三维打印技术是一个多学科交叉的系统工程，涉及CAD/CAM技术( computer aided design＆computer aided manufacturing，计算机辅助设计与辅助制造技术)、数据处理技术、材料技术、激光技术和计算机软件技术等，其成形工艺过程包括模型设计、分层切片、数据准备、打印模型及后处理等步骤。在采用三维打印设备制备前，必须对设计好的模型进行数据处理。由相应的图像采集软件生成CAD模型，并输出STL ( sereo lithography标准镶嵌语言)文件，必要时需采用专用软件对STL文件进行检查并修正错误。但此时生成的STL文件还不能直接用于三维打印，必须采用分层软件对其进行分层。层厚大、精度低、但成形时间快;相反，层厚小、精度高、但成形时间慢。分层后得到的只是原型一定高度的外形轮廓，此时还必须对其内部进行填充，最终得到三维打印数据文件。

在制造产品的过程中，三维打印与喷墨打印工艺相似。在进行三维打印前，先对三维模型进行分层切片，得到无数个二维横截面轮廓。在计算机的控制下，静电墨水喷嘴按照零件的二维截面轮廓，向预先铺好的粉末材料层喷射液体黏结剂，使部分粉末颗粒互相黏结在一起，形成截面轮廓。一层粉末成形完成后，再铺上一层粉末，进行下一层轮廓的黏结，同时新一层轮廓能黏结在前一层上，如此循环直至整个制件成形完毕。所以，我们可以把三维打印的成形工艺大致分成模型设计、分层切片和数据准备，打印模型和后处理四个阶段。

在三维CAD软件中进行原型件的几何建模，模型应该具有完整的壁厚和内部描述功能，并对模型定向，以便能够在空间方便地确定此模型。CAD模型的输出文件格式可为STL、VRML和PLY格式。

采用专用的分层软件对CAD模型进行分层切片，获得无数个二维横截面轮廓及其有关的数据，包括层厚、喷嘴到粉末层的距离、扫描速度、收缩补偿因子等，用于控制喷嘴的运动轨迹，选择合理参数，获得理想制件。

进行三维打印时，先在成形区上铺上一层粉末材料，其厚度与要打印的二维横截面轮廓层厚度相同。黏结筒通过许多个喷嘴向粉末层喷射彩色黏结液，使部分粉末黏结在一起，形成一层截面轮廓。然后进给活塞上移一个层厚，而成形活塞下降一个层厚。接着继续铺上一层粉末，进行下一层轮廓的黏结，同时新一层轮廓能牢牢黏结在前一层上。重复以上过程，可从模型底部到顶部逐层打印出这些截面轮廓，在短时间内就能获得一个完整的彩色原型制件。

打印结束后，从成形区中取出原型件，进行除粉、烘干处理，接着可以把蜡、环氧树脂或其他材料渗入到原型件中，以提高原型件的强度和使用寿命。此外还可对原型件进行抛光、油漆、着色、电镀等。对于简单零件，后处理阶段所需时间一般不到10分钟，对于最大型的零件，也只需1小时左右。

一台三维打印机可以从小到放入一个手提袋，也可以大大一辆微型面包车的大小，其造价也从几百美元到50万美元不等，它们的共同特点都是按照计算机的指示将原材料按层堆积以形成三维物体。目前，市面上流行的三维打印机主要为沉积原材料层制造物体和黏合原材料制造物体两大类。

第一种三维打印机通常被称为“选择性沉积打印机”，正规学名为FDM(熔融成形)打印机，出现于20世纪80年代，由美国人Scott Crump发明，Scott Crump后来借此被称为“三维打印之父”。这种类型的三维打印机通过微型喷头注射、喷洒或挤压液体、胶状物或粉末状的原材料，包括软塑料或者医疗凝胶里的活细胞，来制造出立体物件。在打印工作开始前，用户要用软件设计出能够被三维打印机内置固件所识别的文件，交由打印机读取。打印机一旦开始读取文件，就即刻计算出打印头的机械路径和动作，计划处打印头该在哪里沉积出外形轮廓，以及在哪里喷射多少材料等方案。待打印机内置固件将操作计划设计完毕后，再行开始物理打印过程。沉积材料的打印头通常沿着一系列的水平、垂直轨道(工程术语为“桁架”)移动，勾勒出打印物体最底层的轮廓，然后在轮廓内来回扫描进行内部充填。充填完成后打印头略微上移，开始进行下一横截面的作业，直至到打印物件的最顶端截止，各横截面之间可相互沉积结固。这个过程可能持续数小时甚至几天不等。这种三维打印机使用相对低温的打印头，和高功率的激光打印机相比，操作更为安全。但是其打印材料的选择范围很小，只能运用能够被挤压出的特制塑料。目前市面上这类三维打印机有Polyjet、LENS(激光工程化净成形)、LOM(分层实体制造)。Polyjet打印机由以色列的Objet Geometries公司和Stratasys公司与2012年合作开发，属于“选择性沉积打印机”中最年轻的成员，其借用了“选择沉积”和“黏合材料”两大三维打印的分支技术，先通过打印头将液态光敏聚合物喷射成一薄层(约 16μm厚)，再通过UV(紫外线)光照固化。Polyjet打印精度高，因此十分适合与注重外形分辨率的医疗行业，但是其打印材料有很大的局限性，特制的“光敏聚合塑料”成本较为昂贵，且十分脆弱易碎，使用范围极为有限。

LENS打印机的工作流程完全不同于Polyjet，LENS具有高功率的激光束，并通过激光束引导打印头喷射粉末材料成形。打印头喷出的粉末材料遇到激光的焦点会立即融化并沉积到增长部分的表面，而光束周围的粉末则不会凝结，而是落到一边等待清理。就这样，随着激光焦点扫描出打印对象的轮廓，新的物件就会一层一层地逐渐增长。LENS工艺的出现，为三维打印技术引入了金属材料(如钛和不锈钢)，其加工物件的强度远远超出了以往塑料材质的产品，而且由于可以有过个打印头同时工作，喷射出的多种金属粉末按照不同的比例在激光的照射下形成合金，通过调节打印头的位置和各种金属粉末的比例，可以在物件的不同位置形成不同级别的合金，人类对制造的控制水平又上升到了一个新的层次。三维打印至此才引起了传统工业领域的重视，正式进入了航天、汽车等大型产业的生产环节。

LOM(分层实体制造)虽然作为“选择性沉积打印机”的一种，但是其并不使用任何打印头，而是将材料薄片层压成一个单独的三维实体。LOM的工作头不是打印头而是刀具或者激光束，在预先设计好的文件指引下，刀具将打印物件的横截面在纸、塑料或金属的薄片上剪切出来，放置到一边，再铺上下一张材料进行上一层横截面的剪切，最后把全部剪切出来的薄片层叠在一起，按压融合成一个整体。有些特殊的铝箔模型，则是利用强大的超声波振动使各片材之间产生摩擦生热，直至融合成一个密实的三维实体。

第二种主流的打印机，即“黏合材料工艺”打印机，则是将原材料融化或者凝固为层，主要有SL( stereolithography，立体光刻)和LS( laser sintering，激光烧结)两种类型。

通常这种类型的三维打印机主要由以下部件组成:微型喷头控制系统、精密平台移动装置、喷微头清洁装置、黏结剂供给装置、铺粉装置、粉末供给和回收装置。

SL是最早的商用三维打印方法之一，主要是通过光刻工作头，通过UV对液态的光敏材料进行逐层扫描，光照固化后的聚合物片层上升(或者下沉)，使其底部(或者顶部)被未固化的液态材料浸没，工作头再进行下一层的固化扫描作业。打印完成后，洗涤多余材料，再进行物件的表面打磨，有时还需至于UV照射下“回炉”，做进一步的固化。SL的优势在于快速、精确，现阶段SL三维打印机的片层厚度仅为10μm，而且多束激光可以同时工作，分辨率要高于挤压式的三维打印机。随着光敏聚合物强度的不断提升，SL三维打印的应用范围还有望继续拓展。但是需要指出的是光敏聚合物远不及传统的工业注塑成形的热塑性塑料那样结实耐用，再加上SL打印机一次只能打印一种材料，且维护成本极高，所以不适于三维打印机廉价化、民用化的发展方向。

LS最早由美国得克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard与1989年在其硕士论文中起初，后美国DTM公司在1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinter Sation。后几十年来奥斯汀分校和DTM公司在此领域做了大量的研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕的成果。此外德国的EOS公司也在这一领域做了很多研究工作，并开发了相应的系列成形设备。选择性LS技术类似与SL打印技术，所不同的LS主要使用粉末材料进行烧结作业。这种打印机以高功率的激光束在粉末材料堆表面上进行扫描，激光照射到的粉末发生融化，打印机内部的滚筒在表面上刷上一层新的粉末，同时整个粉末堆作略微下降，激光再进行新一层表面的扫描作业，如此循环重复，直至打印结束。由于大部分原材料都可以制作成粉末形式，所以尼龙、钢、青铜和钛都可以引入到LS三维打印的制造工艺中来。但LS打印的物件表面往往不够光滑且多孔，而且目前LS打印机还不能同时打印不同类型的粉末。LS是高温作业，为防止粉末爆炸，LS打印机需使用氮气充填密封腔，打印完成的物件待彻底冷却后才能取出，大型物体的冷却可能需要一天的时间。

如今新型的三维打印机通过在原材料内挤入胶水生成层代替了激光束，避免了激光作用所产生的高热，粉末材料的来源也更为宽泛从淀粉、玻璃粉末、骨粉到轮胎碎片甚至是锯末，都可以用做三维打印的原材料。当胶水沉积后，一些附加的彩色墨水也会相继喷射，从而制造出全色彩的三维模型，例如Z Corporation公司生产的Z510彩色三维打印机，采用4个HP喷墨打印头进行打印，打印速度达到2层/min，分辨率为600×540dpi，可快速制作24bit色彩的高清晰度零件。

由于实现了直接数字化制造( direct-digital Manufacturing)，由三维实体模型可直接制造出产品，而不仅是零件，三维打印技术减少或省略了毛坯准备、零件加工、装配等中间工序，且无需昂贵的刀具或模具。三维打印制造的是完全定制的、性化的独特产品，可做到仅此一件，百分之百按照订单制造。同时，在没有售出之前，是储存在计算机里的数字，无需仓库，而且可以以文件的形式在互联网上传输，费用极微。

三维打印不仅是按需制造，而且是“就地”制造( local manufacturing)，即在使用地点制造，节约甚至舍弃了物流成本。

三维打印可以最大限度地发挥材料的特性，只把材料放在有用的地方，减少材料的浪费。传统的制造方法往往由于难以加工，产品的结构大多并不合理。采用三维打印无需考虑产品的工艺性，结构和形状是否复杂对三维打印来说不重要。这给设计师提供了无限的创造空间和创意遐想。