那麼，什麼是3D打印呢？

我們已經得到了這個問題的答案以及更多......

3D打印是通過一次添加一個層來使用數字模型來創建物理三維對象的多個過程中的任何一個。

您可能認為這聽起來像科幻小說，但3D打印技術已經在製造業中廣泛使用多年。

3D打印如何工作？

造型

3D從建模開始。使用3D掃描儀或使用普通數碼相機和攝影測量軟件（從數碼照片獲取數據並為3D模型創建測量值的軟件），使用計算機輔助設計（CAD）包創建3D可打印模型。

這種用於轉換3D計算機圖形的幾何數據的手動建模過程類似於雕刻。3D掃描收集有關物理對象的形狀和外觀的數字數據，並基於它創建數字模型。

CAD模型保存在一個文件中，然後由一個稱為“切片器”的軟件處理。切片器將模型轉換為一系列薄層，並生成一個文件，其中包含針對特定的指令（G代碼） 3D打印機的類型。

印刷工藝

根據計算機程序的指示，3D打印可以使用一系列分層開發或添加框架創建物理3D對象。這意味著材料（如液體分子或粉末顆粒）逐層添加在一起，以創建一個完整的3D對象。

例如，桌面FDM（熔融沈積成型）打印機熔化塑料細絲並通過噴嘴將其放置在打印平台上，這種噴嘴類似於高精度的計算機控製膠槍。大型工業SLS（選擇性激光燒結）機器，使用激光熔化或燒結薄層金屬或塑料粉末。

使用的材料因工藝而異。塑料是最常見的，但金屬也可以3D打印。根據要打印的對象的大小和使用的打印機類型，打印可能需要大約4-18小時才能完成。然而，3D打印部件尚未準備好使用。通常需要一些後處理才能獲得所需的表面光潔度。這些步驟需要更多時間並且通常需要手動操作

無論涉及哪個過程，3D打印都是分階段進行的。首先，如上所述，創建3D CAD文件，然後將其切片或分割成二維分層圖形數據 - 2D圖層。

3D打印機應用所需的原材料組合，然後通過2D圖層（即，相加）構建對像或部件2D圖層，直到完全根據原始CAD文件的設計標准進行設計和完成。

這就是3D打印也被稱為增材製造的原因。

3D打印是傳統的減法製造工藝的替代方案，其中通過使用模具和模具（注塑）切割和加工原材料或形成製造工藝來設計和構造物體。

以每英寸點或微米為單位的印刷層厚度和XY分辨率被稱為打印機分辨率。層厚度通常約為250 DPI，儘管有些機器可以打印薄至1,600 DPI的層。顆粒或3D點的直徑約為510-250DPI。

模型的傳統減法或形成構造可能需要幾個小時到幾天，具體取決於所使用的方法和模型的複雜性。

3D打印將生產時間縮短到幾個小時。

精加工

打印機生產的最終產品通常足夠，具體取決於應用。通過打印略微過大的物體版本然後通過使用諸如切割的減成過程去除材料來完成產品來實現更高的精確度。

一些可印刷聚合物必須通過使用基於丙酮或類似溶劑的化學蒸氣使表面平滑和改善來完成。

某些3D打印技術允許在構造零件時使用多種材料。它們能夠同時打印多種顏色和顏色組合，無需繪畫。

根據所打印的對象和所使用的打印技術，某些過程需要在構造期間為懸垂特徵構建內部支撐。產品完成後，必須移除或溶解這些支撐物。

多材料印刷

如上所述，一些3D打印允許使用不同和不同的材料打印對象。雖然困難，但多材料3D打印系統是開發未來技術的關鍵因素。它已經被各種行業用於製造玩具，鞋子，家具，手機殼，樂器甚至藝術品。

使用BAAM（大面積增材製造）機器，3D打印房屋和汽車等大型產品正在開發中。研究人員正在使用BAAM生產用於航空航天應用的高溫工具。

在醫學上，可以將多種藥物的3D打印結合起來，降低患者的風險和副作用。

在教育方面，3D打印可以將教科書帶入生活，讓學生創建他們學習的實際三維對象。

隨著3D打印應用程序數量的增加，高科技開發和使用的成本肯定會下降。

3D打印的優點

在製造業中，3D打印是一個改變遊戲規則的因素，因為它具有三個關鍵優勢......

縮短交貨期

在20世紀80年代早期，設計工程師將通過首先手工繪製細節來開發新產品的設計，使用鉛筆和尺子仔細測量尺寸（記住那些？）。

當設計完成後，公司的模型車間或外部模型公司手動加工模型，使用艱苦的手工和製造添加功能和細節，或者創建原型工具並鑄造塑料或金屬部件，這將需要2- 4週。

機器起草人員將設計轉化為機械師用來製造零件的指令。然後，設計將經歷更多配置，因為製造過程的約束決定了在特定時間範圍內能夠和不能構建什麼。到這個時候，一個多月過去了，模型仍然處於早期生產階段。

快進到今天。設計工程師繪製粗略草圖，然後進入3D CAD，輕鬆輸入尺寸並在3D軟件中執行設計。項目負責人完成設計，將3D CAD文件上傳到3D打印機，第二天將物理模型呈現給項目團隊。

設計自由

設計師和工程師傳統上依賴於製造過程來決定最終設計。裝配規則，可製造性和整體可行性已經對設計實踐產生了固有的嚴格限制。超出這些實踐通常會導致成本和勞動力的增加，從而導致創新增長不足。

由於增材製造或3D打印不依賴於這些相同的設計和製造限制，因此它打開了以前認為對設計師和工程師不熟悉的大門。由於3D打印，自由流動，有機和復雜的設計以任何其他製造工藝無法實現的方式無縫執行。

降低成本

3D打印以幾種關鍵方式降低製造/生產成本：

• 零工具：許多生產工藝都需要工具，例如鑄造和模塑，每個零件都需要一個獨特的模具。此外，工具設計必須考慮釋放點 - 如何從模具中實際獲取模製件，以及壁厚等特徵，這些特徵通常不會因為不同的厚度在不同時間硬化而影響零件的精度。

相比之下，3D打印允許容易地製造複雜形狀，其中許多形狀不能使用任何其他製造方法生產。3D打印從下到上構建零件，無需專門的工具來執行複雜的設計。通過消除對工具的需求，3D打印消除了構建工具的成本和勞動力。

• 減少人工：雖然3D打印確實需要手工勞動來移除構建支撐或平滑表面，但與傳統製造工藝相比，它可以通過多種方式減少手工勞動。由於3D打印不需要工具，因此可顯著減少與模俱生產相關的勞動力。它通過將多個零件裝配合併為一個單元來減少勞動力。

此外，與通常需要手動編程器來執行加工零件所需的代碼行的加工不同，3D打印軟件自動創建逐行信息以一次構建一個零件層。

• 低成本原型： 3D打印的主要用途之一是原型設計，無論是外形還是功能。使用3D打印，創建原型的成本只是成本的一​​小部分，而且其他製造工藝無法與之競爭。在桌面3D打印機上打印的零件通常在一夜之間就可以準 使用擁有大型工業機器的專業服務的訂單可在2-5天內交付。這種原型設計速度極大地加速了設計週期（設計，測試，改進和重新設計）。過去需要幾個月的產品現在已經準備好幾週了。

3D打印的局限性

降低力量

由於3D打印部件是逐層構建的，因此它們在一個方向上更弱且更脆，大約10％-15％。這就是為什麼它們最常用於非關鍵功能應用。另一方面，使用高功率激光熔化（燒結）的3D打印機可以生產具有優異機械性能的金屬部件，通常優於散裝材料。

在更高的產量下，降低成本競爭力

3D打印具有較低的啟動成本，因為不需要定制工具，這意味著可以經濟地製造原型和少量需要的相同部件。這也意味著單位價格在較高數量時僅略有下降，因此規模經濟不會進入。當需要大規模生產時，3D打印無法與傳統製造工藝競爭。

精度和公差有限

3D打印部件取決於過程和機器的校準以確保准確性。台式機的零件精度遠低於用於關鍵應用的金屬零件或金屬合金印刷的激光3D打印機。

後處理和支持刪除

3D打印機無法憑空打印部件。它們需要正在構建的部件的支撐結構。然後將這些支撐件與部件一起印刷，從而可以在懸垂下添加材料或者將印刷部件固定在構建平台上。當它們被移除時，它們會留下需要打磨，平滑和塗漆的痕跡或瑕疵，以獲得高質量的表面光潔度。

總的來說，3D打印與其他任何東西一樣，都有其優點和局限性。有一件事是肯定的，3D打印正在以工業革命開始以來從未見過的方式改變工業和社會。