工作步驟 3D打印機工作步驟是這樣的:先通過計算機建模軟件建模[1],如果你有現成的模型也可以,比如動物模型、人物、 或者微縮建筑等等。然后通過SD卡或者USB優盤把它拷貝到3D打印機中,進行打印設置后,打印機就可以把它們打印出來,其工作結構分解圖如下。3D打印機的工作原理和傳統打印機基本一樣,都是由控制組件、機械組件、打印頭、耗材和介質等架構組成的,打印原理是一樣的。3D打印機主要是在打印前在電腦上設計了一個完整的三維立體模型,然后再進行打印輸出。
3D打印與激光成型技術一樣,采用了分層加工、疊加成型來完成3D實體打印。每一層的打印過程分為兩步,首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水,膠水液滴本身很小,且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末,粉末遇到膠水會迅速固化黏結,而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下,實體模型將會被“打印"成型,打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨"出模型,而剩余粉末還可循環利用。
三維設計
三維打印的設計過程是:先通過計算機建模軟件建模[1],再將建成的三維模型“分區"成逐層的截面,即 切片[2],從而指導打印機逐層打印。
設計軟件和打印機之間協作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產生的三維文件的掃描器,其生成的VRML或者WRL文件經常被用作全彩打印的輸入文件。
打印過程
打印機通過讀取文件中的橫截面信息,用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來,再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
打印機打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米來計算的。一般的厚度為100微米,即0.1毫米,也有部分打印機如Objet Connex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴"的直徑通常為50到100個微米。 用傳統方法制造出一個模型通常需要數小時到數天,根據模型的尺寸以及復雜程度而定。而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數個小時,當然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度而定的。
傳統的制造技術如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產品,而三維打印技術則可以以更快,更有彈性以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的三維打印機就可以滿足設計者或概念開發小組制造模型的需要。
完成
目前三維打印機的分辨率對大多數應用來說已經足夠(在彎曲的表面可能會比較粗糙,像圖像上的鋸齒一樣),要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法:先用當前的三維打印機打出稍大一點的物體,再稍微經過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率"物品。
有些技術可以同時使用多種材料進行打印。有些技術在打印的過程中還會用到支撐物,比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西(如可溶的東西)作為支撐物。
應用領域
3D打印機的應用對象可以是任何行業,只要這些行業需要模型和原型。以色列的Objet公司(已更名為Stratasys,2012年)認為,3D打印機需求量較大的行業包括政府、航天和國防、醫療設備、高科技、教育業以及制造業。
醫療行業。一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染,因此換上了由3D打印機“打印"出來的下顎骨,這是世界上*使用3D打印產品做人體骨骼的案例。
骨骼打印 據國外媒體報道,在不久的將來外科醫生們或許就將可以在手術中現場利用打印設備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的3D打印機已經被制造出來了,而用于替代真實人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測試之中。
在實驗室測試中,這種骨骼替代打印材料已經被證明可以支持人體骨骼細胞在其中生長,并且其有效性也已經在老鼠和兔子身上得到了驗證。未來數年內,打印出的質量更好的骨骼替代品或將幫助*醫師進行骨骼損傷的修復,用于牙醫診所,甚至幫助骨質疏松癥患者恢復健康。
3D打印技術迅速興起,成為炙手可熱的新型產業,它可以打印的立體產品種類正迅速增加。為了打印骨 骼材料,博斯和她的同事們使用了一臺商業銷售的ProMetal 3D打印機進行測試。這種3D打印機zui初的設計目的是為了打印金屬件。它會逐層噴灑塑料膠粒在一層粉末基底之上并逐層成型。每一層的厚度僅相當于人的頭發絲寬度的一半。
這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣,其中還額外添加了硅和鋅以便增強其強度。當它被植入人體內之后可以暫時起到骨骼的支撐作用,并在此過程中幫助正常骨骼細胞生長發育并由此修復之前的損傷,隨后這種材料可以在人體內自然溶解。
科學家們花費4年時間才找出這種材料的合適配方,其中涉及化學,材料學,生物學和工藝科學的諸多學科。
科學研究。美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描,利用3D打印技術做出了適合研究的3D模型,不但保留了原化石所有的外在特征,同時還做了比例縮減,更適合研究。
產品原型。比如微軟的3D模型打印車間,在產品設計出來之后,通過3D打印機打印出來模型,能夠讓設計制造部門更好的改良產品,打造出更出色的產品。
文物保護。博物館里常常會用很多復雜的替代品來保護原始作品不受環境或意外事件的傷害,同時復制品也能將藝術或文物的影響傳遞給更多更遠的人。史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽,所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。
建筑設計。在建筑業里,工程師和設計師們已經接受了用3D打印機打印的建筑模型,這種方法快速、成本低、環保,同時制作精美。*合乎設計者的要求,同時又能節省大量材料。
制造業。制造業也需要很多3D打印產品,因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統制造好很多。而3D打印技術本身非常適合大規模生產,所以制造業利用3D技術能帶來很多好處,甚至連質量控制都不再是個問題。
食品產業。沒錯,就是“打印"食品。研究人員已經開始嘗試打印巧克力了。或許在不久的將來,很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機“打印"出來的。當然,到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。
汽車制造業。不是說你的車是3D打印機打印出來的(當然或許有一天這也有可能),而是說汽車行業在進行安全性測試等工作時,會將一些非關鍵部件用3D打印的產品替代,在追求效率的同時降低成本。
配件、飾品。這是zui廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒,還是有你半身浮雕的手機外殼,抑或是你和愛人擁有的世界上*的戒指,都有可能是通過3D打印機打印出來的。甚至不用等到未來,就可以實現。
美容護膚。3D打印技術未來也可能會幫助愛美人士進行整容,說不定未來zui有效果的青春痘的治療方法就是通過3D打印技術來實現呢!不僅青春痘,包括祛斑,美白等領域都有希望使用到3D打印技術的!