3D 打印超入門

        在這篇文章里我們?cè)噲D回答幾個(gè)關(guān)于 3D 打印的基本問題。


        什么是 3D 打��？
       
3D 打印是指將原料（塑料、金屬）層層堆疊、形成 3D 物體的制造工藝。由于與傳統(tǒng)的、通過對(duì)材料進(jìn)行去除裁切等操作來制造物體的工藝不同，它也被稱為增材工藝。3D 打印機(jī)使用的材料和技術(shù)各異，但是它們都可以將數(shù)字化的文件轉(zhuǎn)化為物理實(shí)體。
       
3D 打印到底算打印嗎？
       
在韋氏詞典中，“打印”主要指制造出版物或者照片，主要目的是用于展示，從這個(gè)意義上來說 3D 打印確實(shí)與傳統(tǒng)意義上的“打印”不同。但是，從技術(shù)角度來說，3D 打印相當(dāng)于將傳統(tǒng)打印技術(shù)應(yīng)用于原料的箔層，然后通過不斷疊加這些箔層來構(gòu)建物體，因此將 3D 打印歸于打印也算說的過去。
       
3D 打印的原理是什么？
       
3D 打印機(jī)使用的技術(shù)多種多樣。選擇性激光燒結(jié)術(shù)（Selective Laser Sintering，SLS）使用高能激光來熔化
        塑料、金屬、陶瓷或者玻璃的粒子并使他們固化成型。在熔融沉積造型術(shù)（Fused Deposition Modeling, FDM）中，加熱的噴頭將樹脂塑料進(jìn)行軟化，然后勾勒物體。今天的大多數(shù)桌面 3D 打印機(jī)使用 FDM 工藝。
        多噴頭塑型術(shù)（Multi-jet modeling）與傳統(tǒng)打印機(jī)的噴墨技術(shù)類似，它通過將彩色的膠狀物噴灑到原料粉末上來制造物體。這種方法非常高速，而且是為數(shù)不多的、支持彩色打印的工藝。另一種 3D 打印工藝使用數(shù)字光透射儀照射液體聚合物，被照射到的地方固化，逐層照射后固化的部分便疊加成為物體。電子束熔煉術(shù)（Electron Beam Melting，EBM）則使用電子射線逐層熔化金屬粉末。你可以在這里更詳細(xì)的了解 3D 打印的各項(xiàng)工藝。
        許多 3D 打印工藝?yán)�用類似噴頭的設(shè)備，向打印平臺(tái)擠壓出液體或者熔化的原料來制作物品。大部分打印機(jī)的打印平臺(tái)固定而噴頭移動(dòng)，當(dāng)然與之相反的噴頭固定、打印平臺(tái)移動(dòng)的 3D 打印機(jī)也存在。物品根據(jù) CAD 文件中的指令來制造。3D 打印機(jī)可以使用的材料越來越多，包括金屬（比如不銹鋼、焊接材料、鋁、鈦）；塑料和聚合物；陶瓷；石膏；玻璃甚至是諸如奶酪、糖粉以及巧克力這樣的食材。
       
誰發(fā)明了 3D 打��？
       
第一臺(tái) 3D 打印機(jī)由 Charles W. (Chuck) Hull 于 1988 年發(fā)明，使用的是光固化立體造型術(shù)（stereolithography, SLA)。之后 Hull 成立了 3D Systems 公司，制造并販賣使用 SLA 工藝的 3D 打印機(jī)。SLA 一般價(jià)格都較高。今天的 3D Systems 的產(chǎn)品線覆蓋了從入門級(jí)到專業(yè)級(jí)的商用設(shè)備。這里有一份 3D 打印的年表，相信能夠幫助您更好的了解這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀。
       
3D 打印有什么好處？
       
3D 打印使設(shè)計(jì)師得以快速將概念轉(zhuǎn)化為 3D 實(shí)體模型，也使制造商能夠應(yīng)需制造，提高存貨管理并減少倉(cāng)儲(chǔ)空間。與傳統(tǒng)的減材制造工藝不同，3D 打印中浪費(fèi)的原料很少。最重要的是，它將改變了制造的天性，人們甚至可以下載一個(gè)電子設(shè)備的 3D 模型，然后在家里制作。
       
3D 打印機(jī)能打印什么？
       
雖然 3D 打印最初是為了快速制造產(chǎn)品原型而誕生的，但是人們已經(jīng)開始使用 3D 打印機(jī)來制作最終的產(chǎn)品，包括鞋子、家居，首飾，工具，禮物以及玩具。汽車與航空制造業(yè)也利用 3D 打印機(jī)制造部件，藝術(shù)家借以制造雕塑，建筑師可以制造模型。
        整形醫(yī)師現(xiàn)在可以利用 3D 打印來制造助聽器、牙齒或者進(jìn)行骨移植。同時(shí)，人們正在研究能夠組織細(xì)胞層從而制造人工器官的 3D 打印機(jī)。
        3D 打印也能利用電子或者光學(xué)墨水，將電子材料或者線路板打印在柔軟材料上，從而制作電子設(shè)備。它能夠非常廉價(jià)的制造一些低端器件。
       
什么是 3D 打印服務(wù)？
       
不購(gòu)買 3D 打印機(jī)，你也可以從 3D 打印中受益。類似于 Shapeways 和 Sculpteo 這樣的 3D 打印服務(wù)商提供 3D 打印機(jī)，讓人們可以打印禮物或者其他物品，然后將它們遞送給用戶。用戶可以提交自己的 CAD 文件，或者從服務(wù)商提供的、由其他用戶設(shè)計(jì)的物品中選擇。想要了解現(xiàn)在有那些 3D 打印服務(wù)商，可以參考這篇文章。
       
怎么樣才能得到一臺(tái)桌面 3D 打印機(jī)？
       
得益于 DIY 精神以及開源項(xiàng)目，過去幾年涌現(xiàn)出許多相對(duì)廉價(jià)的桌面 3D 打印機(jī)。開源硬件項(xiàng)目 RepRap 是其中之一，任何人都能夠通過公開的圖紙制造自己的 RepRap 打印機(jī)。它能夠打印塑料物體，包括它自己的絕大部分組件。MakerBot Industries 在 RepRap 基礎(chǔ)上進(jìn)行了演進(jìn)，并推出了自己的 3D 打印機(jī)。最近 3D 打印的先驅(qū) 3D Systems 也進(jìn)入了桌面3D 打印機(jī)領(lǐng)域。在這里我們更加詳細(xì)的介紹了桌面 3D 打印機(jī)，并比較了部分機(jī)型的性能。
       
為了 3D 打印需要用到什么軟件？
       
3D 打印機(jī)一般都支持 STL 文件。STL 代表 stereolithography，由 3D 打印的發(fā)明者 Chuck Hull 設(shè)計(jì)。幾乎所有的 CAD 軟件都能輸出 STL 文件，不管是昂貴的商用產(chǎn)品 AutoCAD，或者像 SketchUp、Blender 這樣的免費(fèi)開源軟件。許多 3D 打印機(jī)生產(chǎn)商會(huì)隨機(jī)附送他們自己的、用于優(yōu)化設(shè)計(jì)的 CAD 軟件。在這里，我們介紹了一些入門級(jí)的 3D 建模軟件。
       
3D 打印的未來怎樣？
       
在未來的十年中，3D 打印機(jī)將在我們的日常生活中扮演越來越重要的角色。雖然它們今天只能制造堅(jiān)硬的、由單一物質(zhì)構(gòu)成的物體，但是我們會(huì)看到越來越多的復(fù)雜的、由多種材料構(gòu)成的物體被制造出來。使用今天的3D 打印機(jī)，你只能打印遙控器的外殼，但是不久后，你就能打印遙控器了。
        3D 打印仍然處于襁褓期，我們將會(huì)目睹諸多創(chuàng)業(yè)公司、DIY 用戶以及傳統(tǒng)大公司進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。這和 1970 年代的個(gè)人電腦產(chǎn)業(yè)非常類似。雖然 3D 打印也許不會(huì)像個(gè)人電腦那樣對(duì)我們每個(gè)人的生活產(chǎn)生重大影響，但是制造業(yè)定將因此而不同，讓我們拭目以待。