2019-02-13 14:59:28
經(jīng)常有讀者提出這樣一個問題：“什么是3D打印?”在這種情況下，我將對今天的3D打印技術(shù)文章進行梳理，詳細說明3D打印是什么，并介紹3D打印技術(shù)的優(yōu)勢和應用。領域和原理。
如果你想系統(tǒng)的了解3D打印技術(shù)是什么?及3D打印技術(shù)原理，也可以以此文做參考。
3D打印是什么
維基百科上的解釋：“這是快速成形技術(shù)的一種，它運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過一層又一層的多層打印方式，來構(gòu)造零物件。模具制造、工業(yè)設計常將此技術(shù)用于建造模型，現(xiàn)在正向產(chǎn)品制造的方向發(fā)展，形成“直接數(shù)字化制造”。在一些高價值應用中(比如髖關節(jié)或牙齒，或一些飛機零部件)也已經(jīng)有打印而成的零部件出現(xiàn)。”
簡單來說，3D打印，就是在普通的二維打印的基礎上再加一維。打印機先像普通打印一樣在一個平面上將塑料、金屬等粉末狀材料打印出一層，然后在將這些可黏合的打印層一層一層的粘起來。通過每一層不同的“圖形”的累積，最后就形成了一個三維物體。就像蓋房子一樣，磚塊是一層一層的，但累積起來后，就成一個立體的房子了。
什么是3d打印技術(shù)
3d打印技術(shù)是什么?確切的說，3d打印是一種以金屬或者塑料等粘合劑作為打印材料，以數(shù)字模型為基礎進行逐層打印的一種技術(shù)。通過電腦與3d打印機連接起來便可以將繪制的圖紙打印出模型的一種手段。如今這一技術(shù)在多個領域得到應用，人們用它來制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。
3d打印技術(shù)的優(yōu)點
3d打印與傳統(tǒng)的通過模具生產(chǎn)有很大的不同，3d打印最大的優(yōu)點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。同時，3d打印還能夠打印出一些傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的外型，同時，3d打印技術(shù)還能夠簡化整個生產(chǎn)流程，具有快速有效的特點。
3d打印技術(shù)的運用領域
目前，3d打印主要運用于傳統(tǒng)制造業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、文物保護行業(yè)、建筑設計行業(yè)和配件飾品行業(yè)，而且在這些行業(yè)中已經(jīng)運用的比較廣泛，在醫(yī)療行業(yè)中，3d打印還可以為器官移植患者量身打造所需器官，當然，打印人體器官需要特殊的高分子材料，才能做到不對人體排異!
3d打印技術(shù)過程原理
每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。
打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對固化反應速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。受到噴打印原理的限制，打印速度勢必不會很快，較先進的產(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達24位。
由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設計，結(jié)構(gòu)以及運動部件也不在話下。如果用來打印機械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正?；顒?，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進一步加工。同時粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。
第一次接觸
一種利用太陽能將沙子融化并打印出固體物品的機器Solar Sinter。這種機器“打印”出來的作品看似粗糙，但實際上它已經(jīng)是一個很超前的玩意了——它使用的材料是沙子，能量則是太陽能。換句話說，使用這種機器，你甚至可以在沙漠中輕松造出一座城。
但實際上，3D打印的概念在上個世紀 80 年代就出現(xiàn)了。1995 年 MIT 創(chuàng)造了了“3D打印”這個名詞，隨后3D打印便開始在實驗室萌芽。然后慢慢的，3D 技術(shù)開始運用在醫(yī)療模型、建筑模型等行業(yè)，被應用在更廣泛的領域。
3D 打印機普及，走向現(xiàn)實
3D技術(shù)開始越來越靠近人們的生活，3D打印機也越來越平民化。原來的 3D打印機非常龐大，基本上都只存在于大醫(yī)院、研究機構(gòu)以及相關企業(yè)中。購買這樣的機器不僅要花幾十幾百萬，而且打印材料也價格不菲。
但現(xiàn)在，3D打印機可以做到和普通的噴墨打印機一樣大小。很多創(chuàng)業(yè)公司都提供各種各樣的打印機，比如 MakerBot 提供的 彩色3D打印機、香港 Makible 2000塊錢的3D打印機、維也納工業(yè)大學能打出 沙粒大小賽車模型的超高速打印機等等。
另外，3D打印設計軟件也越來越多，有 iPhone 上設計 3D 物品的 Sculpteo、iPad 上 3D 設計軟件 123D Design、通過 Kinect 掃描 3D 模型到打印機的 Kinect-To-Print、將 3D 圖紙模擬成 3D 模型的增強現(xiàn)實軟件 Augment等。
除了 3D打印機和軟件，還有一些提供 3D服務的創(chuàng)業(yè)公司，比如 “全民武器計劃”、MakieLab、 GrabCAD、 Shapeways、 Formlabs、 Stratasys等。
神奇的 3D打印作品
到今天，人們已經(jīng)用 3D 打印技術(shù)打印出了很多東西。除了下面會提到的一些復雜的 3D 幾何模型，業(yè)內(nèi)已經(jīng)用 3D 打印機打印了心臟瓣膜、下顎骨、 電路板、汽車、 房子、 自動步槍，甚至還有鞋子、內(nèi)衣或生肉。
3D打印暢想
由于 3D打印成品的可塑性非常強，從二維到三維，3D 打印可以精確到 600dpi，每層 0.01 毫米的厚度。所以幾乎任何復雜的結(jié)構(gòu)都可以輕松打印出來，例如克萊因瓶、莫比烏斯網(wǎng)、門格爾海綿等。這就給人們帶來了 極大的想象力，很多人都在暢想 3D 打印會給各個行業(yè)帶來哪些革命性的改變。
YC創(chuàng)始人 Paul Graham 說：“ 硬件復興的時代已經(jīng)到來?！被ヂ?lián)網(wǎng)女王 Mary Meeker 在其《 2012互聯(lián)網(wǎng)趨勢報告》中也聲稱：“3D 打印機的出現(xiàn)，讓個性化定制成為可能，生產(chǎn)制作將面臨變革?！倍霸岢觥堕L尾理論》的 Chris Anderson也從《連線》辭職，轉(zhuǎn)向關注 3D 打印技術(shù)給世界帶來的長尾效應。
所以說，3D 打印未來已觸手可及。如果你真的喜歡的話，現(xiàn)在就可以嘗試購買一臺 3D 打印機，開啟自己的創(chuàng)造之旅吧。
3D打印普及障礙
3D打印目前普及的障礙在于材料和成本。材料來說，現(xiàn)有的材料種類遠不夠豐富，也不接近民用材料，換句話說，很多材料即使能3D打印，但也不夠環(huán)保，達不到民用標準。絕大多數(shù)的3D打印機只能打印1種或性質(zhì)接近的幾種材料。出現(xiàn)混合材料或多種材料的打印機也是未來的趨勢。
成本是普及的最大障礙，正如電腦在幾十年前的階段。目前高精度的3D打印機都是比較大型且昂貴，技術(shù)專利基本掌握在國外巨頭公司手中，民用的小型機使用的是十幾年前的開源技術(shù)，精度達不到使用需求。國產(chǎn)的3D打印機往往是噱頭大于實際，無論從穩(wěn)定性還是產(chǎn)品質(zhì)量遠遠落后國外，所以國外公司的技術(shù)壟斷無疑也使打印機設備及耗材價格居高不下。通過對國外機器的拆解我們會發(fā)現(xiàn)，其實整機成本并不高，主要部件如激光器等則價格高昂，而且目前也無法實現(xiàn)國產(chǎn)化。原材料的配方也是另外一個壟斷的因素，國產(chǎn)材料始終無法達到與進口材料一樣的質(zhì)量.舉例來講SLS技術(shù)使用的粉末，即使是日本產(chǎn)的替代粉也不及原裝的質(zhì)量好。
相信未來3D打印會像以前的2D打印一樣，成本和價格會隨著國產(chǎn)化和技術(shù)成熟而逐步降低，然后逐漸普及。
就人才技能而言，我們以MIT團隊研制的Form 1舉例，他們的團隊中，材料專家起了很大的作用，幫助開發(fā)了他們低成本的光敏樹脂，比同類材料價格低了1半以上。
其次就是圖形技術(shù)人才，3D打印非常需要內(nèi)容作為支撐，如何開發(fā)簡單易用的建模軟件非常重要。正如iphone需要App store。 所以未來無論是OPEN GL WebGL開發(fā)人才還是3D掃描，3D建模技術(shù)人才都將幫助3D打印技術(shù)的進一步發(fā)展普及。
