【譯】3D列印：介紹

原文位址：（需要FQ）https://ordina-jworks.github.io/iot/2018/09/28/3D-Printing-Intro.html

文章發表日期：2018-09-28

第一次嘗試翻譯這麼一篇大且長的文章，如果讀着感覺不太通常或者有錯誤的地方，請多包涵..

介紹

3D列印是一個長期被炒作的術語。這種技術本質上不是新技術，但現在比以往任何時候都更好，每個人都可以使用。今天，我們将深入探讨3D列印的世界，以及它在未來幾年為我們和全世界帶來的真正體驗。

什麼是 3D 列印

基本上3D列印可以描述為：通過使用3D列印機使用3D模組化技術建好的物品。它提供了一種快速原型制作的新方法，無需制造非常昂貴的模具或模闆。

長期以來，它一直被下面這些大的領域（big thing）所炒作：

• 日常使用：重新建立物體，更換破損的部件
• 醫療用途：創造适合患者的特定支管或假體
• 武器：在新聞中，3D列印一支可以通過金屬探測器的槍，并且沒有向當局登記

盡管3D列印改變了原型設計的工作原理，但存在許多誤解：

• 3D列印速度慢，速度很慢
  • 是以無法用于建立同一對象的批次
• 有限的可用材料（供業餘愛好使用）
• 3D列印部件堅固但不如模塑或鑄造部件（主要用于塑膠）強

3D 列印的類型

3D列印不是一種技術，有多種不同的方法可以建立3D列印。其中，建立列印的方法取決于所使用的技術。

不同的技術使用不同的方法和材料，每種都有其獨特的優點和缺點。

其中一些方法包括（但不限于）：

• 熔融沉積模組化（FDM）
• 立體光刻（SLA）
• 數字光處理（DLP）
• 蒙面立體光刻（MSLA）
• 直接金屬雷射燒結（DMLS）
• 選擇性雷射熔化（SLM）
• 電子束熔煉（EBM）

下面我們将詳細介紹一些更常用的類型：

• FDM
• SLA，DLP和MSLA
• SLS和SLM

1. FDM：熔融沉積模組化

與

Fused Deposition Modeling

所述印刷模型是通過熔融的化合物建立（這是大多PLA / ABS / PETG）和跟蹤由層模型層，每一層增厚模型作為模型上的列印機沉積更多的材料。

在上圖中，可以看到FDM列印機的所有主要部件。噴嘴在Z軸上移動，并且建構闆通過步進電機在X / Y軸上移動，步進電機控制運動直到十分之一甚至二十分之一毫米。将一卷材料送入噴嘴，使其熔化并通過使用擠出輪/步進電機将其沉積到模型上。

FDM列印機既可以随時使用，也可以作為需要組裝的套件，這些也是市場上最實惠的列印機類型。您可以随時擴充列印機，甚至可以列印更換損壞的元件。

2. SLA和DLP：立體光刻和數字光處理

這種類型的列印機通過使用雷射或投影圖像來固化UV反應性樹脂。

使用

Stereolithography

強大的紫外雷射逐層追蹤物體，就像FDM列印機一樣，但它本身不會沉積材料，而是在雷射點處固化罐中的樹脂。由于SLA使用由鏡子移動的雷射器，是以它具有非常高的分辨率，缺點是它與FDM列印機一樣慢，因為需要跟蹤每一層。

使用Digital Light ProcessingUV投影儀時，它會同時投影整個圖層，這會導緻對象的可列印分辨率降低，但由于整個圖層一次列印，是以速度顯着提高，無需跟蹤整個圖層。 Masked SLA是一種更便宜的DLP方法，其中基于LCD的光掩模用于UV-LED陣列而不是基于UV的投影儀。（這裡看不懂..大家看圖感受下吧..）

上面的圖像顯示了這兩種（三種）方法之間的明顯差異。與DLP或MSLA方法相比，SLA方法具有更好的品質。

3. DMLS和SLM：直接金屬雷射燒結和選擇性雷射熔化

Direct Metal Laser Sintering

和

Selective Laser Melting

是3D列印的兩種更工業化的方法。顧名思義，它們用于金屬中的3D列印對象。兩種方法的主要程式類似。移動臂将金屬顆粒推過列印區域，之後強大的雷射将跟蹤被列印物體的目前層。這會将顆粒融合在一起，也是兩種方法之間存在最大差異的地方。一旦目前層完成，臂再次來回移動，帶來一層新的金屬顆粒。

使用DMLS，顆粒被燒結在一起，但是金屬本身沒有完全熔化，沒有流動。當使用SLM時，金屬顆粒實際上是完全熔化的，并且它們更加牢固地融合在一起，形成了極其堅固的物體！

使用這些方法建立的對象沒有内部壓力和缺陷，這些壓力和缺陷是常見的，并且很難通過其他生産方法來預防 這些部件也可以作為一個整體進行印刷，而不需要組裝不同的部件，這進一步降低了組裝過程中出現故障或錯誤的可能性。然而，從字面上看，這需要很高的成本，因為這些方法非常昂貴并且需要最先進的裝置！由于這種高成本，它們被用于容錯性非常低的行業，例如航空航天。

不同的印刷材料

正如您在上一節中可能已經注意到的那樣，不同的列印方法需要不同的列印材 在下面的部分中，我們将詳細介紹這些材料。

1. 聚合物/塑膠

FDM和DLP列印機需要基于聚合物的材料。這些是塑膠或類似塑膠的材料，易于列印。

PLA（聚乳酸）：

• 生物可降解的
• 熔化（印刷）溫度：170⇔230°C
• 可用于列印醫療用品
• 許多顔色可用+在黑暗中發光
• 不是UV穩定的
• 不能承受高溫，不要把它留在車内的陽光下！

ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）：

• 不可生物降解
• 熔化（印刷）溫度：220⇔260°C
• 提供多種顔色+半透明
• 紫外半穩定
• 可以承受比PLA更高的溫度！
• 由于煙霧有毒，是以比PLA更難列印并需要排氣！

PETG（聚對苯二甲酸乙二醇酯）：

• 結合最好的PLA和ABS
• 熔化（印刷）溫度：220⇔250°C
• 沒有有毒煙霧，無味

這三種材料通常用于FDM列印機。最安全的是PLA，它是完全可生物降解的（長時間使用），它也是最容易印刷的材料。ABS更堅固但不可生物降解，在印刷時會産生有毒煙霧，在印刷過程中也需要非常精确的冷卻，否則印刷會翹曲，層會分離，破壞印刷品。PETG則兩全其美，它比PLA強，不産生有毒煙霧。有更多的材料可供選擇，通常具有非常特殊的特性，使其更像橡膠，更靈活，在黑暗中發光，......所有這些不同的材料需要不同的列印設定，有些可能很難做到正确，實驗是關鍵！還存在一些可用于醫學背景的材料，

DLP材料：

• 經曆光聚合的液态聚合物，意味着其通過暴露于UV光而固化/硬化。
• 有許多不同類型的樹脂可供選擇
  • 可生物降解的⇔不可生物降解
  • 靈活⇔堅固
  • 聚合物⇔陶瓷
  • 低溫⇔高溫
• 還有可用正常“日光”固化的樹脂，不需要特殊的紫外線燈來固化印刷物

2. 金屬

目前，金屬印刷不僅适用于普通人，也有一些較大的公司/行業已經在使用能夠印刷金屬的3D列印機。并非所有方法都可以列印所有金屬材料，有些像SLM一樣受限于它可以“列印”的金屬。

大多數印刷金屬：

• 钛
• 鋁
• 钴鉻合金
• 金
• 銀
• 銅
• Bras（合金）

如今航空航天工業印刷火箭及其發動機的外部和内部部件，這些物體更堅固，内部缺陷和應力更小。醫療行業還可以在钛中列印患者特定的假體，以便在受傷後更好地恢複患者。

3. 混凝土/CONSTRUCTION

近年來，混凝土印刷引起了一些關注，人們正在試驗它。它有一些很好的優點：

• 允許更便宜的小型建築物建設
• 施工更快
• 開發中國家的小面積小型住宅 - 或者 - 在發生自然災害之後

4. 食物

食品印刷長期以來一直是炒作。烹饪專家一直在試驗這個概念，但也有像宇航員這樣的公司為宇航員。

巧克力和面團等簡單物品已經可以3D列印，基于FDM方法，可食用物體逐層列印。有“機器人”可以列印更複雜的項目，但這些不是真正的3D列印機和更自動化的裝配機，3D列印和裝配之間的界限可能會變得有點模糊。目前還不能用原料基礎成分列印全部食物。随着時間的推移，這無疑将得到進一步發展。

3D 列印入門

開始使用3D列印并不容易，這可能非常令人生畏。您需要考慮很多事情

由于它仍然相對昂貴，你想問自己這些問題：

• 我想要什麼類型的3D列印？
• 什麼是最好的（價格/品質）列印機？
• 我會用它來證明購買的合理性嗎？
• 您也可以線上訂購印刷模型！

把事情做對很難：

• 列印機校準
• 模型切片和列印設定

⇒3D列印仍然是一個密集的試錯過程！隻有你願意投入必要的時間才能開始。如果一開始你沒有成功，請一次又一次地嘗試！

值得慶幸的是，線上愛好社群非常龐大，通常非常有幫助。您需要為對象模組化或從“制造商”網站下載下傳。您需要使用特定列印機的設定對模型進行切片，并根據所需的品質和速度調整這些設定。

(這裡作者推薦了一些線上的資源&模組化工具&制造商網站，這裡省略了...能FQ的小夥伴在文章頂部戳過去找找吧）

未來

未來是現在！

3D列印機正在以極快的速度發展，新的列印機型号幾乎每周都會上市。中國公司正在生産高品質的列印機，生産品質也在不斷提高。

未來将帶來更多：

• 列印機更好
• 更好的分辨率
• 更低的花費
• 降低維護
• 越來越多的多功能材料
• 每個家庭都有3D列印機？
• 自己修理⇔扔掉破碎的東西，打破...

按照慣例黏一個尾巴：

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