“一文看懂3D打印到底是个什么鬼”

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3d打印可以把计算机的3d建模文件变成实物。 印刷过程不需要介入，而且精度远远高于手工操作，听起来和使用都很酷。 火烧了很久，但在大众面前还是很神秘。 很多人认为实际上用不到，但有割手的冲动。 那是为了科普而来的。

本文从“原理、分类、软件和核心部件、打印过程、精度、可用性”等几个方面对3d打印和3d扫描进行简单的科普和扫盲。

原理和技术特征

3d打印是层叠薄层制作三维物体的技术。 其关键词是薄层堆叠，用不同的原理将原料一层一层地成型，堆叠。

听起来是上面的水平，大致原理是可以在xy轴平面上移动的喷头，准确控制原料的位置，打一层后，将载物台向下移动(通常是0.1mm )，然后掉一层，直到整个成品印刷。

相对于铣床(用铣削从外向内切削材料)、熔化铸造(熔化后用模具成型)等以往流传的加工方法，3d打印的最大特征是能够制作复杂的内部空之间的产品，材料利用率为100%

三维打印的类型

3d打印原理分类及优缺点

印刷精度是多少

根据原料的成形原理，从价格低到价格高，分别有熔融成形、感光性硬化、粉末粘接、激光烧结4种，这些事业原理如下。

熔融堆积成形( fdm，fused deposition modeling )是喷嘴加热熔融挤出丝状的热熔融性材料喷出，材料与温度更低的印刷台碰撞凝固，通过层堆积形成最终产品。

从光固化成型( sla，全称stereolithigraphy aptus )紫外线等光源照射感光性树脂材料，一层一层地凝固成型，通过层叠形成最终产品完成的产品。 它发展最快，技术最成熟，应用最广泛的快速成形技术。

粉末粘结( 3dp，全称three dimensional ing and gluing )通过喷嘴向陶瓷/金属/塑料粉末等材料喷射粘合剂，重复铺粉、喷雾、粘结的过程，层层叠叠得到产品。

激光烧结( sls，全称selecting laser sintering )类似于上述两种技术的混合体，向金属粉末等原料照射高功率激光进行烧结/熔合。 重复铺粉、烧结的过程，直到模具整体成形完成。 这是工业上常说的3d打印。

在最昂贵的激光烧结和粉末粘接技术中，桌面型号极少，也没有出现桌面级别的产品。 使用光固化技术的机型，价格通常从20000元起跳，所以现在的民间级3d印刷技术，基本上使用价格最低的熔融集成成形技术，很多制造商已经可以把销售价格控制在2000元左右。 所以，手门槛最低的是本篇科学普及的主角。

控制软件

除了核心机械部件外，打印机还需要最终控制打印头移动的3d建模文件。 打印机基本上带有显示器和控制按钮，但打印所需的3d建模文件需要计算机的帮助。 中端产品通常可以连接到电脑上，拥有专用的客户端，但低端产品通常只能省略连接功能，通过读取sd卡的文件来打印。

在3d打印中，只能读取用与3d数字模型n切片几乎相等的切片解决的3d建模文件，从3dmax、cad、maya等建模软件输出的. stl .3w样式文件直接转换

许多制造商网站的素材库、建模网站可以找到现有的3d建模文件，基于软件的客户可以自己建模。 入门客户最喜欢的除了手语之外，自然还有手机壳、装饰等小东西。

核心部件证书

打印头是能够在xy轨道上正确移动的加热装置，有将abs/pla材料加热熔融，将原料线压入内部的齿轮，背后有散热风扇。 机器通过皮带传动，打印头可以在x轴上左右移动，打印头和x轴整体架设在y轴上。

印刷台带有加热功能，可以正确控制上下移动的玻璃板，最高加热温度为90度(防止落下到台上的abs原料因温度过低而粘在一起)，动力源是底部的马达。 工作台边缘通常有定位点和调整工作台水平姿势(前倾延迟等)的螺钉。

原料

原料主流是将abs树脂和pla (生物降解性塑料聚乳酸)材料制成固定直径的线材( 1.75mm )捆扎在线轴上，价格通常在200元/1kg左右。 有些制造商使用盒子封装，底部添加芯片，提供原料类型和剩余量记录功能，使用方便，成本当然更高。

这两种材料都染成不同的颜色。 熔点是abs的熔点在220度左右，有不透明的粗糙感，强度更高，平台加热到90度后正常成形，但有毒性，采用后有塑料烧焦的臭味，而且本身的热收缩性大，产品

pla的熔点在200度左右，加工时的能耗更低，速度更快，半透明质感更亮，平台加热到45就能正常成形，无毒环保几乎没有异味，abs成为第一印刷原料。

印刷过程和维护。

然后，印刷台上升到最高点后开始印刷。 线状印刷材料在印刷头被加热熔融，以流体的状态流出，与印刷台接触后固化固定。 打印头的移动轨迹被这些素材“记录”，打一层后载物台向下移动，机器打二层直到物体整体被打印。

原料可以被染色，但熔融成形打印机只能通过中途改变原料的方法，印刷单色或横向颜色变化的物体。 所以，通常把产品不同颜色的部分分开印刷，最后像模型一样组装。

作业中只有3个xyz轴的马达和打印头的散热风扇的声音，噪音不大。 但是，使用abs树脂时，需要追加通风措施。

台式机打印机通常开封就可以直接使用，但如果使用时间过长，产品和平台总是太粘，需要刀片式服务器和暴力，则需要自己调整打印平台。 可能会影响成型质量，严重时，打印头和载物台可能会碰撞变形。 另外，老化的打印头也相当脏，有时也用铁丝在材料上发出“通便”。

扫描功能

有些高端机型的入门机具有3d扫描功能，可以扫描实物生成3d建模文件，现在可以从该文件中复制另一个相同的产品。

3d扫描过程

扫描文件。

现在打印机内置的通常是激光扫描装置。 被扫描物体被放置在可旋转的平台上，来自扫描仪的激光平面照射到扫描物体上，接收机计算从反射的返回光中除去物体的空之间的点数据。

但是，遗憾的是，即使是万元级别的打印机具有的扫描功能，也基本上处于不能使用的状态。 扫描功能的限制很多，散射光线的异常物质的特征，几乎都会影响扫描效果，物体高度太低，颜色太深，颜色种类太多，表面太光滑，凹陷太多太杂，内部深度太大，等等都是最终的效果。

扫描简单的几何当然没有问题，但我想用它扫描很多繁杂的手工，如果达到模型等，那基本上是不可能的……。

另外，增加了很多3d扫描功能的机型通常比原生机型贵4000元。 这个装束价格太高，所以不建议购买带3d扫描功能的派生模型。

印字速度&印字精度

终于说到3d打印机最核心的部分。 3d打印的速度远比普通人想象的慢，但各层的打印厚度为0.1-0.4mm (挤出的是0.1mm宽的原料丝)，打印1cm高的产品要达到25-100层以上也很好理解。

由于其印字时间与印字精度/层厚成比例，且原材料的放线速度恒定，因此它们的印字时间容易计算。 作为参考，精度(层厚)为0.3mm时，印刷4克重量的空心表盒需要30分钟。 印刷手掌大的手办，重量在100克以上的话，印刷需要时间，突破12小时。

实际印刷样品。

在印刷精度方面，很多人认为3d打印机的成品是最终产品，这与光固化成形的打印机相比，剩下的三种打印机的产品就像空白一样，如果要求外形和精度，成品本身就会重新打磨。

更可悲的是，最低价格的熔敷成形打印机，各层间都有明显的结合痕迹，俗称“阶梯效应”，表面相当粗糙。 看到入门级熔积成形打印机的作品，很多客户可能有一定的心理落差。

实际可用性&限制

3d打印薄层堆栈的原理可以应对很多复杂的内部结构，但这也带来了相应的限制。

横向强度不足:任何原理的打印机都是纵向薄层堆栈，因此横向强度远低于纵向。

小的大物体需要额外的支撑机构。 受重力的影响，3d打印也无法打印悬垂空的物体。 因此，必须在悬垂空的物体下面添加托架或框架。

要印刷多种颜色的产品，只能在中途改变原料或分别印刷

熔融成形的打印机只能印刷塑料制品，而且制品的硬度有限，只有粉末粘结和激光烧结才能印刷陶瓷、金属等真正有工业用途的用品。

精度和速度的矛盾:薄层层叠的薄层越薄，所需的层数和时间就越长，只能用多头和事业等方法提高速度。

总结一下

3d打印机还是新产品，熔融成形打印机的原理比较简单，但不同企业品牌和产品线之间的水很深，购买前需要简单理解常用的参数。 关于熔接成形打印机，实际上可以选择的馀地很少，万元以下基本上是单打印头的设计，支持abs和pla原料。

印刷尺寸、尺寸越大自然价格越高，但万元级打印机的印刷尺寸通常在20*20*20cm以下。 精度上，万元以下的3d打印机基本上可以达到0.1mm层厚，印字速度(放线速度)在0.2-0.5mm/s之间。