【 科普時(shí)光 】3D打印為啥這么火 我們來(lái)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(guó)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(dāng)時(shí)受計(jì)算機(jī)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(shí)際應(yīng)用的3D打印機(jī)。

       直至意大利發(fā)明家恩里科.迪尼（Enrico  Dini）設(shè)計(jì)了一種神奇的打印機(jī)，它不僅可以“打印”一棟完整的建筑，甚至可以為航天飛機(jī)以及其他航天設(shè)備里的宇航員打印任何所需的物品形狀。為了測(cè)試這臺(tái)大型打印機(jī)作業(yè)的實(shí)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(gè)綠色烏托邦“馬斯達(dá)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(shí)際應(yīng)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(guò)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(yīng)用場(chǎng)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(guò)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(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)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(shí)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(diǎn)掃描光敏樹脂表面，光掃描到的樹脂就固化，沒(méi)有掃描到的仍是液態(tài)樹脂。一層固化完，平臺(tái)移動(dòng)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(guò)聚光鏡，使光源分布均勻，利用液晶屏LCD成像原理，在微型計(jì)算機(jī)及顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)下，由計(jì)算機(jī)程序提供圖像信號(hào)，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(guò)它是使用高分辨率的數(shù)字光處理器（DLP）投影儀來(lái)固化液態(tài)光聚合物，逐層的進(jìn)行光固化。

SLS選擇性激光燒結(jié) ,于1989年由美國(guó)人Carl Deckard研制成功。其成型原理是打印前，先用氮?dú)鈱⒊尚褪业难鯕庵脫Q出來(lái)，然后給成型室升溫，并保持在粉末的熔點(diǎn)以下。打印時(shí)，送粉缸上升一層，鋪粉滾筒移動(dòng)并在工作平臺(tái)上鋪一層粉末材料，然后激光按照零件截面輪廓對(duì)粉末進(jìn)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(tái)下降一層的高度，再鋪上一層粉末，進(jìn)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(yīng)用

       創(chuàng)想三維一直致力于3D打印機(jī)的市場(chǎng)化應(yīng)用，為個(gè)人、家庭、學(xué)校、企業(yè)提供高效實(shí)惠的3D打印綜合方案。如今，創(chuàng)想三維3D打印機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、建筑設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)

個(gè)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(duì)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(shí)際作品，從而滿足個(gè)體喜好發(fā)展。

3D打印模型                 美國(guó)物理學(xué)教授Sterling利用3D打印機(jī)自制蘭博基尼跑車

3D打印網(wǎng)絡(luò)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(zhǎng)的問(wèn)題，無(wú)法滿足多次設(shè)計(jì)、快速輸出的需要。3D打印作為DIY即時(shí)打印制作工具：1.能結(jié)合設(shè)計(jì)師的個(gè)性設(shè)計(jì)，改變?cè)�本周期長(zhǎng)的手工制模模式，快速的將完成設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行打印制作、進(jìn)行呈現(xiàn)。 2. 3D打印建筑模型真實(shí)美觀、堅(jiān)固耐用，可以廣泛應(yīng)用于教育培訓(xùn)實(shí)物展示，既節(jié)省模型制作成本、又不擔(dān)心容易損壞。

三、STEAM教育：職業(yè)技能教育

傳統(tǒng)教育教學(xué)方式單一，課程缺乏創(chuàng)意，純粹的理論學(xué)習(xí)使學(xué)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(dòng)起來(lái)，促進(jìn)教師的教學(xué)效能， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐技能。如打印教學(xué)模型、開設(shè)3D打印課堂、創(chuàng)建3D創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室等

四、親子DIY-玩具打印

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

去更需要多樣經(jīng)營(yíng)和維護(hù)。用3D打印機(jī)進(jìn)行親子DIY，既能培養(yǎng)孩子的創(chuàng)新思維，又能滿足孩子對(duì)玩具的多變需求。

五、醫(yī)療應(yīng)用-假肢、康復(fù)器具及醫(yī)用牙模

3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中具有快速性、準(zhǔn)確性，改變了傳統(tǒng)的治療方式，個(gè)性化定制與針對(duì)病患的精準(zhǔn)醫(yī)療，讓3D打印成為醫(yī)療行業(yè)的技術(shù)新寵。

廣泛應(yīng)用于手術(shù)導(dǎo)板、口腔應(yīng)用、康復(fù)器具等。

六、家居裝飾品-燈具

傳統(tǒng)的燈罩從概念、工業(yè)設(shè)計(jì)、模具制造等流程可能需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，而且形式單一，一些燈罩結(jié)構(gòu)復(fù)雜無(wú)法得到滿足。使用3D打印技術(shù)后，可以跳過(guò)復(fù)雜燈罩設(shè)計(jì)過(guò)程，從概念到原型的快速開發(fā)設(shè)計(jì)流程，大大縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間，大大降低了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本。同時(shí)，3D打印可以可以個(gè)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(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1. 可以復(fù)雜化、個(gè)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(shè)計(jì)，縮短周期。3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)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(fèi)，并且提高了效率。同時(shí)，簡(jiǎn)化了制作成本，使其成本更低、所需的時(shí)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(chǎng)擴(kuò)大，3D打印配合失蠟鑄造法的方式極大的迎合了市場(chǎng)需求。珠寶設(shè)計(jì)師只需要通過(guò)電腦軟件完成設(shè)計(jì)，即可使用3D打印來(lái)完成首飾的成型，再通過(guò)失蠟鑄造工藝完成最后的貴金屬首飾鑄造成型。