การพิมพ์ 3 มิติ หรือที่เรียกว่า Additive Manufacturing (AM) เป็นวิธี "พลิกโฉม" สำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม กระบวนการผลิตแบบหักลบแบบดั้งเดิมหมายถึงการใช้ชิ้นงานแบบจำลองทางเรขาคณิตที่มีอยู่ และการใช้เครื่องมือเพื่อค่อยๆ ตัด ขัด และแกะสลักวัสดุต่างๆ จนกลายเป็นชิ้นส่วนที่ต้องการในที่สุด การพิมพ์ 3 มิติเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติ โมเดลสามมิติแบบดิจิทัลจะถูกซ้อนเป็นชั้นๆ และวัสดุพิเศษ เช่น ผงโลหะ วัสดุเทอร์โมพลาสติก และเรซิน จะซ้อนทับกันอย่างต่อเนื่องและเชื่อมติดกันเป็นชั้นๆ และในที่สุดก็ซ้อนทับกันเพื่อสร้างเป็นสามมิติทั้งหมด . การพิมพ์ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีสหวิทยาการ ครอบคลุมเครื่องจักร วัสดุ คอมพิวเตอร์วิทัศน์ ซอฟต์แวร์ อิเล็กทรอนิกส์ และสาขาอื่นๆ และเทคโนโลยีหลักอยู่ที่การผลิตเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งมีข้อกำหนดพิเศษสำหรับวัสดุ ซอฟต์แวร์ การออกแบบ ฯลฯ
เมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม การพิมพ์ 3 มิติมีลักษณะของการขึ้นรูปโครงสร้างที่ซับซ้อน ทำให้วงจรการผลิตผลิตภัณฑ์สั้นลง มีความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์สูง น้ำหนักเบา และอัตราการใช้วัสดุสูง แต่ต้นทุนก็ค่อนข้างสูงเช่นกัน ลักษณะของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมีดังนี้:
(1) ชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนสามารถผลิตได้เพื่อให้เกิดการผลิตแบบบูรณาการ และความซับซ้อนของโครงสร้างจะไม่ทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น นักออกแบบไม่ต้องผูกมัดกับกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมอีกต่อไป และสามารถสร้างชิ้นส่วนได้อย่างอิสระมากขึ้น
(2) ลดวงจรของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่และการทำให้เป็นจริง เมื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่โดยใช้เทคโนโลยีดั้งเดิม จำเป็นต้องออกแบบและผลิตแม่พิมพ์ใหม่และสร้างกระบวนการประกอบ ในขณะที่การพิมพ์ 3 มิติไม่ต้องใช้แม่พิมพ์และกระบวนการนี้สั้น
(3) ผลิตภัณฑ์มีลักษณะของความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา ชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติสามารถรับรู้ถึงโครงสร้างโครงตาข่ายรังผึ้งที่ยากต่อการประมวลผลด้วยเทคโนโลยีแบบดั้งเดิม และสามารถลดน้ำหนักลงได้อย่างมากภายใต้เงื่อนไขการรับประกันประสิทธิภาพ จากลักษณะเฉพาะของกระบวนการแข็งตัวอย่างรวดเร็วของการพิมพ์ 3 มิติ ทำให้ได้คุณสมบัติเชิงกลที่ดี จึงมั่นใจได้ถึงความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้น
(4) อัตราการใช้วัสดุได้รับการปรับปรุงอย่างมาก เนื่องจากวัสดุซ้อนทับกันทีละชั้น จึงแทบไม่มีของเสียจากวัสดุในกระบวนการผลิต และอัตราการใช้วัสดุถึงมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ (5) ค่าอุปกรณ์และค่าวัสดุสูง อุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติระดับอุตสาหกรรมมีราคาแพง ตั้งแต่หนึ่งถึงสองล้านหยวนไปจนถึงหลายสิบล้านหยวน นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการพิเศษ การพิมพ์ 3 มิติจึงมีข้อกำหนดพิเศษสำหรับวัสดุ และจำเป็นต้องปรับวัสดุธรรมดา อย่างไรก็ตาม การวิจัยและพัฒนาวัสดุนั้นยากและมีค่าใช้จ่ายสูง ซึ่งจำกัดการพัฒนาการพิมพ์ 3 มิติในระดับหนึ่ง
หลังจากพัฒนามากว่า 30 ปี เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และโหมดการพิมพ์ต่างๆ เช่น การพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ การพิมพ์วัสดุอินทรีย์ และการพิมพ์โลหะก็ได้เกิดขึ้นแล้ว การพิมพ์โลหะ 3 มิติโดยทั่วไปใช้แหล่งพลังงานเลเซอร์และลำแสงอิเล็กตรอนในการหลอมผงโลหะ เพื่อให้ผงโลหะถูกเผาและกองรวมกันเป็นโครงสร้างโดยรวม มีวิธีการป้อนผงโลหะสองวิธีในกระบวนการทั้งหมด คือ การพ่นผงและการป้อนผงโลหะ ตามวิธีการป้อนผงแบบต่างๆ หลักการของกระบวนการพิมพ์โลหะ 3 มิติแบ่งออกเป็นการสะสมพลังงานตามทิศทาง (หรือที่เรียกว่าการป้อนผง) และการหลอมแบบเลือกฐานผง การเคลือบผงหมายถึงการแพร่กระจายผงโลหะบนพื้นผิวเพื่อสร้างชั้นบาง ๆ ซึ่งจะถูกหลอมรวมเข้าด้วยกันด้วยเลเซอร์เพื่อละลายพื้นที่เฉพาะบนชั้นบาง ๆ เมื่อเทียบกับการพ่นสีฝุ่น การป้อนแป้งจะไม่ก่อตัวเป็นชั้นบางๆ และผงจะถูกส่งโดยตรงไปยังสระหลอมเหลวที่เกิดจากเลเซอร์บนวัสดุพิมพ์ผ่านหัวพ่นสีฝุ่นและเผาผนึกเพื่อสร้างเป็นเนื้อเดียวกัน เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3 มิติกระแสหลักสามารถแบ่งคร่าวๆ ออกเป็นเทคโนโลยีการหลอมแบบคัดเลือกด้วยเลเซอร์ (SLM), การขึ้นรูปด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBM), เทคโนโลยีการสร้างตาข่ายด้วยเลเซอร์ (LENS), เทคโนโลยีการสะสมฟิวชันของลำแสงอิเล็กตรอน (EBF) และอื่นๆ
มีสามปัจจัยสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งโลหะ อุปกรณ์ วัสดุ และกระบวนการ ปัจจุบันยังมีช่องว่างสำหรับการปรับปรุงในสามด้านนี้ เพื่อขยายขอบเขตการใช้งานของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ เทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งโลหะกำลังพัฒนาไปในทิศทางที่มีต้นทุนต่ำ ขนาดใหญ่ วัสดุหลายชนิด ความแม่นยำสูง และประสิทธิภาพสูง
(1) อุปกรณ์เติมแต่งโลหะกำลังพัฒนาไปในทิศทางขนาดใหญ่และเฉพาะทาง ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการพิมพ์โครงสร้างขนาดใหญ่และงานเฉพาะด้าน อุปกรณ์การพิมพ์โลหะ 3 มิติจึงกลายเป็นกระแสไปสู่การพัฒนางานขนาดใหญ่และเป็นมืออาชีพ
(2) วัตถุดิบที่พิมพ์ได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และการพิมพ์วัสดุผสมเริ่มปรากฏขึ้น ในปัจจุบัน ประเภทของวัตถุดิบที่ใช้ในการพิมพ์โลหะ 3 มิติมีค่อนข้างน้อยและคุณภาพของวัสดุไม่สูงนัก ด้วยการรุกอย่างต่อเนื่องของการผลิตสารเติมแต่งในด้านอุตสาหกรรม ความต้องการของตลาดสำหรับการพิมพ์ 3 มิติโลหะที่สามารถบรรลุการพิมพ์แบบผสมหลายวัสดุได้ค่อยๆ เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ การพิมพ์วัสดุคอมโพสิตหลายชนิดพร้อมกันก็เริ่มปรากฏขึ้น ซึ่งสามารถรวมข้อดีของวัสดุต่างๆ
(3) พัฒนาเทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งโลหะใหม่ เทคโนโลยีการผลิตสารเติมเนื้อโลหะแบบดั้งเดิมมีปัญหา เช่น ต้นทุนสูงและประสิทธิภาพต่ำ ซึ่งประสิทธิภาพต่ำยังเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่จำกัดการผลิตสารเพิ่มเนื้อไม่ให้เข้ามาแทนที่การผลิตสารเติมเนื้อแบบดั้งเดิมในหลายสาขา คาดว่าเมื่อเทคโนโลยีนี้ค่อยๆ เติบโตอย่างค่อยเป็นค่อยไปในอนาคต เช่น การเพิ่มพลังงานเลเซอร์และการปรับเส้นทางการพิมพ์ให้เหมาะสม อัตราการผลิตของการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุอาจดีขึ้น