便攜式3D 解密3D打印筆

技術(shù)宅

時下流行的三維立體打印技術(shù)，讓我們通過3D打印機即可打印出各種逼真實用的3D物件。但是傳統(tǒng)3D打印機成本高、使用困難、便攜性差，這嚴重限制了3D打印的普及（圖1）。近日Future Make Technology公司開發(fā)出了可以隨身攜帶的3D打印筆——Polyes Q1。那么什么是3D打印筆？它又是怎樣實現(xiàn)3D打印的呢？

知識掃盲——了解3D打印

3D打印顧名思義就是可以打印出和現(xiàn)實生活中的物體一樣的打印技術(shù)，它實際上是添加劑制造技術(shù)的一種形式。3D打印首先在電腦上預先建立打印物體的3D模型（可以通過3D掃描，或者內(nèi)置模型建立），接著電腦會將打印指令傳輸?shù)酱蛴C，3D打印機接收到指令后就會根據(jù)模型參數(shù)，使用打印機內(nèi)置的膠管噴嘴將打印材料（包括耗材和介質(zhì)，如膠水和粉末）按照模型的架構(gòu)一層層打印并固化，最終形成3D實物（圖2）。

讓3D隨時實現(xiàn)——Polyes Q1打印原理探秘

通過上面的介紹我們知道，傳統(tǒng)3D打印主要是由電腦、打印機、耗材組成，在打印之前需要建模，然后再分層打印。而Future Make Technology公司開發(fā)的Polyes Q1打印筆外形就像一支大號鋼筆，無論是體積還是結(jié)構(gòu)都和傳統(tǒng)3D打印機大相徑庭（圖3）。那么3D打印筆是怎么實現(xiàn)3D打印的呢？

首先來了解一下3D打印筆的組成，通過對3D打印筆的拆解可以看到，常見的3D打印筆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)其實十分簡單，主要就是由擠出頭（負責將打印材料擠出）、控制馬達（調(diào)整出料轉(zhuǎn)速），還有溫控（負責將材料融化）組成，它的結(jié)構(gòu)和我們?nèi)粘Ｊ褂玫臒崮z槍非常類似（圖4）。

不過Polyes Q1的結(jié)構(gòu)和一般打印筆略微不同，因為它使用的材料是液體的感光樹脂，通過光固化技術(shù)實現(xiàn)材料的固化，因此在內(nèi)部增加了保存液體材料的導管和可以實現(xiàn)光照的LED光源或 UV 光源。

那么Polyes Q1怎么來實現(xiàn)3D打??？如上所述，3D打印實際上是添加劑制造技術(shù)的一種形式，打印出來的三維對象是通過連續(xù)的物理層建出來的。3D打印筆的工作原理和3D打印機是一樣的，它也是通過擠壓出特定的耗材，然后在三維空間依次分層涂抹形成三維物體。

因此，Polyes Q1的具體操作就像是我們使用毛筆在空中“畫”3D物體，不同的是這根“筆”不用沾墨汁，而是用可以快速成型的感光樹脂，當我們“畫”出某種形狀的物體后，通過感光樹脂固定就形成了3D物體。下面以Polyes Q1宣傳視頻中打印蝴蝶標本為例。

首先要在腦海中規(guī)劃好這只蝴蝶的形狀，接著開啟Polyes Q1擠出裝置，Polyes Q1里面的感光樹脂就會自動流出。由于它使用光固化技術(shù)（SLA），當流出的打印液體在內(nèi)置的LED光源或UV光源照射后，感光樹脂會迅速固化成型（圖5）。

這樣我們可以先“畫”出蝴蝶的的支撐，然后按照蝴蝶的形狀依次分層涂抹（這個操作就類似3D打印機的分層打?。?，每次擠出的液體在光照的作用下都會迅速成型（圖6）。

這樣大家只要按照自己的意愿就可以“打印”出任意3D物體，當然如果是復雜的三維物體，操作者就需要一定的繪畫功底，否則可能“打印”出來的就是一些四不像的產(chǎn)品。而且打印的時候一定要根據(jù)物體的實際形狀規(guī)劃打印順序，這樣才能打印出完整而且好看的3D物品（圖7）。

從上面的操作可以看到，3D筆的打印和傳統(tǒng)3D打印非常類似。不同的是，它無需建模（模型存在于用戶腦海中，你想打印什么就在腦海中規(guī)劃什么），打印指令則是你的手勢，想打印什么就具體畫什么。只要你發(fā)揮想象，幾乎可以隨意“打印”出任何你想要的東西（圖8）。

3D打印筆不僅僅是好玩

顯然3D打印筆的產(chǎn)品打印由于使用非常簡單，而且結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，任何人都可以按照自己的意愿去打印任何東西。這對于培養(yǎng)孩子們的創(chuàng)造力當然有很大的幫助，可以讓愛動手的每一個孩子都成為創(chuàng)客。

不過3D打印筆并非僅僅好玩。比如對于很多產(chǎn)品設計者來說，他們腦海中經(jīng)常會閃出各種新奇的創(chuàng)意，如果按常規(guī)的思路是按部就班畫平面圖、生成實際效果圖，然后再和自己的創(chuàng)意進行比較?，F(xiàn)在如果有了3D打印筆，他們就可以立刻將自己的創(chuàng)意打印出來，看看實際的3D效果是怎么樣的。

當然，隨著3D打印技術(shù)的進步，會有更多實用的3D打印筆出現(xiàn)。比如澳大利亞科學家就研發(fā)出3D生物打印設備“骨畫筆”，直接在傷骨“畫”出新細胞，一旦投入臨床應用，可以提高骨頭重建手術(shù)成功率。中國自主研發(fā)的生物材料3D打印機也已經(jīng)成功打印出較小比例的人類耳朵軟骨組織和肝臟單元等。3D打印科技的進步必然會給我們的生活帶來更多的便利。