3D打印：您需要了解的内容

它们不是您爷爷的菊花轮打印机，也不是您妈妈的点阵打印机。 实际上，它们与当今的文档或照片打印机几乎没有相似之处，后者只能以无聊的旧二维方式进行打印。 顾名思义，3D打印机可以使用多种材料构建三维物体。 它们正在成为主流，出现在Staples，Best Buy和Home Depot等零售商处，您可以在Amazon.com和其他在线商店购买大量3D打印机及其耗材。 尽管仍然可以在车间或设计工作室，学校和社区中心以及业余爱好者的手中找到3D打印机，但越来越多的3D打印机可以在工作台，娱乐室和厨房中找到，甚至在附近的家中也可以找到。不是你自己的。

什么是3D打印？

最基本的3D打印是一种制造过程，其中逐层放置材料以形成三维物体。 （这被认为是一种添加过程，因为对象是从零开始构建的，这与通过剪切，钻孔，铣削或机加工掉材料的消减过程相反。）尽管3D打印机使用多种材料（例如塑料或金属）和技术（请参见下面的“ 3D打印如何工作？”），它们共享打开包含三维数据的数字文件的能力，无论这些文件是在计算机辅助设计（CAD）或计算机辅助制造（CAM）程序上创建的，或从3D扫描仪导入到物理对象中。

3D打印是否均匀打印？

是的，尽管不是传统上定义的3D打印，但可以将其视为打印。 韦伯斯特有关“印刷”的定义集中在印刷品，出版物或照片的生产以及通过印象（施加压力）的生产。 两种定义都不适合3D打印。 但是从技术角度来看，3D打印是传统打印的产物，其中应用了一层材料（通常是墨水）。 通常它是如此之薄，以至于没有明显的高度（尽管对于固态墨水打印机来说，它有些厚）。 3D打印的作用是通过多层应用大大扩展了该高度。 因此，以这种方式扩展打印的定义以包括三维对象的制造 将 是有意义的。

3D打印如何工作？

就像传统打印机一样，3D打印机使用多种技术。 最常见的是熔融沉积建模（FDM），也称为熔融长丝制造（FFF）。 在其中，由丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），聚乳酸（PLA）或其他热塑性塑料组成的长丝熔化，并通过加热的挤出喷嘴分层沉积。 Stratasys于1990年代中期在IBM的帮助下生产出第一批3D打印机，该产品使用了FDM（Stratasys的商标），而大多数面向消费者，业余爱好者和学校的3D打印机也是如此。

3D打印中使用的另一种技术是立体光刻。 在其中，紫外线激光照射到对紫外线敏感的光敏聚合物的桶中，在其表面上追踪要创建的对象。 聚合物会在光束接触到的任何地方固化，并且光束会根据其工作的CAD或CAM文件中的说明逐层“打印”对象。

与此不同的是，您还可以使用数字投光器（DLP）3D打印。 该方法使液态聚合物暴露于来自数字光处理投影仪的光。 这会逐层硬化聚合物，直到建立物体为止，然后将剩余的液态聚合物排出。

多喷射建模是一种类似于喷墨的3D打印系统，该系统将彩色的胶状粘合剂喷涂到要形成对象的连续粉末层上。 这是最快的方法之一，也是支持多色打印的少数方法之一。

可以修改标准喷墨机以使用墨水以外的材料进行打印。 有进取心的自己动手制作或改装的打印头，通常是压电头，可以与各种材料配合使用-在某些情况下，可以在其他3D打印机上打印出打印头！ 像MicroFab Technologies这样的公司出售具有3D功能的打印头（以及完整的打印系统）。

选择性激光烧结（SLS）使用高功率激光器来熔化塑料，金属，陶瓷或玻璃的颗粒。 在工作结束时，其余材料将被回收。 您猜到了，电子束熔化（EBM）使用电子束逐层熔化金属粉末。 钛通常与EBM一起用于合成医疗植入物以及飞机零件。

根据技术的不同，3D打印机可以使用多种材料，包括但不限于金属（不锈钢，焊料，铝和钛）。 塑料和聚合物（包括将塑料与金属，木材和其他材料结合在一起的复合材料）； 陶瓷; 石膏; 玻璃; 甚至是奶酪，糖衣和巧克力等食品！ （请参阅有关3D打印机灯丝类型的入门。）

谁发明了3D打印？

第一台使用立体光刻技术的3D打印机是由Charles W. Hull在1980年代中期创建的。 立体光刻术在很大程度上是一种昂贵的商业技术，其机器的价格通常为100, 000美元或更多。

1986年，赫尔创立了3D Systems，这家公司如今销售使用多种技术的3D打印机。 它们的范围从入门级套件到高级商业系统，而3D Systems还提供按需零件服务，主要是为商业用户提供的。

3D打印的好处是什么？

借助3D打印，设计人员能够将概念快速转换为3D模型或原型（也称为“快速原型”），并实现快速的设计更改。 它使制造商可以按需生产产品，而无需大批量生产，从而改善了库存管理并减少了仓库空间。 偏远地区的人们可以制造否则将无法访问的对象。

从实际的角度来看，与浪费技术相比，3D打印可以节省金钱和材料，因为浪费的原材料很少。 它有望改变制造业的本质，最终使消费者能够下载文件以在自己家里打印甚至是复杂的3D对象（包括电子设备）。

3D打印机可以做什么？

设计师使用3D打印机快速创建产品模型和原型，但是越来越多地将其用于制造最终产品。 用3D打印机制作的物品包括鞋类设计，家具，用于制造珠宝的蜡铸件，工具，三脚架，礼物和新奇物品以及玩具。 汽车和航空业使用3D打印机制造零件。 艺术家可以创作雕塑，建筑师可以制作项目模型。 考古学家正在使用3D打印机重建易碎文物的模型，包括近年来被ISIS摧毁的一些古物。 同样，古生物学家及其学生也可以复制恐龙骨骼和其他化石。 查看我们简单实用的3D打印机对象库。

医师和医疗技术人员可以使用3D打印制作假肢，助听器，人造牙齿和植骨，以及通过CT扫描复制器官，肿瘤和其他内部身体结构的模型，以准备手术。 一个很好的例子是丹尼尔项目，该项目为苏丹的暴力受害者提供了3D打印的假肢手。 而且，正在开发的可以放置细胞层以创建人造器官（例如肾脏和血管）的3D打印机已经处于研发阶段。 甚至在取证方面都有3D打印的地方，例如复制住在受害者体内的子弹。

印刷电子产品是一组印刷方法，通过使用电子或光学墨水，可以使电子设备或电路系统印刷在诸如标签，织物和纸板的柔性材料上。 它提供了非常低成本的低性能器件制造。 印刷电子产品开始与3D打印结合，从而允许分层电路或设备的印刷。 这种强大组合的自然产物是有一天您可能能够从3D计划中打印出小工具，而不必购买它们。

准备食物是3D打印机的另一种使用方式。 法国烹饪学院一直在使用康奈尔大学开发的开源3D打印机来准备艺术美食，麻省理工学院也创建了一种称为聚宝盆的3D食品打印机。 少数餐馆正在测试食品打印机的原型。 NASA的3D打印研究包括食品打印，例如3D打印的比萨饼。

少数几种食品3D打印机已在市场上出售。 他们倾向于将重点放在特定的食品上，例如巧克力，煎饼或饼干。

什么是3D打印服务？

您不必拥有一台3D打印机即可从中受益。 许多3D打印服务（例如Shapeways和Sculpteo）会在自己的3D打印机上按订单打印礼物和其他小物品，然后将其运送给客户。 客户可以提交自己的3D对象文件，也可以从在线目录中选择大多数由服务的其他用户设计的项目。

但是3D打印服务不再仅仅是专家的领域。 诸如Staples和UPS之类的大公司已经引入了3D打印服务，并且一些传统的印刷店已将3D打印添加到其功能库中。

在哪里可以买到3D打印机？

大多数3D打印机制造商都直接在线销售其产品。 现在，许多电子零售商都有库存，包括仅在线公司（例如Amazon.com）和其他也设有实体店的公司。 后者（例如沃尔玛，百思买和Staples）在商店和在线上都提供它们，但是请确保在其网站上检查商店的可用性，因为并非所有商店都在出售它们。 在主要城市开设了多家3D打印机商店。 例如，iMakr在伦敦和纽约设有店面。

一些在线零售商专门研究3D打印机，例如Dynamism，该公司销售各种不同品牌的3D打印机，并提供客户支持。

3D打印需要什么软件？

几乎所有3D打印机都接受所谓的STL格式（以立体光刻命名）的文件。 这些类型的文件可由大多数CAD软件生成，从昂贵的商业软件包（如AutoCAD）到免费或开源产品（如Google SketchUp和Blender）。 对于不愿制作自己的3D文件的人，诸如MakerBot的Thingiverse之类的3D对象数据库提供了许多3D对象文件，可以下载并打印出来。

大多数3D打印机都附带软件套件，该套件可以通过磁盘提供，也可以下载，其中包括获得打印所需的一切。 套件通常提供用于控制打印机和切片器的程序，在准备打印时，它们会根据所选的分辨率和其他因素将目标文件格式化为层。 有些套件包含一个程序，可通过纠正可能干扰平滑打印的问题来“修复”目标文件。 这些程序来自RepRap开源运动，从中发展了爱好者3D打印。 对于某些打印机，您可以选择要下载的单个组件程序，而不必使用套件中提供的任何程序。

3D打印的未来前景如何？

各种适用于家庭和小型企业的3D打印机已经可以买到了-PCMag已经审查了其中的很多-但它们仍然经常被视为异国情调的，而且价格昂贵的装置。 预计这种情况将在未来几年内发生变化，届时3D打印机将在房屋中变得越来越普遍-在工作台，工作室，家庭办公室甚至厨房中都可以找到。 您可能不会在每个家庭中都找到它们，但是对于那些拥有它们的人来说，它们将是必不可少的。 在大多数情况下，使用3D打印机制作的物品具有相同的内部装饰，但我们将开始看到结合多种材料和复合材料以及可打印电子产品的更复杂的作品。 对于当今的3D打印机，如果丢失了电视遥控器的电池盖，则可以打印备用盖。 在明天的情况下，如果您丢失了遥控器，则可以打印新的遥控器。

此外，3D打印正在太空中站稳脚跟。 NASA正在国际空间站上试验3D打印机。 最终，可以使用3D打印机在火星和其他世界上创建栖息地。 为了使阿波罗13号宇航员免于死于一氧化碳窒息，美国宇航局实际上必须找到一种方法将方钉固定在圆孔中。 如果板上有3D打印机，他们可能已经能够通过设计和打印连接器轻松解决此问题。

如果宇航员需要更换阀门或小部件，他们将无法绕过Home Depot，但是3D打印机可以根据需要制造。 同样，我们将在南极基地和其他偏远的地球位置看到3D打印机，在那里人们迫不及待六个月来进行下一次补给以更换必要的零件或工具。

3D打印的医学应用不仅限于假肢，助听器和牙冠。 （有关工作原理的预览，请参见上面的“ 3D打印机能做什么？”。）替换零件不必局限于机械零件。

在过去的几年中，我们看到了3D打印机种类和用途的爆炸式增长。 它类似于1980年前后的个人计算。尽管很容易看到3D打印领域将进入的某些领域，但其他领域却超出了我们的预测能力，就像1980年前没有人能想象到的那样个人计算机将变成。 3D打印可能不会与PC产生相同的影响，但它确实有可能改变制造工艺，并且可能更重要的是将其带入日常消费者的手中。 不过，有一点可以肯定：3D打印将继续存在。

有关更多信息，请查看我们的10种最佳3D打印机指南，以及早期采用者的一些见解。