3D 打印

3D 打印（3D Printing），即增材制造技术，是快速成型技术的一种。以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D 打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、庞大的机床和众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

减材制造与增材制造

原来的工业社会用的是什么方式呢？现在我们称之为叫减材制造，就是把材料一点一点地减下去，是把原材料当中我们不需要的那部分抠掉，然后获得我们所需要的物品。那种生产方式，自然它的工业母机就是机床，什么车钳刨铣磨，通过什么折弯、切削、钻孔、磨，最后得到我们用的部件，然后把它组合，就变成一个工业品。

可是 3D 打印就不是这样啊，它是通过喷各种各样的材料，当然材料五花八门了，什么都有，有的是尼龙，有的是树脂，有的是塑料，还有很高级的，比如说喷钛金属，还有喷各种生物的分子的。但是不管怎么样，它都是用一种叫增材制造的方法，是用加法，从零开始一点一点堆出你想要的那个东西。

数据驱动

3D 打印真正的含义不是什么增材制造，而是用数据可以远程驱动的制造。工业社会也是把农耕社会的这个消费和生产一体化的场景一剖两半，让你们互相之间寻找，一旦寻找，就会有信息成本。

3D 打印是什么？是通过互联网和一系列现代化的材料技术、制造技术，构建的人类的最后一道跨越天堑的桥梁，把人、把信息、把财富，和实体世界的物联系起来的方式。

3D 打印发展历程

3D 打印技术的核心思想于 19 世纪末的美国起源，到 20 世纪 80 年代后期 3D 打印技术发展成熟并被广泛应用。可谓是“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。

1860 年，多照相机实体雕塑（Photosculpture）的专利被法国人 Franois Willème 申请。
1892 年，一项采用层合方法制作三维地图模型的专利技术在美国登记。
1992 年，Stratasys 公司推出了第一台基于 FDM 技术的工业级快速成型打印机。
1993 年，美国麻省理工学院 MIT 的 Emanual Sachs 教授发明了三维打印技术。
1995 年，麻省理工的两名学生 Jim Bredt 和 Tim Anderson 的毕业论文选题是便捷快速成型技术。两人把打印机墨盒里面的墨水替换成胶水，成功打印出了一些立体的物品。这是 3D 打印在学术上的首次成功尝试。
1996 年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation 公司均各自推出了新一代的快速成型设备，此后快速成型便有了更加通俗的称呼 ──“3D 打印”。在此之前为研究领域所接受的名词是“快速成型”。

进入 21 世纪，3D 打印技术迅速发展，

2005 年，Z Corp.公司推出世界上第一台高精度彩色 3D 打印机 Spectrum Z510，3D 打印由此有了精致的色彩；
2009 年，Bre Pettis 创立了著名的桌面级 3D 打印机公司 Maker Bot，并出售 DIY 套件，购买者可自行组装 3D 打印机，将 3D 打印技术进一步推广开来；
2015 年，美国 Carbon3D 公司发布一种新的光固化技术——连续液态界面制造（Continuous Liquid Interface Production，CLIP），利用氧气和光连续地从树脂材料中逐出模型。将 3D 打印速度提升了一个阶段，且可以使用部分生物材料。此外，还有许多 3D 打印技术在汽车制造、首饰设计、食品、艺术、生物医疗、航空航天等领域的成功案例。

3D 打印材料

3D 打印所使用的材料均针对 3D 打印设备专门研发，其形态为粉末状、丝状、层片状、液体状等等，与普通材料有所区别。以粉末状打印材料为例，根据打印环境的不同，其粒径一般为 1-100μ ｍ不等，且一般要求粉末有高球形度。

ABS 塑料：ABS（Acrylonitrile–Butadiene–Styrene Copolymer）为使用最广泛非通用塑料之一，它将丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的性能结合起来，具备耐冲击、耐高低温、耐化学药品、无毒无味的特性，此外，其易加工、可二次加工。
PLA 塑料：PLA（Polylactic-Acid）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如红薯、玉米）所提炼出的淀粉原料制成。其相容性、可降解性、物理性能、光泽性与抗拉强度良好，适用于各种加工方法，尤其是吹塑与热塑。
工程塑料：工程塑料（Engineering-Plastics）是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，耐热性、耐冲击性、抗老化性与机械性能良好，主要用于工业。主要品种有：聚酰胺（尼龙），聚苯硫醚，聚碳酸酯，聚甲醛，PBT，聚苯醚。
光敏树脂：光敏树脂是由高分子组成的胶状物质，由于粘度低、固化收缩小速率快程度高、溶胀小、光敏感性高等特性，成型后产品外观平滑，呈现出透明至半透明的磨砂状。常见的光敏树脂有 somosNEXT 材料、树脂 somos11122 材料、somos19120 材料和环氧树脂。
橡胶类材料：橡胶类材料具备多种级别弹性材料的特性，其硬度低、断裂伸长率高、抗撕裂强度大、拉伸强度大，非常适合应用于要求防滑或柔软表面的领域。3D 打印的橡胶类材料产品主要有消费类电子产品、医疗设备以及汽车内饰、轮胎、垫片等。
金属材料：3D 打印所使用的金属粉末与一般金属不同，要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低。目前，应用于 3D 打印的金属粉末材料主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等，此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属粉末材料。其中钛合金强度高、模量低、耐疲劳性强，广泛应用于航空航天与生物医学。
陶瓷材料：陶瓷材料具有硬度高、密度低、耐高温、耐腐蚀等特性，广泛用于航空航天、汽车、生物医疗等行业。陶瓷颗粒越小，表面越接近球形，陶瓷层的烧结质量越好。由于目前工艺的局限，复杂的陶瓷打印所需模具复杂、成型困难、成本高，难以广泛应用。
复合型石膏粉末：这是一种全彩色的打印材料，具有易碎、坚固、色彩清晰的特点，成型后外表会出现细微的颗粒效果，外观很像岩石，在表面曲面会出现环状纹理。
蓝蜡和红蜡：采用多喷嘴立体打印技术（MJM），表面光滑，多用于制造蜡模，利用失蜡铸造的原理，用于精密铸造。在珠宝、服饰、医疗、雕塑、艺术等领域广泛应用。
其他材料：细胞材料，在实验室培养出细胞介质，以水基溶胶为粘合剂；食品材料，加热为胶状的砂糖等。

3D 打印制造流程

3D 打印可以简单地理解为“多层的二维打印”，3D 打印机一般使用特制的材料，基于笛卡尔机械坐标系，按照三维图纸，将其一层层喷涂或者熔结到三维空间中，从而制作出传统制造工艺难以制作的高复杂度产品。3D 打印机主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统、计算机技术组成的机电一体化复杂系统。概括来说，3D 打印机的制造过程一般要经历三维建模、分层切割、打印喷涂和后期处理四个阶段：

三维建模：分为扫描和手动建模两种。扫描是一种自动建模的方法，即通过 GOSCAN 之类的扫描设备获取扫描对象的三维数据，并自动生成三维模型；手动建模是从零开始，使用三维建模软件，如 Blender、AutoCAD、C4D，在直角坐标系中建立三维模型。目前大部分 3D 打印机均基于 stl 格式设计。
分层切割：由于 3D 打印机不能直接操作 3D 模型，需要通过打印机配备的专业软件将模型文件处理为打印机可识别的描述方式，分为多层薄片，每层厚度由打印材料的属性与打印精度决定。
打印喷涂：打印机按照分层切割的蓝图，将打印材料逐层喷涂或熔结到三维空间中。这一阶段有多种实现方式，较为普遍的方式是先喷一层胶水，再添加粉末，循环往复；或是用 5 高能激光融化合金材料，层层绘制，熔结成产品；比较先进的是连续液态界面制造，利用氧气和光连续地从树脂材料中逐出模型。这一过程根据模型大小、复杂程度与打印材料不同，耗时几分钟到几天不等。
后期处理：打印喷涂结束后一般会有一些粗糙截面与材料毛刺，便需要对模型进行后期处理，包括固化、修整、打磨、上色等。这一阶段与 3D 打印技术关系较小。