3D打印技術作為快速成型技術的一種,也被稱為增材制造(additive manufacturing,AM),是先進制造技術的重要組成部分。該技術以數字化模型文件為基礎,通過逐層打印、層層累積的策略來制造三維實體。與傳統技術相比,3D打印技術具有諸多優勢。首先,數字化的成型基礎可省去多種傳統制造步驟,從而減少制造時間,拓寬設計空間；其次,增材制造的方式避免了材料浪費,實現了能源節約。
增材制造是多種技術的統稱,根據使用材料的不同可分為以下幾種: 熔融沉積制造(fused deposition modeling，FDM)、選區激光燒結(selective laser sintering，SLS)、疊層制造(laminated object manufacturing，LOM)、光固化(stereolithograph apparatus,SLA）和選區激光熔化(selective laser melting，SLM)等。由于所有技術工藝均以數字化模型文件為基礎，在3D打印的整個制造過程中都需要進行大量的數字化模型文件的準備及處理，所以，不同的數據文件格式會直接影響加工過程和加工效果。
3D打印的工藝流程
3D打印采用的是離散堆積成型方式,其一般工藝流程主要有:三維模型的構建、三維模型近似處理、切片處理、成型處理以及后處理。
1）三維模型的構建
三維模型可利用三維設計軟件(如Auto CAD，Catia,Pro/Engineering，Solidworks，UG等)進行直接設計得到，也可以通過CT等掃描實體來獲取特征數據,而后利用逆向工程的方法來構建三維模型.
2) 三維模型近似處理
對于自由曲面,往往形狀不規則,需在加工前進行近似處理。由于數據傳輸文件STL簡單實用,因此已成為3D打印領域的標準接口文件格式,它是用一系列小三角形面片來逼近模型的自由曲面,因此,三角形面片的大小決定了模型的整體精度。
3) 切片處理
首先選擇合理的分層方向,在成型高度上采用一系列間隔一定的平面來切割三維模型,從而獲取不同截面的輪廓信息。成型間隔越小,得到的實體模型精度越高。
4) 成型處理
通過相應軟件的控制,3D打印設備中的噴頭或激光頭按輪廓信息做掃描運動,在工作臺上成型材料層層堆積粘結,從而獲得三維產品。
5) 后處理
對獲取的三維產品進行后續處理,從而獲得目標成品。3D打印的一般工藝流程如下圖所示。
三維模型數據的獲取
三維數據模型的獲取是3D打印技術的基礎和關鍵技術之一，目前獲取三維模型的方式主要有正向設計數據和逆向工程數據。
1、正向設計數據
正向設計是指通過三維設計軟件進行的設計,這是最重要、應用最廣泛的數據來源。3D打印使用的軟件設計方法主要分為實體建模和曲面建模。實體建模一般適用于制造領域和工業設計,主要是對形狀規則的物體進行建模,對于形狀不規則的、精細的、復雜的設計有些不能很好的勝任,如設計復雜的動漫形象;而曲面建模正好相反。目前一般的設計軟件都是綜合這2種建模方法來得到最理想的設計效果。使用較多的三維設計軟件主要有AutoCAD、Catia、Delcam、Pro/E、Solidedge、MDT、UG等。
2、逆向工程數據
逆向工程(reverse engineering，RE)是將目標三維實體通過相關的數據采集轉變為概念模型，并在此基礎上進行后續創作，又稱反向工程或反求工程。逆向工程主要包括:采集數據、處理數據、重構曲面和三維建模。首先處理采集到的數據,而后對處理完的有限點云數據進行曲面重構和三維建模。數據采集的主要方法包括：三坐標測量儀法、激光三角形法、投影光柵法、CT(computed tomography)掃描、核磁共振法(magnetic resonance imaging，MRI)以及自動斷層掃描法。CT掃描是通過逐層掃描物體來獲取截面數據的，而后將CT掃描得到DICOM數據導入Mimics、Geomagic、Imageware、Surfacer等軟件中進行設計優化，最后根據所建模型的用途輸出相應的格式文件。利用Surfacer 軟件進行優化設計時,利用鼠標對圖像進行切割,提取外形輪廓,而后進行相關的設計處理,最終輸出相應的數據文件格式,一般為STL格式。核磁共振技術是1973年開始應用于醫學領域的，該技術主要是基于拉莫爾定理，從測得的信號中對某種參數及其相關的圖像進行重現恢復。自動斷層掃描法是通過對樣件進行逐層的機械式切削來自動攝取每一層輪廓影像,再通過對輪廓影像進行分析來提取相應的輪廓數據。
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