3D打印简介

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印技术的原理基本分为三部分：1.三维设计3D打印的设计过程是：先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分割”成逐层的截面，从而知道打印机逐层打印。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式STL文件格式。一个STL文件使用三角面来大致模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描来产生三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。2.打印过程打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状，粉状或片状的材料将这些截面逐层的打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其集合可以造出任何形状的物品。传统的制造技术如住塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而3D打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的3D打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。3.完成目前3D打印机的分辨力对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的3D打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。3D打印技术的快速发展给生活带来了优点的同时也带来了许多缺点，首先，3D打印相比传统制造的优势在于：速度快。一次性完成而非分布优化，产品形状想象空间更大，可以用软件做出传统制造不方便完成的形状。此外，修改成本小，只需要在软件中修改部分参数，就可以快速生产出新版。另外，3D打印缺点是：对于一般要求较低、专业性不强的部件，3D打印可以满足要求，但是对于高硬度的产品，3D打印明显力不从心。首先是材料性能差，强度、刚度、机械加工性都远不如加工方式；其次是材料局限，成本高。目前3D打印机使用的材料非常有限，主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。3D打印成品非常“脆弱”，一捏就碎，经不起折腾；再次是精度问题。由于分层制造存在台阶效应，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成与有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面势圆弧形，那么就会造成精度上的偏差。3D打印按需定制、以相对低廉的成本制造产品一度被认为是科幻想象，而现在已经变成现实，其发展趋势将逐渐加速：1.3D打印技术将成为工业化力量3D打印原先只能用于制造产品原型以及玩具。而现在它将成为工业化力量。你乘坐的飞机将使用3D打印制造的零部件，这些零部件能够让飞机变得更轻、更省油。事实上，一些3D打印的零部件已经被应用于飞机上。该技术也将被国防、汽车等工业应用于特种零部件的直接制造。总之，在你不知不觉的情况下，通过3D打印制造的飞机、汽车乃至家电的零部件数量将越来越多。2.3D技术的发展将使产品创新速度加快从新车型到更好的家电，一切产品的设计速度都将加快，从而将创新更快的退向消费者。由于运用3D打印的快速原型制造技术能够缩短把产品概念转化为成熟产品设计的时间，设计人员将能够专注于产品的功能。虽然使用3D打印的快速原型制造技术并不是新鲜事物，但迅速降低的成本、功能得到改进的设计软件以及越来越多的打印材料意味着设计人员将能更方便的使用3D打印机，使他们能够在设计的早期阶段就打印出原型产品、进行修改以及重新打印等等，从而加速创新，其结果将是更好的产品以及更快的设计速度。3.3D打印机为制造工厂提供助力我们有望再制造工厂力看到3D打印机。一些特殊的零部件已经由3D打印机更经济的生产出来了。但仅仅是在小规模范围内。对于3D打印技术，很多制造商将开始尝试原型制造以外的应用。随着3D打印机的性能不断提高以及制造商将其整合进生产线和供应链的经验变得更加丰富，我们有望看到集成了3D打印零部件的混合制造工艺。而消费者渴望的那些需要通过3D打印机制造的产品将进一步加速此进程。4.3D打印技术将用于医学领域通过3D打印制造的医疗植入物将提高你身边一些人的生活质量，因为3D打印产品可以根据确切体型匹配定制，如今这种技术已被应用于制造更好的钛质骨植入物、义肢以及矫正设备。打印制造软组织的实验已在进行当中，很快通过3D打印制造的血管和动脉就有可能应用于手术之中。目前3D打印技术在医疗应用方面的研究涉及纳米医学、制药乃至器官打印。做最理想的情况是，3D打印技术在未来某一天有可能使定制药物成为现实，并缓解器官供体短缺的问题。对于中国3D打印技术的发展，与发达国家相比，还不算太好，一些关键环节仍存在问题，比如产业链不完整、关键打印材料制造技术及产业化仍有短板、大功率激光器等核元心件仍依靠进口等。