三維打印機知識

1、三維打印的過程總體來說，無論三維打印機使用何種方法，它的打印過程通常都是相同的，一般可以分為八個步驟?？傮w來說，無論三維打印機使用了何種方法，它的打印過程通常都是相同的。Ian Gibson、David W. Rosen和Brent Stucker出版了疊層制造技術(shù)：直接數(shù)字制造的快速成型（Additive Manufacturing Technologies: RapidPrototyping to Direct Digital Manufacturing）一書，其中列出了疊層制造（AM）過程中通用的八個步驟：第一步：計算機輔助設計（CAD）用CAD 軟件建造一個三維模型。此軟件通過使用某些

2、材料的科學數(shù)據(jù)，建造出一個虛擬模型，從而預測打印出的物體在不同的情況下將怎樣運作。此外，通過這種方法，該軟件能為成品結(jié)構(gòu)的完整性提供一些線索。第二步：轉(zhuǎn)到STL從CAD制圖轉(zhuǎn)換到STL模板。STL是標準鑲嵌語言(standard tessellation language)的英文縮寫，STL是1987年為三維制造系統(tǒng)開發(fā)出的文件格式，供立體光固化成型（stereo lithography apparatus，SLA）設備使用。第三步：轉(zhuǎn)到AM機器和STL文件處理AM的使用者將STL的文件拷貝到計算機中，由計算機控制三維打印機工作。在這里，使用者能夠指定打印尺寸和方向。這和你用平面打印機進行雙面

3、打印或調(diào)整橫縱方向一樣。第四步：設置機械對于怎樣為新的打印工作做準備，每一臺機器都有它獨特的需求。這不僅包括填充聚合物、粘合劑和打印機所需要的其他材料，同時也需要安裝一個托盤作為基礎，或者使用一種能夠建立水溶性支撐結(jié)構(gòu)的材料。 第五步：建造讓每臺機器都做它自己的工作；建造過程幾乎是自動化的。每一層通常是0.1毫米厚，有時也會厚一點或薄一點。這取決于物體的大小，使用的材料和打印機本身。建造過程可能會持續(xù)數(shù)小時甚至數(shù)天。在這個過程中要定期檢查進度，確保無誤。第六步：移出將打印好的產(chǎn)品（或一些情況下的多個產(chǎn)品）從機器里取出來。這時要采取相應的保護措施以避免對人身造成傷害，例如戴上手套是為了遠離高溫的

4、表面或者有毒的化學物質(zhì)。第七步：后期加工對許多三維打印機打印出的產(chǎn)品需要做一些后期處理，包括了刷去所有的殘留粉末，或是沖洗產(chǎn)品以除去水溶性的支撐結(jié)構(gòu)。由于一些材料需要時間硬化，所以剛打印出的產(chǎn)品在這個環(huán)節(jié)是十分脆弱的。因此我們要倍加小心以確保它不被損壞。第八步：應用使用這一打印產(chǎn)品。三維打印的成本自誕生之日開始，三維打印就是一項耗資巨大的技術(shù)。但隨著技術(shù)的推廣和進步，三維打印的成本和產(chǎn)品的價格也越來越低。自誕生之日開始，三維打印就是一項耗資巨大的技術(shù)。早先在文章里提到的PTCAM's SLA，成本超過了25000美元；每加侖液體塑料也價值大約800美元。有這種器材的組織可以向外界提供三

5、維打印服務，或是把設備租給某些公司。 如今，盡管高昂的價格比先前已經(jīng)有所降低，但很多大型工業(yè)疊層制造機械仍然價值不菲。比如，在2011年2月，“3D系統(tǒng)”公司的 ProJet CPX 3000系統(tǒng)的售價高達79999美元，它生產(chǎn)的復雜模型可以達到11.75×7.3×8（單位:英寸）,即298×185×203（單位:毫米）。這個價格，并不包括所需的VisiJet CPX200蠟材，一套四盒裝的該材料就要花費975美元。不過，Stratasys公司的“三維度”打印機卻證明了三維打印技術(shù)如何變得便宜一點。舉個例子，Dimension Elite打印機可以做出產(chǎn)

6、品級別的塑料模型，達到8×8×12（單位：英寸），即203×203×305（單位：毫米）的尺寸，但起價僅為29900美元。此外，Dimension Elite 打印機使用的ABS Plus塑料打印材料有九種不同的顏色，而且可以用在Stratasys'公司的臺式uPrint打印機上，起價為14900美元。目前已經(jīng)有許多三維打印的產(chǎn)品，它們正變得越來越便宜。而且，對其他的制造方式，三維打印技術(shù)也顯得更有效率。例如，Solidscape公司把牙科實驗室作為小型三維打印機的客戶之一。牙科模型的成本在30000到60000美元之間，而建造和供應相關原料需再

7、花費幾百美元。這些和其他形式的三維打印機能夠比老方法更快更精確地制作出精巧的牙冠、橋托和假牙模型，這也使牙科實驗室的生產(chǎn)力得到提高。三維打印促變革在今天的工業(yè)生產(chǎn)中，越來越多的制造者們依賴三維打印制造零件和模型，而其他的行業(yè)對此也躍躍欲試。甚至在藝術(shù)和家具行業(yè)中，三維打印也有妙趣橫生的應用。圖片說明：PTCAM運用三維打印技術(shù)制作的發(fā)動機歧管模型如果在網(wǎng)上搜索“三維打印”的相關信息，你就會發(fā)現(xiàn)這項技術(shù)的推廣程度正以幾何數(shù)字增長。其中的一個重要原因是，在今天的工業(yè)生產(chǎn)中，越來越多的制造者們依賴三維打印制造零件和模型。例如，在汽車工業(yè)中，設計師在設計新的零部件時已經(jīng)習慣于使用三維打印技術(shù)來制作快速

8、模型。上圖所示即為PTCAM運用三維打印技術(shù)制造出的汽車歧管模型。通過此視頻連接可以觀察到此模型的立體結(jié)構(gòu)：short video。另一個重要原因則是，工業(yè)生產(chǎn)以外的很多新興行業(yè)也開始在他們的專業(yè)領域中嘗試運用這項高科技。例如，舊金山的假肢訂制企業(yè)CA正應用三維打印技術(shù)制作獨特的假肢覆蓋物。同時他們也在嘗試用這項技術(shù)制造完整的假肢。如果能夠成功，那么這種新的假肢比用傳統(tǒng)方式制造的更便宜，而且可以讓使用者放心地機洗。類似的，沃爾特里德陸軍醫(yī)療中心(Walter Reed Army Medical Center)運用三維打印技術(shù)制造的人體模型可以為外科醫(yī)生做面部整形手術(shù)提供幫助。 航空航天工業(yè)的工

9、程師們則借助三維打印技術(shù)對產(chǎn)品進行大規(guī)模改進。現(xiàn)在他們已經(jīng)采用了快速成型法來輔助產(chǎn)品測試、改進設計及觀察產(chǎn)品工作狀態(tài)。而航空研究公司EADS對三維打印技術(shù)抱有更大的期待：他們希望能夠借此自主生產(chǎn)包括大型飛機機翼在內(nèi)的航空器配件。EADS的研究者們把這項技術(shù)看作是一項綠色科技，他們相信利用三維打印制造出來的飛機機翼會更輕，因而可以減少能源消耗。據(jù)悉，這項舉措可以減少CO2排放，并且每條航線每年可以節(jié)省大約3000美元的開支。除此以外，三維打印技術(shù)在藝術(shù)領域還有一些妙趣橫生的應用。藝術(shù)家和設計師們用創(chuàng)造性的方式制作出了曼妙的藝術(shù)品、驚艷的時尚新品以及新奇的家具家裝。平面設計師Torolf Saue

10、rmann用三維打印技術(shù)制作了一尊色彩斑斕的立體雕塑。荷蘭的自由創(chuàng)作公司（Freedom of Creation, FOC）正在出售由光燒結(jié)聚酰胺制成的產(chǎn)品，其中包括一種有著錯綜復雜的幾何設計，款式獨特的臺燈。它的表面由環(huán)環(huán)相扣的塑料環(huán)構(gòu)成，造型酷似鎖子甲。另外，F(xiàn)OC還與多家企業(yè)如飛利浦、諾基亞、耐克、愛世克斯、現(xiàn)代汽車有合作關系，這些企業(yè)都會采用他們的設計和打印服務。定制寵物,只需按下“打印”鍵在不久的將來，定制寵物或?qū)⒊蔀榭赡?。這篇新聞是經(jīng)濟學人在3月31日發(fā)布的“新聞”，雖然是為了愚人節(jié)而發(fā)布的“娛樂新聞”，卻著實吸引眼球，也反映出3D打印技術(shù)的一個研究方向?！按蛴櫸铩钡膭?chuàng)意可謂是近

11、年來繼克隆、人工器官等科技后的又一個奇思妙想。它效仿現(xiàn)實生活中的打印機，將墨水換做細胞，構(gòu)想出打印3D寵物的想法。這樣的創(chuàng)意光是想想就十分令人興奮，加上文章對打印機原理的闡述，讓人相信這種想法很有可能實現(xiàn)。就讓我們期待吧！打印寵物！在過去的幾年里，疊加制造算得上是最有趣的新興科技之一。它使用3D打印技術(shù)，能夠制造出從小提琴到無人駕駛飛機等各種產(chǎn)品，使設計者的奇思妙想變成真的商品?，F(xiàn)在，一家位于San Melito的名叫基因復制公司（the Gene Duplication Corporation）的小型企業(yè)想將這種技術(shù)發(fā)展到極限。4月1日，該公司將宣布他們用3D技術(shù)生產(chǎn)定制寵物的計劃。在過去的

12、幾年里，疊加制造算得上是最有趣的新興科技之一。它使用3D打印技術(shù)，能夠制造出從小提琴到無人駕駛飛機等各種產(chǎn)品，這使設計者的奇思妙想變成真的商品?，F(xiàn)在，一家位于San Melito的名叫基因復制公司（the Gene Duplication Corporation）的小型加利福利亞公司想將這種技術(shù)發(fā)展到極限。這個星期日，該公司將宣布他們用3D技術(shù)生產(chǎn)定制寵物的計劃。打印器官（例如用作移植的腎臟等）的創(chuàng)意已經(jīng)存在了很多年。其工作原理是先分別培養(yǎng)不同種類的細胞，再將它們一層層噴射出來，細胞間用一種叫水凝膠的粘合劑粘合，從而塑造出想要的形狀。這種打印器官的方法是十分簡單的，例如，腎臟只包含8種細胞。一

13、只哺乳類動物，也不過由220種細胞組成。然而，將這些細胞擺放到正確的位置卻要復雜得多。為了解決這個難題，GeneDupe的研究人員使用納米斷層掃描儀分析了動物（特別是不同種類的狗）體內(nèi)每一個細胞的位置和性質(zhì)，納米斷層掃描技術(shù)是一種更為精密的計算機斷層掃描技術(shù)（CT），其分辨率可達500納米（一納米為十億分之一米）。這種技術(shù)不僅能復制現(xiàn)有的品種，還能夠根據(jù)顧客的要求，生產(chǎn)出具有不同結(jié)構(gòu)、顏色和行為習慣的全新品種。GeneDupe公司的“萬能寵物打印機”儲存了這220種細胞，它們都是由公司的組織學實驗室從干細胞培養(yǎng)出來的。打印程序是根據(jù)動物的3D結(jié)構(gòu)編寫的。公司的科研人員根據(jù)斷層掃描儀顯示的細胞排

14、列設計出了這種打印機。這些細胞懸浮在玻璃培養(yǎng)箱中，每個培養(yǎng)箱都連接著一個由電腦控制的噴槍。不同種類的水凝膠也被分別儲存。其中，一種叫做osteogel的水凝膠特別重要，因為它凝固后能為動物提供最初的骨架。一旦打印出來的生物活過來，這些水凝膠將逐漸被生物分泌物所替代，例如osteogel會被骨骼取代。Fril醫(yī)生所面臨的最大的難題便是打印神經(jīng)細胞。和其他大多數(shù)的體積很小的細胞不同，神經(jīng)細胞的軸突和樹突可能從脊髓一直延展到腳趾。為了解決這個問題，在打印寵物時，研究人員在每個細胞層上神經(jīng)細胞會穿過的地方保留一個小孔。然后，在下一層細胞被打印之前，神經(jīng)生長因子將填滿這些小孔。這樣，神經(jīng)細胞在身體打印完

15、成后便會迅速長出樹突與軸突，然后順著小孔延伸到正確的位置。事實上，打印神經(jīng)細胞是整個過程的關鍵。因為除了尺寸，獵犬與羅威那犬（Rottweiler）有著幾乎一模一樣的心臟、腎臟以及肝臟。對許多寵物的主人來說，動物皮毛的顏色是十分重要的。通過在皮膚中設置合適的黑色素細胞，人們就能輕松決定皮毛顏色，但定制動物的習性則要復雜得多。控制動物的習性意味著要在大腦中設置相應的神經(jīng)細胞組合，因為不同的神經(jīng)細胞對動物習性有不同的影響。GeneDupe公司已經(jīng)攻克了這個難題，他們可以細微地調(diào)整寵物的習性。無論你是要一只溫順的羅特韋爾犬，還是一只兇猛的獵犬，這些都可以實現(xiàn)。不過，F(xiàn)ri醫(yī)生認為對犬類氣味標記行為的

16、修改可能最受歡迎，因為路燈再也不會被狗狗當做解手或溝通的場所。GeneDupe的產(chǎn)品狗都預先經(jīng)過了處理，這使得它們能夠識別該公司設計的“狗狗廁所”。這種廁所能夠散發(fā)出一種人類無法察覺但是犬類卻能夠識別的特殊氣味。當然，一些技術(shù)難題仍然有待解決，但是Fril醫(yī)生希望不久就能收到訂單。如今，他想開發(fā)公司的下一代產(chǎn)品，為那些通過傳統(tǒng)方式?jīng)]能找到合適伴侶的人生產(chǎn)出男女朋友，因為這個群體的比例是相當驚人的。如果一切順利，這款產(chǎn)品在情人節(jié)之前就會上市。不然的話，消費者可能就得等到明年的愚人節(jié)了。家用型三維打印或許在不遠的將來，普通家庭也負擔得起三維打印的費用，到時我們就可以定制自己需要的物品了。如今，一些

17、公司正在致力于開發(fā)家用型的三維打印機。既然你對常規(guī)的三維打印技術(shù)已經(jīng)有所了解，同時也知道了不同產(chǎn)業(yè)是如何應用這些技術(shù)的，你可能會好奇，什么時候自己也可以打印一個定做的電腦鼠標、給孩子的玩具卡車或是辦公室里的完美工具箱。正如我們所看到的，三維打印很昂貴，不管是在機械還是材料方面，都是如此。但是像3D Systems公司的V-Flash這樣的產(chǎn)品，正在為公眾能購買的家用型三維打印機鋪平道路。這種V-Flash個人三維打印機重量在150磅以下，能夠建造長9英尺6英寸、寬3/4英寸、高8英寸（長228毫米，寬171毫米，高203毫米）的物品，而且它小到可以放在辦公桌上。V-Flash打印機售價9900美元，這一價格比當前市場上的其他三維打印機更有吸引力。V-Flash打印機的打印材料是一種叫做薄膜轉(zhuǎn)移樹脂的耐用塑料（film transfer resin，F(xiàn)TI），這種材料每1.8千克賣850美元。除了材料，你還要搭建襯墊，作為打印機打印第一層的起始表面。襯墊成本約為95美元一套，包括20個襯墊。如果V-Flash的費用超出了你的家庭預算，你還有一些其他的選擇。某些熱情的制造商和DIY愛好者已經(jīng)提出了他們自己的解決方案。例如，物理學家和博客寫手Windell Oskay在2007年通過燒結(jié)法用糖制出了物品。這個項目稱為糖果工廠，它的網(wǎng)站是CandyFa