第一章 初识 3D打印 初识 3D打印 一、3D打印机的由来一、3D打印机的由来 动画：3D打印机 的由来 3D打印机被誉为“第四次工业革命最具标志性的生产工具”，而 3D打印技术是 一项前沿技术。下面我们来简单地了解 3D打印机的由来。 3D打印技术是一种新型的快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基 础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印堆叠的方式来构造物 体的技术。 长久以来，部件设计完全依赖于其生产工艺，而 3D打印机的出现，完全 颠覆了人们传统的设计与生产思路。它将天马行空的设计理念转化为触手可及 的真实物体。 电影《十二生肖》中成龙佩戴了专业的扫描手套来扫描十二生肖铜像，另 外一边则通过专业设备将所扫描的铜像完美地打印出来。这看似很科幻且不切 实际，其实，影片中应用的就是 3D打印技术。 3D打印技术是 20世纪 80年代末 90年代初兴起并快速发展起来的先进 制造技术。它源自 100多年前的照相雕塑和地貌成型技术，在20世纪80年 代已有雏形，又称为“快速成型技术”。 1983年，美国人查克 ·赫尔（ Chuck Hull）发明了立体光固化成型法 （ Stereo Lithography Appearance， SLA）。这种方法的原理是采用光照的方 法催化光敏树脂，然后成型制造。后人把查克 ·赫尔称为 “3D打印之父”。 1993年，美国麻省理工学院发明了 3D印刷技术，获 3D印刷技术专利， 2 其使用的 3D打印机如图 1-1所示。两年后麻省理工学院将该技术授权给美国 ZCorp公司。从此，“3D打印 ”一词慢慢流行起来，许多快速成型技术都被称 作 3D打印技术。 2005年，市场上首个彩色 3D打印机 Spectrum Z510由美国 ZCorp公 司研制成功，这标志着 3D打印技术从单色时代迈进多色时代。 2007年，英国巴斯大学的一位博士成功开发了世界首台可自我复制的 3D 打印机，代号“达尔文”。由于是开源技术（见图 1-2），随着技术的不断进步， 经过许多人的改造后，3D打印机变得越来越轻便小巧，价格更加低廉，3D打 印机从此进入了人们的生活。 图 1-1 3D打印机 图 1-2 开源 3D打印机 2010年 11月，世界上第一辆由 3D打印机打印而成的汽车 Urbee问世。 2011年 7月，英国研究人员开发出世界上第一台 3D巧克力打印机。 2011年 8月，英国南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架 3D打 印而成的飞机。 2012年 11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用 3D打印机打印出人造 肝脏组织。 2013年 11月，美国得克萨斯州奥斯汀的 Solid Concepts公司用 3D 打印机打印出金属手枪。 3 2014年 7月，美国南达科他州 Flexible Robotic Environment（ FRE） 公司公布他们最新开发出的一种全功能制造设备，这种设备兼具金属 3D打印 （增材制造）、车床（减材制造包括车铣、激光扫描、超声波检具、等离子焊接、 研磨/抛光/钻孔）及 3D扫描功能。 2014年 10月，瑞士三名创客成立的 Sintratec公司推出了一款 SLS工艺 的 3D打印机，售价仅为 3999欧元。 如今，3D打印机开始广泛应用于各个领域，尤其是工业设计、数码产品 开模等。它可以在数小时内完成一个模具的打印，如图 1-3和图 1-4所示。 图 1-3 3D打印摆件 图 1-4 3D打印古文物模型 通过 3D辅助设计软件设计一个模型或原型，无论设计的是一所房子还是 人工心脏瓣膜，3D打印机都可以进行打印。打印的原料可以是有机或者无机 的材料。 3D打印技术不仅降低了立体物品的造价，更加激发了人们的想象力。《经 济学人》杂志曾这样评价：“伟大发明所能带来的影响在当时那个年代都是难以 预测的，1450年的印刷术如此，1750年的蒸汽机如此，1950年的晶体管亦 4 是如此。如今，我们仍然无法预测 3D打印技术将在漫长的时光里如何改变这 个世界。” 尽管目前 3D打印机对普通人来说并不常见，但随着技术的不断进步，在 不久的将来，它将出现在教育、娱乐等领域，并可能出现在家中，成为人们不 可或缺的生活帮手。 二、3D打印笔的使用 动画：3D打印笔 的使用 说到 3D打印笔似乎就可以让人立马联想到神笔马良的神笔。3D打印笔是一支可 以在空气中书写的笔，帮你把想象的物体从纸张中变为现实。下面我们一起来体验它 的神奇和魅力吧。 （一）3D打印笔介绍 利用 PLA、ABS材料，3D打印笔可以在任何表面 “书写”，甚至可以直 接在空气中“作画”。它无须计算机软件的支持 ,只需要把它通上电，等一等， 让笔下的线条在空气中凝固，创作完成时打印物品就出现在你的面前了。 5 1.外部结构 3D打印笔由进料孔、电源孔、显示屏、“材料选择 /调温 ”键、“退料”键、 “变速”键、“进料” /“出料”键、散热孔以及笔头组成，如图 1-5所示。 图 1-5 3D打印笔的外部结构 2.工作原理 3D打印笔基于 3D打印技术，挤出热熔的材料，然后在空气中迅速冷却， 最后固化成稳定的状态。 （二）3D打印笔的使用 1.前期准备 在使用 3D打印笔作图前，需要先准备 3D打印笔、PLA/ABS材料、临摹 图纸、剪刀或钳子、垫板等物品，如图 1-6所示。 6 ........................................................................................ 图 1-6 前期准备物品 2.操作步骤 （1）如图 1-7所示，将电源适配器 AC端插入电源插座，DC端插入 3D 打印笔的电源孔，此时显示屏处亮起黄灯，表明设备已经进入通电待机状态。 图 1-7 插入电源 （2）如图 1-8所示，当显示屏上显示 PLA或 ABS字样，通过显示屏的向 上或向下的按钮进行材料选择。 7 图 1-8 显示屏 （ 3）材料选择后，点按“进料”键，红色 LED灯点亮，表明设备已经进 入预热状态，此时显示屏显示实时加热温度，如图 1-9所示。当 LED灯由红 色变为绿色时，表明设备预热结束，可正常使用。 图 1-9 预热状态 （ 4）将材料插入“进料孔”，长按“进料”键，材料便由内置电机进行输 送，待笔头喷嘴端有料吐出，即装载成功，如图 1-10所示。 8 注意注意 装载前需保证材料端口平整。 图 1-10 插入材料 （5）如图 1-11所示，开始创作。 本设备有“变速”功能，在创作中可根据行笔速度来实时调整出料速度。 注意 图 1-11 制作摩天轮 9 （6）当设备停止工作 2min后，程序将自动进入休眠状态，此时“工作状 态灯”熄灭，显示屏显示 SLEEP，如图 1-12所示。如要再次使用，点按“进料” 键重新进行预热，预热完成即可工作。 图 1-12 设备停止运行 （7）长按“退料”键约 3s，程序自动退料，如图 1-13所示。 不同材料的更换需要切断电源后，重新选择相应的材料及其程序 即可。 注意 （8）卸载材料，清理笔头。 注意 此时笔头仍然有余温，警惕烫伤。 10