A概要
如今隨著種類繁多的3D打印機(jī)廣泛應(yīng)用，您可以盡情選擇適合制造的機(jī)器：從特殊和非常規(guī)形狀的塑料玩具、巧克力到牙科陶瓷材料、身體模型或假肢，再到所有尺寸的金屬工業(yè)部件，等等。需要咖啡杯嗎？您可以打印出來。想要房子？也沒問題。雖然您采用的3D打印技術(shù)類型完全取決于項(xiàng)目需求和應(yīng)用材料的特性，但任何3D打印機(jī)工作的背后原理基本上可以歸結(jié)為：使用3D模型，通過將塑料、復(fù)合材料或生物材料的微小部分組合在一起，自下而上（或反向），構(gòu)建起一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物理實(shí)體。
3D打印技術(shù)
SLA、DLP、CLIP、MJ、BJ、FDM、FFF、SLS等等。
3D打印材料
樹脂、ABS、HIPS、HDPE、PLA、復(fù)合材料、TPU等等。
3D打印機(jī)的應(yīng)用范圍
汽車、航空航天、建筑、醫(yī)療健康、消費(fèi)品
前言
3D打印已經(jīng)風(fēng)靡全球，事實(shí)證明在促進(jìn)定制制造方面具有難以置信的影響力。輕而易舉成為了我們這個(gè)時(shí)代具革命性的創(chuàng)新之一，所以讓我們首先了解一下原因。究竟是什么原因讓3D打印似乎無處不在？
憑借眾多用途和無盡潛能——隨著技術(shù)專利到期，這些可能性還將不斷增加——3D打印在過去幾年里取得了突破性增長。如今廣受歡迎的原因之一（除了科技感之外）是現(xiàn)代3D打印機(jī)入門上手更加簡單。因此，居家辦公的建模者或教職人員可以像大型制造商一樣使用該技術(shù)。
不僅打印在生產(chǎn)越來越多的定制產(chǎn)品方面變得越來越快，而且科學(xué)家們不斷想出巧妙的打印方法，并且結(jié)合多種材料。3D打印的開發(fā)必將具有商業(yè)潛力，可以在制造時(shí)節(jié)約成本，例如讓假肢更便宜，量身定做的產(chǎn)品更舒適，以及加快備件的生產(chǎn)。
在本文中，我們將探討什么是3D打印機(jī)以及它們的工作原理，同時(shí)還將討論3D打印技術(shù)和應(yīng)用，在介紹3D打印過程的關(guān)鍵步驟時(shí)為您提供一些背景知識。
雖然這一概念的開發(fā)——利用設(shè)備、工具、材料，以及用塑料絲或粉末生成幾乎任何東西的想法——對許多人來說仍然是未來主義的天方夜譚，但3D打印不僅是令人興奮的探索，而且容易掌握。
簡而言之，該技術(shù)使用3D模型通過一系列技術(shù)，物理生成完整的3D物體，也被稱為增材制造。用來解釋3D打印的常見比喻是反向烘焙一條切片面包：想象一下，您正在單獨(dú)烘焙每片面包，然后將它們粘在一起形成一整條面包，而不是常規(guī)做法：先烘焙一整條面包然后再切片。
現(xiàn)在您了解了基本概念，讓我們深入了解細(xì)節(jié)！
什么是3D打印？
早在20世紀(jì)80年代，當(dāng)3D打印工藝出現(xiàn)時(shí)，它就與快速原型制造的概念相關(guān)。這是由于該工藝有助于開發(fā)出比以往任何其他方法都要準(zhǔn)確和迅速的原型。Chuck Hall是第一臺3D打印機(jī)的發(fā)明者之一，他在1986年創(chuàng)造了歷史，發(fā)明了立體光刻技術(shù)并獲得了專利——或者按現(xiàn)在更普遍的說法是SLA。Hall隨后創(chuàng)立了3D Systems公司，該公司直到今天仍是行業(yè)支柱。從而啟動了一項(xiàng)被視為科幻電影的技術(shù)革命。
無論過去還是現(xiàn)在，3D打印機(jī)都是令人驚嘆的次時(shí)代機(jī)器，使用3D模型從各種材料中創(chuàng)建物理對象。3D打印機(jī)并不使用普通噴墨打印機(jī)的墨水，而是使用各種材料，例如熔融塑料、橡膠、金屬粉末和碳纖維。
什么是3D打印，本質(zhì)上：是層層堆疊，然后用粘合劑材料或紫外線將它們?nèi)诤显谝黄穑瑒?chuàng)建的3D物體。
3D打印機(jī)如何工作？
這需要結(jié)合高質(zhì)量的軟件、適合的材料和工業(yè)級的工具才能憑空創(chuàng)建3D對象。為了了解這種組合究竟是如何運(yùn)行的，讓我們仔細(xì)看看3D打印過程的三個(gè)基本步驟：首先，您需要一個(gè)3D文件，可以通過下載、3D掃描或自行設(shè)計(jì)。接著，選擇所需的3D打印技術(shù)。將您的設(shè)計(jì)發(fā)送到3D打印機(jī)生成所需的物體。
讓我們仔細(xì)了解一下這些步驟的細(xì)節(jié)。
3D建模和3D掃描
如何制作3D模型？至少有兩種方案：使用3D建模軟件，或通過3D掃描將現(xiàn)實(shí)世界的對象數(shù)字化。雖然這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但您的選擇在很大程度上取決于項(xiàng)目的需要。如果您想更深入地研究該主題，請查看我們關(guān)于如何制作3D模型的指南。
頂尖的3D建模軟件一大優(yōu)勢是其豐富的功能。作為一名專業(yè)人士，它可以幫助您創(chuàng)建可以想到的任何模型，從鐘表的微型部件到圍繞它的整個(gè)鐘樓。這正是您憑空設(shè)計(jì)對象、對模型進(jìn)行創(chuàng)意或獲得無法掃描的對象模型所需要的。
在3D建模軟件中設(shè)計(jì)自己的模型，優(yōu)勢是逼真的可視化、藝術(shù)表現(xiàn)力以及能夠利用各個(gè)平臺提供的3D素材庫。這種方案也存在劣勢，創(chuàng)建3D模型非常耗時(shí)，而且結(jié)果往往不準(zhǔn)確。
關(guān)鍵詞
3D掃描能夠?qū)⒛F(xiàn)實(shí)世界中的物體、人，甚至整個(gè)建筑物、場景或環(huán)境精確地?cái)?shù)字化。
不必?fù)?dān)心——有另一種方案十分流行，尤其針對專業(yè)項(xiàng)目。這種替代方案就是3D掃描，能夠?qū)⒛F(xiàn)實(shí)世界中的物體、人，甚至整個(gè)建筑物、場景或環(huán)境精確地?cái)?shù)字化。您可以輕松使用任何建模軟件完善3D掃描：這種綜合的工作形式大多涉及在CAD或雕刻軟件中編輯3D掃描數(shù)據(jù)。作為一種獨(dú)立方案，3D掃描廣泛用于逆向工程、質(zhì)量檢測、醫(yī)療健康、文物保護(hù)等領(lǐng)域。
無論何種領(lǐng)域，在復(fù)制現(xiàn)有物體時(shí)，3D掃描將為您節(jié)省大量的時(shí)間和精力，更不用說如果使用專業(yè)的3D掃描儀替代傳統(tǒng)的3D建模工具，將能達(dá)到更高的精度水平。
3D打印軟件
當(dāng)您的3D模型準(zhǔn)備就緒，就可以開始打印了。這是3D打印軟件大顯身手的時(shí)候。軟件通過對模型切片并將其發(fā)送到打印機(jī)，幫助您執(zhí)行3D打印。
切片軟件是3D模型和3D打印機(jī)之間需要的媒介。概括來說，“切片器”將您的文件翻譯成3D打印機(jī)可以理解的格式和控制語言（對于大多數(shù)打印機(jī)來說，是G代碼，而其他一些則以自有格式運(yùn)行）。大量免費(fèi)切片工具可滿足家庭用戶的需求。
這些程序被形象地稱為切片器：導(dǎo)入模型并將其切成3D打印機(jī)工作所需的多個(gè)平面層。此類軟件還能計(jì)算出打印機(jī)設(shè)置，例如層高、溫度、打印速度，以及主要用于FDM的打印機(jī)路徑。
不同品牌的3D打印軟件提供多樣化的功能，包括切片、提供3D打印機(jī)的遠(yuǎn)程訪問等等，以監(jiān)測、控制和管理您的3D打印機(jī)并簡化設(shè)備之間的通信。無論您喜歡哪一種，所有類型的3D打印軟件都是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)必不可少的一部分。
對于有經(jīng)驗(yàn)的用戶和新手，無論是開源還是付費(fèi)，都有許多選擇。在過去幾年，3D打印軟件一直提供大量開發(fā)特性和新功能，因此您可以輕松找到適合無縫工作流程的合適工具。
3D打印技術(shù)
談到實(shí)際的打印，有大量技術(shù)可供選擇，令人眼花繚亂。這是一個(gè)有助于您快速理解的概述：
· 光聚合固化
1. 立體光固化成型
2. 數(shù)字光處理
3. 連續(xù)液面成型
· 材料噴射
· 粘合劑噴射
· 材料擠出
1. 熔融長絲制造
2. 熔融沉積成型
· 粉床融合
1. 選擇性激光燒結(jié)
2. 直接金屬激光燒結(jié)和選擇性激光熔化
3. 多射流熔融
4. 電子束熔化
· 片材層壓
· 定向能量沉積
光聚合固化
這種3D打印技術(shù)有多種工作流程，這些工作流程都有同樣的核心概念：將液體光聚合物放置在液槽中，并通過光源選擇性地固化，直到逐層構(gòu)建固體3D對象。
基于立體光刻的Vat光聚合的衍生是數(shù)字光處理和連續(xù)液面成型。
立體光固化成型(SLA): 3D打印技術(shù)至今仍是廣為人知的技術(shù)。SLA也稱為光固化或樹脂打印。是將液態(tài)樹脂放入液槽中，由紫外線激光通過液槽的透明底部聚焦在樹脂上。光束逐層固化樹脂，固體物體逐漸呈現(xiàn)出所需的形狀，并被升降平臺拖上來。
數(shù)字光處理(DLP) 是一種液槽聚合物改動版。它與上述SLA相似，因?yàn)橥瑯邮菍⒁后w聚合物固化為3D結(jié)構(gòu)；使用的光源是主要區(qū)別。DLP是使用數(shù)字光投影儀將光背投在整個(gè)平臺上的圖像，以層狀的形式同時(shí)固化所有點(diǎn)。由于投影儀是數(shù)字屏幕，每一層圖像都由像素組成，因此3D層狀結(jié)構(gòu)由稱為體素的矩形立方體組成。
連續(xù)液面成型(CLIP) 的3D打印方法，由EiPi Systems擁有，目前由Carbon3D開發(fā)。由于CLIP是從SLA發(fā)展而來的，有許多相似之處：液槽底部由能照射到紫外線的液體聚合物，然后將液槽中固化的3D物體慢慢升起。不同之處在于打印過程是連續(xù)的。通過液槽底部一個(gè)薄膜無聚合區(qū)域，即所謂的“盲區(qū)”的特殊透氧膜。這個(gè)含氧區(qū)有助于未固化的聚合物在生產(chǎn)部分和投影之間保持液態(tài)，同時(shí)也能夠流入固化的區(qū)域。
材料噴射(MJ)
材料噴射是一種新生的3D打印技術(shù)，它使用紫外線固化液體光聚合物液滴來制造實(shí)體物體。這種方法可以很容易地與二維噴墨過程中的進(jìn)程進(jìn)行比較：在液體固化之前，它以非常小的液滴的形式噴射。MJ 3D打印機(jī)一次噴灑數(shù)百個(gè)聚合物液滴，一層又一層，直到零件完成。
粘合劑噴射(BJ)
粘合劑噴射是一種3D打印工藝，其中液體粘合劑被選擇性地放置在一層金屬、沙子、陶瓷或復(fù)合粉末顆粒上。為了形成一個(gè)固體零件，粘合劑噴射將打印頭移到粉末床上，沉積粘合劑（簡單地說就是膠水）的液滴，使粉末顆粒粘合在一起。每一滴粘結(jié)劑的直徑約為80微米，因此分辨率很高。當(dāng)該層完成后，粉末床向下移動，新的粉末層重新覆蓋在之前打印層的表面。粘合劑的液滴再次沉積，這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行，直到形成完整的零件。
材料擠出
這種方法使用熱塑性材料的長絲，通過移動加熱的打印機(jī)擠出機(jī)送入。材料被推過擠出機(jī)的噴嘴的過程中融化。擠出機(jī)按照預(yù)設(shè)的路徑，將長絲沉積在構(gòu)建的平臺上，該平臺也可以被加熱以獲得更好的附著力。當(dāng)?shù)谝粚油瓿珊螅乱粚釉谒现貜?fù)此過程，繼續(xù)增長工件。當(dāng)細(xì)絲冷卻凝固時(shí)，物體就形成了。
熔融長絲制造(FFF)和熔融沉積成型(FDM): 材料擠出被廣泛稱為熔融長絲制造(FFF)，在3D打印愛好者中廣受歡迎。相對的，熔融沉積建模是同一工藝的術(shù)語，由S. Scott Crum在1980年代發(fā)明，并在十年后由Stratasys商業(yè)化。隨著該技術(shù)的專利到期，F(xiàn)DM已成為便宜的——也是可用和容易獲得的——3D技術(shù)。開源研發(fā)社區(qū)RepRap的出現(xiàn)，讓FDM成為全球DIY人士們喜愛的技術(shù)。材料擠壓在工業(yè)上也用于制造具有復(fù)雜幾何形狀的零件。
粉床融合(PBF)
在3D打印過程中，熱源有選擇地將粉末顆粒在構(gòu)建的區(qū)域內(nèi)融合，形成固體部件，稱為粉末床融合(PBF)。讓我們了解一下不同種類的PBF。
選擇性激光燒結(jié)(SLS): 使用的主要材料是聚合物粉末，它被加熱并沉積在一個(gè)構(gòu)建平臺上。在這一步之后，一束二氧化碳激光掃描表面，選擇性地?zé)Y(jié)粉末。激光使整個(gè)橫截面凝固，然后構(gòu)建平臺向下移動一層，為新的粉末層騰出空間。然后，物體的下一個(gè)橫截面被再次燒結(jié)，并在凝固層上再次燒結(jié)——這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行，直到物體制造完成。作為收尾工作，該物體用加壓空氣進(jìn)行清洗，并進(jìn)行刷洗。
直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)和選擇性激光熔化 (SLM): 基于幾乎相同的原理，直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）和選擇性激光熔化（SLM）專門用于生產(chǎn)金屬零件。SLM被用來完全熔化金屬粉末，如鋁、不銹鋼或鈷鉻，以形成固體物體，而DMLS不熔化粉末——相反，加熱并在分子水平融合它們。DMLS對合金進(jìn)行燒結(jié)，包括鈦基合金。
多射流熔融(MJF): 多射流熔融(MJF)技術(shù)與上述方法略有不同：它不是在固體層上放置一個(gè)新的層，而是在前一層仍然處于熔化情況時(shí)添加新的制劑。從技術(shù)上講，它使用噴墨陣列來涂抹助熔劑和細(xì)化劑，然后通過加熱元件將它們?nèi)诤铣晒腆w層。無需激光，因?yàn)榧?xì)化劑是沿著特定輪廓噴射的。當(dāng)物體完成后，粉末床被移到加工臺，在那里大部分松散的粉末被集成的真空吸塵去除。與借助SLS制造的物體相比，這種技術(shù)提供了更高的密度和更低的孔隙率，從而為部件創(chuàng)造了一個(gè)更光滑的表面。
電子束熔化(EBM): 這項(xiàng)技術(shù)是另一種粉床融合方法。電子束熔化使用電子，即高能束，來熔化金屬粉末的顆粒。SLM使用激光束作為能量來源，而EBM則使用電子束，其余過程非常相似。由于能量密度較高，EBM的速度要快得多，但其使用僅限于導(dǎo)電材料，如鋯或鈦。
片材層壓(SL)
下一類3D打印技術(shù)是片材層壓(SL)，也稱為層壓物體制造(LOM)。是由Helisys Inc.開發(fā)的快速原型制作系統(tǒng)，涉及通過熱量和壓力融合材料層（涂有粘合劑的紙、金屬或塑料層壓板）。該技術(shù)由總部位于以色列的Solido 3D推廣，公司打印了由聚氯乙烯(PVC)和特殊粘合劑制成的部件。然后用激光或刀將融合層切割成所需的形狀。基于紙張的Sheet Lamination技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用，開發(fā)者正不斷嘗試以完善此方法。
定向能量沉積(DED)
一項(xiàng)較為復(fù)雜的3D打印工藝——定向能量沉積（DED），由于DED 3D打印機(jī)是需要更多空間、技術(shù)和控制的大型工業(yè)設(shè)備。通常用于修復(fù)現(xiàn)有的工業(yè)部件，如螺旋槳或渦輪葉片，或添加一種不同的材料，而不是從頭開始制造新的部件。
這種方法涉及直接用激光或電子束熔化材料（主要是金屬粉末或線源材料），同時(shí)通過可以在多個(gè)方向移動的噴嘴將其沉積到增長部件上。該部件通常在連續(xù)幾層沉積之間的過程中進(jìn)行3D掃描。
其中一些流行術(shù)語包括直接金屬沉積(DMD)、激光工程凈成形(LENS)、激光沉積焊接(LDW)、電子束增材制造(EBAM)和3D激光熔覆。
3D打印材料
現(xiàn)在您已經(jīng)充分了解了3D打印機(jī)創(chuàng)建實(shí)體對象的過程，接下來可能您想知道常見的3D打印材料有哪些。簡單來說，就是在3D打印機(jī)中作為“墨水”使用的材料。這些材料種類繁多，因此在為您的項(xiàng)目選擇合適的材料時(shí)，需要考慮該對象的應(yīng)用和設(shè)計(jì)。
下面是不同的3D打印技術(shù)中采用的打印材料的快速簡介。值得注意的是，這些材料中有許多不僅僅局限于特定的3D打印技術(shù)。
立體平版印刷技術(shù)（SLA）:樹脂
SLA、DLP、Multijet或CLIP等技術(shù)采用不同形式堅(jiān)硬而精致的樹脂。樹脂或光聚合物本質(zhì)上是可用于3D打印的液體，具有高強(qiáng)度耐化學(xué)性和低收縮性。與其他適用3D打印的材料相比，樹脂有時(shí)在強(qiáng)度和柔韌性方面仍有局限，但仍有諸多的應(yīng)用形式，具有多種光學(xué)、機(jī)械和熱性能。由于樹脂的高光反應(yīng)性，通常需要更繁瑣的存儲，這也成為其中一個(gè)限制。
標(biāo)準(zhǔn)樹脂作為經(jīng)濟(jì)的SLA材料，能生產(chǎn)具有精細(xì)特征和光滑表面的高分辨率打印。廣泛用于原型設(shè)計(jì)應(yīng)用，這種半透明的材料提供了良好的細(xì)節(jié)水平，但在設(shè)計(jì)方面受限，因?yàn)樵诖蛴∵^程中需要為模型提供支撐架構(gòu)。
工程樹脂為工程專家提供適用于不同領(lǐng)域更廣泛的材料選擇。是具有堅(jiān)固、快速、耐用和耐熱等類型的樹脂。這里眾多的類型就不展開介紹了，但所有這些樹脂都需要紫外線光照后固化才能充分發(fā)揮其機(jī)械性能。
熔融層積成型技術(shù)（FDM）: ABS，HIPS，HDPE，PLA，復(fù)合材料等等
丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）:一種常見的熱塑性聚合物，用于制造樂高積木而聞名。“熱塑性”這種材料在受熱時(shí)會變成液態(tài)且柔韌（具有“玻璃轉(zhuǎn)化”）。也就是說：ABS可以加熱到熔點(diǎn)、易于成型并快速固化。應(yīng)用廣泛，相當(dāng)堅(jiān)韌（曾經(jīng)踩過樂高積木？），并且完美地保留了色彩。作為一種無毒材料，同時(shí)防水和耐化學(xué)腐蝕。然而它也有一個(gè)缺陷，就是需要規(guī)避紫外線照射——這就是為什么不適合長時(shí)間在戶外使用。
高抗沖聚苯乙烯（HIPS）:經(jīng)常與ABS一起使用的易溶解的支撐材料，具有與其它3D打印材料搭檔使用的特性。不過，它還是稍輕一些，更耐沖擊，而且成本低。當(dāng)用于支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，HIPS會瞬間溶解在d-Limonene中，從而可以準(zhǔn)確去除支撐。這種材料易于打印，對于評估快速預(yù)生產(chǎn)原型大有裨益。
高密度聚乙烯（HDPE）:由乙烯單體制成的熱塑性聚合物，名為高密度聚乙烯（HDPE），用于生產(chǎn)管道、土工膜、可回收塑料瓶和包裝（回收標(biāo)記2號），甚至是塑料木材。HDPE的熔點(diǎn)約為230攝氏度（446華氏度），有相當(dāng)大的強(qiáng)度、密度比，有時(shí)可以取代ABS，用于制造更輕、更堅(jiān)固、更靈活的部件。然而，這需要可控制的高溫、加熱的打印床和耐高溫的擠出機(jī)。
聚乳酸（PLA）是一種高分子塑料，由甘蔗或玉米等農(nóng)作物制成，是市場上環(huán)保和受歡迎的長絲之一：與ABS相比，這種材料價(jià)格低廉，可生物降解，更易于進(jìn)行打印，且溫度較低。缺點(diǎn)是，PLA的耐熱性能較差，且易脆。PLA被稱為桌面3D打印的首選材料，也被用于制造許多專業(yè)領(lǐng)域的部件。
復(fù)合材料通常將PLA、尼龍或PET基體與不同的顆粒或纖維結(jié)合在一起。簡單來說，將這些材料結(jié)合起來利用其原有特性。例如，在經(jīng)過一些精加工后， 3D模型可以擁有實(shí)木或金屬的美感，而細(xì)絲僅包含約30%的木質(zhì)或金屬顆粒。添加顏色和調(diào)節(jié)試驗(yàn)溫度也可以改變3D打印部件的外觀。
復(fù)合材料的另一種類型是帶有增強(qiáng)纖維的材料。這一類常見的三種是碳纖維、玻璃纖維和凱夫拉纖維。由于纖維又脆又薄，也被看作烹飪前的意大利面——不易于單獨(dú)使用。然而，當(dāng)與之稱為基體的塑料混合時(shí)，卻是在創(chuàng)造強(qiáng)大、輕量級的3D部件中必不可少的。
陶瓷:盡管3D打印通常與塑料、樹脂和復(fù)合材料聯(lián)系在一起，但陶瓷在3D打印材料中已經(jīng)占據(jù)了一個(gè)特殊的位置。由于其耐用性、耐化學(xué)性、美觀和質(zhì)感特別吸引人，還具有喜人的成本效益了，陶瓷材料可用于3D打印任何東西，從工業(yè)零件到牙科植入物，再到餐具及藝術(shù)項(xiàng)目。陶瓷通常被分為傳統(tǒng)陶瓷（由粘土制成——炻器、陶器和瓷器）和技術(shù)或工程陶瓷（常見的包括氮化鋁、氧化鋯、氮化硅、碳化硅和氧化鋁）。通常，用陶瓷3D打印的物體就像傳統(tǒng)的制陶工藝一樣進(jìn)行燒制和上釉。
選擇性激光燒結(jié)（SLS）:尼龍和TPU
尼龍:是原型設(shè)計(jì)和終端生產(chǎn)的理想材料，是SLS的常用材料。由于堅(jiān)固耐用，這種工程熱塑性塑料適用于復(fù)雜的組裝部件。當(dāng)受到紫外線、高溫、水和化學(xué)溶劑的作用時(shí)，也具有很高的抗性。尼龍是聚酰胺家族的一部分，與鋁化物、碳或玻璃等材料組成的復(fù)合材料用途非常廣泛，經(jīng)常用于多種3D打印技術(shù)。
熱塑性聚氨酯（TPU）:被稱為熱塑性彈性體（TPE）的塑料和橡膠的組合是制造柔性絲的材料。天然的彈性使這種材料能夠輕松彎曲。熱塑性聚氨酯（TPU）是廣泛使用的TPE類型，因此該術(shù)語通常指代整個(gè)類別。其橡膠特性使TPE成為許多項(xiàng)目的理想選擇，從家用電器和醫(yī)療設(shè)備到印花服飾、玩具和手機(jī)殼。柔性長絲在冷卻和凝固之前，幾乎可以被塑造成任何形狀，但它們也有一些缺陷。例如，這類材料可能很難打印，會出現(xiàn)拉絲或斑點(diǎn)。
選擇性激光熔化（SLM）與直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）:金屬粉末
細(xì)的金屬粉末，如黃銅、青銅、鋼或銅被注入金屬絲中。金屬粉末、聚乳酸和粘結(jié)聚合物的比例可能會有所不同，但這些長絲仍然比塑料重得多，盡管不如純金屬重。用這種材料打印的物品，尤其是在拋光后，會具有金屬般逼真的外觀和觸感。例如，金屬絲非常適合打印比實(shí)際青銅件輕巧許多的小雕像或雕塑。然而，這種材料往往比較粗糙，也就是說，在打印時(shí)需要使用耐磨噴嘴并且隨時(shí)清理可能發(fā)生的堵塞。
3D打印機(jī)有哪些應(yīng)用領(lǐng)域？
在3D打印出現(xiàn)不到40年的時(shí)間里，在第四次工業(yè)革命現(xiàn)代史上已占有一席之地。讓我們來看看這一創(chuàng)新技術(shù)是如何重塑整個(gè)行業(yè)的一些例子。
快速原型制作與快速制造
如果沒有快速原型制作的存在，就不會有作為3D打印歷史的一部分。三十年前，當(dāng)制造商希望克服無法輕松快速地制造零件的挫敗感時(shí)，3D打印技術(shù)幫助他們節(jié)省了時(shí)間和精力。原型可以快速地在數(shù)小時(shí)而不是數(shù)周內(nèi)制造出來，3D打印技術(shù)和材料的發(fā)展能夠制造的工作部件，而不僅僅是原型。隨后就被稱為快速制造。
汽車行業(yè)
快速原型制作和制造為汽車制造提供了喜人的自由。汽車制造商現(xiàn)在可以減少生產(chǎn)開發(fā)時(shí)間，并以更低的成本大幅完善產(chǎn)品。隨著裝配線的準(zhǔn)備時(shí)間大幅減少，機(jī)器設(shè)計(jì)可以得到改進(jìn)和定制。另一個(gè)優(yōu)勢是能夠?yàn)樾萝囆椭圃煺嬲齽?chuàng)新的機(jī)械部件，以及能夠按需打印的備件。
航空航天業(yè)
作為采用3D打印技術(shù)的行業(yè)之一，航空航天業(yè)早在80年代末就開始使用該技術(shù)。空客公司和波音公司等行業(yè)巨頭將功能原型、工具和輕型部件視為3D打印的一些主要應(yīng)用。它在該行業(yè)不同領(lǐng)域的應(yīng)用也不僅限于快速原型制作——全功能的結(jié)構(gòu)部件，如渦輪機(jī)和螺旋槳、墻板和風(fēng)管，已經(jīng)成功地使用3D打印多年。該技術(shù)在幫助減輕不同飛機(jī)的重量方面也發(fā)揮了重要作用，從而減少了二氧化碳排放和燃料消耗。
消費(fèi)品行業(yè)
創(chuàng)造個(gè)性化的、完美定制的商品，以滿足客戶的需求，這是通過傳統(tǒng)制造業(yè)很難做到的；以較低的成本進(jìn)行大規(guī)模定制，可以說是3D打印提供的優(yōu)勢。實(shí)際上，任何以消費(fèi)者為目標(biāo)的行業(yè)都可以加強(qiáng)其產(chǎn)品開發(fā)來提高競爭力：消費(fèi)類電子產(chǎn)品、運(yùn)動裝、玩具——應(yīng)有盡有，借助3D打印，完全有可能做到這一切。此外， 3D打印熱潮在市場研究中發(fā)揮了重要作用。
醫(yī)療健康業(yè)
3D打印的醫(yī)療應(yīng)用范圍從生物打印到假肢、矯形器到牙科、藥品生產(chǎn)到植入體。該領(lǐng)域使用的方法是3D生物打印，一種增材制造，其中“生物墨水”（細(xì)胞或任何生物相容性材料）逐層制造組織或器官，來模仿原始生命結(jié)構(gòu)的自然行為。
假肢已經(jīng)被3D打印重新定義，無論是為失去肢體的病人、某種癌癥，還是先天性疾病的患者們，都能讓醫(yī)生和工程師能夠?yàn)榕宕髡咧圃焱耆ㄖ频募僦ＴS多人仍然沒有高質(zhì)量假肢的選擇——整個(gè)過程需要投入大量的時(shí)間和金錢，而且不能保證有非常滿意的結(jié)果。借助3D打印的假體，完美貼合的輔助設(shè)備變得更容易獲得。另一個(gè)很好的例子是牙科，它已經(jīng)采用3D打印技術(shù)來制造具有成本效益的植入物和牙科器具。
建筑業(yè)
3D打印在建筑領(lǐng)域的住宅建造、工業(yè)或公共結(jié)構(gòu)方面呈現(xiàn)出前所未有的準(zhǔn)確性和多功能性。通常，整個(gè)過程涉及可以3D打印的建筑物的任何方面3D模型，然后選擇適合的材料，實(shí)際打印，在工廠或甚至是施工現(xiàn)場組裝。通過擠壓水泥、混凝土和泡沫，或粘合不同類型的聚合物粉末，完全實(shí)現(xiàn)3D打印建筑部件。
“打印”整棟建筑現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)：這方面的突出案例包括中國、阿拉伯聯(lián)合酋長國、荷蘭和美國的公寓大樓和辦公大樓。2016年，西班牙馬德里的第一座3D打印人行天橋，標(biāo)志著建筑業(yè)和土木工程的里程碑。建筑業(yè)中的3D打印不僅可以提高功能，減少人為錯(cuò)誤和浪費(fèi)，還有望建造更多的住房，可以進(jìn)一步解決復(fù)雜的社會問題，如人口過剩或無家可歸。
食品行業(yè)
雖然我們希望可以向您講述3D打印是解決世界饑餓問題的，但目前仍然沒有完全做到這一點(diǎn)。3D打印已經(jīng)在處于發(fā)展階段的食品行業(yè)中得以應(yīng)用。在創(chuàng)建食品加工和食品生產(chǎn)設(shè)備時(shí)派上用場，并且在測試設(shè)備時(shí)減少了食物的浪費(fèi)。
盡管由于打印技術(shù)所限，可打印的食品類型不多，但例如精選3D打印餐廳和市場上不同食品打印機(jī)的可行性等因素表明，消費(fèi)者和制造商都已大范圍的應(yīng)用。材料擠出是粘性“墨水”常用的方法，例如面團(tuán)、水果或蔬菜泥、巧克力、奶酪——任何可能具有半液態(tài)稠度的食材。
雖然這些用餐機(jī)會聽起來令人驚喜（或被端上餐盤），但3D食品打印的一個(gè)顯著缺點(diǎn)是不能擴(kuò)展，目前主要用于個(gè)性化的高級餐飲。不過，支持植物性蛋白質(zhì)或治療營養(yǎng)不良的社會價(jià)值項(xiàng)目的例子依然存在，而且還將持續(xù)增加。
3D打印的前景
近年來，為了將圍繞3D打印的下一個(gè)大事件的興奮點(diǎn)變?yōu)閷?shí)用的現(xiàn)實(shí)生活，已經(jīng)進(jìn)行了大量研究和實(shí)踐。從新興技術(shù)發(fā)展到今天的制造工藝的過程中，該行業(yè)已然成熟了。在現(xiàn)代世界的實(shí)際應(yīng)用似乎是無限的——從小工具和藝術(shù)品到飛機(jī)部件和移植器官。
除了作為企業(yè)簡化原型技術(shù)的好方法之外，隨著3D打印機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，3D軟件更加易于上手，增材制造現(xiàn)在與非專業(yè)用戶的關(guān)系也更加緊密。3D打印深受設(shè)計(jì)師和DIY愛好者、教師和學(xué)生的歡迎，無需昂貴或復(fù)雜的工業(yè)級基礎(chǔ)設(shè)備就可以創(chuàng)建定制產(chǎn)品。
那么，您可能想知道，為什么3D打印現(xiàn)在還沒有像網(wǎng)上購物那樣普及。盡管它深受歡迎，但該行業(yè)仍然面臨一些障礙，包括預(yù)處理和后處理的成本，以及有限的材料選擇。也就是說，設(shè)備和材料成本或缺乏內(nèi)部專業(yè)知識等許多其他挑戰(zhàn)在過去幾年中已經(jīng)產(chǎn)生了變化，突顯了進(jìn)一步發(fā)展的機(jī)遇。
3D打印已經(jīng)為制造業(yè)、供應(yīng)鏈和設(shè)計(jì)者帶來的創(chuàng)新成績是毋庸置疑的：在短時(shí)間內(nèi)，該技術(shù)在多個(gè)行業(yè)取得了巨大飛躍，企業(yè)正朝著更智能、更快速、更高效和更環(huán)保的方向發(fā)展。
經(jīng)濟(jì)實(shí)用、提高生產(chǎn)力、為您打造完美產(chǎn)品——都是3D打印將持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢。隨著其關(guān)聯(lián)性的提高，3D打印可能會成為全球經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動力。
待到那時(shí)，我們會說：我們早已預(yù)見。
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