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浅谈3D打印技术（一）

浅谈3D打印技术（一）
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近些年 ， 3D打印的各类应用和技术创新一直被各个行业所采用 ， 在媒体上的曝光率也越来越高 。 随着技术的不断发展和相关材料的突破 ， 3D打印这一过去高大上的技术也逐渐地走进了普通人的生活和工作中 。 这次 ， 小科就带大家了解一下这一款高效的生产方式吧！
发展历程和原理【浅谈3D打印技术（一）】人类文明发展至今 ， 我们已经掌握了许多种制造各类物品的方式方法 ， 包括我们所熟知的等材工艺（比如金属的铸造 ， 锻造 ， 以及冲压） ， 还有使用数控机床减材工艺 。 这些传统工艺总体来说只是把原材料从一种形式转换到另一种形式 ， 而且在此过程当中材料的数量可能会发生不同程度的损耗 ， 同时制造设计的精度也会受到一定程度的限制 。 在种情况下 ， 3D打印技术应运而生 ， 并且在过去数年中被不同程度地应用在了各行业的制造流程中 。
成熟的3D打印技术出现在上世纪80年代末至90年代初（也称为快速成型技术） ， 3D打印并不神秘 ， 相对于具有千年的等材制造工艺和具有百年的减材制造工艺 ， 它只是一种制造成型的新工艺 ， 实际应用只有30年的历史 。
早在上世纪80年代初 ， 名古屋工业研究所的小玉秀男教授提出了使用光硬化聚合物的增材制造三维塑料模型的方法 ， 通过使用掩模图形或扫描光纤发射机控制的紫外线对加有光敏材料的部分进行照射 ， 制造出立体结构 。 之后在1984年 ， 美国三维系统公司的查克·赫尔发明了立体光刻 ， 使用紫外激光固化高分子光聚合物 ， 将原材料层叠起来 ， 并且设计了日后被广泛应用于3D打印设计软件和电子切片与填充的档案格式STL 。 而关于“3D打印”这一特殊术语 ， 早期意指采用传统喷墨打印机的流程 ， 而现在设计的3D打印机则大部分采用了熔融沉积建模法 ， 将材料从喷口挤出 。
3D打印的原理很简单：以3D数字模型文件为输入 ， 运用粉末状金属 ， 塑料和凝胶等可粘合材料 ， 通过逐层打印的方式来构造物体的技术 。 形象来讲 ， 普通的打印机是将2D图像或图形数字文件通过墨水输出到纸张上；3D打印机则是将实实在在的原材料（比如金属、陶瓷、塑料等）输出为一层（物理上具有厚度） ， 然后不断重复层层叠加起来 ， 最终变成空间实物 。 因此 ， 3D打印在输出某一分层时 ， 过程与喷墨打印是相似的 。 就像盖房子 ， 是通过一块一块砖所累积而成 ， 而3D打印的物品是通过原材料的一粒一粒所累积而成 。 由于3D打印是将材料一层一层堆积而成 ， 因此也称为增材制造工艺 。
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3D打印的优势我们在前文也提到了主流的等减材工艺 ， 那么作为一种相对新颖的制造方法 ， 3D打印的优势在哪里呢？
首先 ， 对于3D打印来说 ， 设计空间近乎无限 。 对于几何结构复杂物品 ， 传统的制造工艺是无法进行加工的 ， 需要将物品进行分解分别加工再组装 。 而3D打印将物体分解成一层一层的2D区域 ， 因此理论上讲加工任意复杂的物体都没有问题 ， 加工精度只是取决于打印机所能输出的最小材料颗粒的尺寸 。 正是这个优势 ， 极大地方便了手握各种高大上设计而苦于繁琐制造流程的制作部门 。
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其次 ， 3D打印技术基本上可以做到零技能制造 。 传统的制造工艺设备庞大且昂贵 ， 操作人员需要较高的技能才能发挥设备效能 。 而一般的3D打印机小巧而廉价 ， 甚至已经进入家庭 ， 使用简单方便；相对于昂贵的铸模 ， 3D打印只需要一个数字化文件即可进行成型 。 因此 ， 通过3D打印 ， 能够轻松实现产品的个性化设计与定制 ， 大大缩短了产品的研发时间 。
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一台家用3D打印机售价在数千元到数万人民币之间 ， 相对于昂贵的生产线算是比较廉价了 。
最后 ， 3D打印可以将各种材料无限组合 。 多喷头的3D打印机能够对多种材料进行组合打印 。 通过材料的堆叠和组合 ， 打印的物品具有与单一材料所不同的物理和力学的特性 。 因此 ， 通过不同材料的组合 ， 可以产生性能不同的“新的材料” 。 这个优势提供给了我们利用控制材料的分布来控制物品的物理、力学及结构的特性 ， 从而能产生多样化的物品 ， 增加产品的灵活性 。
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