【学习】什么是 3D 打印技术？

前言

虽然之前就对 3D 打印技术有点好奇，一些媒体中时不时会出现某科研机构打印出来了可以跳动的心脏，哪边的公司打印出来了成本低廉的房子等，但真正想着去了解这个技术还是看了稚辉君的视频《【带你参观我的家】野生极客工程师 装备配置指南，一言不合就改造》之后。

看完稚辉君发的神仙黑科技之后真是开心，勾起了 DIY 自己动手的欲望，好多可以折腾的内容，发明创造真是太酷太快乐了。

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稚辉君的视频中出现了两台 3D 打印机，一台 LCD 的光固化 3D 打印机：

一台传统的 FDM 3D 打印机。

那么这两台打印机有什么区别呢？2021年的现在 3D 打印能够做到什么样的效果了呢？

一. 什么是 3D 打印技术?

3D打印（3D Printing）技术（又名快速成型技术，PRM），是在计算机控制下，基于“增材制造”原理， 立体逐层堆积离散材料，进行零件原型或最终产品的成型与制造的技术。该技术以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，将3D实体变为若干个2D平面，利用激光束、电子束、热熔喷嘴等方式将粉末、热塑性材料等特殊材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型，制造出实体产品。

二. 3D 打印技术的种类

转载自: https://www.zhihu.com/question/23719352/answer/117571858

民用主要是两种，一种 FDM，另一种 SLA光固化。

1. FDM 打印技术

1.1 技术原理

FDM(Fused DepositionModeling，熔融沉积)。FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下 一层，直至形成整个实体造型。

1.2 优点

1） 操作环境干净、安全，材料无毒，可以在办公室、家庭环境下进行，没有产生毒气和化学污染的危险。
2） 无需激光器等贵重元器件，因此价格便宜。
3） 原材料为卷轴丝形式，节省空间，易于搬运和替换。
4） 材料利用率高，可备选材料很多，价格也相对便宜。

1.3 缺点

1） 成形后表面粗糙，需后续抛光处理。最高精度只能为0.1mm。
2） 速度较慢，因为喷头做机械运动。
3） 需要材料作为支撑结构。

1.4 典型机器

某东上搜了一款创想的 Ender-3V2，大概长这个样子：

1.5 打印效果

https://zhuanlan.zhihu.com/p/357953993

找了张使用图打印出来还是可以看到这种交叠的痕迹（层纹）：

2 SLA 打印技术：光固化

2.1 技术原理

SLA(Stereo LithographyApparatus，光敏树脂选择性固化)。在液槽中充满液态光敏树脂，其在激光器所发射的紫外激光束照射下，会快速固化（SLA与SLS所用的激光不同，SLA用的是紫外激光，而SLS用的是红外激光）。在成型开始时，可升降工作台处于液面以下，刚好一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束，按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化，从而完成一层截面的加工过程，得到一层塑料薄片。然后，工作台下降一层截面层厚的高度，再固化另一层截面。这样层层叠加构成建构三维实体。

2.2 优点

1） 发展时间最长，工艺最成熟，应用最广泛。在全世界安装的快速成型机中，光固化成型系统约占60%。
2） 成型速度较快，系统工作稳定。
3） 具有高度柔性。
4） 精度很高，可以做到微米级别，比如0.025mm。
5） 表面质量好，比较光滑：适合做精细零件。

2.3 缺点

1） 需要设计支撑结构。支撑结构需要未完全固化时去除，容易破坏成型件。
2） 设备造价高昂，而且使用和维护成本都不低。SLA系统需要对液体进行操作的精密设备，对工作环境要求苛刻。
3） 光敏树脂有轻微毒性，对环境有污染，对部分人体皮肤有过敏反应。
4） 树脂材料价格贵，但成型后强度、刚度、耐热性都有限，不利于长时间保存。
5） 由于材料是树脂，温度过高会熔化，工作温度不能超过100℃。且固化后较脆，易断裂，可加工性不好。成型件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。

2.4 典型机器

2.5 打印效果

三. 如何选购一台 3D 打印机

参考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/369127169，已经很详尽了，主要两个牌子：

• 创想三维

• ANYCUBIC

  四. 光固化 3D 打印体验

  买了一台 anycubic，实际体验了一下，说一下优缺点。

• 优点：打印出来的模型很棒，比较精细，上手比较方便。

• 缺点：树脂味道比较大，如果家里无法很好通风的话建议考虑其他类型的 3D 打印机。另外树脂材料比较软，可以打印模型等观赏性物品，却不是很实用。

四. 3D 打印技术的未来

3D打印技术的未来趋势有哪些？ - 王翦的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/31074167/answer/67843788

简单来讲3D打印与普通打印工作原理基本相同，只是打印材料有所不同。普通打印的打印材料是墨水和纸张，只能实现印刷品的打印。但从普通打印到3D打印的技术就是这样直接：从粉末在纸上喷涂的革命性一小步，到更实用的层层叠加形成一个完整的物体。3D打印机的打印材料，是金属、陶瓷、树脂等实实在在的工业原材料，3D打印机与电脑连接后，通过电脑控制3D模型可以把打印材料一层层叠加起来，最终把电脑软件中设计出的3D模型变成实物。通俗地说，3D打印是可以“打印”出真实的3D物体的一种技术。

其实3D打印在本质上就是一种加工方式。在传统的工业生产中，铸、锻、焊技术没有改变材料的质量，被称为“等材制造”。车、铣、磨等技术使原材料在加工过程中逐渐减少，被称为“减材制造”。而3D打印是一种“增材制造”技术，没有边角料，没有原材料的浪费。3D打印的一个优势就是可以简单的制造结构极其复杂的部件，将传统制造业中因工人技术水平差异所导致的工艺差距降到最低。但是，这些并不是3D打印的真正重要意义，它的真正重要之处在于可以用数据进行远程驱动的制造。因此，有人说3D打印是压倒工业社会脊梁上的最后一根稻草。

然而，工业社会也将走到它的暮年。在互联网时代，能够进行信息的快速匹配：人和人，人和信息，信息和信息。然而只有一种问题没有被解决，那就是物质生产。而3D打印是最有可能解决这个问题的方法，它能将人、信息、资本与产品联系起来。3D打印与普通制造的根本区别在于它是用数据驱动的制造，这带来了两个结果：
1，生产资料变得不重要了。不要求所有生产者都需要拥有3D打印机，数据资料才是产品的核心所在。
2，人的作用被释放了出来。数据也就是信息，拥有信息的人的价值就会放大，而拥有生产线的老板就没有那么重要了。

3D打印和互联网的结合，对生产方式带来何其巨大的影响。数据信息的云端共享，将会使每一个人都能参与到设计中来。3D打印机的普及，将会使每一个人都能参与到生产中来。云端3D打印平台将会为人与人、人与信息、信息与信息的交流，提供一个互通有无的平台。

在3D打印的坐标下，制造业将会变成分布全球的零星的制造业，甚至在哪里制造都不重要了。世界的制造中心就在那些拥有智慧的人的头脑里。

参考文档

• 3D打印机选购建议/3D打印机推荐/购买3D打印机注意事项