一、3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介

3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)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(jià)值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)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(xiàng)技術(shù)的普及。

二、3D打印技術(shù)原理分析

1.三維設(shè)計(jì)

3D打印的設(shè)計(jì)過(guò)程是：先通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)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(dǎo)打印機(jī)逐層打印。

設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來(lái)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(guò)掃描來(lái)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(guò)程

打印機(jī)通過(guò)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(lái)，再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機(jī)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(lái)計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex系列還有3DSystems‘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(jī)相近的分辨率。打印出來(lái)的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用3D打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。

3D打印槍械

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(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的3D打印機(jī)就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者或概念開(kāi)發(fā)小組制造模型的需要。

3.完成

目前3D打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會(huì)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(guò)如下方法：先用當(dāng)前的3D打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過(guò)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(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過(guò)程中還會(huì)用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)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。

應(yīng)用領(lǐng)域：

該技術(shù)在珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車(chē)，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、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

使用材料：

3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類(lèi)材料。

現(xiàn)在存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，並以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。

下面簡(jiǎn)單介紹三種主流技術(shù)：

1、熔融沉積成型技術(shù)（Fuseddepositionmodeling，F(xiàn)DM）：有些3D打印機(jī)使用“噴墨”的方式，整個(gè)流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過(guò)沉積塑料纖維的方式才形成薄層。

優(yōu)點(diǎn)：成型精度更高、成型實(shí)物強(qiáng)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(gè)平面，這就形成了很多個(gè)剖面，在工作的時(shí)候，有一個(gè)可以舉升的平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)周?chē)幸粋€(gè)液體槽，槽里面充滿(mǎn)了可以紫外線(xiàn)照射固化的液體，紫外線(xiàn)激光會(huì)從底層做起，固化最底層的，然后平臺(tái)下移，固化下一層，如此往復(fù)，直到最終成型。

優(yōu)點(diǎn)：精度高，可以表現(xiàn)準(zhǔn)確的表面和平滑的效果，精度可以達(dá)到每層厚度0.05毫米到0.15毫米。缺點(diǎn)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)（Selectivelasersintering，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(qiáng)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(qiáng)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(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。

優(yōu)點(diǎn)：比SLA要結(jié)實(shí)的多，通?？梢杂脕?lái)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(lái)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(wú)碾壓步驟因此Z向的精度不容易保證好；工藝簡(jiǎn)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(dòng)鉸鏈之類(lèi)的零件；成型件表面多粉多孔，使用密封劑可以改善并強(qiáng)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。