3D打印的基本原理及操作流程

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3D打印的基本原理及操作流程

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https://www.sabertooth.com.cn/new/10836/

3D打印技术作为一种前沿制造技术，近年来在各个领域得到了广泛应用。从简单的模型制作到复杂的工业零件生产，3D打印正在改变传统的生产方式。本文将为您详细介绍3D打印的基本原理和完整操作流程，帮助您全面了解这项神奇的技术。

3D打印的工作原理

3D打印机与普通打印机的工作原理基本相同，但打印材料有所不同。普通打印机使用墨水和纸张，而3D打印机则使用金属、陶瓷、塑料、砂砾、细胞、水凝胶等不同材料。通过数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式，将粉末状、液状或丝状材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。

通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印机器人、玩具车、各种模型，甚至是食物等。之所以通俗地称其为“打印机”，是因为其分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

3D打印机是3D打印的核心装备，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。与传统制造业的“减材制造技术”相反，3D打印遵从的是加法原则，即“逐层叠加”原则。这种技术不再需要传统的刀具、夹具和机床，能实现设计制造一体化，从而大幅降低了生产成本和缩短了加工周期，提高了原材料和能源的利用率，减少了对环境的影响，并且能实现复杂结构产品的设计制造，成型产品的密度也更加均匀。

3D打印存在着许多不同的技术工艺。它们的不同之处在于层叠方法和使用的材料。有些工艺通过熔化或软化材料分层，例如激光选区熔化技术（SLM）或直接金属激光烧结术（DMLS）、选择性激光烧结术（SLS）、熔融沉积成型（FDM）或熔丝制造（FFF）。还有些工艺运用不同技术加工液体原料，例如立体光刻技术（SLA）。在分层实体制造技术（LOM）下，原材料（纸张，聚合物，金属等）被切分成层以供重组。每种工艺都有自身的优缺点，因此一些公司开始同时供应粉末与聚合物原材料以供不同的工艺选择。另外一些公司有时会以现成的普通单据为原料制作能长期使用的基础模型。

3D打印的基本流程

简单来说，3D打印的基本流程就三个步骤：数据准备、打印成型及后处理。但为了初学者容易理解，可以将其拆分为九个部分：

1. 获得3D数字模型

获得3D数字模型（常见格式：.stl、.obj等）是3D打印流程的第一步，模型的获取方式主要有以下四种：

建模：通过3D建模软件自行建模，常用3D建模软件如：3Dmax、ZBrush、Sketchup、Blender、Solidworks、Creo（PRO/E）、Rhino等，需要相对专业的建模知识及行业应用经验，门槛相对较高。当然现在也出现了基于web的可视化编程建模，一边输入逻辑文本，另一边根据输入逻辑进行计算从而生成数字模型。
网络模型库下载：如：Thingiverse（T站）、MyMiniFactory、Threeding、创想云等，提供了大量免费优质可供打印的数据模型，下载打印即可。
逆向扫描：使用3D扫描仪扫描获得数字模型，比如：三星堆出土的文物就可以使用3D扫描仪进行扫描，从而获得数字模型文件。
图片生成浮雕模型：这个很多切片软件都已经自带了这个功能，将图片直接拖拽或者加载进去并设定好尺寸参数即可，其生成原理是根据图片的色阶生成凹凸不平的浮雕文件，比如相框、月球灯都是这么做的。

2. 数据准备（模型精修）

适用于3D打印的单个独立的模型数字文件要求水密及独立壳体，这样才能保证模型打印的精确度。由于3D模型都是由点线面组合构造得来，所以最终构造出的模型文件会产生一些坏边、干扰壳体、孔洞、缝隙、错误轮廓、多余三角面片等影响打印质量的细微因素，但肉眼无法区分，需要使用专业软件才能实现模型精修。3D模型修复常用软件有Materialise Magics、Formware、3D Builder、FreeCAD、Meshmixer等。