3D打印：从全面了解到亲手制作（全彩版） 读书笔记5000字

作者：杨振贤 张磊 樊彬

《3D打印：从全面了解到亲手制作》一书不仅向读者全面介绍3D打印这一新兴技术，同时通过详细的引导，帮助零基础的爱好者们组装一台属于自己的3D打印机，体会这一技术带来的无限乐趣。《3D打印：从全面了解到亲手制作》首先从整体上介绍了3D打印的发展脉络，以及在各个行业的应用前景。接着帮读者理清3D打印的工艺现状和相关技术，包括各大技术流派、供打印的模型文件、连接打印机的控制软件以及开源的硬件架构。在本书的最后，则非常细致地带领大家，一步一步地制作一台属于自己的3D打印机。

3D打印：从全面了解到亲手制作（全彩版） 读书笔记

通过本书，了解到一些3D打印的未来发展趋势。

3D打印的概念最早始于1984年，是上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场。

目前，大家所熟知的3D打印主要应用领域是工业模型领域，但这项技术还远不止于此。

已经有英国研究人员首次使用3D打印机实现了人体胚胎干细胞的打印，研究人员在最新出版的英国杂志《生物制造》上发表论文，根据检测显示打印24小时后，95%以上的细胞仍然存活，表面打印过程未杀死细胞；打印3天后，超过89%细胞存活，而且仍然维持其多能性，能够分化多种细胞组织。借由打印干细胞的技术，已有研究人员开始尝试制造骨髓和皮肤。这项技术的持续发展将意味着，未来患者使用自己的细胞制造需要的组织器官指日可待。

还有食物领域也挺新奇的。打印巧克力一类的食物可以先融化在凝结，听起来不算什么突破性的新鲜事，然而，一些现代牧场的“生物墨水”，就很耐人寻味了。这和干细胞的复制有点类似，用动物身上的组织切片，采集干细胞，进行复制，创造出一种“生物墨水”，制作人工肉。目前，先不说人们能不能接受。这项技术成本太高，制作一个汉堡所需的量，各项成本加起来就高达30万美元。

目前的3D打印机种类有

①熔融挤压式FDM

特点：

通过材料逐层堆积形成最终的成品。最常用的熔丝线材主要包括ABS、PLA、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料等。

缺点：FDM技术生产的模型在复杂和细微结构上的支撑很难在不影响模型的情况下完全去除，很容易出现损坏原型表面的情况，对模型表面的品质会有不小的影响。目前我国自行研发的FDM打印设备都还无法做到这一点，打印模型的后处理仍然是一个较为复杂的过程。

优点：市场上熔融挤压式的3D打印机非常多，特别是面向普通消费者的桌面级打印机，几乎是FDM的天下。最为大家所熟知的像MakerBot公司的Thing-O-Matic、Replicator系列打印机、3D Systems公司的Cube打印机，都是采用FDM技术的入门级3D打印机。

②层叠法成型LOM

目前，南京紫金立德电子有限公司成为全球唯一拥有该技术核心专利的公司。分层实体制造法也成为众多快速成型技术中唯一由中国企业掌握的关键技术，基于该技术的商业3D打印机也于2010年成功推出。层叠法成型技术是当前世界范围内几种最成熟的快速成型制造技术之一。

特点：主要以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）作为原材料。

LOM设备非常适合于产品设计的概念建模和功能性测试零件，由于制成的零件具有木质属性，因而还特别适合于直接制作砂型铸造模。但只不过它不是用大块原材料进行整体切削，而是将原来的零部件模型分割为多层，然后进行逐层切削。

缺点：

（1）受原材料限制，成型件的抗拉强度和弹性都不够好。

（2）打印过程有激光损耗，并需要专门实验室环境，维护费用高昂。

（3）打印完成后不能直接使用，必须手工去除废料，因此也不宜构建内部结构复杂的零部件。

（4）后处理工艺复杂，原型易吸湿膨胀，需进行防潮等处理流程。

（5）Z轴精度受材质和胶水层厚决定，实际打印成品普遍有台阶纹理，难以直接构建形状精细、多曲面的零件，因此打印后还需进行表面打磨等处理

优点：

（1）成型速度较快。

（2）模型精度很高，并可以进行彩色打印，同时打印过程造成的翘曲变形非常小。

（3）原型能承受高达200℃的温度，有较高的硬度和较好的力学性能。

③喷墨粘粉式3DP

特点：喷墨粘粉式打印技术使用的原材料主要是粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等。其主要工作原理是，先铺一层粉末，然后使用喷嘴将黏合剂喷在需要成型的区域，让材料粉末黏结形成部件截面。接着通过不断重复铺粉、喷涂、黏结的过程，层层叠加，以获得最终需要的三维模型。该工艺打印制作的零部件强度普遍较低，必须进行后期处理。

缺点：首先打印出的工件只能通过粉末黏接，受黏结剂材料限制，其强度很低，基本只能作为测试原型。

其次由于原材料为粉末，导致工件表面远不如SLA等工艺成品的光洁度，并且精细度方面也要差很多。

为使打印工件具备足够的强度和光洁度，还需要一系列的后处理工序。

技术也比较复杂、成本较高。

优点：

（1）打印速度快，无需添加支撑。

（2）技术原理同传统工艺相似，可以借鉴很多二维打印的成熟技术和部件。

（3）可以在黏结剂中添加墨盒以打印全色彩的部件，支持39万色的产品打印。

④激光烧结式SLS

特点：SLS工艺主要支持粉末状原材料，包括金属粉末和非金属粉末，然后通过激光照射烧结原理堆积成形。SLS打印的模型并不能一打印完马上拿出使用，而需要等待整个原型充分冷却之后，才能将其拿出并放置到工作台上，否则原型可能由于温度过高给操作者带来危险。

在烧结之前，整个工作台都会被加热至一定温度。这样做可有效减少打印过程中的热变形，并利于层与层之间的黏结。在打印过程中，未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂部分起着支撑作用，因此不必像SLA和FDM工艺那样另行添加支撑结构，但在打印封闭结构时，必须留有孔洞以便内部支撑粉末的清理。

缺点：

（1）关键部件损耗高，并需要专门实验室环境。

（2）打印时需要稳定的温度控制，打印前后还需要预热和冷却，后处理也较麻烦。

（3）原材料价格及采购维护成本都较高。

（4）成型表面受粉末颗粒大小及激光光斑的限制，影响打印的精度。

（5）无法直接打印全封闭中空的设计，需要留有孔洞去除粉材。

优点

（1）与其他工艺相比，能生产强度高、材料属性优异的产品，甚至可以直接作为终端产品使用。

（2）可供使用的原材料种类众多，包括工程塑料、蜡、金属、陶瓷粉末等。

（3）零件的构建时间较短，打印的物品精度非常高。

（4）无需设计和构造支撑部件。

⑤光固化成型SLA

是目前研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。

特点：主要是使用光敏树脂作为原材料，通过特定波长与强度的激光（紫外光）聚焦到光固化材料表面，使之由点到线、由线到面的顺序凝固，从而完成一个层截面的绘制工作。

SLA工艺能简洁快速并全自动地打印出表面质量和尺寸精度较高、几何形状复杂的原型。精度高、表面质量好、原材料利用率几乎达到惊人的100％，能用于打印制作形状特别复杂、特别精细的零件，非常适合于小尺寸零部件的快速成型。同时还可以在原料中通过加入其他成分，用于代替熔模精密铸造中的蜡模。

缺点：

（1）SLA设备普遍价格高昂，使用和维护成本很高。

（2）需要对毒性液体进行精密操作，对工作环境要求苛刻。

（3）受材料所限，可用使用的材料多为树脂类，使得打印成品的强度、刚度及耐热性能都非常有限，并且不利于长时间保存。

（4）核心技术被少数公司所垄断，技术和市场潜力未能全部被挖掘。

优点：

（1）SLA技术出现时间早，经过多年的发展，技术成熟度高。

（2）打印速度快，光敏反应过程便捷，产品生产周期短，并无需切削工具与模具。

（3）打印精度高，可打印结构外形复杂或传统技术难于制作的原型和模具。

（4）上位软件功能完善，可联机操作及远程控制，利于生产的自动化。