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3D打印模型誕生過程 快速上手3D模型制作
閱讀：959 發(fā)布時間：2022-12-12
3D打印技術可以算是當今科技中的新興之秀，受到人們越來越多的關注，下面給大家介紹下如何才能自己成功打印一個3D模型？
一個3D打印模型的誕生過程包括：概念/創(chuàng)意、設計模型、模型切片、打印模型、后期處理。
1.設計模型
三維模型
3D打印模型可以使用計算機輔助設計軟件包括三維掃描儀生成。手動搜集制作3D圖像所需的幾何數(shù)據(jù)過程同雕塑等造型藝術類似。通過3D掃描，可以生成關于真實物體的形狀、外表等的電子數(shù)據(jù)并進行分析。以3D掃描得到的數(shù)據(jù)為基礎，就可以生成被掃描物體的三維電腦模型。
無論使用哪種3D建模軟件，生成的3D模型（通常為.skp、.dae、.3ds或其它格式）都需要轉(zhuǎn)換成.STL或.OBJ這類打印機可以讀取的格式。
使用STL格式文件打印3D模型前需要*行“流形錯誤”檢查，這一步通常稱為“修正”。對于采用3D掃描獲得的模型來說，STL文件“修正”尤其重要，因為這樣的模型通常會有大量流形錯誤。常見的流形錯誤包括：各表面沒有相互連接，或是模型上存在空隙等。netfabb、Meshmixer，或是Cura和Slic3r都是常見的修正軟件。
3D打印常用軟件
2.模型切片
完成修正后，用戶可以用一種名為“slicer”（意為“切片機”）的軟件功能將STL文件代表的模型轉(zhuǎn)換成一系列薄層，同時生成G代碼文件，其中包括針對某種3D打印機（FDM打印機）的定制指令。接下來，用戶可以用3D打印客戶端軟件打印G代碼文件，這種客戶端軟件可以利用加載的G代碼指示3D打印機完成打印過程）。值得注意的是，實際應用中的3D打印客戶端軟件通常會包含“切片機”軟件功能。有多種開源切片機程序可供選擇，如Skeinforge、Slic3r和Cura，不開放源代碼的切片機程序則有Simplify3D和KISSlicer。3D打印客戶端軟件則有Repetier-Host、ReplicatorG和Printrun/Pronterface。
3D切片模型
需要注意的是還有一款用到3D打印的人們經(jīng)常使用的軟件叫做G代碼查看器（Gcode viewer）。這個軟件可以檢查打印機噴嘴的行進路線。通過檢查這個，用戶可以自行決定修改GCode打印模型的不同方式（例如以不同姿勢，如站立或平躺）以節(jié)省塑料（根據(jù)姿勢和噴嘴路線，會用到更多或更少的支撐材料）。G代碼查看器的例子有Gcode Viewer for Blender和Pleasant3D。
3.打印模型
許多3D技術逐漸投入使用。不同增量工藝主要區(qū)別在于層疊方法和使用的材料。有些工藝通過熔化或軟化材料分層，例如激光選區(qū)熔化技術（SLM）或直接金屬激光燒結術（DMLS）、選擇性激光燒結術（SLS）、熔融沉積成型（FDM）或熔絲制造（FFF）。還有些工藝運用不同技術加工液體原料，例如立體光刻技術（SLA）。在分層實體制造技術（LOM）下，原材料（紙張，聚合物，金屬等）被切分成層以供重組。打印技術如下：
(1)擠壓沉積技術
FDM技術即熔融沉積成型（FDM）技術，制作模型或部件的方法是使用一種細珠，可以即時硬化形成分層。纏繞在卷軸上的熱塑絲或金屬線逐漸展開并輸送向擠壓噴嘴。擠壓噴嘴將其加熱輸出。通常情況下會使用步進馬達或伺服馬達操控擠壓噴頭和調(diào)控材料輸出。噴頭橫縱均可移動，通常使用微控制器當中的計算機輔助制造（CAM）軟件包對噴頭輸出過程進行監(jiān)控。
ABS樹脂、聚碳酸酯（PC）、聚乳酸（PLA）、高密度聚乙烯（HDPE）、PC/ABS、聚苯礬（PPSU）和高抗沖聚苯乙烯（HIPS）等高分子聚合物都會在過程中被使用。一般情況，這些聚合物都被用純樹脂粘接起來，呈絲狀。
(2)顆粒材料結合
另一種3D打印技術就是在顆粒床上對材料進行選擇性融合。首先，先融合部分材料，將其放入工作區(qū)，加入另一層顆粒材料，重復上一個過程，直到一個完成的部件被生產(chǎn)出來。這一過程使用未融合的材料作為媒介來支撐懸掛的或材質(zhì)較薄的膏體，減少了生產(chǎn)過程中臨時輔助支撐材料的使用。過程中還會使用激光來將液體的媒介燒結，例如選擇性激光燒結（SLS）技術，會同時運用金屬和聚合物（如聚酰胺（PA）、玻璃纖維增強聚酰（PAGF）、玻璃纖維（GF）、聚醚醚酮（PEEK）、甲苯（PS）、Alumide、碳化物、彈性體），和直接金屬激光燒結（DMLS）技術。
激光選區(qū)熔化（SLM）技術并不采用燒結融合粉末顆粒的做法，而是分層使用高能量激光使粉末融化，產(chǎn)出高密度的材料。這樣生產(chǎn)出的材料與用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)出的金屬機械性能類似。
電子光束溶解法（EBM）也是一種類似的增量制造技術，用于制造金屬部件（鈦合金等）。EBM技術在真空中用電子束逐層的熔化金屬粉末。但與需要在低于熔點的溫度下采用的金屬燒結工藝不同，EBM技術生產(chǎn)出的部件密度大，無氣泡，硬度強。
另一種方法需要采用一種3D噴墨打印系統(tǒng)。打印機平鋪一層粉末（石膏，樹脂等），運用類似噴墨打印的方法制作出一部分部件，再將橫截面粘合起來，每次生產(chǎn)一層模型。這個過程一直重復下去，直到模型的所有層次都打印出來。這種技術可以打印全彩物體和懸空以及彈性物體。通過注入蠟或熱固性聚合物可以提高粉末打印物的粘合力。
(3)層壓
一些3D打印機可以使用紙張進行低成本的3D打印。20世紀90年代，一些公司開始推廣一批新型的3D打印機。這些打印機使用二氧化碳激光束切割出一部分有特殊涂層的紙張，然后再層層壓合在一起。
2005年，Mcor科技有限公司發(fā)明了一種不同的方法，采用碳化鎢刀片切割普通的辦公室紙張，對其加壓，選擇性地沉積粘合材料組合出成品。還有許多公司出售的3D打印機可以使用薄塑料或薄金屬片對材料進行層壓成型。
(4)光聚合
光聚合技術，SLA主要采用的就是這種技術，從液體從分離出固態(tài)成品。該技術大大改進了 “光雕塑”技術。這種“光雕塑”技術需要從不同的等距角度對物體進行拍攝，將每張照片嵌入屏幕中，再用比例繪圖儀在塑形粘土上繪出輪廓。
在使用光聚合技術時，要求將一桶液體聚合物置于安全燈的可控光照射下，暴露在燈光下的液體聚合物的表層漸漸固化，此時將已經(jīng)固化的模板向下移動，再次將液體的聚合物暴露在燈光下，再次固化。如此重復直到整個模型成型。將剩下的液體聚合物控出，剩下的就是固體模型了。
諸如Objet PolyJet之類的噴墨打印機系統(tǒng)采用的方法是將光聚合物噴灑在極細的一層托盤上（16至30微米之間），每層光聚合物在被噴出之后需要紫外線進行固化加工，這樣可以使最終固化的模型可以立刻投入使用而不再需要后期固化。用于支撐復雜形狀模型的凝膠樣的支撐材料可以手工或噴水去除。該技術同樣適用于彈性體原料。
運用多光子光聚合技術的3D微加工可以制造超小微粒。該技術采用聚焦激光束將凝膠變成需要的3D模型。因為光激發(fā)是非線性的，凝膠只會在激光照射的地方固化，剩余的則可以直接丟棄。無論是小于100納米的微粒，還是有移動交叉的復雜模型，這種技術都可以輕松做出。另一種技術則需要用到經(jīng)LED燈固化的人造樹脂。
掩碼圖像投影立體光刻技術將3D電子模型水平分區(qū)成片狀，每片都會被轉(zhuǎn)化成二維掩碼圖像，將掩碼圖像嵌到光固化樹脂的平面，打上燈光，就能把樹脂固化成每片模型的形狀。有些模型包含多種材料，凝結速率不同。
4.后期處理
模型打印完成后一般都會有毛刺或是粗糙的截面。這時需要對模型進行后期加工，可以通過模型剪、尖嘴鉗、刻刀來去支撐，使用粘合劑來粘合/拼裝，使用原子灰、水補土、502+來補土，使用噴漆、油性馬克筆、丙烯顏料、水粉畫筆、勾線筆等工具來上色等等，才能最終完成所需要的模型的制作。
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