《3D打印:正在到来的工业革命(第2版)》——1.1节3D打印技术

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《3D打印:正在到来的工业革命(第2版)》——1.1节3D打印技术

异步社区 2017-05-02 14:29:00 浏览1409
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本节书摘来自异步社区《3D打印:正在到来的工业革命(第2版)》一书中的第1章,第1.1节3D打印技术,作者 【英】Christopher Barnatt(克里斯多夫),更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1.1 3D打印技术
你一定很好奇,神奇的3D打印技术到底是如何工作的?从广义上来说,这个过程不外乎是目前办公室和家庭中普遍使用的2D打印技术逻辑上的演变。

许多人都非常熟悉能打印常见文档或照片的喷墨打印机或激光打印机。打印机靠控制墨水或墨粉,在纸张表面生成文字或图像。3D打印机采用类似的方法,通过逐层控制“建筑材料”在3D空间的位置和黏合力来制造物体。

要用3D技术打印一个物体,首先电脑里应存在一个数字模型。这或许需要通过使用计算机辅助设计(CAD)或其他用于制作3D模型的软件来手工完成。此外,还可以通过3D扫描仪扫描一个真实物体来得到数字模型,或者通过先扫描一个物体再用软件工具进行调整而得到。第5章将介绍快速发展的台式和手持式3D扫描仪,入门级型号的售价只有几百美元。

无论数字模型是用什么方式建成的,一旦准备将它制造出来,计算机中的某些“切片软件”就会把它分成许多一毫米厚的薄层。这些以物体形式存在的薄层会被发送到3D打印机中打印出来,它们从下至上一层一层堆叠,直至形成一个完整的3D物体。3D打印机如何精准地一次输出一个薄层,靠的是一种特殊技术。第2章我们将会看到,现在已经有很多种切实可行的3D打印技术。可以这样说,几乎所有技术都基于四种基本方法。

第一种,3D打印机通过挤压打印喷头来形成铸件或半液体材料。最常见的方法是挤出熔融的热塑性塑料,当它离开打印喷头的时候迅速凝固成型。其他基于挤压的3D打印方法有输出熔化的金属或挤压巧克力、奶酪、蛋糕糖霜(糖粉)来形成3D作品。甚至有一些可以挤出混凝土或陶土的3D打印机。

第二种,3D打印机通过使一种不常见的被称作“感光性树脂”的液体变成固体从而形成物体层,这种液体暴露于激光或其他光源中时会变硬。一些有光聚功能的3D打印机在液体罐中使其形成物体层。有些3D打印机喷射出一个单独的树脂层,然后在下一层被打印出来之前利用紫外线光使之形成固态。一些基于后者打印技术的3D打印机可以同时混合多种不同的感光树脂,所以这些打印机可以打印一件由不同材质组成的物体。例如,3D打印机的行业领导者Stratasys生产了一款名为Objet500 Connex3的最新打印机,它可以使用“胶质”或“数字ABS”等不同材料制造出彩色模型。图1.2所示为这台打印机的外观。


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第三种,3D打印硬件通过逐层黏合一种不常见的精细粉末来制作模型。这种“粉末的黏合”或“颗粒状材料的黏合”既能够通过在每一粉末层上喷射黏合剂来实现,又可以通过激光或其他热源来熔化粉末颗粒而形成。粉末颗粒被熔化后,再熔融成粉末状材料沉积到构建表面。可用于3D打印的颗粒状材料的范围十分广泛,包括尼龙、生物塑料、陶瓷、蜡、青铜、不锈钢、钴铬合金和钛合金。

最后一种是基于层叠制造的3D打印机,先使用刀片或激光层叠切割纸张、金属或塑料,再黏合成固态物体。还可以在打印过程中使用多种油墨,制造出低成本、全彩的3D打印物品。

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