3D列印，是根據所設計的3D模型，通過3D列印裝置逐層增加材料來製造三維產品的技術。這種逐層堆積成形技術又被稱作增材製造。3D列印綜合了數字建模技術、機電控制技術、資訊科技、材料科學與化學等諸多領域的前沿技術，是快速成型技術的一種，被譽為“第三次工業革命”的核心技術。
3D打印製造技術主要由3個關鍵要素組成：
一是產品需要進行精準的三維設計，運用計算機輔助設計(CAD)工具對產品全方位精準定位;
二是需要強大的成型裝置;
三是需要滿足製品效能和成型工藝的材料。
由於3D打印製造技術完全改變了傳統制造工業的方式和原理，是對傳統制造模式的一種顛覆，因此3D列印材料成為限制3D打印發展的主要瓶頸，也是3D列印突破創新的關鍵點和難點所在，只有進行更多新材料的開發才能拓展3D列印技術的應用領域。目前，3D列印材料主要包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料和複合材料等。
3D列印聚合物 3D列印無人機
工程塑料
工程塑料指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料，是強度、耐衝擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D列印材料，常見的有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚醯胺(PA)、 聚碳酸酯(PC)、聚苯碸(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)等。
1)ABS
ABS材料因具有良好的熱熔性、衝擊強度， 成為通過熔融沉積3D列印的首選工程塑料。 目前主要是將ABS預製成絲、粉末化後使用，應用範圍幾乎涵蓋了所有日用品、工程用品和部分機械用品。近年來ABS不但在應用領域逐步擴大，而且效能不斷提升，藉助ABS強大的粘接性、強度通過對ABS的改性，使其作為3D列印材料在更廣範圍得到應用。
2014年國際空間站用ABS塑料3D印表機為其列印零件;世界上最大的3D印表機材料公司Stratasys公司研發的最新ABS材料ABS-M30，專為3D打印製造設計，機械效能比傳統的ABS材料提高了67%， 從而擴大了ABS的應用範圍。
2)PA
PA強度高，同時具有一定的柔韌性，因此可直接利用3D打印製造裝置零部件。利用3D打印製造的PA碳纖維複合塑料樹脂零件強度韌性很高，可用於機械工具代替金屬工具。另外，由於PA的粘接性和粉末特性，可與陶瓷粉、玻璃粉、金屬粉等混合，通過粘接實現陶瓷粉、玻璃粉、金屬粉的低溫3D列印。索爾維公司作為全球PA工程塑料的專家，基於PA的工程塑料進行3D列印樣件，用於發動機周邊零件、門把手套件、剎車踏板等。用工程塑料替代傳統的金屬材料，最終解決了汽車的輕量化問題。
3)PC
PC具有優異的強度，其強度比ABS材料高出60%左右，因此適合於超強工程製品的應用。索爾維公司作為全球PA工程塑料的專家，基於PA的工程塑料進行3D列印樣件，用於發動機周邊零件、門把手套件、剎車踏板等。德國拜耳公司開發的PC2605可用於防彈玻璃、樹脂鏡片、車頭燈罩、宇航員頭盔面罩、智慧手機的機身、機械齒輪等異型構件的3D打印製造。
3D列印吹塑成型模具(圖片來源：Stratasys)
4)PPFS
PPSF具有最高的耐熱性、強韌性以及耐化學品性，在各種快速成型工程塑料材料之中效能最佳，通過碳纖維、石墨的複合處理，PPSF顯示出極高的強度，可用於3D打印製造高承受負荷的製品，成為替代金屬、陶瓷的首選材料。
5)PEEK
PEEK具有優異的耐磨性、生物相容性、化學穩定性以及楊氏模量最接近人骨等優點，是理想的人工骨替換材料，適合長期植入人體。基於熔融沉積成型原理的'3D列印技術安全方便、無需使用鐳射器、後處理簡單，通過與PEEK材料結合製造仿生人工骨。
6)EP
EP(Elasto Plastic)即彈性塑料，是Shapeways公司最新研製的一種3D列印原材料，它能夠避免用ABS列印的穿戴物品或可變形類產品存在的脆性問題。顧名思義，Elasto Plastic是一種新型柔軟的3D列印材料，在進行塑形時和ABS一樣均採用“逐層燒結”原理，但列印的產品卻具有相當好的彈性，易於恢復形變。這種材料可用於製作像3D列印鞋、手機殼和3D列印衣物等產品。
7)Endur
Stratasys公司推出一款全新的3D列印材料—Endur，它是一種先進的仿聚丙烯材料，可滿足各種不同領域的應用需求。Endur材料具有高強度、柔韌度好和耐高溫效能，用其列印的產品表面質量佳，且尺寸穩定性好，不易收縮。Endur具有出色的仿聚丙烯效能，能夠用於列印運動部件、咬合齧合部件以及小型盒子和容器。
生物塑料
3D列印生物塑料主要有聚乳酸(PLA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羥基丁酸酯(PHB)、 聚-羥基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二醇酯 (PBS)、聚己內酯(PCL)等，具有良好的可生物降解性。
1)PLA
PLA(Poly Lactic Acid)即聚乳酸可能是3D列印起初使用得最好的原材料，它具有多種半透明色和光澤質感。作為一種環境友好型塑料，聚乳酸可生物降解為活性堆肥。它源於可再生資源—玉米澱粉和甘蔗，而不是非可再生資源——化石燃料。新加坡南洋理工大學的Tan K H等在應用PLA製造組織工程支架方面的研究中，採用3D技術成型生物可降解的高分子材料，製造了高孔隙度的PLA組織工程支架，通過對該支架進行組織分析，發現其具有生長能力。
3D列印的PLA螺栓和螺母、PLA檸檬榨汁機推杆
2)PETG
PETG是採用甘蔗乙烯生產的生物基乙二醇為原料合成的生物基塑料。具有出眾的熱成型性、堅韌性與耐候性，熱成型週期短、溫度低、成品率高。PETG作為一種新型的3D列印材料，兼具PLA和ABS的優點。在3D列印時，材料的收縮率非常小，並且具有良好的疏水性，無需在密閉空間裡貯存。由於PETG的收縮率低、溫度低，在列印過程中幾乎沒有氣味，使得PETG在3D列印領域產品具有更為廣闊的開發應用前景。
3)PCL
PCL是一種生物可降解聚酯，熔點較低，只有60℃左右。與大部分生物材料一樣，人們常常把它用作特殊用途如藥物傳輸裝置、縫合劑等，同時，PCL還具有形狀記憶性。在3D列印中，由於它熔點低，所以並不需要很高的列印溫度，從而達到節能的目的。在醫學領域，可用來列印心臟支架等。
熱固性塑料
熱固性樹脂如環氧樹脂、不飽和聚酯、酚醛樹脂、氨基樹脂、聚氨酯樹脂、有機矽樹脂、芳雜環樹脂等具有強度高、耐火性特點，非常適合利用3D列印的粉末鐳射燒結成型工藝。哈佛大學工程與應用科學院的材料科學家與Wyss生物工程研究所聯手開發出了一種可3D列印的環氧基熱固性樹脂材料，這種環氧樹脂可3D列印成建築結構件用在輕質建築中。
光敏樹脂
光敏樹脂是由聚合物單體與預聚體組成，由於具有良好的液體流動性和瞬間光固化特性，使得液態光敏樹脂成為3D列印耗材用於高精度製品列印的首選材料。光敏樹脂因具有較快的固化速度，表乾性能優異，成型後產品外觀平滑，可呈現透明至半透明磨砂狀。尤其是光敏樹脂具有低氣味、低刺激性成分，非常適合個人桌面3D列印系統。
高分子凝膠
高分子凝膠具有良好的智慧性，海藻酸鈉、纖維素、動植物膠、蛋白腖、聚丙烯酸等高分子凝膠材料用於3D列印，在一定的溫度及引發劑、交聯劑的作用下進行聚合後，形成特殊的網狀高分子凝膠製品。如受離子強度、溫度、電場和化學物質變化時，凝膠的體積也會相應地變化，用於形狀記憶材料;凝膠溶脹或收縮發生體積轉變，用於感測材料;凝膠網孔的可控性，可用於智慧藥物釋放材料。
3D列印金屬
目前大多數3D列印耗材是塑料，而金屬良好的力學強度和導電性使得研究人員對金屬物品的列印極為感興趣。
3D Systems為GE公司列印的航空金屬構件(左)3D 列印奧斯卡“小金人”(右)
黑色金屬
1)不鏽鋼
不鏽鋼是最廉價的金屬列印材料，經3D打印出的高強度不鏽鋼製品表面略顯粗糙，且存在麻點。不鏽鋼具有各種不同的光面和磨砂面，常被用作珠寶、功能構件和小型雕刻品等的3D列印。
2)高溫合金
高溫合金因其強度高、化學性質穩定、不易成型加工和傳統加工工藝成本高等因素，目前已成為航空工業應用的主要3D列印材料。隨著3D 列印技術的長期研究和進一步發展，3D打印製造的飛機零件因其加工的工時和成本優勢已得到了廣泛應用。
有色金屬
1)鈦
採用3D列印技術製造的鈦合金零部件，強度非常高，尺寸精確，能製作的最小尺寸可達1mm，而且其零部件機械效能優於鍛造工藝。英國的Metalysis公司利用鈦金屬粉末成功列印了葉輪和渦輪增壓器等汽車零件。此外，鈦金屬粉末耗材在3D列印汽車、航空航天和國防工業上都將有很廣闊的應用前景。
2)鎂鋁合金
鎂鋁合金因其質輕、強度高的優越效能，在製造業的輕量化需求中得到了大量應用。在3D列印技術中，它也毫不例外地成為各大製造商所中意的備選材料。
日本佳能公司利用3D列印技術製造出了頂級單反相機鎂鋁合金特殊曲面頂蓋
3)鎵
鎵(Ga)主要用作液態金屬合金的3D列印材料，它具有金屬導電性，其黏度類似於水。不同於汞(Hg)，鎵既不含毒性，也不會蒸發。鎵可用於柔性和伸縮性的電子產品，液態金屬在可變形天線的軟伸縮部件、軟儲存裝置、超伸縮電線和軟光學部件上已得到了應用。
3)鎵-銦合金
北卡羅琳州立大學化學和生物分子工程的副教授Michael Dickey利用鎵(Ga)與銦(In)的液態金屬合金通過3D列印技術在室溫下創造了一種三維的自立式結構，這一奇蹟的誕生得益於鎵-銦合金在空氣中與氧氣發生反應形成了一層能夠保持零件形狀的氧化膜。這一技術在3D列印中被用於連線電子部件。
4)稀貴金屬
3D列印的產品在時尚界的影響力越來越大。世界各地的珠寶設計師受益最大的似乎就是將3D列印快速原型技術作為一種強大，且可方便替代其他製造方式的創意產業。在飾品3D列印材料領域，常用的有金、純銀、黃銅等。
陶 瓷
矽酸鋁陶瓷粉末能夠用於3D列印陶瓷產品。3D列印的該陶瓷製品不透水、耐熱(可達600°C)、可回收、無毒，但其強度不高，可作為理想的炊具、餐具(杯、碗、盤子、蛋杯和杯墊)和燭臺、瓷磚、花瓶、藝術品等家居裝飾材料。
複合材料
美國矽谷Arevo實驗室3D打印出了高強度碳纖維增強複合材料。相比於傳統的擠出或注塑定型方法，3D列印時通過精確控制碳纖維的取向，優化特定機械、電和熱效能，能夠嚴格設定其綜合性能。由於3D列印的複合材料零件一次只能製造一層，每一層可以實現任何所需的纖維取向。結合增強聚合物材料列印的複雜形狀零部件具有出色的耐高溫和抗化學效能。
