胞组织以及活体器官仍是一个历史性的研究课题，该项研究更多在于打印后的组织器官是否具备正常生物细胞一样的存活寿命，同时3D打印细胞可取自生物本身的干细胞避免排异现象。

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目前的生物3D打印多喷墨3D打印，也就是生物墨水，在生物打印领域，生物墨水通常含有细胞、生长因子和其他生物活性剂，以及用于支撑和保护细胞的生物材料，同时生物3D打印蛋白方面，更多人通过植物蛋白打印出素肉，但是价格十分昂贵！

综上所述，3D打印机通过不同的打印原理和应用领域，但是不同的3D打印领域，所呈现出来的技术水平差距较大，以生物3D打印为例，人类对细胞以及蛋白等微观3D打印的领域还未成熟，但对于民用以及航空3D打印而言，更多需要注意发展各项性能，目前在国外，3D打印航天飞机各项配件领域的研究已经到了逐步上升阶段，随着技术的不断进步，3D打印机的应用前景也将变得更加开阔。