3D打印应用：10种用途及示例

各种带有文字覆盖层的3D打印透明和白色零件

3D打印应用

3D印刷 3D打印技术不再仅仅局限于快速原型制作。它在制造业中得到了广泛的应用，涵盖众多领域，本文将重点介绍其中10个常见应用。这些应用包括3D打印航空航天部件、注塑模具、汽车零部件和医疗植入物。 

从根本上讲，3D打印（也称增材制造）是根据数字3D模型逐层制造物理零件的过程。工程师可以从材料挤出、粉末床熔融、光固化成型、材料喷射和粘结剂喷射等技术中进行选择。  

企业可以通过识别这些 3D 应用获益，因为每个行业都倾向于使用特定的技术。例如，如果注重材料多样性，熔融沉积成型 (FFF) 是首选技术；立体光刻 (SLA) 适用于需要精细设计的应用；材料喷射成型 (MJT) 可提供光滑的表面，等等。  

将3D打印技术与工业应用相匹配是一项重要的商业决策，它会影响运营的顺利进行和最终的盈利。本指南将为您介绍3D打印应用，帮助您了解10种工业应用及其对应的技术。  

 

什么是3D打印？

3D打印是指根据数字3D模型逐层构建物理组件或零件。它也因其增材制造的特性而被称为“增材制造”。 

3D打印工艺流程图，图中喷嘴将熔融材料喷射到可控移动平台上。

3D打印基础知识

虽然 3D 打印技术有多种类型，但最突出的是熔融沉积成型 (FDM) 或熔融丝材制造 (FFF)。 3D打印机沿X轴、Y轴和Z轴移动。X轴控制左右移动，Y轴控制前后移动，Z轴控制上下移动。 打印机的各个组件共同作用，实现耗材在打印平台上的送料、加热和挤出。这些主要组件包括加热块、喷嘴、挤出机电机和控制板。 ISO/ASTM 52900:2021(en)标准收录了更多关于3D打印的词汇和术语，该标准涵盖了增材制造的一般原则。1]

 

3D打印的公差和精度 

戴着手套，用数显卡尺测量黑色3D打印零件的公差。

三维公差和精度

精度对于3D打印部件至关重要，尤其是在航空航天、医疗保健和汽车等行业。每个打印部件都应符合规格并满足制造标准。 凭借尖端技术和创新策略，可以满足不同行业的精准需求。 

下表列出了常见 3D 打印技术的公差范围。.  

3D打印技术 

标准尺寸公差 

SLS

± 0.3% (± 0.3 毫米)

SLA

± 0.5% (± 0.2 毫米)

FDM

± 0.5% (± 0.5 毫米)

碳 DLS

± 0.1% (± 0.1 毫米)

DMLS

± 0.2% (±0.1 – 0.2 毫米)

请注意：这些并非固定公差。实际可达到的三维公差取决于材料、机器性能和后处理工艺。 

Boda 提供高精度、高细节的定制 3D 打印零件和产品，无论是用于原型制作还是大规模生产，都能实现 ± 0.025 毫米的精确公差。 

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3D打印受欢迎的原因——优势

近年来，由于材料种类繁多、产品复杂、机械性能各向同性、表面光滑等优点，3D 应用在各行各业越来越受欢迎。 这些优势可以根据所使用的 3D 打印类型进行优化，如下所述。 

材质多样 – 3D打印材料多样性在熔融沉积成型（FFF）技术中体现得最为明显。如果您需要打印多种类型的3D产品，FFF将是您的首选技术。此外，FFF技术价格实惠且易于规模化生产，因此能够满足您各种规模的项目需求。 

复杂产品 3D打印可以轻松制造复杂的零件。立体光刻（SLA）技术就具备这种能力。这一优势在珠宝制作中尤为实用。 

黄金3D打印戒指，饰有复杂的立方体网格图案，并镶嵌宝石

SLA 3D打印珠宝

然而，复杂零件的生产并非必然容易。零件的整体可制造性取决于设计方向、支撑结构、材料和后处理步骤。 

各向同性力学性能 高各向同性力学性能是指3D打印部件在各个方向上都具有良好的力学性能。这种优势在选择性激光烧结（SLS）技术中最为显著。 

光滑饰面 – 3D打印部件的表面也非常光滑。这是采用材料喷射法打印部件的一个显著特点。

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10个关键的3D打印应用 

如下文所述，3D打印的主要应用领域包括快速原型制作、模具制造、航空航天、汽车和工业终端零件。其他应用领域包括注塑模具、医疗/牙科植入物和器械、牙齿矫正器和牙冠、消费品以及教育和研究。 

1. 快速原型制作

快速原型制作是指将CAD设计快速转化为物理模型。3D打印技术在此领域使工程师能够在设计和制造过程的早期阶段测试模型的装配、形状和功能。如果缺陷能够及早发现，则可以在投入模具资金之前进行修改。

2. 工装、夹具和工装装置

夹具在确保制造过程中精度和重复性方面发挥着至关重要的作用。3D打印作为机械加工的替代方案，使制造商能够以更低的成本更快地生产这些部件。这对于小批量、专用工具的生产来说通常尤为重要。 

双手将灰色塑料零件定位到带有支撑块的白色 3D 打印夹具上

3D打印夹具和工装

3. 航空航天零部件

常见的航空航天3D打印部件包括外壳、管道、燃油喷射器和支架。制造商采用增材制造技术生产此类部件，是为了避免注塑成型工艺中前期模具投资。 

3D打印金属火箭发动机喷射器板，带有许多小型喷嘴开口

用于火箭的3D打印燃料喷射器

4. 汽车及相关行业零部件

无论是定制还是替换用途，汽车零部件的生产都需要大量的初始模具投资。 3D打印汽车 与注塑成型相比，这种工艺能够更有效地实现解决方案的快速迭代和小批量生产。汽车零部件制造商正在利用这一优势来提升商业效益。 

例如，制造复杂 3D打印摩托车零件 可在数小时内完成。确切的生产时间取决于零件尺寸、材料、打印技术和后处理要求。

5. 工业终端用途零件 

与原型不同，最终用途零件直接且实际地应用于机器和设备中。当这些零件结构复杂且需求量相对较小时，采用增材制造比传统方法更具经济效益。 

6. 医疗/牙科植入物和器械

假肢、植入物和其他患者相关设备必须根据具体要求进行精确设计和制造。3D打印的尺寸精度能够提供定制化、安全的解决方案，满足患者安全要求。而常见的现成医疗器械可能无法提供同等水平的服务。 

在医疗实验室环境中，用镊子夹持3D打印的多孔晶格植入物

医疗3D打印

此外，根据应用的不同，这些部件还需要进行适当的验证、测试和法规遵从性审查。ISO 13485 是帮助制造商在生产过程中保持可追溯性和质量的框架之一。2]

7. 牙齿矫正器和牙冠 

牙科和正畸行业也是3D打印技术的重要市场，尤其是在矫正器和牙冠的制造方面。这项技术能够满足这些部件的精度要求。先进的牙科实验室可以利用3D打印技术提供定制和标准化的解决方案。 

8. 消费品 

3D打印技术可应用于种类繁多的消费品，涵盖眼镜和鞋类等。由于3D打印无需注塑模具成本，即使是规模较小的企业也能轻松定制和区分产品，而无需承担经济压力。 

一、教育与研究

学术界和教育界利用3D打印技术生产实验室设备、模型和原型。这些产品有助于研究人员和学生与现实世界工程中使用的物品和流程进行互动。 

10.国防和军事应用

3D打印技术在国防和军事领域被广泛用于生产小批量零部件和野战维修零部件。在偏远地区作战中，零部件的快速更换比传统的采购方式更为重要，因此3D打印解决方案尤为关键。 

白色无人机机头，带有摄像头传感器云台，背景是蓝天

无人机技术中的3D打印

 

应用和3D打印技术对比表

此表将 3D 打印应用与理想技术进行匹配，并说明匹配原因。 

应用领域 

理想的3D打印技术

原因 

快速成型

FFF/SLA

详细、低成本、快速

工装、夹具和工装装置

FFF

成本低、耐用

航空航天零部件

粉末床融合 (PBF)

航空航天级零件，复杂几何形状

汽车及相关零部件

FFF / PBF

功能部件，快速迭代 

工业终端用途零件

PBF / FFF

经济高效——小批量复杂零件

医疗/牙科植入物及器械

粉末床熔融/材料喷射

生物相容性、精密度 

牙齿矫正器和牙冠

光固化/DLP/液晶

透明树脂，公差严格 

消费品

还原光聚合

设计多样，表面光滑

教育与研究

FFF

低价位

国防和军事应用

DED

用于现场维修的小批量零件

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主要的3D打印技术 

主要的 3D 打印技术有：材料挤出（FDM/FFF）、粉末床熔融（PBF）、光固化成型（SLA、DLP、LCD）、材料喷射（PolyJet、MultiJet）、粘结剂喷射、片材层压和定向能量沉积（DED）。 

下表列出了与每项技术相关的材料和应用。 

3D打印技术

常用材料

常见的应用

材料挤出成型（FDM/FFF）

ABS、尼龙、PC、纤维增强复合材料

工装夹具、功能原型、标准最终用途零件

粉末床融合 (PBF)

金属粉末、TPU、尼龙（PA11、PA12）

航空航天部件、医疗部件、复杂几何形状

光固化成型（SLA、DLP、LCD）

可浇注树脂、标准树脂、透明树脂

牙齿矫正器和牙冠、消费品、精密原型、珠宝

材料喷射（PolyJet、MultiJet）

光聚合物树脂

解剖学和医学模型，设计验证

活页夹喷射

金属粉末、沙子 

金属零件，砂型铸造模具

片材层压

塑料薄膜、纸张、金属箔

概念模型、建筑模型

定向能量沉积 (DED)

金属粉末或金属丝

航空航天维修、工具维修、通用金属零件维修

 

3D打印部件的耐久性

3D打印部件的耐用性取决于材料、腔室温度、软件设置、部件设计和后处理。 例如，尼龙12韧性粉末（SLS）具有很高的结构强度、抗冲击性和延展性，因此非常耐用。它广泛应用于航空航天零部件的制造，例如燃油箱连接器和燃油管路。

同时，3D软件设置应确保达到所需的耐久性。材料密度和层方向对零件的完整性和耐久性尤为关键。 

 

与3D打印相关的成本

影响 3D 打印成本的因素有：零件设计复杂性、材料成本、订单量、3D 打印技术以及后处理要求。 

以下是这些因素各自的运作方式。

零件设计复杂性 复杂的内部几何结构需要更长的打印时间，从而增加成本。支撑结构和壁厚也会影响材料用量，进而影响3D打印成本。 

材料费用 印刷过程中材料的用量、类型和废料量都会直接影响成本。就材料类型而言，金属通常比塑料贵得多。 

订单量 规模经济意味着更大的订单可能会带来更低的单价。 

3D打印技术 某些3D打印技术比其他技术更具成本效益。DMLS/SLM（金属）技术因其特殊性而成本较高，而FDM通常每小时成本最低。 

大型FDM 3D打印机，配备双喷头，正在打印灰色汽车发动机缸体

工业级FDM 3D打印

后处理要求 – 这些要求包括去除支撑、清洁、表面处理、固化和涂漆/涂层。 

 

3D打印机的维护

3D打印机的最佳性能不仅取决于设备的良好选择，还取决于专业的维护实践，这包括：

  1. 日常保养 喷嘴清洁、床面调平、导轨润滑 
  2. 每周维护 – 皮带张紧、固件和软件更新、过滤系统清洁
  3. 每月维修 – 电气连接检查、传感器校准、热端清洁/更换 
  4. 预测性维护 – 分析历史性能日志和实时传感器数据

3D打印应用的未来展望 

未来，3D打印应用将朝着降低成本、加快生产速度和提高可持续性的方向发展。这些发展趋势将推动技术进步、供应链整合以及3D打印技术在制造业的大规模应用。 

 

在结论 

与早期的3D打印技术不同，如今的3D应用已远不止于原型制作。在航空航天、汽车、牙科、消费品和国防等关键行业，3D打印的实际应用已十分显著。 

无论你选择 SLA、粘结剂喷射还是 FFF，3D 打印技术都应该与精度要求、所用材料和生产量相匹配。 对于复杂的最终用途零件、小批量模具、快速原型制作以及本文中重点介绍的其他 3D 打印应用而言，增材制造是一种更快、更经济高效的方法。 您计划生产哪个零件？请上传您的设计，我们的工程师将进行审核。我们会根据可制造性和成本，推荐合适的3D打印技术。您还将获得免费报价。

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常见问题

3D打印会取代其他传统制造工艺吗？

不完全如此。3D打印在很大程度上是一种辅助技术，尤其适用于复杂几何形状、小批量生产和定制零件。它更有可能在增材制造和传统制造方法并存的混合制造环境中得到广泛应用。 

哪些材料适合用于3D打印原型？

金属3D打印可使用的材料范围较窄，通常仅限于铝合金AlSi10Mg、不锈钢316L、Inconel 718和钛Ti-6Al-4V。它们通常采用直接金属激光烧结（DMLS）方法进行加工。 

3D打印比CNC加工更具成本效益吗？

这取决于零件的体积和几何形状。对于小批量生产复杂零件而言，3D打印更具成本效益，因为它避免了模具成本。随着产量的增加，CNC加工的成本效益会越来越高。 

无论加工成本如何，对于强度更高、精度更高的零件而言，CNC 也是更好的投资选择。 

哪种3D打印技术最适合用于功能性零件的制造？ 

由于其卓越的尺寸稳定性和机械强度，直接金属激光烧结（DMLS）和选择性激光烧结（SLS）是功能性零件最常用的3D打印技术。例如，SLS被广泛用于制造牙科模型。 

案例 

[1]https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso-astm:52900:ed-2:v1:en 

[2]https://www.iso.org/iso-13485-medical-devices.html