你了解3D打印機(jī)嗎？

來源：維基百科 | 責(zé)任編輯：傳說的落葉 | 發(fā)布時(shí)間： 2013-04-24 10:23 | 瀏覽量：

首先，3D打印機(jī)是誰發(fā)明的呢？

3D打印機(jī)（3D Printers）是一位名為恩里科·迪尼（Enrico Dini）的發(fā)明家設(shè)計(jì)的一種神奇的打印機(jī)，它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品。

順便了解一下3D打印機(jī)的一些過去：

早期的三維打印的例子發(fā)生在20世紀(jì)80年代，雖然那時(shí)的三維打印機(jī)是大型的，昂貴的，所能制造的產(chǎn)品可能非常有限。

在1980年代，熱溶解積壓成形(Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM)技術(shù)由S. Scott Crump開發(fā)成功，并在1990年代商業(yè)化。

在1980年代中期，SLS被在美國德州大學(xué)奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發(fā)出來并獲得專利，項(xiàng)目由DARPA贊助的。1979年，類似過程由RF Housholder得到專利，但沒有被商業(yè)化。

在1987年，Chuck Hull發(fā)明的Stereolithography(立體光刻工藝)被授予了專利。

1995 年在麻省理工學(xué)院創(chuàng)造了“三維打印”術(shù)語，當(dāng)時(shí)的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機(jī)方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床，而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案。該專利隨之而來的是現(xiàn)代的三維打印企業(yè)Z公司（Bredt和Anderson創(chuàng)立）和ExOne公司。

其次，3D打印機(jī)是怎么工作的呢？

三維設(shè)計(jì)

三維打印的設(shè)計(jì)過程是：先通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”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文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，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。

3D打印機(jī)的工作過程：

打印機(jī)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(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。

3D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Objet Connex 系列還有三維 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(jī)相近的分辨率。打印出來的“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。而用三維打印的技術(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。

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，而三維打印技術(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(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。

完成

目前三維打印機(jī)的分辨率對大多數(shù)應(yīng)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(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)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(shí)使用多種材料進(jìn)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(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。

再次，3D打印是基于哪些技術(shù)呢？

許多相互競爭的技術(shù)是可用的。它們的不同之處在于以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件，并且以可用的材料的方式。一些方法利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”，例如：選擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering，SLS）和混合沉積建模（fused deposition modeling，F(xiàn)DM），還有一些技術(shù)是用液體材料作為打印的“墨水”的，例如：立體光固化成型法（stereolithography，SLA）、分層實(shí)體制造（laminated object manufacturing，LOM）。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因而一些公司會提供多種打印機(jī)以供選擇。一般來說，主要的考慮因素是打印的速度和成本，三維打印機(jī)的價(jià)格，物體原型的成本，還有材料以及色彩的選擇和成本。

可以直接打印金屬的打印機(jī)價(jià)格昂貴。有時(shí)候人們會先使用普通的三維打印機(jī)來制作模具，然后用這些模具制作金屬部件。

累積技術(shù)	基本材料
選擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering，SLS）	熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末
直接金屬激光燒結(jié)（Direct metal laser sintering，DMLS）	幾乎任何合金
熔融沉積成型（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）	熱塑性塑料, 共晶系統(tǒng) 金屬、可食用材料
立體平版印刷（stereolithography，SLA）	光硬化樹脂（photopolymer）
數(shù)字光處理（DLP）	液態(tài)樹脂
熔絲制造（Fused Filament Fabrication，F(xiàn)FF）	聚乳酸（PLA）、ABS樹脂
融化壓模（Melted and Extrusion Modeling，MEM）	金屬線、塑料線
分層實(shí)體制造（laminated object manufacturing，LOM）	紙、金屬膜、塑料薄膜
電子束熔化成型（Electron beam melting，EBM）	鈦合金
選擇性熱燒結(jié)（Selective heat sintering，SHS）	Thermoplastic powder
粉末層噴頭三維打印（en:Powder bed and inkjet head 3d printing，PP）	石膏

第四，我們一起看看3D打印機(jī)是怎么分類的？

根據(jù)3D打印機(jī)的價(jià)格、3D打印成本、打印精度、材料、工藝等，我們大致能了解到，3D打印機(jī)主要分為家用和商用3D打印機(jī)、工業(yè)級別3D打印機(jī)。

家用和商用3D打印機(jī)：

“ 有幾個(gè)項(xiàng)目和公司努力開發(fā)在很多家庭可以負(fù)擔(dān)得起的價(jià)格的適合臺式機(jī)使用的三維打印機(jī)，其中有許多是相關(guān)的。這項(xiàng)工作的推動(dòng)，并有針對性地DIY/發(fā)燒友/早期采用者社區(qū)的學(xué)術(shù)和黑客社區(qū)的鏈接。

RepRap三維打印機(jī)是一個(gè)在桌面類的運(yùn)行時(shí)間最長的項(xiàng)目。 RepRap項(xiàng)目的目的是產(chǎn)生一個(gè)自由和開放源碼軟件（FOSS）的三維打印機(jī)，其規(guī)格在GNU通用公共許可證下發(fā)布的，并可以打印自己的部分（打印件），以創(chuàng)造更多的機(jī)器。截至2010年11月，RepRap可以打印塑料件，并要求電機(jī)，電子和一些金屬支撐棒來完成。打印印刷電路板，以及金屬部件的設(shè)備正在研究中。一些公司和個(gè)人出售部分創(chuàng)建不同的RepRap設(shè)計(jì)，開始于2012年的價(jià)格約€400 / US$500。

由于RepRap具有的開放源碼軟件的目的，許多相關(guān)的項(xiàng)目都用它的設(shè)計(jì)中獲取靈感，創(chuàng)造一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的許多相關(guān)的或派生的三維打印機(jī)，其中大部分也是開源設(shè)計(jì)。這些開源設(shè) 計(jì)的可用性意味著，發(fā)明三維打印機(jī)的變體很容易。但是，不同的打印機(jī)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和復(fù)雜性不同，包或成品的質(zhì)量也良莠不齊。這種快速發(fā)展的開源三維打印機(jī)的正在得到越來越多的關(guān)注，無論是發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都在大量定制和設(shè)計(jì)，因?yàn)樗梢酝ㄟ^管道在公共領(lǐng)域使用，如Thingiverse制作的適當(dāng)開源的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)也可以協(xié)助在可持續(xù)發(fā)展，這種技術(shù)很容易在當(dāng)?shù)厝〉觅Y源，因此十分經(jīng)濟(jì)，以滿足他們的需求。

開放源碼的Fab@Home項(xiàng)目一般使用的打印機(jī)，可以使用一個(gè)噴嘴做出任何產(chǎn)品，從巧克力到硅密封劑和化學(xué)反應(yīng)物。打印機(jī)可以從供應(yīng)商的工具包項(xiàng)目的設(shè)計(jì)或組裝的形式，在2012年該地區(qū)的價(jià)格是2000美元。

許多這些打印機(jī)以包形式提供的，還有一些是完全組裝好的形式。完全組裝好的Solidoodle2，一個(gè)6x6x6英寸的打印機(jī)的價(jià)格為US$499。打印機(jī)包的價(jià)格從400美元為開源SeeMeCNC H-1，500美元的Printrbot，這兩者都是來自以前的RepRap打印機(jī)的派生模型，到超過2000美元的Fab@Home的2.0雙注射器系統(tǒng)。”

開發(fā)和能超級自定義的的基于RepRap的三維打印機(jī)制作了一類新的打印機(jī)，適用于住宅及商業(yè)用途。最便宜的組裝打印機(jī)是Solidoodle 2，而RepRapPro的的DIY包售價(jià)為680美元左右，是最便宜的和最可靠的。還有其他的高端工具包和完全組裝好的機(jī)器，是基于RepRap的機(jī)器增強(qiáng)型號，能以高速和高清晰度來打印。根據(jù)不同的應(yīng)用，打印分辨率和速度的的程度介乎個(gè)人打印機(jī)和工業(yè)打印機(jī)之間。打印機(jī)的價(jià)格和其他信息的清單被人維護(hù)^[7]。大部分最近的delta robots已經(jīng)用于三維打印來進(jìn)一步的增加制造的速度。

工業(yè)級別3D打印機(jī)：

工業(yè)級打印機(jī)的精度雖然可以精確到幾微米，但成本高達(dá)幾十萬元甚至上百萬元。

第五，想了解一些具體的3D打印機(jī)嗎？

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