从零开始3D打印（上）

听说，有些大神只用一台3D打印机，就能创造世界——

3D打印7天“打”出一座楼、防疫用品不够3D打印来凑、3D打印龟壳拯救受伤乌龟……一则则相关新闻，让栗子君深深地感到，再不赶紧掌握3D打印的核心科技，没准哪天就要被淘汰了！下面分享一些栗子君辛苦收集到的干货，可随意拿走，不谢。

理论篇

核心原理

传统的机械加工工艺，不管是切、削、钻、刨，还是铣和磨，对于材料做的都是“减”法，即去掉部分材料来使物体成形。3D打印则不然，做的是“加”法——通过逐层添加材料来制成三维物体。故“分层制造，逐层叠加”，就是3D打印的核心原理。

工作过程

工作原理决定了工作过程。3D打印的过程一般可分为这么几步。

1.用计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件等建模，并将建成的三维模型“切片”、分层，形成一层一层的横截面，再通过网络、U盘或本地连接等将文件发给3D打印机。

设计软件和打印机之间协作的标准文件格式通常为STL。STL文件使用三角面来模拟物体的表面，三角面越小，其生成的表面分辨率越高。

2. 3D打印机用液体状，或粉状、片状、线状的耗材，将“切”好的横截面逐层打印出来，并用各种方式加以黏合，形成想要的形体。

3D打印打出的截面，厚度通常以微米来计算，一般厚度为100微米，即0.1毫米，有些打印机甚至能打出仅16微米厚的一层。至于平面方向的分辨率，则可做到近似平面激光打印机的精度，“墨水滴”直径只有50至100微米。

3.取出打成的物件，进一步处理。

3D打印机的分辨率对于大多数应用来说很够用了，不过弯曲的表面可能会比较粗糙，就像清晰度不够的图像上有锯齿一样，想要得到更高的“分辨率”或消除锯齿，就需要对成件进行再加工。可以先用3D打印机打出略大一点的物品，再打磨打磨表面，即可得到轮廓清晰漂亮的“高分辨率”物品。

此外，有些物品在打印过程中会用到支撑物，故成件也要仔细加工，将支撑物清除干净。

成型工艺

按照不同的成型机理，3D打印工艺又可分成很多种类。不同的工艺各有优缺点，对材料和设备的要求也不同。目前技术较成熟、应用较普遍的工艺主要有5种。

1. FDM：熔融沉积成型。

FDM应用广泛，成型原理相对简单：用高温将线状的耗材融化成液态，由喷头挤出来后冷却固化;如此循环往复，一层层地堆积成型。

FDM可用的打印材料种类很多，工业上用的主要是丝状、线状的热熔塑料;桌面化的FDM打印机则有更多选择，连尼龙、木头、某些金属，甚至食材，都可拿来打印。

FDM的优点为成型精度高、成件硬度好、颜色多样、成本低，缺点为物品表面粗糙。

2. SLA：立体光固化成型。

顾名思义，这种技术是通过激光来使液态的光敏材料（一般为光敏树脂）变硬固化，形成造型。

SLA成型速度快，精度较高，成件表面光洁，但缺点在于打印材料不那么大众化。

3. SLS：选择性激光烧结。

跟SLA一样，SLS技术也要用到激光，但不同之处在于SLS是利用激光的高温，将粉末状的耗材烧结在一起。

SLS用到的耗材主要有金属粉末、陶瓷粉末等，其优势在于制造强度较高的金属制品。

4. 3DP：三维粉末粘接。

3DP可说是真正的3D“打印”，因为这种技术跟平面打印非常相似，连喷头都直接用平面打印机的。而且跟平面打印使用墨粉一样，3DP用的也是粉末材料。

但跟SLS的高温烧结不同，3DP是使用粘接剂（如硅胶）来粘接粉末。打印时，3DP打印机的储粉缸会先铺出一层约0.1毫米厚的材料粉末，然后喷头按照设计好的切片形状将粘接剂喷在粉末上;重复以上过程，直到最后成型。当然，这样造出来的物品强度较低，需要再处理来提高强度，具体做法是先烧掉粘接剂，然后在高温下渗入金属，使物品致密化。

3DP设备和材料成本较低，可采用多个喷头，适合打印小件物品;缺点是物品表面不够光洁。

5. LOM：分层实体制造。

LOM使用薄膜材料，如纸、金属膜、塑料薄膜等，工作方式也比较特别：将分层物體的轮廓印在薄膜上，切下，再一层一层粘合。

LOM成型速度快，适用于较大型的物件;缺点是对复杂物件有点力不从心。

3D打印机一般由控制板和喷头（也叫热头）、热床、丝杆、步进电机等部件组成。

控制板就相当于3D打印机的“大脑”，用于处理信息和给步进电机发送指令。

喷头又由加热器、喷嘴、步进电机和风扇组成。加热器加热喷嘴;步进电机转动把耗材挤出到喷嘴上，再由喷嘴把融化的耗材粘在热床或上一层材料上;风扇则用于给步进电机散热。

热床主要用于加热材料，把材料粘在其上，防止翘边。

喷头和热床都固定在丝杆的滑块上，丝杆转动，滑块就会在一定方向上移动，带动喷头和热床一起动了。

喷头和丝杆都要用到步进电机，它给喷嘴供料，或带动丝杆转动。

（入门热身完毕，更多干货将在下期等你）