不明覺(jué)厲的3D打印技術(shù)

■ 文/楊員清

不明覺(jué)厲的3D打印技術(shù)

■ 文/楊員清

3D打印技術(shù)進(jìn)入大眾視野，緣起于2012年3D打印手槍的轟動(dòng)性新聞。

隨著3D打印機(jī)相關(guān)的新聞出現(xiàn)頻率越來(lái)越高，身邊的朋友都在問(wèn)，3D打印機(jī)到底可以干什么，是不是真的什么都可以打??？有那么神？

因?yàn)槊襟w帶有夸張性質(zhì)的宣傳，人們對(duì)3D打印技術(shù)存在一定的誤解。本文著重向大家介紹3D打印機(jī)的技術(shù)類型與應(yīng)用，以及該技術(shù)在包裝行業(yè)的應(yīng)用前景。

3D打印機(jī)技術(shù)類型

在技術(shù)類別上，3D打印機(jī)可以分為熔融堆積、光固化、選擇性激光燒結(jié)、粉末堆積等主要技術(shù)類型。

1. 熔融堆積

熔融堆積，即FDM技術(shù)（Fused Deposition Modelling）。運(yùn)用絲狀材料（白臘、塑料、低熔點(diǎn)合金絲）為耗材，通過(guò)打印頭加熱，把耗材加熱軟化，按照電腦3D模型作“一筆畫”。在控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，噴頭作 x-y 平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的資料涂覆在作業(yè)臺(tái)上，冷卻后構(gòu)成工件的一層截面，一層成形后，工作平臺(tái)下移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積構(gòu)成三維工件。

該技術(shù)在商用級(jí)3D打印機(jī)技術(shù)中有非常廣泛的應(yīng)用。

同時(shí)，因?yàn)楹牟膬r(jià)格低廉，硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以設(shè)計(jì)出非常具有成本效應(yīng)的3D打印機(jī)，所以目前消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)都是基于該技術(shù)。

該技術(shù)主要用于塑料材質(zhì)的打印，包括ABS、PLA、尼龍、PE、PC、可溶性材料，等等。新聞中常出現(xiàn)的食品打印機(jī)和器官打印機(jī)，都是基于這個(gè)技術(shù)類型，只是送料和擠出機(jī)構(gòu)有所區(qū)別罷了。

2. 光固化技術(shù)

SLA全稱Stereolithography（光固化技術(shù)，亦稱立體印刷術(shù)）。它用激光選擇性地讓需要成型的液態(tài)光敏樹(shù)脂發(fā)生聚合反應(yīng)變硬，從而造型。該技術(shù)的基礎(chǔ)原理與印刷行業(yè)的直接制版機(jī)（CTP）的基本工作原理類似。

該技術(shù)多用于商用級(jí)3D打印機(jī)。

由該技術(shù)的特點(diǎn)可以知道，該技術(shù)類型只可以打印塑料材質(zhì)的物品。

3. 選擇性激光燒結(jié)

選擇性激光燒結(jié)，即SLS（Selective Laser Sintering）。和SLA類似，SLS使用激光。和SLA不同的是，SLS用的不是液態(tài)的光敏樹(shù)脂，而是塑料粉末或金屬粉末。激光的能量讓粉末產(chǎn)生高溫和相鄰的粉末發(fā)生燒結(jié)反應(yīng)連接在一起。

該技術(shù)多用于工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)。

該技術(shù)可以應(yīng)用于塑料材料打印和金屬材料打印，但因?yàn)樗芰虾徒饘俜勰┐蛴∷褂玫募す馄骱驼耒R系統(tǒng)是完全不同的，所以，SLS機(jī)型是無(wú)法做到同時(shí)可以打印塑料和金屬的。

4. 粉末堆積

粉末堆積技術(shù)，即3DP（Three Dimensional Printing，也稱三維打?。┖蚐LS類似，這個(gè)技術(shù)的原料也是粉末狀的。典型的3DP打印機(jī)有兩個(gè)箱體。如圖所示，左邊為儲(chǔ)粉缸，右邊為成型缸。打印時(shí)，左邊會(huì)上升一層（一般為0.1mm），右邊會(huì)下降一層，滾粉輥把粉末從儲(chǔ)粉缸帶到成型缸，鋪上厚度為0.1mm的粉末。打印機(jī)頭根據(jù)電腦數(shù)據(jù)把液體打印到粉末上。（平面打印機(jī)的Y軸是紙?jiān)趧?dòng)，而3DP的Y軸是打印頭在動(dòng)）液體要么是粘合劑要么是水（用于激活粉末中粉狀粘合劑）。

該技術(shù)多用于商用級(jí)3D打印機(jī)。

從以上的介紹可以知道，沒(méi)有一種打印技術(shù)類型可以同時(shí)打印塑料和金屬的。所以，希望一臺(tái)打印機(jī)打印所有物品的想法，是不切實(shí)際的。

3D打印機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用

3D打印技術(shù)從技術(shù)原理上來(lái)講，生產(chǎn)速度遠(yuǎn)無(wú)法與傳統(tǒng)模具化生產(chǎn)的方式相比，這相當(dāng)于噴墨打印與膠版印刷的速度差別。而打印精度層面，隨著技術(shù)的發(fā)展，可以慢慢追趕開(kāi)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，但短時(shí)間內(nèi)仍無(wú)法與開(kāi)模產(chǎn)品相媲美。

目前，3D打印機(jī)的應(yīng)用主要在以下三個(gè)方面：

1. 作為最終產(chǎn)品

多用于小批量定制/產(chǎn)量比較小/生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)的產(chǎn)品，3D打印機(jī)無(wú)需模具，縮短開(kāi)發(fā)周期和減少開(kāi)發(fā)成本的優(yōu)勢(shì)非常明顯。另外，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式無(wú)法加工的產(chǎn)品，比如復(fù)雜的鏤空結(jié)構(gòu)，開(kāi)模和數(shù)控加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)，就可以通過(guò)3D打印機(jī)來(lái)生產(chǎn)。

這在飛機(jī)制造、軍工、航天等行業(yè)比較常見(jiàn)，小批量定制行業(yè)也有大量應(yīng)用。

2. 作為開(kāi)模前的設(shè)計(jì)驗(yàn)證

這是3D打印機(jī)在商業(yè)應(yīng)用上的主要用途，也是最為廣泛的用途，工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、玩具設(shè)計(jì)等行業(yè)，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期用3D打印機(jī)將模型打印出來(lái)，進(jìn)行模型驗(yàn)證和修改，確認(rèn)無(wú)誤后再交付開(kāi)模，可以大大減少模具修改造成的時(shí)間和資金浪費(fèi)。

另外，在建筑設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)等創(chuàng)意行業(yè)，也可以使用3D打印機(jī)將模型輸出，用于創(chuàng)意傳達(dá)和溝通。

3. 消費(fèi)級(jí)應(yīng)用

這一類應(yīng)用，目前用戶群主要包含DIY愛(ài)好者和設(shè)計(jì)師群體等，3D打印機(jī)技術(shù)的不斷完善過(guò)程中，會(huì)吸引越來(lái)越多普通消費(fèi)群體的加入，他們將是消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)將來(lái)的主要消費(fèi)群體，3D打印機(jī)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模很大程度上取決于該群體的成熟與壯大。

3D打印技術(shù)在包裝行業(yè)的應(yīng)用

3D打印技術(shù)可以在包裝設(shè)計(jì)階段用于注塑產(chǎn)品開(kāi)模前的打樣，如化妝品瓶子、化妝盒、唇膏、睫毛刷等。

目前，3D打印機(jī)可以選擇的塑料類型相對(duì)豐富，常見(jiàn)的有ABS、PLA、LDPE、HDPE、尼龍等，可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)包裝的外觀、結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的驗(yàn)證，大大縮短包裝開(kāi)發(fā)周期。

以下是一些打印樣品，以供欣賞。