第3章　3D打印的各大流派

3D打印机的名称源自英文“3D Printers”，是近年来该类产品的生产商针对消费者市场创建出来的一个新名词，在专业技术领域则一直被称为“快速成型技术”。

快速成型技术又被称为快速原型制造技术（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM），最早出现于20世纪80年代后期，是一种基于材料堆积思想的高新制造技术，被公认为近三十年来制造领域的一项重大成果。但快速成型技术并不是某项单一技术，它集成了包括机械工程、CAD、逆向工程、分层制造、激光、材料科学、数控等技术于一身。该系列技术的目的都是将设计模型快速、自动、直接、精确地转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零部件原型的制作、新设计思想的验证等提供一种高效且低成本的实现手段。简单来说，快速成型技术就是利用三维设计模型的数据作为输入源，提供给快速成型设备，设备再将一层层的材料堆积成实体原型。

3D打印技术在业界还没有形成一个明确的分类，但根据成型技术的基本思想不同，大致可以划分为两大类别——选择性沉积型和黏合凝固型。再从具体实现技术的角度又可以进一步细分，其中选择性沉积型就可以划分为熔融挤压式（Fused Deposition Modeling，FDM）、层叠法成型（Laminated Object Manufacturing，LOM）等。而黏合凝固型则主要包括：喷墨黏粉式（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP）以及选择性激光烧结（Selected Laser Sintering，SLS）等应用类型。除此之外，还存在一些混合了两种基本思想的应用技术，例如光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）。

但是无论采用哪种技术来实现，3D打印技术都具备一些共同的特点：首先需要对待打印物体建立数字模型[注]；然后根据设定的厚度进行分层切片处理，生成二维截面的信息[注]；接着根据各层的截面信息以及工艺特点，制作出二维截面的形状；重复生成二维截面，并层层叠加，最终形成三维实体。切片生成的各层厚度可以相等，也可以不相等。分层越薄，打印出的物体精度越高；分层越厚，打印完成消耗的时间越短。

由于这些技术本质存在许多共同点，使得不同技术的打印过程都非常相似。在《叠层制造技术：直接数字制造的快速成型》（Additive Manufacturing Technologies: Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing）一书中，列出了叠层制造（AM）过程中通用的8个步骤。

第一步：计算机辅助设计（CAD）——用CAD软件建造一个三维模型。此软件通过使用某些材料的科学数据，建造出一个虚拟模型，从而预测打印出的物体在不同的情况下将怎样运作。此外，通过这种方法，该软件能为成品结构的完整性提供一些线索。

第二步：转到STL——从CAD制图转换到STL模板。STL是标准镶嵌语言（Standard Tessellation Language）的英文缩写，STL是1987年为三维制造系统开发出的文件格式，供立体光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）设备使用。

第三步：转到AM机器和STL文件处理——AM的使用者将STL的文件拷贝到计算机中，由计算机控制三维打印机工作。在这里，使用者能够指定打印尺寸和方向。这和你用平面打印机进行双面打印或调整横纵方向一样。

第四步：设置机械——对于怎样为新的打印工作做准备，每一台机器都有它独特的需求。这不仅包括填充聚合物、黏结剂和打印机所需要的其他材料，同时也需要安装一个托盘作为基础，或者使用一种能够建立水溶性支撑结构的材料。

第五步：建造——让每台机器都做它自己的工作；建造过程几乎是自动化的。每一层通常是0.1mm厚，有时也会厚一点或薄一点。这取决于物体的大小、使用的材料和打印机本身。建造过程可能会持续数小时甚至数天。在这个过程中要定期检查进度，确保无误。

第六步：移出——将打印好的产品（或一些情况下的多个产品）从机器里取出来。这时要采取相应的保护措施以避免对人身造成伤害，例如戴上手套是为了避免直接接触高温的表面或者有毒的化学物质。

第七步：后期加工——对许多三维打印机打印出的产品需要做一些后期处理，包括刷去所有的残留粉末，或是冲洗产品以除去水溶性的支撑结构。由于一些材料需要时间硬化，所以刚打印出的产品在这个环节是十分脆弱的。因此我们要倍加小心以确保它不被损坏。

第八步：应用——使用这一打印产品。