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入門篇-3D打印簡介、原理及技術(shù)
閱讀：1436 發(fā)布時間：2022-12-17
1、3D打印簡介
3D打印（英語：3D printing），屬于快速成形技術(shù)(rapid prototyping)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆迭累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)（即“積層造形法”）。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價值應用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件，意味著“3D打印”這項技術(shù)的普及。
該技術(shù)在珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計，建筑，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，槍枝以及其他領(lǐng)域都有所應用。
3D創(chuàng)平常方法難以達到的結(jié)構(gòu)
3D打印
3D打印汽車模型
2、3D打印原理
1. 三維設(shè)計
3D打印的設(shè)計過程是：先通過計算機輔助設(shè)計（CAD）或計算機動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分割”成逐層的截面，從而指導打印機逐層打印。
設(shè)計軟件和打印機之間協(xié)作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來大致模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描來產(chǎn)生三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。
2. 打印過程
打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機如Objet Connex系列還有3D Systems' ProJet系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復雜程度而定。而用3D打印的技術(shù)則可以將時間縮短為數(shù)個小時，當然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度而定的。
傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而3D打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的3D打印機就可以滿足設(shè)計者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。
3. 完成
目前3D打印機的分辨率對大多數(shù)應用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當前的3D打印機打出稍大一點的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。
有些技術(shù)可以同時使用多種材料進行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。
3、3D打印技術(shù)
現(xiàn)在存在著許多不同3D打印技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。
下面簡單介紹三種主流技術(shù)：
1、 熔融沉積成型技術(shù)(Fused deposition modeling，F(xiàn)DM）: 有些3D打印機使用“噴墨”的方式，整個流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。
優(yōu)點: 成型精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。
2、立體平板印刷（Stereolithography，SLA）：網(wǎng)友們可以想象一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由軟件把3D的數(shù)字模型，“切”成若干個平面，這就形成了很多個剖面，在工作的時候，有一個可以舉升的平臺，這個平臺周圍有一個液體槽，槽里面充滿了可以紫外線照射固化的液體，紫外線激光會從底層做起，固化層的，然后平臺下移，固化下一層，如此往復，直到最終成型。
優(yōu)點: 精度高，可以表現(xiàn)準確的表面和平滑的效果，精度可以達到每層厚度0.05毫米到0.15毫米。缺點則為可以使用的材料有限，并且不能多色成型。
3、選擇性激光燒結(jié)（Selective laser sintering，SLS）: 利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結(jié)下層截面。
優(yōu)點：比SLA要結(jié)實的多，通常可以用來制作結(jié)構(gòu)功能件；激光束選擇性地熔合粉末材料：尼龍、彈性體、未來還有金屬；優(yōu)于SLA的地方：材料多樣且性能接近普通工程塑料材料；無碾壓步驟因此Z向的精度不容易保證好；工藝簡單，不需要碾壓和掩模步驟；使用熱塑性塑料材料可以制作活動鉸鏈之類的零件；成型件表面多粉多孔，使用密封劑可以改善并強化零件；使用刷或吹的方法可以輕易地除去原型件上未燒結(jié)的粉末材料 。
