【 科普時光 】3D打印為啥這么火 我們來看看它的“前世今生”

3D打印技術(shù)起源

        增材制造技術(shù)的核心思想是由美國提出，并于1892年提出利用分層制造法構(gòu)件立體模型的專利。但當時受計算機技術(shù)、加工技術(shù)以及基礎(chǔ)材料等其他因素的影響，并未出現(xiàn)實際應用的3D打印機。

       直至意大利發(fā)明家恩里科.迪尼（Enrico  Dini）設計了一種神奇的打印機，它不僅可以“打印”一棟完整的建筑，甚至可以為航天飛機以及其他航天設備里的宇航員打印任何所需的物品形狀。為了測試這臺大型打印機作業(yè)的實際效果，恩里科.迪尼為諾曼.福斯特公司在阿布扎比建造的全球首個綠色烏托邦“馬斯達爾城”，打印了一部分建筑的骨架外墻，結(jié)果證明安全可行。這也是最早被實際應用于建筑行業(yè)的3D打印技術(shù)。

3D打印概念

       3D打印技術(shù)，屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過材料逐層疊加制造成型的技術(shù)。3D打印技術(shù)的種類很多，不同技術(shù)用的工藝和方法不同，適用于不同的應用場景。

3D打印技術(shù)分類

按照成型原理，3D打印技術(shù)分類可以分為FDM熔融沉積成型和光固化成型技術(shù)。

”FDM熔融沉積成型”： 使用的打印材料為聚乳酸、ABS塑料。這種技術(shù)通過將絲狀材料，如熱性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預定軌跡，以固定的速率進行熔體沉積。

光固化成型技術(shù)又可分為SLA、DLP、LCD等，下面我們展開講解。

“SLA立體光固化技術(shù)”，是最早實用化的快速成形技術(shù)，其紫外線激光光源，原理是激光在振鏡偏轉(zhuǎn)的作用下，按零件截面輪廓逐點掃描光敏樹脂表面，光掃描到的樹脂就固化，沒有掃描到的仍是液態(tài)樹脂。一層固化完，平臺移動一層高度，再掃描固化下一層，最終形成產(chǎn)品。

“LCD選擇性區(qū)域透光原理”，使用的材料為光敏樹脂。光源透過聚光鏡，使光源分布均勻，利用液晶屏LCD成像原理，在微型計算機及顯示屏驅(qū)動電路的驅(qū)動下，由計算機程序提供圖像信號，在液晶屏幕上出現(xiàn)選擇性的透明區(qū)域。

“DLP數(shù)字光處理成型”，使用的材料為光敏樹脂。DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平板印刷技術(shù)比較相似，不過它是使用高分辨率的數(shù)字光處理器（DLP）投影儀來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進行光固化。

SLS選擇性激光燒結(jié) ,于1989年由美國人Carl Deckard研制成功。其成型原理是打印前，先用氮氣將成型室的氧氣置換出來，然后給成型室升溫，并保持在粉末的熔點以下。打印時，送粉缸上升一層，鋪粉滾筒移動并在工作平臺上鋪一層粉末材料，然后激光按照零件截面輪廓對粉末進行選擇性燒結(jié)，使粉末融化繼而形成一層固化輪廓。一層燒結(jié)完后，工作平臺下降一層的高度，再鋪上一層粉末，進行下一層燒結(jié)，依次循環(huán)，從而形成所打印的模型。

分類應用

       創(chuàng)想三維一直致力于3D打印機的市場化應用，為個人、家庭、學校、企業(yè)提供高效實惠的3D打印綜合方案。如今，創(chuàng)想三維3D打印機已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)制造、建筑設計、醫(yī)療行業(yè)、教育創(chuàng)客等領(lǐng)域，成為提質(zhì)增效的重要技術(shù)。

一. 創(chuàng)意設計

個性化的創(chuàng)意制作是現(xiàn)在用戶數(shù)量最大的群體之一，對他們而言：3D打印可以完成自身想象力直觀呈現(xiàn)，快速將創(chuàng)作靈感轉(zhuǎn)化為實際作品，從而滿足個體喜好發(fā)展。

3D打印模型                 美國物理學教授Sterling利用3D打印機自制蘭博基尼跑車

3D打印網(wǎng)絡熱門模型           3D打印茶具套裝

二、建筑模型

傳統(tǒng)的建筑模型制作、定制存在著定制要求高、生產(chǎn)周期長的問題，無法滿足多次設計、快速輸出的需要。3D打印作為DIY即時打印制作工具：1.能結(jié)合設計師的個性設計，改變原本周期長的手工制模模式，快速的將完成設計的零件進行打印制作、進行呈現(xiàn)。 2. 3D打印建筑模型真實美觀、堅固耐用，可以廣泛應用于教育培訓實物展示，既節(jié)省模型制作成本、又不擔心容易損壞。

三、STEAM教育：職業(yè)技能教育

傳統(tǒng)教育教學方式單一，課程缺乏創(chuàng)意，純粹的理論學習使學生的大腦僵化，融合 STEAM 教育理念，提供3D打印課程資源，可以讓枯燥的課程變得生動起來，促進教師的教學效能， 培養(yǎng)學生的創(chuàng)造潛能，鍛煉學生的實踐技能。如打印教學模型、開設3D打印課堂、創(chuàng)建3D創(chuàng)客實驗室等

四、親子DIY-玩具打印

隨著社會發(fā)展，現(xiàn)在家庭大部分都是獨生子女，孩子很少有玩伴，難免無聊孤獨。雖然家里面的玩具會有很多，但是慢慢地也會失去興趣。親子關(guān)系比過

去更需要多樣經(jīng)營和維護。用3D打印機進行親子DIY，既能培養(yǎng)孩子的創(chuàng)新思維，又能滿足孩子對玩具的多變需求。

五、醫(yī)療應用-假肢、康復器具及醫(yī)用牙模

3D打印技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域中具有快速性、準確性，改變了傳統(tǒng)的治療方式，個性化定制與針對病患的精準醫(yī)療，讓3D打印成為醫(yī)療行業(yè)的技術(shù)新寵。

廣泛應用于手術(shù)導板、口腔應用、康復器具等。

六、家居裝飾品-燈具

傳統(tǒng)的燈罩從概念、工業(yè)設計、模具制造等流程可能需要相當長的一段時間，而且形式單一，一些燈罩結(jié)構(gòu)復雜無法得到滿足。使用3D打印技術(shù)后，可以跳過復雜燈罩設計過程，從概念到原型的快速開發(fā)設計流程，大大縮短產(chǎn)品的上市時間，大大降低了設計和生產(chǎn)成本。同時，3D打印可以可以個性化定制燈罩。

七、工業(yè)制造- 模具制作、工裝夾具、手板模型

3D打印有著以下幾點優(yōu)勢：1. 可以復雜化、個性化生產(chǎn)   2. 能一次成型，減少工序   3.增材制造，節(jié)約原料   4. 優(yōu)化設計，縮短周期。3D打印技術(shù)被廣泛應用于模具制作、工裝夾具、手板模型等領(lǐng)域。3D打印模具、3D打印工裝夾具、手板模型減少了工業(yè)制造中的不必要浪費，并且提高了效率。同時，簡化了制作成本，使其成本更低、所需的時間更短以及有更多的定制靈活性。

八、珠寶首飾制造

隨著3D打印技術(shù)發(fā)展以及首飾定制化市場擴大，3D打印配合失蠟鑄造法的方式極大的迎合了市場需求。珠寶設計師只需要通過電腦軟件完成設計，即可使用3D打印來完成首飾的成型，再通過失蠟鑄造工藝完成最后的貴金屬首飾鑄造成型。