3D 打印的技术思路
先抛开那些高大上的名称，来想一想我们是怎么制作一个零件的。
传统的方式就是找一个毛坯，通过切割、打磨、转孔等各种方式去掉多余的部分，变成我们想要的样子。后来呢，人们就想，能不能换一个思路，像搭积木一样，一块一块的把材料送到我们指定的位置固定，让它直接成为我们想要的样子。这种思路的方法被称为「增材制造技术」，即通过让材料逐渐累积起来变成我们想要的零件。
举个例子，我要做一个圆柱体，传统的做法是从一个大材料上切下来，现在的思路是拿 10 个一元的硬币垒起来粘住。
所谓 3D 打印，就是这种「增材制造技术」的一种方式，像打印机把油墨送到指定的点，最终形成一幅图画，3D 打印就是把材料送到指定的位置，最终形成一个零件。
3D 打印技术常见的5种实现方式
目前，3D 打印作为一种新技术，还没有官方权威的分类方式。从技术实现上来讲，大致分为五类：
- 三维打印粘接成型技术
- 熔融沉积成型技术
- 光聚合成型技术
- 分层实体制造技术
- 激光粉末成型技术
我们一个一个简单介绍下——
1. 熔融沉积成型技术（英文：Fused Deposition Modeling，又叫 FDM）
与普通打印机相比，就是像把油墨换了一种材料，可以理解为一种塑料丝。这种塑料丝经过打印机喷头的时候会被加热，塑料丝就会化掉，变成液体，从喷头出来后遇到空气又凝固。喷头不停地移动到指定位置，喷出塑料液，等它凝固后，再移动到下一个位置，最终成型。打个比方的话，我觉得像蛋糕店做裱花蛋糕，把奶油挤在特别的位置，做出造型。
2. 光聚合成型技术（英文：Stereo Lithography Appearance，又叫 SLA）
这个有点黑科技的感觉。使用的材料一般是液体，叫光敏树脂，这种液体，一旦遇到特定的光线（一般是紫外光）就会凝固起来。利用这个特性，我们先在底座上倒上薄薄的一层液体，再用紫外光照射特定的位置，等它凝固后，把底座向下移动一点，上面倒第二层液体，照射第二层的指定位置，然后第三层……周而复始，最后从液体池子里捞出凝固的那部分就 OK 了。
3. 分层实体制造技术（英文： Laminated Object Manufacturing，又叫 LOM）
这种方式使用的原材料，可以把它想象成不干胶纸片，就是背后有可以黏在别的东西上的小薄片。第一片放平台上，用激光或者别的方式切成我们想要的样子，然后贴上第二片，切第二片，再贴上第三片……
4. 三维打印粘接成型技术（英文： 3D Printing，又叫 3DP）
这是最像打印机的一种技术，也是最简单粗暴的，有多粗暴呢？用胶水把粉末材料粘起来！具体来说就是在底座上铺上薄薄的一层粉末，然后有一个喷头在这一层的指定位置喷出特制的胶水，被喷了胶水的地方，粉末就会被粘住。比作普通打印机的话，就是把纸变成了一层粉末，墨水变成了胶水。一层粉末打印完成后，铺第二层在上面，然后打印第二层的图样，再铺第三层……周而复始，最后把粘住的整体从粉末堆里面拿出来，就是我们的零件了。
5. 激光粉末成型技术
这个的原材料也是粉末状，特点是高温可以使得这些粉末熔掉。那么铺一层粉末，用激光把指定位置的粉末融掉后，等它凝固起来，然后铺第二层，烧结第二层，然后第三层……就成一个整体了。这种技术有两个比较大的分支，一个是选择性激光烧结技术（英文：Selective Laser Sintering，又叫 SLS），另一个是选择性激光融化技术（英文：Selective Laser Melting，又叫 SLM）。
区别在于 SLS 是融化塑料粉末，比如在打印金属件时，需要在金属粉末中混入塑料粉末， 让被激光融的塑料粉做为粘结剂。而 SLM 则是黑科技般的存在，它直接将金属粉末融化，是目前技术含量最高（想想那瞬间融化金属的温度和需要的准确度），产品结构和力学性能最好（直接金属一体成型）的技术，当然，也是成本最高的技术。2017 年，西门子开始用选择性激光熔化（SLM）的增材制造技术打印燃气轮机的燃烧器。
3D 打印的应用前景
3D 打印的优势在于可以加工出各种复杂的、精度要求很高的零部件，而且一体成型对结构的寿命很有好处。缺点嘛有三个：
- 可能知友们已经发现了：3D 打印基本都是一层一层实现的，要想做得细腻光滑精致又美观，每一层就要越薄越好，所以会大大增加制造的时间；
- 使用的材料很关键，熔点高了，打印的时候就要给材料更高的温度才能融化它，这也是为什么咱们在某宝上卖的都是使用熔点较低的塑料材料，要想在工业上用，当然金属的更好啦~~可是金属熔点高啊，大家见过炼钢厂的高炉吧，反过来这也是 SLM 技术黑科技的地方之一；
- 很难流水线式地大规模生产。
这三点归纳起来就是一个字：贵！
基于以上特点，目前，3D 打印技术适用的情况：
- 产量小
- 价值高
要求这么苛刻还有用武之地吗？当然有啦！
比如西门子开始将 3D 打印技术用于制造燃气轮机叶片，消防水泵金属叶轮等；我们说个不常见的：燃气轮机的燃烧器。
燃气轮机是热力发动机的一种，看起来就是个管子，空气从管子的一头被吸进去，在管子内部和燃料混合（燃料可以是天然气、煤油、汽油，等等你能想到的任何东西），然后被点燃， 在管子内部燃烧，瞬间达到上千度的高温，被吸入的空气受热膨胀，从管子的另一头喷出。利用这个喷出的气流，就可以带动各种发电机、引擎或别的设备，实现了把燃料的热能转化为机械动能的功能。
在工业社会，燃气轮机是人类重要的动力来源，比如发电、驱动舰船前进等等。
现在，咱们说回燃气轮机的燃烧器，有了刚才的介绍，你就可以想象对这个设备最基本的技术要求：
- 首先，必须耐高温，因为内部会燃烧，而且燃烧的温度越高，空气在内部膨胀的比例就越大，向后喷出的气流也就越大，能更高效地转化动能；
- 第二，必须耐高压，密封严实，不然，好不容易产生的膨胀空气从细缝漏走了，影响效率。
有了以上两个最基本的要求，还需要优化各个部件的外形，使得气体在喷出时遇到的阻力最小，从而最高效地提供动力，还要求它高强度，不易变形。
以前，传统的做法是分别制作各种部件，最后组装起来。每个部件的加工都要精密精密再精密，然后组装都必须小心小心再小心，不能造成一丁点的变形，组装好了以后，对于各部件的接头部分，都要做特殊处理，来确保接头部分的强度和寿命。
对于能满足耐高温、耐高压、高强度的材料，本来加工就困难（耐高温了，就意味着难融化掉；耐高压、高强度，就意味着外力很难对它造成影响）既要做到这几点，又要容易加工，简直就是不可调和的矛盾；而且让工程师们抓狂的是，为了提高设备的能力转化效率，在这个部件的外形上需要考虑燃烧学、流体力学、热力学等物理原理的要求，减小气流通过时的阻力，因此零部件的外形可谓是千奇百怪。
听起来已经很难了吧，最要命的是，组装起来的设备遇到高温后，各个部件都会热胀冷缩，当热胀冷缩的程度不一致时（遇到受热不均匀、不同材料热膨胀系数不一致等因素时，都必然会导致的结果），各个部件就会相互挤压，影响设备寿命，造成变形后还会降低效率，甚至导致故障、事故的发生。
现在，有了 3D 打印这个新工具，随便你什么奇怪的形状，直接一体成型打印出来，而且免去组装，没有接口，你们说厉不厉害呢？
西门子利用增材制造技术打印出了全球第一个应用于 SGT-700 燃气轮机的燃烧器，这个燃烧器长这样子 ↓
这个燃烧器在意昂集团位于德国黑森州菲利普斯塔尔（Philippsthal）的联合循环电厂中已经运行达到了一年，运行时间逾 8000 小时，这期间没有出现任何问题报告。
更多 3D 打印在发电领域的应用，可以看这篇回答
另外，如今3D打印技术也已经被应用在汽车生产制造领域，改变了交通工具的生产方式。下面这这辆被称为「银色悍匪」的跑车，就是世界上第一辆在虚拟现实中开发并利用人工智能和3D打印技术生产的汽车。汽车的未来也许将被3D打印技术彻底颠覆——汽车行业的生产和商业模型将产生巨大的变革。
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西门子工业自动化产品（成都）有限公司
环境、健康与安全工程师
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：西门子中国
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