3D打印在線課程

一、什么是3D打印

大多數(shù)人第一次聽到3D打印時，他們就想到了那些老式的、常見的桌面打印機。噴墨打印機和3D打印機最大的區(qū)別是維度問題，桌面打印機是二維打印的，在平面紙張上噴涂彩色墨水，而3D打印機可以制造拿在手上的三維物體。3D打印機依據(jù)計算機指令，通過層層堆積原材料制造產(chǎn)品。在人類歷史的大部分時間里，我們通過切割原料或通過模具成型制造新的實體物品。

3D打�。�3D printing）又叫作增材制造（Additive Manufacturing, AM）,是快速成型技術(shù)的一種。它以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將粉末狀金屬、尼龍，液體樹脂及塑料線材等材料通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。與傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)不同，傳統(tǒng)技術(shù)通常采用鑄造（等材制造）或切削鉆孔等（減材制造）來實現(xiàn)物體制造。

十、3D打印的應(yīng)用和影響

“上上個世紀的思想，上個世紀的技術(shù)，這個世紀的市場”，其實3D打印技術(shù)并非新興產(chǎn)物。3D打印機技術(shù)在成長發(fā)展時期一直被少數(shù)人所關(guān)注和使用，但技術(shù)的改變讓3D打印成為了目前世界上最令人關(guān)注的技術(shù)之一并不為過，甚至有人稱3D打印將會是第四次工業(yè)革命的起點。

中國首家3D打印體驗館的一幕。房間里的燈罩、鞋、玩具、人像等人們所能看到的一切擺件，都非工業(yè)流水線或手工制作而成，而全部出自一部機器――3D打印機。那么，3D打印真能顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)？

應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印機的應(yīng)用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型3D打印機需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。      

1、航天和國防

GE中國研發(fā)中心的工程師們?nèi)栽诼耦^研究3D打印技術(shù)。就在這之前，他們剛剛用3D打印機成功“打印”出了航空發(fā)動機的重要零部件。與傳統(tǒng)制造相比，這一技術(shù)將使該零件成本縮減30%、制造周期縮短40%。來不及慶祝這一喜人成果，他們就又匆匆踏上了新的征程。鮮為人知的是，他們已經(jīng)“秘密”研發(fā)3D打印技術(shù)十年之久了。

2、醫(yī)療行業(yè)

一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機“打印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。

3、科學研究

美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時還做了比例縮減，更適合研究。

4、文物保護

博物館里常常會用很多復雜的替代品來保護原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復制品也能將藝術(shù)或文物的影響傳遞給更多更遠的人。史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。

5、建筑設(shè)計

在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計師們已經(jīng)接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美。完全合乎設(shè)計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。

6、產(chǎn)品原型

比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計出來之后，通過3D打印機打印出來模型，能夠讓設(shè)計制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。

7、制造業(yè)

制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個問題。

8、汽車制造業(yè)

不是說你的車是3D打印機打印出來的（當然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業(yè)在進行安全性測試等工作時，會將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時降低成本。  

9、食品產(chǎn)業(yè)

沒錯，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了�；蛟S在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機“打印”出來的。當然，到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。

10、配件、飾品

這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來，就可以實現(xiàn)。

3D打印成品案例

3D打印照相館

只需要10分鐘的3D掃描,等待幾小時,就可以得到實體人像。運用3D打印照相技術(shù),打印人偶紀念品。

3D打印槍

前不久，一則全球首支3D打印gun的CAD制作文件在網(wǎng)絡(luò)上被下載了超過10萬次的消息引起了人們的恐慌。據(jù)報道，手機的打印設(shè)備，是Stratasys公司的Dimension SST型3D打印機。人們之所以恐慌，是因為按照這個道理，只需一臺3D打印機就可以把槍制造出來，安全如何保障？

3D打印槍像是一個更致命的武器玩具，一個玩具一旦超出了它本身的娛樂特性，涉及到安全問題后，本身的立場也就改變了。去年，美國的科迪威爾遜，他在大學的時候就計劃研究3D打印槍，在幾個月后，威爾遜和他的該團隊實現(xiàn)了這一計劃，成功的研制出了取名為“解放者”的3D打印槍，并且在隨后拍攝的視頻來演示射擊金屬釘?shù)膶嶒�。這把槍的制造成本是由一臺價值8000美元的3D打印機完成的，在之后，設(shè)計者試圖制作更大口徑的子彈來體現(xiàn)這幫槍的威懾力。

“中國龍”從3D打印機中脫“影”而出

自從人類進入工業(yè)化時代，大機器的生產(chǎn)方式始終遵循的是模具產(chǎn)品的模式。然而，昨日記者在軟交會現(xiàn)場看到，不借助任何模具，一條精雕細刻的“中國龍”竟從3D打印機中脫“影”而出。

打印音樂

為了探索3D打印機更多的應(yīng)用，Rickard Dahlstrand使用Lulzbot 3D打印機創(chuàng)造出獨特的藝術(shù)。在2013斯德哥爾摩藝術(shù)黑客節(jié)上，Lulzbot 3D打印機不僅為參加的藝術(shù)家和黑客們打印出藝術(shù)節(jié)的LOGO，而且作為一個表演項目，它還一邊播放古典音樂一邊相應(yīng)地打印出可視化的音樂作品。Lulzbot 3D打印機打印可視化音樂的原理是：該步進電機的運動進行控制可以以不同的速度運行，聲音的音調(diào)決定速度，從而音樂控制了打印過程。三臺電機分別代表一個音軌，它們使用獨特的模式運動。兩個馬達控制Z軸移動。

澳研究人員用3D打印機制作出放大版的昆蟲標本

澳大利亞有很多出了名的大蟲子，比如長達20英寸的泰坦竹節(jié)蟲(Titan stick insect)。不過，其國內(nèi)也有很多微小的昆蟲，比如小巧玲瓏的wheat wheevil。(中文學名叫啥來著？)為了能夠"更進一步"地研究微小昆蟲，澳大利亞的國家科學機構(gòu)，便利用3D打印技術(shù)，制作出了放大倍數(shù)有些夸張的3D副本。


半加工品的3D打印小提琴

日前在國外，世界上第一臺3D打印小提琴誕生，但它事實上是一個半成品，這把小提琴的制作者亞歷克斯戴維斯用3D打印制作出主要的提琴身體部分后，他和他的團隊再鋪上報紙和膠水塑料來完成后半程的制作。琴頸部用一塊硬紙板以及一些簡單的裝飾，不久的幾日后，在YouTube上大家就聽到了一段并不算的悅耳的演示視頻，而他的制作者說：這不算什么，只不過花費了一個周末和12美金。

打印干細胞

干細胞又叫起源細胞，是一類具有自我復制能力的多潛能細胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細胞。它是一種未充分分化，尚不成熟的細胞，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能。雖然現(xiàn)在3D打印技術(shù)還不能將其完美的應(yīng)用到醫(yī)療技術(shù)上，但科學家們已經(jīng)對這種設(shè)想進行了深度的嘗試。

替換骨頭

其實目前已經(jīng)有很多的報道都在討論，3D打印技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療事業(yè)上是對人類而言最大的福利，對于打印人體器官的想法也一直在不斷的實踐，打印器官雖然還是一個夢想，但目前已經(jīng)成功的實現(xiàn)了一些例如頭骨的取代，接近75%的完美還原性讓3D打印在未來的成熟性值得期待。

仿聲耳

依然還是圍繞著醫(yī)療技術(shù)而言，國外研究人員通過截取人類的小腿細胞聚合物與納米顆粒制成了可以重新代替人類聽覺的接收器，這種類似于無線電信號的“仿生耳”也就此誕生。

總結(jié)

雖然3D打印已涵蓋汽車、航天航空、日常消費品、醫(yī)療、教育、建筑設(shè)計、玩具等領(lǐng)域，但由于打印材料的局限性，產(chǎn)品多停留在模型制作層面。也就是說，目前3D打印技術(shù)的優(yōu)勢主要是縮短設(shè)計階段的時間，使得設(shè)計者的模型實現(xiàn)起來比較便利。譬如，在傳統(tǒng)的制造業(yè)流程中，不管什么行業(yè)，設(shè)計師的圖紙，需要在拆分為各個元素后，去開模，然后再組裝，其弊病就是花費的周期比較長。而當設(shè)計師對模型做出調(diào)整后，相同的步驟又得重復一遍，循環(huán)往復。而有了3D打印，設(shè)計師的圖紙可以快速變成實體的東西，然后開模，進行規(guī)�；�大生產(chǎn)。 3D打印技術(shù)的意義，更在于設(shè)計環(huán)節(jié)的時間成本的節(jié)約。
    3D打印技術(shù)在消費電子產(chǎn)品開發(fā)上優(yōu)勢明顯。3D打印技術(shù)在電子領(lǐng)域主要應(yīng)用在產(chǎn)品模具和工具的設(shè)計制造以及微電路的封裝制造兩個方面。3D打印技術(shù)在樣件設(shè)計制造上優(yōu)勢明顯，省去模具制造的過程，可大幅提升研發(fā)速度，同時降低了研發(fā)失敗的成本。舉例來說，一傳統(tǒng)的電子元件加工固定裝置傳統(tǒng)制造技術(shù)需要1個月左右的加工周期，而3D打印工藝僅需48小時，開發(fā)周期大大縮短。
    3D打印技術(shù)未來在微電路的封裝上有望逐漸應(yīng)用。使用3D打印技術(shù)制造的銅線電路，由于電路整體的厚度很小，因此，加工時間較短，存在規(guī)模制造的可能性。未來3D打印技術(shù)有望實現(xiàn)多層電路一次成型的整合制造，速度優(yōu)勢會更加明顯。以色列的Camtek公司致力于設(shè)計、開發(fā)和制造自動光學檢測系統(tǒng)，在印制電路板領(lǐng)域也處于領(lǐng)先地位。近來，公司宣稱其正在研制的商用電子電路板3D打印機已經(jīng)接近完成，很可能在2014年年初就投入市場。
    3D打印適用于汽車設(shè)計制造的原型制造和模具開發(fā)等環(huán)節(jié)�，F(xiàn)階段，3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用主要在三個方面：1）提高產(chǎn)品設(shè)計的速度和性能：包括用于功能性測試的樣件生產(chǎn)，以及生產(chǎn)過程中應(yīng)用模具的開發(fā)制造；2）在維修環(huán)節(jié)的零部件直接制造；3）個性化和概念汽車部件的直接制造。在汽車部件的直接制造方面，未來可能較快發(fā)展起來的是汽車維修和零部件更換。
    3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域空間極大。3D打印技術(shù)可主要應(yīng)用包括：1）無人飛行器的結(jié)構(gòu)件加工；2）生產(chǎn)一些的特殊的加工、組裝工具；3）渦輪葉片、擋風窗體框架、旋流器等零部件的加工。波音（Boeing）公司是率先將3D打印技術(shù)應(yīng)用于飛機設(shè)計和制造領(lǐng)域國際航空制造公司。2012年一季度，波音公司使用3D打印技術(shù)制造的零部件約200件。通用電氣（GE）公司前期收購了MorriesTechnologies等3D打印公司，其宣稱從2016年起，將開始生產(chǎn)第一個增材組件—燃油噴嘴。西門子（Siemens）宣布從2014年1月起將在發(fā)電和維修部門運用三維打印生產(chǎn)備件和汽油渦輪。
    3D打印技術(shù)適用于個性化需求。在醫(yī)療行業(yè)，特別是修復性醫(yī)學領(lǐng)域，個性化需求十分明顯。用于治療個體的產(chǎn)品，基本上都是定制化的，不存在標準的量化生產(chǎn)。而3D打印技術(shù)的引入，降低了定制化生產(chǎn)的成本。其主要應(yīng)用有：1）修復性醫(yī)學中的人體移植器官制造，假牙、骨骼、肢體等；2）輔助治療中使用的醫(yī)療裝置，如齒形矯正器和助聽器等；3）手術(shù)和其他治療過程中使用的輔助裝置。
    最具有想象空間是3D生物打印技術(shù)。3D生物打印技術(shù)可以生產(chǎn)出功能性的人體器官。它利用干細胞為材料，按3D成型技術(shù)進行制造。一旦細胞正確著位，便可以生長成器官，“打印”的新生組織會形成自給的血管和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在這一領(lǐng)域領(lǐng)軍的Organovo公司，已經(jīng)成功研發(fā)打印出心肌組織，肺臟，動靜脈血管等。雖然目前這一技術(shù)的應(yīng)用尚處于試驗階段，但未來有望逐步應(yīng)用于器官移植手術(shù)中。

2013年至今，各項3D打印技術(shù)發(fā)展動態(tài)可瀏覽南極熊整理的3D打印行業(yè)動態(tài)[url]http://www.dddyin.com/dongtai/[/url]

2012年12月 - 美國分布式防御組織成功測試3D打印的搶支彈夾。

2012年11月 - 中國宣布是世界上唯一掌握大型結(jié)構(gòu)關(guān)鍵件激光成型的國家。

2012年10月 - Shapeways在紐約開設(shè)第一家實體店。

2012年9月- Makerbot推出收款非開源桌面3D打印機Replicator 2，售價約為2400美元。

2012年8月 - 美國政府宣布首個3D打印研究所將建在俄亥俄州。

2012年7月- 比利時的International University College Leuven的一個研究組測試了一輛幾乎完全由3D打印的小型賽車。車速達到了140千米／小時。

2012年5月 - 3D Systems推出世界首款開箱即用3D打印機 Cube。

2012年4月 - 經(jīng)濟學人發(fā)表專題文章，稱3D打印將是第三次工業(yè)革命。

2012年3月 - 維也納大學的研究人員宣布利用二光子平板印刷技術(shù)（two-photon lithography）突破了3D打印的最小極限，展示了一輛不到0.3mm的賽車模型。

2012年3月 - 美國總統(tǒng)奧巴馬提出投資10億美元在全美建立15家制造業(yè)創(chuàng)新研究所。

2012年1月- Stratasys宣布與Objet合并。

2011年10月– Roland DG Corporation公司推出了新的iModela IM-01。

2011年9月 - 維也納科技大學開發(fā)了更小，更輕，更便宜的3D打印機。這個超小3D打印機的總重量為1.5公斤，報價約1200歐元。

2011年8月 - 世界上第一架3D打印飛機由英國南安普敦大學的工程師創(chuàng)建完成。

2011年7月 – 在英國埃克塞特大學領(lǐng)導下的布魯內(nèi)爾大學研究組及應(yīng)用程序開發(fā)商Delcam公司的研究人員展示了世界上第一臺巧克力3D打印機。

2011年6月- Shapeways和Continuum Fashion時尚公司發(fā)布了第一款3D打印的比基尼泳裝。

2011年1月 - 荷蘭3D打印機制造商Ultimaker 將打印速度提升到300毫米/秒，噴頭移動速度達到350毫米/秒。

2011年1月 - 美國康奈爾大學的研究人員開始建立3D食物打印機。

2010年12月8日 – Organovo公司，一個注重生物打印技術(shù)的再生醫(yī)學研究公司，公開第一個利用生物打印技術(shù)打印完整血管的數(shù)據(jù)資源。

2010 年11月 – Urbee是第一臺3D成型轎車。它是史上第一臺用巨型3D打印機打印出整個身軀的轎車。所有外部組件也由3D打印制作完成，包括用Dimension 3D打印機和由Stratasys公司數(shù)字生產(chǎn)服務(wù)項目RedEye on Demand提供的Fortus3D成型系統(tǒng)制作完成的玻璃面板。

2008 - Objet Geometries公司推出其革命性的Connex500™快速成型系統(tǒng)，它是有史以來第一臺能夠同時使用幾種不同的打印原料的3D打印機。

2008年 – 第一個基于Reprap的3D打印機面世。它可以打印自身所需部件中的約50%。

2006年 - 一個名叫Reprap的開源項目啟動 - 其目的是開發(fā)一種能自我復制的3D打印機。您可以在GNU通用公共許可證的條款下任意改裝和/或改造它。

2005年 – Z Corp.推出的Spectrum Z510。這是市場上第一臺高清彩色三維打印機。

1997年 – EOS將它的立體光敏成型業(yè)務(wù)出售給3-D Systems，但EOS仍然是歐洲最大的生產(chǎn)商。

1996年 - 3D Systems公司推出“ACTUA 2100”。 “3D打印機”最早是用來表示所有的快速成型機。

1996年 - Z Corporation推出的“Z402”。

1996 - Stratasys公司推出“Genisys”。

1995年 - Z Corporation獲得麻省理工學院獨家授權(quán)，并開始開發(fā)基于3DP技術(shù)的打印機。

1993 - 麻省理工學院（MIT）獲得“三維打印技術(shù)”專利。是類似于已在二維打印機中運用的噴墨打印技術(shù)。

1993年 - Solidscape成立，它生產(chǎn)能打印表面光滑的小型零件的噴墨打印機機，但打印速度相對較慢。

1992年 - DTM售出首臺選擇性激光燒結(jié)（SLS）系統(tǒng)。

1992 - Stratasys公司售出首臺基于FDM技術(shù)的“三維建模”機器。

1991 - Helisys售出第一臺疊層法快速成型（LOM）系統(tǒng)。

1989年 - 斯科特·克倫普成立了Stratasys公司。

1988年 - 斯科特·克倫普發(fā)明了熔融沉積成型技術(shù)（FDM）。

1988年 - 3D系統(tǒng)開發(fā)SLA-250型商業(yè)打印機，這是第一個面向公眾的打印機版本。

1986年 – 查爾斯·赫爾成立3D Systems公司，并開發(fā)了第一個商用3D打印機，它被稱為立體光敏成型設(shè)備。

1986年 - 查爾斯·赫爾命名他發(fā)明的技術(shù)叫立體光敏成型技術(shù)，并以此獲得了專利。

1984年 - 查爾斯·赫爾發(fā)明將數(shù)字資源打印成三維立體模型的技術(shù)。

三、3D打印種類

目前比較流行的3D打印技術(shù)種類主要包括SLA/DLP技術(shù)、FDM熔融層積成型技術(shù)、3DP 技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié) 等。

SLA/DLP技術(shù)

SLA 是"Stereo lithography Appearance"的縮寫，即立體光固化成型法。用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體。
      SLA 是最早實用化的快速成形技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹脂原料，工藝原理如圖所示。

其工藝過程是，首先通過 CAD 設(shè)計出三維實體模型，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M行切片處理，設(shè)計掃描路徑，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降臺的運動；激光光束通過數(shù)控裝置控制的掃描器，按設(shè)計的掃描路徑 照射到液態(tài)光敏樹脂表面 ， 使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化后， 當一層加工完畢后，就生成零件的一個截面；然后 升降臺下降一定距離， 固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后，進行最終固化，再經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。
     SLA 技術(shù)主要用于制造多種模具、模型等；還可以在原料中通過加入其它成分， SLA用原型模代替熔模精密鑄造中的蠟?zāi)！?SLA 技術(shù)成形速度較快，精度較高，但由于樹脂固化過程中產(chǎn)生收縮，不可避免地會產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。
     DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(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，由于每層固化時通過幻燈片似的片狀固化，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù) 速度更快。該技術(shù)成型精度高，在材料屬性、細節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。

精細度指數(shù)★★★★★

硬度強度指數(shù)★

FDM熔融層積成型技術(shù)

FDM即是Fused DepositionModeling，熔融擠出成型工藝的材料一般是熱塑性材料，如ABS、PC、尼龍等，以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)。每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當前層起到定位和支撐的作用。隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會發(fā)生變化，當形狀發(fā)生較大的變化時，上層輪廓就不能給當前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設(shè)計一些輔助結(jié)構(gòu)－“支撐”，對后續(xù)層提供定位和支撐，以保證成形過程的順利實現(xiàn)。

這種工藝不用激光，使用、維護簡單，成本較低。用ABS制造的原型因具有較高強度而在產(chǎn)品設(shè)計、測試與評估等方面得到廣泛應(yīng)用。近年來又開發(fā)出PC，PC/ABS，PPSF等更高強度的成形材料，使得該工藝有可能直接制造功能性零件。由于這種工藝具有一些顯著優(yōu)點，該工藝發(fā)展極為迅速，目前FDM系統(tǒng)在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額最大。

精細度指數(shù)★★★★

強度硬度指數(shù)★★★

3DP技術(shù)

3DP即3D printing，采用3DP技術(shù)的3D打印機使用標準噴墨打印技術(shù)，通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末薄層上， 以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件，創(chuàng)建三維實體模型，采用這種技術(shù)打印成型的樣品模型與實際產(chǎn)品具有同樣的色彩，還可以將彩色分析結(jié)果直接描繪在模型上，模型樣品所傳遞的信息較大。

美國麻省理工大學的Emanual Sachs教授于1989年申請了三維印刷技術(shù)（3DP）的專利。這是一種以陶瓷、金屬等粉末為材料，通過粘合劑將每一層粉末粘合到一起，通過層層疊加而成型。1993年，粉末粘合成型工藝是實現(xiàn)全彩打印最好的工藝，使用石膏粉末、陶瓷粉末、塑料粉末等作為材料，是目前最為成熟的彩色3D打印技術(shù)。

精細度指數(shù)★★★

強度硬度指數(shù)★★★

彩色指數(shù)★★★★★

SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)/SLM

SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)，即Selective Laser Sintering，和3DP技術(shù)相似，同樣采用粉末為材料。所不同的是，這種粉末在激光照射高溫條件下才能融化。噴粉裝置先鋪一層粉末材料，將材料預(yù)熱到接近熔化點，在采用激光照射，將需要成型模型的截面形狀掃描，使粉末融化，被燒結(jié)部分粘合到一起。通過這種過程不斷循環(huán)，粉末層層堆積，直到最后成型。

SLS最初是由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的 Carlckard 于 1989 年在其碩士論文中提出的。后美國 DTM 公司于 1992 年推出了該工藝的商業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備 Sinter Sation。幾十年來，奧斯汀分校和 DTM 公司在 SLS 領(lǐng)域做了大量的研究工作，在設(shè)備研制和工藝、材料開發(fā)上取得了豐碩成果。德國的 EOS 公司在這一領(lǐng)域也做了很多研究工作，并開發(fā)了相應(yīng)的系列成型設(shè)備。激光燒結(jié)技術(shù)成型原理最為復雜，成型條件最高，設(shè)備及材料成本最高的3D打印技術(shù)，但也是目前對3D打印技術(shù)發(fā)展影響最為深遠的技術(shù)。目前SLS技術(shù)材料可以是尼龍、蠟、陶瓷、金屬等，SLS技術(shù)成型材料的的種類多元化。

精細度指數(shù)★★★

強度硬度指數(shù)★★★★★

LOM 技術(shù)      分層實體制造法（LOM——Laminated Object Manufacturing），LOM 又稱層疊法成形，它以片材（如紙片、塑料薄膜或復合材料）為原材料，其成形原理如圖所示，激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓。切割完一層后，送料機構(gòu)將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。

LOM 常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造構(gòu)件或功能件。
     該技術(shù)的特點是工作可靠，模型支撐性好，成本低，效率高。缺點是前、后處理費時費力，且不能制造中空結(jié)構(gòu)件。成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙；制件性能：相當于高級木材；
主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。

精細度指數(shù)★★

強度硬度指數(shù)★★

四、3D打印機

目前全球的3D打印機如雨后春筍般，快速冒出很多新的品種，從幾百元的到上千萬元的都有。請瀏覽3D打印機大全http://www.dddyin.com/forum-126-1.html

五、3D打印材料

     3D打印技術(shù)有3DP 技術(shù)、FDM熔融層積成型技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié)、DLP激光成型技術(shù)和UV紫外線成型技術(shù)，技術(shù)不同所用材料則完全不同，與我們普通人和家庭所應(yīng)用的最為普遍的是FDM3D打印技術(shù)，這種技術(shù)可以進入到家庭，操作簡單，所用材料普遍易得，這種技術(shù)打印出產(chǎn)品也接近我們的生活用品，所用的材料主要是環(huán)保高分子材料，如：PLA、PCL PHA  PBS   PA　ABS  PC  PS　POM　PVC,一般我們老百姓日常在家庭中所使用材料應(yīng)考慮安全第一原則，所選材料要環(huán)保，如PLA、PCL PHA  PBS   生物PA，而ABS  PC  PS　POM　PVC等不適于用于家庭應(yīng)用，因為這種技術(shù)是一般是在桌面上打印，熔融的高分子材料所產(chǎn)生的氣味或是分解產(chǎn)生有害物質(zhì)直接與我們的人和家庭成員接觸，容易造成安全問題，所以在家庭使用時一般建議用生物材料合成的高分子材料。工業(yè)零件等需要有一定強度功能的制件可以選擇相適應(yīng)的材料。

一、 3D打印材料分類1. 按材料的物理狀態(tài)分類         可以分為液體材料、薄片材料、粉末材料、絲狀材料等。
2. 按材料的化學性能分類         按材料的化學性能不同又可分為樹脂類材料、石蠟材料、金屬材料、陶瓷材料及其復合材料等。
3. 按材料成型方法分類         按成型方法的不同可以分為：SLA材料、LOM材料、SLS材料、FDM材料等。
液態(tài)材料：SLA，光敏樹脂
固態(tài)粉末：SLS
          非金屬（蠟粉，塑料粉，覆膜陶瓷粉，覆膜砂等）
          金屬粉（覆膜金屬粉）
固態(tài)片材：LOM
          紙，塑料，陶瓷箔，金屬鉑+粘結(jié)劑
固態(tài)絲材：FDM
          蠟絲，ABS絲等

二、 3D打印材料基本性能1. 3D打印對材料性能的一般要求：

•   有利于快速、精確地加工原型零件；
•   快速成型制件應(yīng)當接近最終要求，應(yīng)盡量滿足對強度、剛度、耐潮濕性、熱穩(wěn)定性能等的要求；
•    應(yīng)該有利于后續(xù)處理工藝。
  

2. 不同應(yīng)用目標對材料性能的要求：  3D打印的四個應(yīng)用目標：概念型、測試型、模具型、功能零件，對成型材料的要求也不同。

•   概念型對材料成型精度和物理化學特性要求不高，主要要求成型速度快。如對光敏樹脂，要求較低的臨界曝光功率、較大的穿透深度和較低的粘度。
•   測試型對于成型后的強度、剛度、耐溫性、抗蝕性能等有一定要求，以滿足測試要求。如果用于裝配測試，則要求成型件有一定的精度要求。
•   模具型要求材料適應(yīng)具體模具制造要求，如強度、硬度。如對于消失模鑄造用原型，要求材料易于去除，燒蝕后殘留少、灰分少。
•   功能零件則要求材料具有較好的力學和化學性能。
  

三、3D打印光固化成型材料
1、3D打印光固化材料的應(yīng)用

•         制作各種樹脂樣品或功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試；
•         制作精細零件；
•         制作有透明效果的制件；
•         快速模具的母模，翻制各種快速模具；
•         代替熔模精密鑄造中的消失模用來生產(chǎn)金屬零件。
  

2、光固化成形樹脂需具備的特性

•         粘度低，利于成型樹脂較快流平，便于快速成型。
•         固化收縮小，固化收縮導致零件變形、翹曲、開裂等，影響成型零件的精度，低收縮性樹脂有利于成型出高精度零件
•         濕態(tài)強度高，較高的濕態(tài)強度可以保證后固化過程不產(chǎn)生變形、膨脹及層間剝離。
•         溶漲小，濕態(tài)成型件在液態(tài)樹脂中的溶漲造成零件尺寸偏大；
•         雜質(zhì)少，固化過程中沒有氣味，毒性小，有利于操作環(huán)境。
  

3、光固化成形樹脂的組成及固化機理        應(yīng)用于SLA技術(shù)的光敏樹脂，通常由兩部分組成，即光引發(fā)劑和樹脂，其中樹脂由預(yù)聚物、稀釋劑及少量助劑組成。
        當光敏樹脂中的光引發(fā)劑被光源(特定波長的紫外光或激光) 照射吸收能量時，會產(chǎn)生自由基或陽離子，自由基或陽離子使單體和活性齊聚物活化，從而發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而生成高分子固化物。
4、SLA樹脂的收縮變形         樹脂在固化過程中都會發(fā)生收縮，通常線收縮率約為3%。從高分子化學角度講，光敏樹脂的固化過程是從短的小分子體向長鏈大分子聚合體轉(zhuǎn)變的過程，其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，因此，固化過程中的收縮是必然的。
        從高分子物理學方面來解釋，處于液體狀態(tài)的小分子之間為范德華作用力距離，而固體態(tài)的聚合物，其結(jié)構(gòu)單元之間處于共價鍵距離，共價鍵距離遠小于范德華力的距離，所以液態(tài)預(yù)聚物固化變成固態(tài)聚合物時，必然會導致零件的體積收縮。
5、SLA的后固化        盡管樹脂在激光掃描過程中已經(jīng)發(fā)生聚合反應(yīng)，但只是完成部分聚合作用，零件中還有部分處于液態(tài)的殘余樹脂未固化或未完全固化（掃描過程中完成部分固化，避免完全固化引起的變形） ，零件的部分強度也是在后固化過程中獲得的，因此，后固化處理對完成零件內(nèi)部樹脂的聚合，提高零件最終力學強度是必不可少的。后固化時，零件內(nèi)未固化樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)，體積收縮產(chǎn)生均勻或不均勻形變。
與掃描過程中變形不同的是，由于完成掃描之后的零件是由一定間距的層內(nèi)掃描線相互粘結(jié)的薄層疊加而成，線與線之間、面與面之間既有未固化的樹脂，相互之間又存在收縮應(yīng)力和約束，以及從加工溫度(一般高于室溫) 冷卻到室溫引起的溫度應(yīng)力，這些因素都會產(chǎn)生后固化變形。但已經(jīng)固化部分對后固化變形有約束作用，減緩了后固化變形。
        零件在后固化過程中也要產(chǎn)生變形，實驗測得零件后固化收縮占總收縮量的30%~40%。
6、SLA材料的發(fā)展（1） SLA復合材料
        SLA光固化樹脂中加入納米陶瓷粉末、短纖維等，可改變材料強度、耐熱性能等，改變其用途，目前已經(jīng)有可直接用作工具的光固化樹脂；
（2） SLA作為載體
        SLA光固化零件作為殼體，其中填加功能性材料，如生物活性物質(zhì)，高溫下，將SLA燒蝕，制造功能零件。
（3） 其它特殊性能零件，如橡膠彈性材料。


四、3D打印粉末燒結(jié)成型材料理論上講，所有受熱后能相互粘結(jié)的粉末材料或表面覆有熱塑（固）性粘結(jié)劑的粉末材料都能用作SLS材料。
        但要真正適合SLS燒結(jié)，要求粉末材料有良好的熱塑（固）性，一定的導熱性，粉末經(jīng)激光燒結(jié)后要有一定的粘結(jié)強度；粉末材料的粒度不宜過大，否則會降低成型件質(zhì)量；而且SLS材料還應(yīng)有較窄的“軟化-固化”溫度范圍，該溫度范圍較大時，制件的精度會受影響。
大體來講，3D打印激光燒結(jié)成型工藝對成型材料的基本要求是：

•         具有良好的燒結(jié)性能，無需特殊工藝即可快速精確地成型原型；
•         對于直接用作功能零件或模具的原型，機械性能和物理性能（強度、剛性、熱穩(wěn)定性、導熱性及加工性能）要滿足使用要求；
•         當原型間接使用時，要有利于快速方便的后續(xù)處理和加工工序，即與后續(xù)工藝的接口性要好。
  

1、蠟粉（1）用途：燒結(jié)制作蠟型，精密鑄造金屬零件。
（2） 傳統(tǒng)的熔模精鑄用蠟（烷烴蠟、脂肪酸蠟等），其熔點較低，在60℃左右，燒熔時間短，燒熔后沒有殘留物，對熔模鑄造的適應(yīng)性好，且成本低廉。
（3）但存在以下缺點：

•         對溫度敏感，燒結(jié)時熔融流動性大，使成型不易控制；
•         成型精度差，蠟?zāi)３叽缯`差為±0.25mm；
•         蠟?zāi)�強度較低，難以滿足具有精細、復雜結(jié)構(gòu)鑄件的要求；
•         粉末的制備十分困難。   
  

2、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯、工程塑料(ABS) （1）特點：
        聚苯乙烯(PS)屬于熱塑性樹脂，熔融溫度100℃，受熱后可熔化、粘結(jié)，冷卻后可以固化成型，而且該材料吸濕率很小，僅為0.05%，收縮率也較小，其粉料經(jīng)過改性后，即可作為激光燒結(jié)成型用材料。
（2）用途：
        燒結(jié)成型件經(jīng)不同的后處理工藝具有以下功能：第一，結(jié)合浸樹脂工藝，進一步提高其強度，可作為原型件及功能零件。第二、經(jīng)浸蠟后處理，可作為精鑄蠟?zāi)Ｊ褂�，通過熔模精密鑄造，生產(chǎn)金屬鑄件。
3、尼龍粉末（PA）（1）用途：
            粉末粒徑小，制作模型精度高，用于CAD數(shù)據(jù)驗證；因為具有足夠的強度可以進行功能驗證。
（2）特點：
           燒結(jié)溫度—粉末熔融溫度180℃；            
           燒結(jié)制件不需要特殊的后處理，即可以具有49MPa的抗拉伸強度。
（3）其它：尼龍粉末燒結(jié)快速成型過程中，需要較高的預(yù)熱溫度，需要保護氣氛，設(shè)備性能要求高。
4、覆膜砂粉末、覆膜陶瓷粉末材料（1）覆膜砂    與鑄造用覆膜砂類似，采用熱固性樹脂，如酚醛樹脂包覆鋯砂(ZrO2)、石英砂(SiO2)的方法制得。利用激光燒結(jié)方法，制得的原型可以直接當作鑄造用砂型（芯）來制造金屬鑄件，其中鋯砂具有更好的鑄造性能，尤其適合于具有復雜形狀的有色合金鑄件，如鎂、鋁等合金的鑄造。
        材料成分：包覆酚醛樹脂的石英砂或鋯砂，粒度160目以上；
        應(yīng)用：用于制造砂型鑄造的石英或鋯型（芯）；
        應(yīng)用實例：砂型鑄造及型芯的制作，適用于單件、小批量砂型鑄造金屬鑄件的生產(chǎn)，尤其適合用于傳統(tǒng)制造技術(shù)難以實現(xiàn)的金屬鑄件。
（2）覆膜陶瓷粉  
              與覆膜砂的制作過程類似，被包覆陶瓷粉可以是Al2O3、ZrO2和SiC等，激光燒結(jié)快速成型后，結(jié)合后處理工藝，包括脫脂及高溫燒結(jié)，可以快捷地制造精密鑄造用型殼，進而澆注金屬零件。
             也可以直接制造工程陶瓷制件，燒結(jié)后再經(jīng)熱等靜壓處理，零件最后相對密度高達99.9%，可用于含油軸承等耐磨、耐熱陶瓷零件。
5、金屬粉末        用SLS 制造金屬功能件的方法有間接法和直接法，其中間接法速度較快，精度較高，技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛。
5.1 間接燒結(jié)成型：（1）間接燒結(jié)成型的原理。用高分子聚合物作為粘結(jié)劑。由于聚合物軟化溫度較低，熱塑性較好及粘度低，采用包覆制作工藝，將聚合物包覆在金屬粉末表面，或者將其與金屬粉末材料以某種形式混在一起，在用SLS成型時，激光加熱使聚合物成為熔融態(tài)，流入金屬粉粒間，將金屬粉末粘結(jié)在一起而成型。在成型的坯件(green part) 中，既有金屬成分，又有聚合物成分。坯件還需要進行熱降解、二次燒結(jié)和滲金屬后處理，才能成為純金屬件。

間接法使用的材料中，結(jié)構(gòu)材料是金屬，主要是不銹鋼和鎳粉，聚合物主要是熱塑性材料。
熱塑性聚合物材料有兩類，一類是無定型，另一類是結(jié)晶型。無定型材料分子鏈上分子的排列是無序的，如PC材料；結(jié)晶型材料分子鏈上分子的排列是有序的，如尼龍(nylon) 材料。這兩種熱塑性聚合物都可以用來作SLS材料中的粘結(jié)劑。
由于無定型材料和結(jié)晶型材料各有不同的熱特性，因此也決定了SLS工藝參數(shù)的不同。

聚合物在成型材料中主要以兩種形式存在，一種是聚合物粉末與金屬粉末的機械混合物，另一種是聚合物均勻地覆在金屬粉粒的表面。將聚合物覆蓋在金屬粉末表面的方法有多種，如可將熱塑性材料制成溶液，稀釋后與粉末混合，攪拌，然后干燥；還可將聚合物加熱熔化，以霧狀噴出，覆在粉粒表面。
在聚合物和金屬粉末質(zhì)量分數(shù)相同的情況下，覆層粉末燒結(jié)后的強度要高于機械混合的材料。
目前，應(yīng)用最多的成型材料主要是覆層金屬粉末。

（2）間接法燒結(jié)成型工藝
        激光燒結(jié)。
             工藝參數(shù)：激光功率、掃描速度、掃描間距、粉末預(yù)熱溫度。
        后處理工藝。
             成型坯件必須進行后處理才能成為密實的金屬功能件。后處理一般有三步：降解聚合物、二次燒結(jié)和滲金屬。這三個階段可以在同一個加熱爐中進行，保護氣氛為30%的氫氣，70%的氮氣。

        降解聚合物
                降解加熱在兩個不同溫度的保溫階段完成，先將坯件加熱到350℃，保溫5h，然后再升溫到450℃，保溫4h。在這兩個溫度段，聚合物都發(fā)生分解，其產(chǎn)物是多種氣體，通過加熱爐上的抽風系統(tǒng)將其去除。通過降解，98 %以上的聚合物被去除。
        二次燒結(jié)
                當聚合物大部分被降解后，金屬粉粒間只靠殘余的一點聚合物和金屬粉末間的摩擦力來保持，這個力是很小的。要保持形狀，必須在金屬粉粒間建立新的聯(lián)系，這就是將坯件加熱到更高溫度，通過擴散來建立聯(lián)結(jié)。加熱溫度根據(jù)材料確定，對RapidSteel110，加熱到約1000℃，保溫8h。

        滲金屬
                二次燒結(jié)后的成型件是多孔體，強度也不高，提高強度的方法就是滲金屬。熔點較低的金屬熔化后，在毛細力或重力的作用下，通過成型件內(nèi)相互連通的孔洞，填滿成型件內(nèi)的所有空隙，使成型件成為密實的金屬件。滲金屬在可控氣氛或真空中進行。在可控氣氛中，必須使?jié)B入金屬單向流動，這樣可讓連通孔隙中的空氣離開成型件；如多方向滲入，會將成型件中的氣體封在體內(nèi)，形成氣孔而削弱強度。如果將成型件置于真空室內(nèi)滲金屬，由于成型件內(nèi)沒有空氣存在，可將成型件浸入液態(tài)金屬中，金屬液體從四周同時滲入，滲入速度快，時間短。


（3）間接燒結(jié)快速成型零件工藝特點
             用SLS系統(tǒng)間接成型金屬件，其成型速度較快，可制造形狀復雜的金屬件，主要用來快速制造注塑模和壓鑄模。間接法制造金屬件的缺點是制件的精度有限，由于在降解和二次燒結(jié)過程之中存在體積的收縮，補償?shù)淖饔糜邢�；還有后處理時間比較長。
            為解決這些問題，在以下兩方面進行研究：改進粘結(jié)劑，滲入非金屬材料，取消降解和二次燒結(jié)過程，使坯件不通過加熱，這樣的成型件具有高的精度，制造周期短，成本低，可滿足使用壽命短的模具要求。

5.2 直接燒結(jié)成型         和間接燒結(jié)成型相比，直接燒結(jié)成型過程明顯縮短，無需間接燒結(jié)時復雜的后處理階段。但必須有較大功率的激光器，以保證直接燒結(jié)過程中金屬粉末的直接熔化。
        因而，直接燒結(jié)中激光參數(shù)的選擇，被燒結(jié)金屬粉末材料的熔凝過程控制是燒結(jié)成型中的關(guān)鍵。激光功率是激光直接燒結(jié)工藝中的一個重要影響因素。功率越高，激光作用范圍內(nèi)能量密度越高，材料熔化越充分，同時燒結(jié)過程中參與熔化的材料就越多，形成的熔池尺寸也就越大，粉末燒結(jié)固化后易生成凸凹不平的燒結(jié)層面，激光功率高到一定程度，激光作用區(qū)內(nèi)粉末材料急劇升溫，能量來不及擴散，易造成部分材料甚至不經(jīng)過熔化階段直接汽化，產(chǎn)生金屬蒸汽。在激光作用下該部分金屬蒸汽與粉末材料中的空氣一道在激光作用區(qū)內(nèi)匯聚、膨脹、爆破，形成劇烈的燒結(jié)飛濺現(xiàn)象，帶走熔池內(nèi)及周邊大量金屬，形成不連續(xù)表面，嚴重影響燒結(jié)工藝的進行，甚至導致燒結(jié)無法繼續(xù)進行。同時飛濺產(chǎn)物也容易造成燒結(jié)過程的“夾雜”。


光斑直徑是激光燒結(jié)工藝的另外一個重要影響因素�？偟膩碚f，在滿足燒結(jié)基本條件的前提下，光斑直徑越小，熔池的尺寸也就可以控制得越小，越易在燒結(jié)過程中形成致密、精細、均勻一致的微觀組織。同時，光斑越細，越容易得到精度較好的三維空間結(jié)構(gòu)，但是光斑直徑的減小，預(yù)示著激光作用區(qū)內(nèi)能量密度的提高，光斑直徑過小，易引起上述燒結(jié)飛濺現(xiàn)象。
掃描間隔是選擇性激光燒結(jié)工藝的又一個重要影響因素，它的合理選擇對形成較好的層面質(zhì)量與層間結(jié)合，提高燒結(jié)效率均有直接影響。同間接工藝一樣，合理的掃描間隔應(yīng)保證燒結(jié)線間、層面間有適當重疊。


五、3D打印熔融沉積材料FDM材料可以是絲狀熱塑性材料，常用的有蠟、塑料、尼龍絲等。首先，F(xiàn)DM材料要有良好的成絲性；其次，由于FDM過程中絲材要經(jīng)受“固態(tài)-液態(tài)-固態(tài)”的轉(zhuǎn)變，故要求FDM在相變過程中有良好的化學穩(wěn)定性，且FDM材料要有較小的收縮性。
對于氣壓式FDM設(shè)備，材料可以不要求是絲狀，可以是多種成分的復合材料。

1、ABS塑料絲      適用于料絲自加壓式送絲噴頭結(jié)構(gòu)和螺旋擠壓式送絲噴頭。


2、熔融材料      各種可以熔融材料，如蠟、塑料等，適用于加壓融化罐。
      熔融擠壓噴頭工作原理如：
      將所使用熱塑性成型材料裝入熔化罐中，利用熔化罐外壁的加熱圈對其加熱熔化呈熔融狀態(tài)，然后將壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣導入熔化罐中，氣體壓力作用在熔融材料的表面上迫使材料從下方噴嘴擠出。

FDM系統(tǒng)價格和技術(shù)成本低，體積小，無污染，能直接做出ABS制件，但生產(chǎn)效率低，精度不高，最終輪廓形狀受到限制。
FDM的工藝特點，可以制作復合材料的快速成型制件，如磁性材料和塑料粉末經(jīng)過FDM噴頭成型特殊形狀的磁性體，可以實現(xiàn)各向異性，各層異性，不同區(qū)域不同性能。這是模具成型所不能實現(xiàn)的。


六、疊層制造快速成型材料LOM原型一般由薄片材料和粘結(jié)劑兩部分組成，薄片材料根據(jù)對原型性能要求的不同可分為：紙、塑料薄膜、金屬鉑等。對于薄片材料要求厚薄均勻，力學性能良好并與粘結(jié)劑有較好的涂掛性和粘結(jié)能力。用于LOM的粘結(jié)劑通常為加有某些特殊添加劑組分的熱熔膠。
         LOM技術(shù)成型速度快，制造成本低，成型時無需特意設(shè)計支撐，材料價格也較低。但薄壁件、細柱狀件的剝離比

六、3D建模

有了3D打印機、材料之后，你就需要有打印的內(nèi)容了，也就是模型。例如你想打印一只貓，那么你就需要有貓的3D打印模型。3D模型的獲取主要有三種方式：直接下載現(xiàn)有的模型（最為簡單快捷）、通過3D掃描儀逆向工程建模（需要硬件支持，比較快捷）、用建模軟件建模（需要掌握建模軟件技能，非常難）。

1、直接下載模型

網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有一些3D模型可以直接下載使用，例如南極熊3D打印模型庫http://mx.dddyin.com/，種類和數(shù)量都非常多，可以下載到各種各樣的3D模型，而且基本上 都是可以用來直接進行3D打印的。

2、使用3D 掃描儀進行逆向工程建模

一般物品的形狀都非常多變，曲線非常復雜，要想獲得比較真實的三維數(shù)據(jù)，比較多的人通過3D掃描儀對實物進行掃描，得到三維數(shù)據(jù)，然后加工修復。它能夠精確描述物體三維結(jié)構(gòu)的一系列坐標數(shù)據(jù)，輸入3DMAX中即可完整的還原出物體的3D模型。3D掃描儀的種類也多種多樣，南極熊收錄的都已經(jīng)有幾百種（詳細請訪問3D掃描儀大全http://www.dddyin.com/forum.php?mod=forumdisplay&fid=44&filter=typeid&typeid=10），每種的使用方法和掃描效果都不一樣。

3D掃描儀的分類三維掃描儀分類為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種，后者又可分為主動掃描(active)與被動掃描(passive)，這些分類下又細分出眾多不同的技術(shù)方法。使用可見光影像達成重建的方法，又稱做基于機器視覺(vision-based)的方式，是今日機器視覺研究主流之一。

接觸式掃描：接觸式三維掃描儀透過實際觸碰物體表面的方式計算深度，如座標測量機(CMM, Coordinate Measuring Machine)即典型的接觸式三維掃描儀。此方法相當精確，常被用于工程制造產(chǎn)業(yè)，然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價值物件如古文物、遺跡等的重建作業(yè)。此外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長的時間，現(xiàn)今最快的座標測量機每秒能完成數(shù)百次測量，而光學技術(shù)如雷射掃描儀運作頻率則高達每秒一萬至五百萬次。

非接觸被動式掃描：被動式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線(如雷射)，而是以測量由待測物表面反射周遭輻射線的方法，達到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當容易取得并利用的，大部分這類型的掃描儀以偵測環(huán)境的可見光為主。但相對于可見光的其他輻射線，如紅外線，也是能被應(yīng)用于這項用途的。因為大部分情況下，被動式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支援，這類被動式產(chǎn)品往往相當便宜。非接觸被動式掃描包括：立體視覺法(Stereoscopic)、色度成形法(Shape from Shading)、立體光學法(Photometric Stereo)和輪廓法等。

非接觸主動式掃描：主動式掃描是指將額外的能量投射至物體，借由能量的反射來計算三維空間資訊。就是像物體投射特定的光，其中代表技術(shù)激光線式的掃描，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。另外，由于激光會對生物體以及比較珍貴的物體造成傷害，所以不能應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束、超音波與 X 射線。非接觸主動式掃描包括：時差測距(Time-of-Flight)、三角測距(Triangulation)、手持雷射(Handhold Laser)、結(jié)構(gòu)光源(Structured Lighting)和調(diào)變光(Modulated Lighting)等等。


3、使用3D建模軟件進行建模

3DMax,Maya,CAD等等軟件都可以用來進行三維建模，另外一些3D打印機廠商也提供3D模型制作軟件。
    建模軟件：
    機械設(shè)計軟件：UG、Pro/E、CATIA、SOLIDWORK等都能夠直接支持。
    工業(yè)設(shè)計軟件：Rhino、Alias等(應(yīng)該沒問題，暫時沒走測試，有興趣的朋友可以試試)
CG設(shè)計軟件：3DMAX、MAYA、Zbrush等不能直接使用，但可以將OBJ文件轉(zhuǎn)換為STL文件使用(ReplicatorG的OBJ文件支持目前還是測試階段，將來應(yīng)該可以直接導入)。
     Autodesk 123D一款免費的三維 CAD 軟件
   123D Catch 把普通照片轉(zhuǎn)換成3D模型
    ZEdit Pro大大簡化產(chǎn)品設(shè)計以及其它三維打印工作
   3-MATIC軟件直接對STL進行設(shè)計修改，掃描和CAD數(shù)據(jù)
  或者去3d打印軟件區(qū)http://www.dddyin.com/forum-45-1.html看看，你肯定會有所收獲
當你在做一個用于展示或動畫的3D模型設(shè)計時，你基本上不需要考慮真實性。絕大多數(shù)的場景和物體僅僅包含了可見的網(wǎng)格，物體不需要是相互連接著的，你可以忽略掉物理世界。其實3D模型在用于3d打印機上會有相當?shù)牟煌��?D打印建模知識大全http://www.dddyin.com/forum.php?mod=forumdisplay&fid=44&filter=typeid&typeid=26

七、3 D模型格式與切片軟件1、3D打印模型的格式

3d打印機最最基本的目的是——快速地將概念轉(zhuǎn)換為真實物體。這些概念在第一時間通常由電腦使用相關(guān)的3D軟件創(chuàng)建3D模型而成，比如SolidWorks，Autodesk Inventor 或者Pro/ENGINEER等軟件。詳情請看3D建模方法http://www.dddyin.com/plugin.php?id=yuzhe_page&action=jianmo

所有這些工具導出3D模型文件并以標準格式導出，用來3D打印。導出的格式包括STL格式、OBJ格式、WRL格式、PLY格式、3DS格式還有.ZPR格式。這些導出來的文件是網(wǎng)格狀的，有一系列三角定向空間。這種網(wǎng)格必須“不漏水”處理，模型才能夠成為一個堅固可用的模型，不只有表殼而已，而沒有一定的厚度。stl文件格式簡單，只能描述三維物體的幾何信息，不支持顏色材質(zhì)等信息，是計算機圖形學處理CG,數(shù)字幾何處理如CAD, 數(shù)字幾何工業(yè)應(yīng)用, 如三維打印機支持的最常見文件格式。

《各種3D建模軟件導出3d打印格式stl模型的方法》http://www.dddyin.com/thread-38788-1-1.html

2、3D模型切片

建好3D模型→STL格式之后→把這個STL格式的模型切片得到Gcode文件→通過數(shù)據(jù)線、SD卡、等方式傳送給3D打印機→3D打印機識別Gcode命令之后開始打印。3D模型必須經(jīng)由兩個軟件的處理來完成打印程序：切片與傳送。切片軟件會將模型細分成可以打印的薄度，然后計算其打印路徑。3D 打印機客戶端軟件再把這系列動作傳送到硬件，并提供控制其他功能的控制界面。

2.1切片軟件

顧名思義，主要功能是把你的3D模型切成一片一片，設(shè)計好打印的路徑（填充密度，角度，外殼等），并將切片后的文件儲存成.gcode格式，一種3D打印機能直接讀取并使用的文件格式。

Slic3r
市場上有很多不同切片軟件，但Slic3r的開源，免費，相對快捷和高度可定制化的特性，使它成為開源創(chuàng)客的首選切片軟件。
小技巧：通常你的3D打印機生產(chǎn)商（如果是基于開源的）會提供一個默認的切片設(shè)置。所以如果你能在打印機文件中找到一個名叫.INI Slic3r的文件，就首先將這個文件導入Slic3r作為初始設(shè)置（點擊：File->Import Config），然后在此基礎(chǔ)上調(diào)試軟件的各項數(shù)據(jù)。

《3d打印切片軟件Slic3r教程》http://www.dddyin.com/thread-24402-1-1.html


Skeinforge
另一款非常流行的切片軟件。同樣開源，免費。

Cura
是由ultimaker開發(fā)，可以兼容很多打印機，但對ultimaker自己的3D打印機無疑是支持的最好的，所以主要應(yīng)用在ultimaker 3D打印機。既可以切片也有3D打印機控制界面。
《3d打印新版cura切片教程》http://www.dddyin.com/thread-24401-1-1.html
kisslicer
是一款簡單易用的跨平臺的切片軟件， kis是keep it simple的簡寫（保持簡單），從名字也能看出他的風格，簡單清晰就是它的目標。

請觀看切片軟件的教學視頻

2.2主機軟件

3D打印機控制軟件: 它的作用是和3D打印機通訊，把.gcode文件發(fā)送給打印機并控制3D打印機的參數(shù)，運動使其完成打印。

Printrun
這款軟件不僅有機器控制功能，還能跟切片軟件整合為一體（比方說slic3r），因此它可以獨立完成從切片到打印的整個過程。它支持Mac, Linux和PC操作平臺，幾乎所有的開源3D打印機都可以使用這款軟件。

Repeteir-host
和Printrun很類似，Repeteir-host也是一款綜合性軟件，有切片，零件定位和機器控制功能。它的用戶界面相對Printrun更復雜，但更直觀。同樣支持Mac, Linux和PC操作平臺。


Pepeteir-Server
比較新的一款Repeteir產(chǎn)品。能在Raspberry Pi（一款信用卡大小的計算機主板）上使用，能夠控制多臺打印機，內(nèi)存消耗極�。�每臺打印機只用5MB），網(wǎng)頁操作界面相對簡單。但還不支持Mac和PC。

Octoprint
Octoprint是一款完全基于網(wǎng)頁的“主機”程序。你可以通過這個軟件遠程控制你的打印機，通過預(yù)先設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)攝像頭監(jiān)控你的打印機，隨時可以暫停，恢復打印。用戶還可以設(shè)置軟件，讓它按特定頻率抓拍打印時的照片。Octoprint也支持Rasberry Pi。

Botqueue
Haxlr8r和Makerbot的共同創(chuàng)始人Zach Hoeken開發(fā)了這款開源，遠程打印機控制軟件。它能控制多臺打印機。你只需要上傳.stl文件到網(wǎng)站，這款軟件就會完成接下來的打印工作（切片和打�。�。它還可以給每一臺打印機都可以設(shè)置一種獨立的切片特性。

更多3D打印軟件交流，請看http://www.dddyin.com/forum.php?mod=forumdisplay&fid=45&filter=typeid&typeid=13

八、3D打印機使用操作[size=13.333333969116211px]

好了，當你準備了一番之后，激動人心的時刻就要來了————操作3D打印機，把物品打印出來。從南極熊整理的3D打印機大全http://www.dddyin.com/forum-126-1.html中可以看出，目前世界上已經(jīng)有好幾百種3D打印機，幾乎每種的具體操作辦法都有所不一樣。 FDM、SLA/SLM、DLP、 SLS、 3DP、LOM、Polyjet、不同類型的技術(shù)，機器構(gòu)造、使用材料、操作流程大不一樣。在工業(yè)上使用的機器相對比較復雜，普通創(chuàng)客、家庭使用比較多是FDM的3D打印機。

3D打印機操作步驟大體上可以這樣說明：

關(guān)鍵①建好3D模型→轉(zhuǎn)換格式后切片得到gcode控制命令→把gcode導入3D打印機

                                                        ↓

關(guān)鍵②3D打印機開機→ 裝入3D打印材料→調(diào)試打印平臺→設(shè)定打印參數(shù)→開始打印→等待幾小時或者幾十小時后得到3D打印物品→后期處理

下面以一個簡單版本的視頻作為入門案例

3D打印機使用方法經(jīng)驗交流http://www.dddyin.com/forum-81-1.html里面有很多使用者的經(jīng)驗分享。包括：

• 打印機的安裝調(diào)試
• 打印機的維修
• 模型的處理
  

九、后期處理[size=13.333333969116211px]

3D打印完了之后，有的需要后期處理，有的不需要。后期處理一般包括：

1、去除支撐

在打印一些懸空結(jié)構(gòu)的時候，需要有個支撐結(jié)構(gòu)頂起來，然后才可以打印懸空上面的部分。這部分支撐結(jié)構(gòu)一般都可以在打印軟件里面設(shè)置，自動生產(chǎn)。打印好了之后去掉。對于兩個噴頭的FDM的打印機，支撐結(jié)構(gòu)可以采用水溶性的3d打印材料，打印完成后用水泡一泡就可以溶解了。

2、表面處理（拋光）

有時候3D打印出來的物品表面會比較粗糙（例如SLS金屬打印的），需要拋光。拋光的辦法有物理拋光和化學拋光。下面以FDM打印出來的塑料物件為例，介紹拋光方法。通常使用的是砂紙打磨（Sanding）、珠光處理（Bead Blasting）和蒸汽平滑（Vapor Smoothing）這三種技術(shù)。

砂紙打磨（Sanding）

雖然FDM技術(shù)設(shè)備能夠制造出高品質(zhì)的零件，但不得不說，零件上逐層堆積的紋路是肉眼可見的，這往往會影響用戶的判斷，尤其是當外觀是零件的一個重要因素時。所以這時就需要用砂紙打磨進行后處理。
砂紙打磨可以用手工打磨或者使用砂帶磨光機這樣的專業(yè)設(shè)備。砂紙打磨是一種廉價且行之有效的方法，一直是3D打印零部件后期拋光最常用、使用范圍最廣的技術(shù)。
砂紙打磨在處理比較微小的零部件時會有問題，因為它是靠人手或機械的往復運動。不過砂紙打磨處理起來還是比較快的。一般用FDM技術(shù)打印出來的對象往往有一圈圈的紋路，用砂紙打磨消除電視機遙控器大小的紋路只需15分鐘。
如果零件有精度和耐用性的最低要求的話，一定要記住不要過度打磨，要提前計算好要打磨去多少的材料，否則過度打磨會使得零部件變形報廢。進行基準測試也有助于確定要使用的打磨工藝——手工打磨或電動打磨——以及使用哪些工具。

珠光處理（Bead Blasting）

[size=14.44444465637207px]第二個最常用的后處理工藝就是珠光處理（Bead Blasting）。操作人員手持噴嘴朝著拋光對象高速噴射介質(zhì)小珠從而達到拋光的效果。珠光處理一般比較快，約5～10分鐘即可處理完成，處理過后產(chǎn)品表面光滑，有均勻的亞光效果。
珠光處理比較靈活，可用于大多數(shù)FDM材料。它可用于產(chǎn)品開發(fā)到制造的各個階段，從原型設(shè)計到生產(chǎn)都能用。珠光處理噴射的介質(zhì)通常是很小的塑料顆粒，一般是經(jīng)過精細研磨的熱塑性顆粒。最常采用這些熱塑性的塑料珠，因為它們比較耐用，并且能夠提供一個從輕微到嚴重的磨損范圍進行噴涂。小蘇打也工作得很好，因為它不是太硬，雖然它可能比塑料珠不易清潔。
因為珠光處理一般是在一個密閉的腔室里進行的，所以它能處理的對象是有尺寸限制的，在RedEye這里，其能夠的處理的最大零部件的大小為24×32×32英寸，而且整個過程需要用手拿著噴嘴，一次只能處理一個，并因此不能用于規(guī)模應(yīng)用。
珠光處理還可以為對象零部件后續(xù)進行上漆、涂層和鍍層做準備，這些涂層通常用于強度更高的高性能材料。
蒸汽平滑（Vapor Smoothing）

[size=14.44444465637207px]排在第三是蒸汽平滑（Vapor Smoothing）處理方法。3D打印零部件被浸漬在蒸汽罐里，其底部有已經(jīng)達到沸點的液體。蒸氣上升可以融化零件表面約2微米左右的一層，幾秒鐘內(nèi)就能把它變得光滑閃亮。
蒸汽平滑技術(shù)被廣泛應(yīng)用于消費電子、原型和醫(yī)療應(yīng)用。該方法不顯著影響零件的精度�！�用丙酮拋光RepRap 3D打印制品的技術(shù)流程》http://www.dddyin.com/thread-2526-1-1.html

3、涂上顏色

除了3DP的打印技術(shù)可以做到彩色3d打印之外，其他的一般只可以打印單種顏色。有的時候需要對打印出來的物件進行 上色，例如ABS塑料、光敏樹脂、尼龍、金屬等，不同材料需要使用不一樣的顏料。

4、其它處理

下面以3DP石膏技術(shù)作為案例，

3d打印粉末材料過程完成之后，需要一些后續(xù)處理措施來達到加強模具成型強度及延長保存時間的目的，其中主要包括靜置、強制固化、去粉、包覆等。打印過程結(jié)束之后，需要將打印的模具靜置一段時間，使得成型的粉末和粘結(jié)劑之間通過交聯(lián)反應(yīng)、分子間作用力等作用固化完全，尤其是對于以石膏或者水泥為主要成分的粉末。

成型的首要條件是粉末與水之間作用硬化，之后才是粘結(jié)劑部分的加強作用，一定時間的靜置對最后的成形效果有重要影響洶]。當模具具有初步硬度時，可根據(jù)不同類別用外加措施進一步強化作用力，例如通過加熱、真空干燥、紫外光照射等方式。此工序完成之后所制備模具具備較強硬度，需要將表面其他粉末除去，用刷子將周圍大部分粉末掃去，剩余較少粉末可通過機械振動、微波振動、不同方向風吹等除去。也有報道將模具浸入特制溶劑中，此溶劑能溶解散落的粉末，但是對固化成型的模具不能溶解．可達到除去多余粉末的目的。
對于去粉完畢的模具。特別是石膏基、陶瓷基等易吸水材料制成的模具．還需要考慮其長久保存問題，常見的方法是在模具外面刷一層防水固化膠，增加其強度，防止因吸水而減弱�；蛘邔⒛＞呓�入能起保護作用的聚合物中，比如環(huán)氧樹脂、氰基丙烯酸酯、熔融石蠟等嗡]，最后的模具可兼具防水、堅固、美觀、不易變形等特點。