造物不再神秘3D打印机是怎么工作的？
3D打印机的结构解剖和工作原理图

 

3D打印，克隆一个你想要的真实的物体

什么是3D打印？举个简单的实例。假如你在虚拟游戏中看到一个喜欢的人物或者宠物，而你又没有办法得到他，如果你有他的三维模型，那么3D打印机可以帮助你实现梦想，给你打印一个与你提供的模型完全一样的人物或者宠物，这就是3D打印机。

3D打印机又叫三维立体打印机，也可以称之为快速成型机，它是用液体或粉状塑料制造物品，能制造从牙刷到凉鞋等许多家庭用品。目前3D打印机在建筑设计、食品制作、微型模型、复杂结构、零配件、趣味模型等领域都已经有了一定的应用。

使用3D打印机，正在打印星战尤达大师模型，可以到达99.9999%的准确度

3D打印原看似复杂，其实很简单

看了很多3D打印的视频和模型，你会被它神奇的克隆能力惊呆了，这太神奇了，完全是神奇的克隆机器嘛。这样的高科技到底是怎么工作的呢？

说起它的原理，它一点都不复杂，其运作原理和传统打印机工作原理基本相同，也是用喷头一点点“磨”出来的。只不过3D打印它的喷的不是墨水，而是液体或粉末等“打印材料”，利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

下面我们就以Makerbot公司（这家公司的创始人之一BrePettis，曾经是一名普普通通的教师）的3D打印机为例来讲讲3D打印是怎么工作的。

 

左图：Makerbot公司的3D打印机

它的工作这样的。使用CAD软件来创建物品，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人物、或者微缩建筑等等。然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来，其工作结构分解图如下。3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后在进行打印输出。

3D打印与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

3D打印原理图与实际工作画面截图，它是由无数个横切面一层一层叠加起来的

造物不再神秘--3D打印机是怎么工作的？

TIPS:3D打印与普通打印机的区别

无论是3D打印机还是传统打印机，都称为打印机，工作原理基本相同。它们最大的差别就在于耗材不同，普通打印机的耗材是由传统的墨水和纸张组成的，而3D打印机主要是由胶水和粉末组成的，都是经过特殊处理的材料，但是对固化反应速度和模型强度以及分辨率都有很大关系。


 

3D打印的精度是控制的？

3D打印机要打印出逼真的3D物体，其中的最重要的是对物体的精度控制，比如细到发丝和纤维的打印。这是怎么做的呢？根据前面讲述的3D打印原理，我们知道3D打印是一层一层进行的。每打一层的厚度0.01毫米，这个厚度基本上人的肉眼很难看出。而且在每层的横切面，3D打印技术能够实现600dpi分辨率（dpi单位代表每英寸所打印的点数或线数，用来表示打印机打印分辨率），这是很高的精度了。我们知道高质量的印刷打印，一般要求是300dpi，这样的精度，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。所以3D打印机在生产应用方面存在着巨大的潜力，并在珠宝首饰、工业设计、建筑、汽车、航天、医学高领域得到了广泛的应用。

3D打印机几乎可以打印任何复杂的造型

3D打印头骨雕像

目前3D打印精度最高的是ProJetUV紫外线成型技术，也是UV紫外线照射液态光敏树脂成型技术。利用UV紫外线照射液态光敏树脂，一层一层由下而上堆栈成型，原理与其他3D打印一样。高精度堆栈成型，无几何形状限制，降低大量的研发成本，缩短产品开发的时间。ProJet系统不需要特别的温湿度控制，成型的过程中也不会有噪音的产生。

延伸阅读：什么是dpi？它和精度有什么关系？

dpi表示分辨率,指每英寸长度上的点数。dpi又可细分为水平分辨率和垂直分辨率,例如一张1英寸×1英寸的图片,如果它的水平分辨率是100dpi,垂直分辨率是50dpi,那么就是说,它水平每英寸分成100小段,垂直每英寸分成50小段,就像米尺上的一格格那样.这张图总共有100×50=5000个格子,这张图片共有5000像素。由于它的水平分辨率和垂直分辨率不相等,所以每个像素是一个微小的长方形。所以dpi表示每英寸长度上的像数数目,其实就是：每英寸长度上的点数“了。每个像素的面积大小由生产工艺决定,工艺越高,每个像素面积越小,每平方英寸屏幕上就能容纳更多的像素,dpi值就越高,图像就越精细,像素小到人眼分辨不出的地步了,图像看起来就跟实际的没有分别了。
2012-8-22  电脑报报纸