3D打印机如何实现打印

3D打印机如何实现打印

“3D打印”这个词的原意是指顺序地将材料沉积到粉末层喷墨打印头的过程。最近此词的含义已经扩大到广泛包括的各种技术，如挤压和烧结过程。3D打印的内容可以来源于三维模型或其他电子数据，其打印出的三维物体可以拥有任何形状和几何特征，在某种意义上讲，3D打印机也属于工业机器人的一种。

3D打印的基本步骤如下：

一、建模

3D打印模型可以使用计算机辅助设计软件包或三维扫描仪生成。手动搜集制作3D图像所需的几何数据过程同雕塑等造型艺术类似。通过3D扫描，可以生成关于真实物体的形状、外表等的电子数据并进行分析。以3D扫描得到的数据为基础，就可以生成被扫描物体的三维电脑模型。

无论使用哪种3D建模软件，生成的3D模型（通常为.skp、.dae、.3ds或其它格式）都需要转换成.STL或.OBJ这类打印机可以读取的格式。

无论是手动还是自动生成3D模型，对一般的消费者来说难度较大。这促进了最近几年3D打印公司的形成。

二、打印

使用STL格式文件打印3D模型前需要先进行“流形错误”检查，这一步通常称为“修正”。对于采用3D扫描获得的模型来说，STL文件“修正”尤其重要，因为这样的模型通常会有大量流形错误。常见的流形错误包括，各表面没有相互连接，或是模型上存在空隙等。netfabb、Meshmixer，或是Cura和Slic3r都是常见的修正软件。

完成修正后，用户可以用一种名为“slicer”（意为“切片机”）的软件功能将STL文件代表的模型转换成一系列薄层，同时生成G代码文件，其中包括针对某种3D打印机（FDM打印机）的定制指令。接下来，用户可以用3D打印客户端软件打印G代码文件，这种客户端软件可以利用加载的G代码指示3D打印机完成打印过程）。值得注意的是，实际应用中的3D打印客户端软件通常会包含“切片机”软件功能。有多种开源切片机程序可供选择，如Skeinforge、Slic3r和Cura，不开放源代码的切片机程序则有Simplify3D和KISSlicer。3D打印客户端软件则有Repetier-Host、ReplicatorG和Printrun/Pronterface。

需要注意的是还有一款用到3D打印的人们经常使用的软件叫做G代码查看器（Gcode viewer）。这个软件可以检查打印机喷嘴的行进路线。通过检查这个，用户可以自行决定修改GCode打印模型的不同方式（例如以不同姿势，如站立或平躺）以节省塑料（根据姿势和喷嘴路线，会用到更多或更少的支撑材料）。G代码查看器的例子有Gcode Viewer for Blender和Pleasant3D。

3D打印机根据G代码从不同的横截面将液体，粉末，纸张或板材等材料一层层组合在一起。这些层次与计算机辅助设计模型中的虚拟层次都是相对应的。这些真实的材料层或人工或自动地拼接起来形成3D打印成品。3D打印技术的主要优势在于，它几乎可以打印所有形状的物品。

打印分辨率指的是层次的厚度以及长和宽分辨率，单位为点/英寸（dpi）或微米（µm）。层厚一般为100微米（250点/英寸），但有些打印机，例如OBjet Connex 系列和Project 3D系统，可以打印层厚16微米（1600点/英寸）的物体，横纵分辨率可以与激光打印机媲美，3D圆点直径大约为50到100微米（510到250点/英寸）。

现代制模技术根据工艺，模型大小和模型复杂程度的不同，耗费的时间从几个小时到几天不等。增量制造系统则可以将一般生产时间缩短到数小时，当然具体生产时间仍然根据打印机型号，模型大小和同时打印模型数量的不同会有较大变化。

传统的诸如注塑成型等工艺在批量生产聚合物上成本较低，但增量制造速度更快，更灵活，在生产少量物体时较划算。拥有了3D打印机的帮助，设计者和概念开发团队就可以利用这个只有桌面大小的打印机进行零部件和概念模型的生产了。

三、完成

尽管3D打印的分辨率能满足许多产品的要求，但仍有上升的空间。方法是：先用标准分辨率打印一个比要求稍大的模型，然后用高分辨率的削减程序将多余的材料移除。这样就能得到更为精确的3D模型。

一些可用于打印的聚合物在完成时可以让表面光滑，并使用化学气相过程改善。

有些增量制造技术允许在打印过程中使用多重材料。这些技术能够同时进行彩色和混色打印，且不一定需要涂漆。

一些打印技术要求内部支撑来在建造悬臂特点。这些支撑必须在打印完成时用机械方法清除或溶解。

所有的商业化的金属3D打印机都包含了在沉积后切割从金属基板切去金属部件的功能。GMAW 3D打印有一种新工艺可以用锤子取出去除铝部件来修改基材表面。