3D打印機(jī)-百度百科-20130604-v1.0

d打印機(jī)3D打印機(jī)（3DPrinters）是一位名為恩里科·迪尼（EnricoDini）的發(fā)明家設(shè)計的一種神奇的打印機(jī)，它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品。2013年5月22日，NASA已選中總部位于得克薩斯州的系統(tǒng)和材料研究公司，向其投資12.5萬美元，研發(fā)能為宇航員制造“營養(yǎng)可口”食品的3D打印機(jī)。產(chǎn)品簡介3D打印機(jī)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項技術(shù)正在普及。通過3D打印機(jī)也可以打印出食物。這也是大多吃貨所關(guān)心的3D打印機(jī)未來的發(fā)展方向。[1]很快就會打印動植物、包括人類。工作原理3D打印并非是新鮮的技術(shù)，這個思想起源于19世紀(jì)末的美國，并在20世紀(jì)80年代得以發(fā)展和推廣。中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟把它稱作“上上個世紀(jì)的思想，上個世紀(jì)的技術(shù)，這個世紀(jì)的市場”。三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實現(xiàn)。這種打印機(jī)的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀(jì)以來就已經(jīng)得到了極大的增長，其價格也正逐年下降。

使用打印機(jī)就像打印一封信：[1]輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而在3D打印時，軟件通過電腦輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上，后者會將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成型。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。

堆疊薄層的形式有多種多樣。有些3D打印機(jī)使用“噴墨”的方式。例如，一家名為Objet的以色列3D打印機(jī)公司使用打印機(jī)噴頭將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進(jìn)行處理。之后鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來。另外一家總部位于美國明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一種叫做“熔積成型”的技術(shù)，整個流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。

還有一些系統(tǒng)使用粉末微粒作為打印介質(zhì)。粉末微粒被噴撒在鑄模[2]托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴出的液態(tài)粘合劑進(jìn)行固化。它也可以使用一種叫做“激光燒結(jié)”的技術(shù)熔鑄成指定形狀。這也正是德國EOS公司在其疊加工藝制造機(jī)上使用的技術(shù)。而瑞士的Arcam公司則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒。以上提到的這些僅僅是許多成型方式中的一部分。最小產(chǎn)品世上最小的3D打印機(jī)來自維也納技術(shù)大學(xué)，由其化學(xué)研究員和機(jī)械工程師研制。這款迷你3D打印機(jī)只有大裝牛奶盒大小，重量約3.3磅(約1.5公斤)，造價1200歐元(約1.1萬元人民幣)。相比于其他的打印技術(shù)，這款3D打印機(jī)的成本大大降低。研發(fā)人員還在對打印機(jī)進(jìn)行材料和技術(shù)的進(jìn)一步實驗，希望能夠早日面世。3d打印機(jī)和打印物(19張)當(dāng)遇到包含孔洞及懸臂這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，介質(zhì)中就需要加入凝膠劑或其他物質(zhì)以提供支撐或用來占據(jù)空間。這部分粉末不會被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。如今可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機(jī)還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物體一頭堅硬而另一頭柔軟。最大產(chǎn)品華中科技大學(xué)史玉升科研團(tuán)隊經(jīng)過十多年努力，實現(xiàn)重大突破，研發(fā)出全球最大的“3d打印機(jī)”。這一“3D打印機(jī)”可加工零件長寬最大尺寸均達(dá)到1.2米。從理論上說，只要長寬尺寸小于1.2米的零件（高度無需限制），都可通過這部機(jī)器“打印”出來。據(jù)介紹，由于這項技術(shù)將復(fù)雜的零件制造變?yōu)楹唵蔚挠上轮辽系亩S疊加，大大降低了設(shè)計與制造的復(fù)雜度，讓一些傳統(tǒng)方式無法加工的奇異結(jié)構(gòu)制造變得快捷，一些復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)由傳統(tǒng)的3個月縮短到10天左右。同時，對研發(fā)出的新產(chǎn)品，可快速根據(jù)圖紙做出樣品，大大縮短研發(fā)周期。如今，該設(shè)備被國內(nèi)外200多家用戶購買使用，每臺價格從幾十萬元到200多萬元不等。打印音樂打印音樂的3D打印機(jī)為了探索3D打印機(jī)更多的應(yīng)用，RickardDahlstrand使用Lulzbot3D打印機(jī)創(chuàng)造出獨特的藝術(shù)。在2013斯德哥爾摩藝術(shù)黑客節(jié)上，Lulzbot3D打印機(jī)不僅為參加的藝術(shù)家和黑客們打印出藝術(shù)節(jié)的LOGO，而且作為一個表演項目，它還一邊播放古典音樂一邊相應(yīng)地打印出可視化的音樂作品。Lulzbot3D打印機(jī)打印可視化音樂的原理是：該步進(jìn)電機(jī)的運動進(jìn)行控制可以以不同的速度運行，聲音的音調(diào)決定速度，從而音樂控制了打印過程。三臺電機(jī)分別代表一個音軌，它們使用獨特的模式運動。兩個馬達(dá)控制Z軸移動。工作步驟3D打印機(jī)工作步驟是這樣的：先通過計算機(jī)建模軟件建模，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比如動物模型、人物、實際過程(6張)或者微縮建筑等等。然后通過SD卡或者USB優(yōu)盤把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來，其工作結(jié)構(gòu)分解圖如下。3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計了一個完整的三維立體模型，然后再進(jìn)行打印輸出。3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來完成3D實體打印。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。三維設(shè)計三維打印的設(shè)計過程是：先通過計算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。

設(shè)計軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。打印過程打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex系列還有三維Systems'ProJet系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時間縮短為數(shù)個小時，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。

傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。制作完成三維打印機(jī)的分辨率對大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技術(shù)可以同時使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。應(yīng)用領(lǐng)域3D打印機(jī)的應(yīng)用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司（已更名為Stratasys，2012年)認(rèn)為，3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。醫(yī)療行業(yè)。一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機(jī)“打印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。骨骼打印據(jù)國外媒體報道，在不久的將來外科醫(yī)生們或許就將可以在手術(shù)中現(xiàn)場利用打印設(shè)備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的3D打印機(jī)已經(jīng)被制造出來了，而用于替代真實人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測試之中。在實驗室測試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細(xì)胞在其中生長，并且其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗證。未來數(shù)年內(nèi)，打印出的質(zhì)量更好的骨骼替代品或?qū)椭饪剖中g(shù)醫(yī)師進(jìn)行骨骼損傷的修復(fù)，用于牙醫(yī)診所，甚至幫助骨質(zhì)疏松癥患者恢復(fù)健康。3D打印技術(shù)迅速興起，成為炙手可熱的新型產(chǎn)業(yè)，它可以打印的立體產(chǎn)品種類正迅速增加。為了打印骨3D打印機(jī)圖片(20張)骼材料，博斯和她的同事們使用了一臺商業(yè)銷售的ProMetal3D打印機(jī)進(jìn)行測試。這種3D打印機(jī)最初的設(shè)計目的是為了打印金屬件。它會逐層噴灑塑料膠粒在一層粉末基底之上并逐層成型。每一層的厚度僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲寬度的一半。這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣，其中還額外添加了硅和鋅以便增強(qiáng)其強(qiáng)度。當(dāng)它被植入人體內(nèi)之后可以暫時起到骨骼的支撐作用，并在此過程中幫助正常骨骼細(xì)胞生長發(fā)育并由此修復(fù)之前的損傷，隨后這種材料可以在人體內(nèi)自然溶解?？茖W(xué)家們花費4年時間才找出這種材料的合適配方，其中涉及化學(xué)，材料學(xué)，生物學(xué)和工藝科學(xué)的諸多學(xué)科?？茖W(xué)研究。美國德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過對化石進(jìn)行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時還做了比例縮減，更適合研究。產(chǎn)品原型。比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計出來之后，通過3D打印機(jī)打印出來模型，能夠讓設(shè)計制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。文物保護(hù)。博物館里常常會用很多復(fù)雜的替代品來保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響傳遞給更多更遠(yuǎn)的人。史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。建筑設(shè)計。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時制作精美。完全合乎設(shè)計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個問題。食品產(chǎn)業(yè)。沒錯，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開砂糖3D打印機(jī)始嘗試打印巧克力了。或許在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機(jī)“打印”出來的。當(dāng)然，到那時可能人工制作的食品會貴很多倍。2013年5月22日，NASA已選中總部位于得克薩斯州的系統(tǒng)和材料研究公司，向其投資12.5萬美元，研發(fā)能為宇航員制造“營養(yǎng)可口”食品的3D打印機(jī)。[3]汽車制造業(yè)。不是說你的車是3D打印機(jī)打印出來的（當(dāng)然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業(yè)在進(jìn)行安全性測試等工作時，會將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時降低成本。配件、飾品。這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機(jī)外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機(jī)打印出來的。甚至不用等到未來，就可以實現(xiàn)。美容護(hù)膚。3D打印技術(shù)未來也可能會幫助愛美人士進(jìn)行整容，說不定未來最有效果的青春痘的治療方法就是通過3D打印技術(shù)來實現(xiàn)呢！不僅青春痘,包括祛斑、美白等領(lǐng)域都有希望使用到3D打印技術(shù)的！發(fā)明歷程起源3D打印技術(shù)的核心制造思想最早起源于19世紀(jì)末的美國，到20世紀(jì)80年代后期3D打印技術(shù)發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用。3D打印是科技融合體模型中最新的高“維度”的體現(xiàn)之一。據(jù)報道，美國科學(xué)家發(fā)明了一種可打印出三維效果的打印機(jī)，并已將其成功推向市場。普通打印機(jī)能打印一些報告等平面紙張資料。而這種最新發(fā)明的打印機(jī)，它不僅使立體物品的造價降低，且激發(fā)了人們的想象力。未來3D打印機(jī)的應(yīng)用將會更加廣泛。一組不同的3D打印機(jī)集合在此之前，三維打印機(jī)數(shù)量很少，大多集中在“科學(xué)怪人”和電子產(chǎn)品愛好者手中。他們主要用來打印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。甚至有汽車專家打印出了汽車零部件，然后根據(jù)塑料模型去訂制真正市面上買不到的零部件。人們可以在一些電子產(chǎn)品商店購買到這類打印機(jī)，工廠也在進(jìn)行直接銷售。不過物以稀為貴，一套三維打印機(jī)的價格從一般的750美元到上等質(zhì)量的27000美元不等?？茖W(xué)家們表示，三維打印機(jī)的使用范圍還很有限，不過在未來的某一天人們一定可以通過3D打印機(jī)打印出更實用的物品。發(fā)展3D打印源自100多年前美國研究的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，上世紀(jì)80年代已有雛形，其學(xué)名為“快速成型”。它的最早的3d打印機(jī)原理是：把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器會按照程序把產(chǎn)品一層層造出來。打印出的產(chǎn)品，可以即時使用。在20世紀(jì)80年代中期，SLS被在美國德州大學(xué)奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發(fā)出來并獲得專利，項目由DARPA贊助的。1979年，類似過程由RFHousholder得到專利，但沒有被商業(yè)化。1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維打印”一詞，當(dāng)時的畢業(yè)生JimBredt和TimAnderson修改了噴墨打印機(jī)方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案。說到3D打印，就不得不提3D打印機(jī)：3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種累積制造技術(shù)，通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體?，F(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來制造樣品。2003年以來三維打印機(jī)的銷售逐漸擴(kuò)大，價格也開始下降。該技術(shù)可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計，建筑，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，和許多其他領(lǐng)域。最早的3D打印出現(xiàn)在上個世紀(jì)的80年代，價格極其昂貴且所能打印的產(chǎn)品數(shù)量也少得可憐。行業(yè)現(xiàn)狀3D打印機(jī)發(fā)展1、價格因素：大多數(shù)桌面級3D打印機(jī)的售價在2萬元人民幣左右，一些國內(nèi)的仿制品價格可以低到6000元。但是據(jù)3D打印機(jī)代理商透露，國產(chǎn)的3D打印機(jī)雖然價格低，但質(zhì)量很難保障。對于桌面級3D打印機(jī)來說，由于僅能打印塑料產(chǎn)品，因此使用范圍非常有限，而且對于家庭用戶來說，3D打印機(jī)的使用成本仍然很高。因為在打印一個物品之前，人們必須會懂得3D建模，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)能夠讀取的格式，最后再進(jìn)行打印。2、原材料3D打印不是一項高深艱難的技術(shù)。它與普通打印的區(qū)別就在于打印材料。以色列的Object是掌握最多打印材料的公司。它已經(jīng)可以使用14種基本材料并在此基礎(chǔ)上混搭出107種材料，兩種材料的混搭使用、上色也已經(jīng)是現(xiàn)實。但是，這些材料種類與人們生活的大千世界里的材料相比，還相差甚遠(yuǎn)。不僅如此，這些材料的價格便宜的幾百元一公斤，最貴的要四萬元左右。3、社會風(fēng)險成本如同核反應(yīng)既能發(fā)電，又能破壞一樣。3D打印技術(shù)在初期就讓人們看到了一系列隱憂，而未來的發(fā)展也會令不少人擔(dān)心。如果什么都能徹底復(fù)制，想到什么就能制造出什么，聽上去很美的同時，也著實讓人恐懼。4.著名的3D打印悖論3d打印是一層層來制作物品，如果想把物品制作的更精細(xì)，則需要每層厚度減小；如果想提高打印速度，則需要增加層厚，而這勢必影響產(chǎn)品的精度質(zhì)量。若生產(chǎn)同樣精度的產(chǎn)品，同傳統(tǒng)的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)相比，沒有成本上的優(yōu)勢，尤其是考慮到時間成本，規(guī)模成本之后。5.整個行業(yè)沒有標(biāo)準(zhǔn)，難以形成產(chǎn)業(yè)鏈21世紀(jì)3d打印機(jī)生產(chǎn)商是百花齊放，如戰(zhàn)國時代。3