解讀3D打印技術的原理、功能和優勢

《十二生肖》電影中，成龍在銀幕上讓我們感覺了3D打印機的神奇，一向以武打不用替身，追求品質，真實等元素吸引人的成龍大哥，這次也不例外，除了讓你欣賞并贊嘆他的變化無窮的成龍套路外，還加入了有關3D打印機的科學元素。在電影里，成龍大哥只用了大約三分鐘，就基本上讓我們明白了什么是3D打印機。

3D打印技術，即快速成形技術，以數字模型文件為基礎，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造物體的技術。早期常用在模具制造、工業設計等領域，被用于制造模型，現逐漸用于一些產品的直接制造。特別是一些特殊物品(比如人體的髖關節或牙齒，或鐘表與飛機零部件等)。

古代文物由于時間長久，戰亂或各種原因，損壞原因眾多，工匠們一直都是艱辛地對文物進行修補。故宮早就用3D打印機，用它來對損壞的文物進行修補，復原了大量已被損壞的文物。3D打印機還可快速地復制文物，便于文物的外出展覽使用。電影《十二生肖》里就展示了這種神奇的功能。

基本功能

3D打印技術與3D電影一樣，早在上世紀90年代中期就有，首先是利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。它與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。發展到今天，它已經是無所不能做的神奇機器。

在固體物件，或者創造一個物體的外形方面，該技術的使用范圍無限廣大，你可以想像任何產品結構并當即進行打印制造，生活中需要的東西你都可以盡情暢想，3D打印機馬上就其變成實物。未來的玩具更具個性化，可以根據人們的喜好來設計各種玩具。自己是玩具的制造者，遍布在周邊的各類設計公司，隨時可以解決你的想法。小型玩具制造者也會隨處可見。3D打印機的普及會解放中國大批生產力，提升中國企業的國際競爭力，它將廣泛地出現在珠寶，鞋類，工業設計，建筑，工程和施工(AEC)，汽車，航空航天，牙科和醫療產業，教育，地理信息系統，土木工程，槍支以及其他領域。總之，這種機器小物件可做，大到可以制造別墅。

工作原理

3D打印機的工作原理，首先它將每一層的打印過程分為兩步，在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。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，而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替重疊的作用下，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。而剩余粉末還可循環利用。

打印耗材由傳統的墨水、紙張轉變為膠水、粉末，當然膠水和粉末都是經過處理的特殊材料，不僅對固化反應速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。3D打印技術能夠實現600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。而且可以利用有色膠水實現彩色打印。

由于打印精度高，打印出的模型品質自然不錯。除了可以表現出外形曲線上的設計，結構以及運動部件也不在話下。如果用來打印機械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正常活動，而腔體、溝槽等形態特征位置準確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實體還可通過打磨、鉆孔、電鍍等方式進一步加工。同時粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復合、熔模鑄造等其他材料可供選擇。

技術優點

3D打印技術的魅力在于它不需要在工廠操作，桌面打印機可以打印出你需要的小物品，假設一個茶杯，在打印完成后，可以馬上用來盛水。放在辦公室一角使用的稱為桌面機。而自行車車架、汽車方向盤甚至飛機零件等大件物品，則需要工業用打印機來完成。

它最突出的優點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。與傳統技術相比，3D打印技術還擁有如下優勢：通過摒棄生產線而降低了成本；大幅減少了材料浪費；而且，它還可以制造出傳統生產技術無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設計出飛機機翼或熱交換器；另外，在具有良好設計概念和設計過程的情況下，還可以簡化生產制造過程，快速有效又廉價地生產出單個物品。大多數金屬和塑料零件為了生產而設計，這就意味著它們會非常笨重，并且含有與制造有關但與其功能無關的剩余物。3D打印技術中，生產出的零件更加精細輕盈。