【譯】3D打印：介紹

原文地址：（須要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，若是讀着感受不太一般或者有錯誤的地方，請多包涵..

介紹

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3D打印是一個長期被炒做的術語。這種技術本質上不是新技術，但如今比以往任什麼時候候都更好，每一個人均可以使用。今天，咱們將深刻探討3D打印的世界，以及它在將來幾年爲咱們和全世界帶來的真正體驗。

什麼是 3D 打印

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基本上3D打印能夠描述爲：經過使用3D打印機使用3D建模技術建好的物品。它提供了一種快速原型製做的新方法，無需製造很是昂貴的模具或模板。

長期以來，它一直被下面這些大的領域（big thing）所炒做：

• 平常使用：從新建立物體，更換破損的部件
• 醫療用途：創造適合患者的特定支管或假體
• 武器：在新聞中，3D打印一支能夠經過金屬探測器的槍，而且沒有向當局登記

儘管3D打印改變了原型設計的工做原理，但存在許多誤解：

• 3D打印速度慢，速度很慢
  • 所以沒法用於建立同一對象的批次
• 有限的可用材料（供業餘愛好使用）
• 3D打印部件堅固但不如模塑或鑄造部件（主要用於塑料）強

3D 打印的類型

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3D打印不是一種技術，有多種不一樣的方法能夠建立3D打印。其中，建立打印的方法取決於所使用的技術。

不一樣的技術使用不一樣的方法和材料，每種都有其獨特的優勢和缺點。

其中一些方法包括（但不限於）：

• 熔融沉積建模（FDM）
• 立體光刻（SLA）
• 數字光處理（DLP）
• 蒙面立體光刻（MSLA）
• 直接金屬激光燒結（DMLS）
• 選擇性激光熔化（SLM）
• 電子束熔鍊（EBM）

下面咱們將詳細介紹一些更經常使用的類型：

• FDM
• SLA，DLP和MSLA
• SLS和SLM

1. FDM：熔融沉積建模

與Fused Deposition Modeling所述印刷模型是經過熔融的化合物建立（這是大多PLA / ABS / PETG）和跟蹤由層模型層，每一層增厚模型做爲模型上的打印機沉積更多的材料。

在上圖中，能夠看到FDM打印機的全部主要部件。噴嘴在Z軸上移動，而且構建板經過步進電機在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。將一卷材料送入噴嘴，使其熔化並經過使用擠出輪/步進電機將其沉積到模型上。

FDM打印機既能夠隨時使用，也能夠做爲須要組裝的套件，這些也是市場上最實惠的打印機類型。您能夠隨時擴展打印機，甚至能夠打印更換損壞的組件。

2. SLA和DLP：立體光刻和數字光處理

這種類型的打印機經過使用激光或投影圖像來固化UV反應性樹脂。

使用Stereolithography強大的紫外激光逐層追蹤物體，就像FDM打印機同樣，但它自己不會沉積材料，而是在激光點處固化罐中的樹脂。因爲SLA使用由鏡子移動的激光器，所以它具備很是高的分辨率，缺點是它與FDM打印機同樣慢，由於須要跟蹤每一層。

使用Digital Light ProcessingUV投影儀時，它會同時投影整個圖層，這會致使對象的可打印分辨率下降，但因爲整個圖層一次打印，所以速度顯着提升，無需跟蹤整個圖層。 Masked SLA是一種更便宜的DLP方法，其中基於LCD的光掩模用於UV-LED陣列而不是基於UV的投影儀。（這裏看不懂..你們看圖感覺下吧..）

上面的圖像顯示了這兩種（三種）方法之間的明顯差別。與DLP或MSLA方法相比，SLA方法具備更好的質量。

3. DMLS和SLM：直接金屬激光燒結和選擇性激光熔化

Direct Metal Laser Sintering和Selective Laser Melting是3D打印的兩種更工業化的方法。顧名思義，它們用於金屬中的3D打印對象。兩種方法的主要程序相似。移動臂將金屬顆粒推過打印區域，以後強大的激光將跟蹤被打印物體的當前層。這會將顆粒融合在一塊兒，也是兩種方法之間存在最大差別的地方。一旦當前層完成，臂再次來回移動，帶來一層新的金屬顆粒。

使用DMLS，顆粒被燒結在一塊兒，可是金屬自己沒有徹底熔化，沒有流動。當使用SLM時，金屬顆粒其實是徹底熔化的，而且它們更加牢固地融合在一塊兒，造成了極其堅固的物體！

使用這些方法建立的對象沒有內部壓力和缺陷，這些壓力和缺陷是常見的，而且很難經過其餘生產方法來預防 這些部件也能夠做爲一個總體進行印刷，而不須要組裝不一樣的部件，這進一步下降了組裝過程當中出現故障或錯誤的可能性。然而，從字面上看，這須要很高的成本，由於這些方法很是昂貴而且須要最早進的設備！因爲這種高成本，它們被用於容錯性很是低的行業，例如航空航天。

不一樣的印刷材料

正如您在上一節中可能已經注意到的那樣，不一樣的打印方法須要不一樣的打印材 在下面的部分中，咱們將詳細介紹這些材料。

1. 聚合物/塑料

FDM和DLP打印機須要基於聚合物的材料。這些是塑料或相似塑料的材料，易於打印。

PLA（聚乳酸）：

• 生物可降解的
• 熔化（印刷）溫度：170⇔230°C
• 可用於打印醫療用品
• 許多顏色可用+在黑暗中發光
• 不是UV穩定的
• 不能承受高溫，不要把它留在車內的陽光下！

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
• 提供多種顏色+半透明
• 紫外半穩定
• 能夠承受比PLA更高的溫度！
• 因爲煙霧有毒，所以比PLA更難打印並須要排氣！

PETG（聚對苯二甲酸乙二醇酯）：

• 不可生物降解
• 結合最好的PLA和ABS
• 熔化（印刷）溫度：220⇔250°C
• 提供多種顏色+半透明
• 紫外半穩定
• 能夠承受比PLA更高的溫度！
• 沒有有毒煙霧，無味

這三種材料一般用於FDM打印機。最安全的是PLA，它是徹底可生物降解的（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，在印刷時會產生有毒煙霧，在印刷過程當中也須要很是精確的冷卻，不然印刷會翹曲，層會分離，破壞印刷品。PETG則一箭雙鵰，它比PLA強，不產生有毒煙霧。有更多的材料可供選擇，一般具備很是特殊的特性，使其更像橡膠，更靈活，在黑暗中發光，......全部這些不一樣的材料須要不一樣的打印設置，有些可能很難作到正確，實驗是關鍵！還存在一些可用於醫學背景的材料，

DLP材料：

• 經歷光聚合的液態聚合物，意味着其經過暴露於UV光而固化/硬化。
• 有許多不一樣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
• 還有可用常規「日光」固化的樹脂，不須要特殊的紫外線燈來固化印刷物

2. 金屬

目前，金屬印刷不只適用於普通人，也有一些較大的公司/行業已經在使用可以印刷金屬的3D打印機。並不是全部方法均可以打印全部金屬材料，有些像SLM同樣受限於它能夠「打印」的金屬。

大多數印刷金屬：

• 鈦
• 鋁
• 鈷鉻合金
• 金
• 銀
• 銅
• Bras（合金）

現在航空航天工業印刷火箭及其發動機的外部和內部部件，這些物體更堅固，內部缺陷和應力更小。醫療行業還能夠在鈦中打印患者特定的假體，以便在受傷後更好地恢復患者。

3. 混凝土/CONSTRUCTION

近年來，混凝土印刷引發了一些關注，人們正在試驗它。它有一些很好的優勢：

• 容許更便宜的小型建築物建設
• 施工更快
• 發展中國家的小面積小型住宅 - 或者 - 在發生天然災害以後

4. 食物

食品印刷長期以來一直是炒做。烹飪專家一直在試驗這個概念，但也有像宇航員這樣的公司爲宇航員。

巧克力和麪團等簡單物品已經能夠3D打印，基於FDM方法，可食用物體逐層打印。有「機器人」能夠打印更復雜的項目，但這些不是真正的3D打印機和更自動化的裝配機，3D打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打印所有食物。隨着時間的推移，這無疑將獲得進一步發展。

3D 打印入門

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開始使用3D打印並不容易，這可能很是使人生畏。您須要考慮不少事情

因爲它仍然相對昂貴，你想問本身這些問題：

• 我想要什麼類型的3D打印？
• 什麼是最好的（價格/質量）打印機？
• 我會用它來證實購買的合理性嗎？
• 您也能夠在線訂購印刷模型！

把事情作對很難：

• 打印機校準
• 模型切片和打印設置

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

值得慶幸的是，在線愛好社區很是龐大，一般很是有幫助。您須要爲對象建模或從「製造商」網站下載。您須要使用特定打印機的設置對模型進行切片，並根據所需的質量和速度調整這些設置。

(這裏做者推薦了一些在線的資源&建模工具&製造商網站，這裏省略了...能FQ的小夥伴在文章頂部戳過去找找吧）

將來

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將來是如今！

3D打印機正在以極快的速度發展，新的打印機型號幾乎每週都會上市。中國公司正在生產高質量的打印機，生產質量也在不斷提升。

將來將帶來更多：

• 打印機更好
• 更好的分辨率
• 更低的花費
• 下降維護
• 愈來愈多的多功能材料
• 每一個家庭都有3D打印機？
• 本身修理⇔扔掉破碎的東西，打破...

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