3D打印與印刷

魏先福

2013年2月13日，美國總統(tǒng)奧巴馬在華盛頓發(fā)表了新任期內(nèi)的首份國情咨文。在這份國情咨文里奧巴馬繪制了一份完整的經(jīng)濟藍圖，其中特別提到要重視3D打印技術(shù)，“工人們要學(xué)習(xí)使用3D打印，學(xué)習(xí)這項有可能顛覆工業(yè)的新技術(shù)。革命一定會在這里發(fā)生，我們要確保這波制造業(yè)革命發(fā)生在美國?！笨梢?D打印在美國的受重視程度。

從3D打印設(shè)備數(shù)量上看，2012年美國各種3D打印設(shè)備的數(shù)量占全球3D打印設(shè)備總量的40%，而我國只有8%左右。國內(nèi)3D打印在過去20年發(fā)展比較緩慢，這主要是由于在技術(shù)上存在瓶頸：①材料的種類和性能受限制，特別是金屬材料制造還存在問題；②成形效率需要進一步提高；③工藝尺寸、精度和穩(wěn)定性迫切需要加強。

何為3D打印

3D打印是一種快速成形技術(shù)，是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀或液體材料，結(jié)合黏合或固化技術(shù)，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。其主流的方式有熔融沉積成型（ FDM）、立體平板印刷（SLA激光固化）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、三維粉末黏接、數(shù)字光處理 （DLP） 等。進行3D打印需要有軟件系統(tǒng)、材料體系和打印設(shè)備三要素的支持。目前，3D打印已經(jīng)應(yīng)用于藝術(shù)、文化創(chuàng)意、工業(yè)設(shè)計、3D照相、服飾、工業(yè)器械、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、軍事、醫(yī)學(xué)、文物、藝術(shù)品復(fù)制和修復(fù)、印刷電子等多個領(lǐng)域，圖1列舉了其中一些應(yīng)用案例。

利用3D打印制造柔性版的設(shè)想

既然3D打印有如此廣的應(yīng)用領(lǐng)域，那么其與印刷又能碰撞出什么樣的火花？其實，3D打印作為一種增材制造技術(shù)，具有很深的印刷烙印，很多3D打印機都是通過噴墨方式來實現(xiàn)的，但其并不完全等同于印刷。

在將3D打印與印刷相結(jié)合的探索中，我們做了一些前期研究，也就是將3D打印技術(shù)與印刷行業(yè)的制版技術(shù)相結(jié)合，通過3D打印進行柔性版的制造。

我們的想法大致如下：由于3D打印是增材制造技術(shù)，通過其在版材的圖文部分進行打印，就能將印版的圖文部分與非圖文部分區(qū)分出來，如果兩部分的區(qū)分明顯，而且印版還能符合印刷要求，那么用3D打印技術(shù)制造柔性版的想法就可實現(xiàn)，這將極大減少柔性版制版過程中的污染物排放，再結(jié)合柔性版印刷的水性油墨，那么整個柔性版印刷過程都會變得非常環(huán)保。

利用3D打印制造柔性版的前期研究

為了實現(xiàn)這一想法，目前我們已經(jīng)做了一些工作。首先，我們自主研發(fā)了用于柔性版制版的紫外光固化材料；其次，我們委托深圳一家噴墨印刷機制造廠商，做了一臺3D噴墨打印機（如圖2）；接下來，我們通過現(xiàn)有的圖文設(shè)計軟件對印前圖文進行分層處理，利用3D噴墨打印機打印出了一些樣品（如圖3）。盡管目前這些樣品還不能被稱作是印版，不能上機印刷，但對于利用3D打印技術(shù)進行柔性版制造的探索具有重大意義。

利用3D打印制造柔性版的難點

利用3D打印制造柔性版最難的地方在于，通過一層一層的材料疊加來制作網(wǎng)點的精度，尤其是高光部分的小網(wǎng)點，其間，設(shè)備的運動精度和重復(fù)定位精度極難保證，以致網(wǎng)點精度很難保證。尤其是對成像精度有一定要求的原稿或者高光部分較多的原稿，難度較大，但對要求相對較低或者文字稿，使用該技術(shù)還是有可能實現(xiàn)預(yù)期要求的。

在控制系統(tǒng)方面，噴頭控制技術(shù)、RIP和加網(wǎng)算法也需要結(jié)合3D打印技術(shù)來進一步優(yōu)化。此外，3D打印材料也還需要在印版制造時的噴射適性和印版印刷時的印刷適性方面進行優(yōu)化。

其他設(shè)想

從利用3D打印技術(shù)制造柔性版的設(shè)想出發(fā)，我們又想其在制版方面是否還有其他一些應(yīng)用。

比如，是否可做柯羅版制版？由于柯羅版印刷在文物尤其是國畫的復(fù)制方面有著獨特的優(yōu)勢，其不需要網(wǎng)點，利用3D打印可能容易達成。

是否可做凹版制版？目前的凹版都是金屬版，而在國外已經(jīng)有人研究用樹脂做凹版等，前景可期。

是否可做油畫復(fù)制？目前很多彩色3D打印產(chǎn)品，都是在打印完成后再用后處理的方式把顏色附加上去的，但在油畫復(fù)制方面，就需要在3D打印過程中將顏色直接呈現(xiàn)出來，因此，顏色技術(shù)也是用3D打印技術(shù)進行油畫復(fù)制的一大難點。

3D打印的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳罘绞胶蜕a(chǎn)方式。未來人們的生活將日益工廠化，而工業(yè)生產(chǎn)將日益?zhèn)€體化。服務(wù)型的生產(chǎn)制造業(yè)會進一步發(fā)達。設(shè)計師不再是一個特殊的群體，而全民都將成為設(shè)計師。我們期待，3D打印技術(shù)與印刷行業(yè)的結(jié)合，將迸發(fā)巨大活力。