世纪潮流 3D打印成型技术与成功应用

    从早期的针式打印机开始，打印机的类型和款式逐渐丰富，功能也日趋多样化。上世纪80年代中期，针式打印机开始在公司和家庭中担任打印任务，随后喷墨打印机和激光打印机相继出现在市场上，而现在，彩色激光打印机也已经陆续进入了家庭。可是无论是那种类型的打印机，都只能在纸张上打印平面文稿或图片，输出信息只能以2D形式表现。

    当然对于普通用户来说，目前的打印机已经可以很好的完成打印工作，但对于设计工作者，特别是工业设计、3D模型设计等领域，平面图或是在显示器中显示的虚拟3D图像很难完全出表现出设计的实际效果。所以就像报纸印刷前需要打印样张以进行校对一样，这些设计完成的作品在正式生产前也需要制作模型，但这一过程恰恰是最费时间也最耗费成本的环节。

    出现在科幻片中的3D打印机一直是设计工作者梦寐以求的，尽管类似产品早已应用在地理勘察、侦测领域，但昂贵的价格、简易的功能限制了其广泛应用。后来随着CAD、CAM技术的飞速发展，以及市场需求的变化，工业设计、柔性制造越来越多的影响到产品周期，能否快速推出新产品直接着厂商的生存状况。因此3D打印机开始受到广泛关注，包括手机、运动鞋、甚至是3D电影行业都对3D打印机极为推崇。

    所谓3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。

    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。

    打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。

    由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。

    不过，虽然3D打印机价格在不断降低，很多厂商、设计院、大学等都开始或准备配备，但产品价格依然较高。3D Systems推出的新款InVision LD入门级桌面型产品价格为1.59万美元，而Z Corporation出品的中端型号Z510要价10万美元。好在3D打印机的耗材成本并不夸张，例如打印手机模型，大概花费20美元材料费，比起其它成型技术成本要低得多。