4000元級3D打印機測評

    究竟3D打印是不是真的有那么神奇，真的能夠“打”出萬物嗎？現在對閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機進行了一番詳細的評測，通過這次評測，我們可以看出目前民用級的3D打印技術究竟達到了怎樣的水準，3D打印還有多遠的路要走。

3D打印技術對比

    3D打印技術實際上是一系列快速原型成型技術的統(tǒng)稱，其基本原理都是疊層制造，由快速原型機在X-Y平面內通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z坐標間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維制件。目前市場上的快速成型技術分為3DP 技術、FDM熔融層積成型技術、SLA立體平版印刷技術、SLS選區(qū)激光燒結、DLP激光成型技術和UV紫外線成型技術等。

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

    FDM熔融層積成型技術：FDM熔 融層積成型技術是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算機的控制下，根據截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截 面。一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個實體造型。其成型材料種類多，成型件強度高、精度較高，主要適用于 成型小塑料件。

    SLA立體平版印刷技術：SLA立 體平版印刷技術以光敏樹脂為原料，通過計算機控制激光按零件的各分層截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產生光聚合反應而固 化，形成零件的一個薄層。一層固化完成后，工作臺下移一個層厚的距離，然后在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，直至得到三維實體模型。該方法 成型速度快，自動化程度高，可成形任意復雜形狀，尺寸精度高，主要應用于復雜、高精度的精細工件快速成型。

    SLS選區(qū)激光燒結技術：SLA立 體平版印刷技術是通過預先在工作臺上鋪一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末），然后讓激光在計算機控制下按照界面輪廓信息對實心部分粉末進行燒結，然后不 斷循環(huán)，層層堆積成型。該方法制造工藝簡單，材料選擇范圍廣，成本較低，成型速度快，主要應用于鑄造業(yè)直接制作快速模具。

    DLP激光成型技術：DLP激光成型技術和SLA立體平版印刷技術比較相似，不過它是使用高分辨率的數字光處理器(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立體平版印刷技術速度更快。該技術成型精度高，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。

    UV紫外線成型技術：UV紫外線成型技術和SLA立體平版印刷技術比較相似類似，不同的是它利用UV紫外線照射液態(tài)光敏樹脂，一層一層由下而上堆棧成型，成型的過程中沒有噪音產生，在同類技術中成型的精度最高，通常應用于精度要求高的珠寶和手機外殼等行業(yè)。

    編注：從各3D打印技術的原理、3D打印設備體積及3D打印成本來看，對于個人消費者來說采用FDM熔融層積成型技術的設備是整體成本最低且占用空間最小的，因此我們可以看到目前市面上面向普通消費者銷售的3D打印機都是基于FDM熔融層積成型技術的。我們本次測試的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機就是基于該技術的。

3D打印機結構分析

    和通常我們見到的打印機一樣，3D打印機也是由控制電路、驅動電路、數據處理電路、電源及輸入輸出模塊這幾個部分構成。我們在重慶大學自動化學院羅克韋爾實驗室將閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機拆解開來，對其主要元器件逐個進行分析。

    從外觀來看，采用FDM熔融層積成型技術面相的個人消費者的3D打印機的結構并不復雜，甚至有點簡陋，不過也正是這樣的原因才能夠將3D打印機的價格從幾萬甚至幾十萬美元降低到幾千元人民幣。目前，消費級的3D打印機主要都由PC電源、主控電路、步進電機及控制電路、高溫噴頭和工件輸出基板這幾個部分組成，外面用木板來固定，采用非密閉式鑄模平臺。我們測試的這款閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機相對比較高端，不僅能夠通過USB連接線連接電腦進行打印控制，還能夠插入儲存有3D模型文件的SD卡，通過LCD打印控制界面來進行控制打印。

    我們可以看到其核心是一塊采用ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微處理器的主電路板，通過這塊主電路板將處理后的3D模型文件轉換成X、Y、Z軸和噴頭供料的步進電機數據，交給4個步進電機控制電路進行控制，然后讓步進電機控制電路控制工件輸出基板的X-Y平面移動、噴頭的垂直移動和噴頭供料的速度，比較精確地讓高溫噴頭將原料（ABS塑料絲）融化后一層一層地噴在工件輸出基板上，形成最終的實體模型。

    從硬件結構上來說，閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機并不復雜，成本也并不是太高，據重慶大學自動化學院副院長林景棟教授介紹其主控制電路成本也就100元左右，一套步進電機和控制電路的成本也在100元左右，可加熱的工件輸出基板和噴頭成本也不是太高。在得知它配備的航嘉磐石355電源售價超過200元后，自動化學院的廖孝勇老師笑著對我們說，這個電源可能是這款打印機里面硬件成本最高的配件。

工作中的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機，其X軸和Y軸采用皮帶傳動，Z軸為精度更高的螺桿傳動，左側的白色塑料絲就是3D打印的原材料

原本直徑為1.7mm的ABS塑料絲經過溫度高達225℃的高溫噴頭，噴出直徑為0.4mm的細絲

步進電機控制高溫噴頭將融化后的ABS塑料絲噴在110℃輸出基板上，將輸出模型的底板固定，然后開始逐層打印

閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機由主電路板、4個步進電機控制電路板、1個噴頭控制電路板構成

主電路板采用標準的PC電源接口，所有步進電機控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號都由主電路板發(fā)出

以ATmega1280-16AU 8位AVR微處理器為核心的主電路板

單芯片的步進電機控制電路，結構也非常簡單

實測3D打印機

    我們通過一系列模型的實地打印來測試閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機的打印效果、精細度、打印時間及工作噪音。首先打印的是結構非常簡單的玩具小豬模型，然后打印結構和表面紋理略為復雜的冰激凌模型，最后打印結構和表面紋理相當復雜的雕塑。

閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機性能參數表
特征
定位精度	0.02mm
層厚	0.1～0.5 mm
打印精度	0.2mm
垂直構建速度	15cm3/h
構建尺寸	120mm×120mm×115mm
材料
材料種類	ABS／PLA細絲
材料顏色	12色
材料規(guī)格	直徑1.7mm
規(guī)格
打印頭數量	1個
最大溫度控制	260℃
設備尺寸	30cm×30cm×40cm
設備重量	8.5kg
電源要求	220V交流輸入，功率350W
打印文件格式	STL文件
操作系統(tǒng)	Windows XP／Vista／7、Linux、Mac OX

    實際上，采用FDM熔融層積成型技術的3D打印機操作還是非常簡單的，導入畫好的3D模型（當然，現在網絡上也有不少現成的模型文件提供下載），選擇合適的大小比例，生成G代碼后即可進行打印。由于閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機噴頭噴出的細絲直徑在0.4mm，因此我們在生成G代碼時設置層高為0.3mm（追求最高精度的話，可設置為0.1mm）設置不同的填充率進行打印測試。

    從打印成品模型來看，打印出的產品和輸入的3D模型的吻合度還是非常高的，基本上能夠達到打印產品的目的。不過從打印的精細度來看，由于層高為0.3mm，各打印模型的精度并不是特別高，肉眼可見明顯的分層，通過這款打印機打印出的模型只適合遠觀，而不可“褻玩”。對于這類打印機打印出的產品，我們還是建議在模型打印完成后對邊沿進行打磨，只有這樣才能夠進一步提高打印模型的外表面精度。

    由于其打印速度為15cm3/h，因此填充率稍高的模型打印時間都會相當長，高度為6.7cm，填充率15％的冰激凌打印時間為1小時5分，而高度為8cm，填充率為40％的雕塑打印時間長達3小時28分，只有空心的模型玩具豬打印時間最短，22分鐘即可打印完成。雖然從打印時間來看，耗時相當長，不過若要通過其他方式來構建模型花的時間可能更長，所以相對來說打印速度還是不錯的。

    由于閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機擁有4個步進電機，采用的還是PC電源，因此其工作噪音相當大，單層打印時，工作噪音在65dB，而一旦噴頭在Z軸方向開始移動，噪音就提升到80dB以上，還好Z軸方向的移動要待每一層打印完畢才會發(fā)生，否則光是打印噪音就能讓用戶崩潰。

    另外，由于閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機采用的時單噴頭，無法噴出支撐料，因此在打印某些缺乏支撐的部分會出現鏤空或形變，也就是說對于這類打印機來說，并不是什么形狀的模型都能夠打印的。如果需要打印有缺乏支撐部分的模型必須要使用雙噴頭的3D打印機，一個噴頭噴出鑄模材料，而另一個噴頭則噴出可溶性的支撐料，再打印結束后，通過溶解液將支撐料溶解，才能得到最終的模型。

打印開始前，生成G代碼時可選擇層高、填充率和進給速度，通過調整這些參數能夠部分提高打印精度

高度為8cm的雕塑，預計打印時間長達3小時20分，實際打印時間為3小時28分

打印模型前，首先需要打印模型的底板，以保證模型能夠穩(wěn)穩(wěn)地粘在基板上，否則會因為模型移動而導致大印失敗

打印完成后，基板會移動到打印機邊沿，待基板冷卻后模型即可取下

打印作品分析
實際打印作品

空心的玩具豬模型，由于填充率較小，內部缺乏支撐，玩具豬的頭部不能封閉，有多個缺口

填充率15％的冰激凌模型，由于結構比較簡單，打印精度要求不高，“蛋筒”部分的菱形紋路和上半部冰激凌的螺旋狀層疊比較清楚

填充率40％的人像雕塑，外觀和和模型文件基本吻合，不過由于層高為0.3mm，精細度明顯不夠，只有通過后期的打磨才能讓它的表面變得光滑

立體的“電腦報”三個字算是打印難度較低的模型，精度要求也并不太高，打印效果還是相當不錯的

工業(yè)級3D打印機打印作品

整體結構相當復雜的模型，必須加注支撐料，否則各懸空部分均無法完成，從打印精度來看，其精細程度明顯超過我們測試的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機這種消費級3D打印機

整體結構非常復雜的模型，需要大量的支撐料，而且對精度要求極高，從實際效果來看，這至少是數十萬元級的工業(yè)級3D打印機打印出來的產品，目前個人用的消費級3D打印機完全無法打印這類模型

工程師總結 王宇
消費級3D打印未成熟

    從我們測試閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機這款消費級3D打印機來看，這類3D打 印機打印能夠打印外形不是特別復雜的模型，但耗時較長，模型精細化程度相對較低，只能滿足部分個人設計師和模型愛好者的使用需求，并不能真正達到精細化制 造的水平。當然，其售價不高，打印耗材的成本也比較低，打印模型還是比較方便的，如果對模型的精度要求不高，或者有能力通過后期的手工打磨來提升模型精 度，那么這樣的消費級3D打印機不失為一個選擇。對于動手能力不強的普通用戶來說，由于并不具備購買工業(yè)級高精度3D打印機的條件，要想獲得高精度的打印模型，要么付費讓專業(yè)的3D打印機構幫你打印模型，要么等待技術的發(fā)展帶來成本更低，精度更高的消費級3D打印機。

3D打印帶來的制造業(yè)革命還很遙遠

    3D打印機從上個世紀80年代發(fā)展到今天，走過了20多年，目前的技術確實能夠實現高精度的3D打印，不過對于這種大眾夢想中的高精度打印來說，設備成本和材料的成本非常高，遠遠超出了個人用戶能夠承受的范圍。所以，即便我們看到有人通過3D打印機制造了搶支（還用不了多久），有人通過3D打印機打出了汽車，但那至少是通過DLP激光成型技術或UV紫外線成型技術來實現了，而這種技術還不是個人用戶玩得起的。

    從3D打印技術的前景來看，3D打印確實有非常好的應用前景，我們甚至看到有科學家在嘗試通過3D打印機復制皮膚和血管組織來修復人體創(chuàng)傷，不過對于普通用戶和制造業(yè)來說，3D打印的大規(guī)模產業(yè)化時機還沒有成熟。雖然現在航空業(yè)和汽車制造業(yè)在部分地采用3D打印技術，但其成本依然居高不下，還不能一統(tǒng)制造業(yè)的“江湖”。

    傳聞中3D打印帶來的制造業(yè)革命，離我們還有相當長的一段距離。

秀出你的3D打印夢想

    8月24日，我們在微博上開展了“秀出你的3D打印夢想，電腦報幫你實現”的活動，一周來我們收到了200多個打印夢想，由于技術和設備精度有限，很抱歉我們不能滿足所有讀者的心愿，下面我們將部分讀者的3D打印夢想展示出來，隨機抽取的3名“夢想成真”的讀者名單我們將在微博上公布，敬請留意。

讀者易燃易爆易碎品說：“打印我錯過的電腦報�！�
多么忠實的讀者啊，不過按《電腦報》的體積來看，再加上需要先打印固定在基板上的底板，為了讓我們的讀者看清楚，還得打印立體的字，估計一份《電腦報》得打個把月，而且打出來的“紙”和“文字”都是白色的，貌似你還是購買我們的合訂本靠譜一點。

讀者溫熙霖說：“我想打印一個水晶工藝品（其實我還沒想好要什么工藝品）�！�
這個……我們的打印原料是ABS塑料，你想多了，要不然我們打印的雕塑送給你行不？

讀者Snow閃狐說：“打印一個床上電腦桌~~好吧，其實我更想打印一個別墅住進去。”
從現有的設備來看，床上電腦桌只能打袖珍的，因為我們能打的尺寸最大為120mm×120mm×115mm，至于別墅，實心或半實心的大概也可以，同樣因為尺寸問題，抱歉你沒法住進去。

讀者TC小林子說：“要個什么呢？還是簡單一點的，來一個馬克杯吧！比較容易實現！”
確實是很容易實現的，不過這個被子不是陶瓷的，是塑料的喲。

讀者微薄陽光2010說：“打印一個ATM取款機給媳婦。”
巴掌大的可以嗎？

讀者陳二恩說：“缺個枕套。你幫我打個枕套或者枕巾吧。要厚的哦。”
可以，不過有點硬，不知道會不會硌到你的頭？

讀者Touch_Pro_2說：“打印一堆3D打印機，然后賣掉，循環(huán)下去就是世界首富了。”
子又生孫，孫又生子，子又有子，子又有孫，子子孫孫無窮匱也……

本文出自2012-09-03出版的《電腦報》第35期 B.評測實驗室