基本介紹
- 中文名：三維列印
- 外文名：Three Dimension Printing
- 屬於：快速成形技術
- 基礎：數字模型檔案
- 別稱：3DP,TDP
簡介,原理,三維設計,列印過程,完成,技術,操作,前期準備,製造原型,後期處理,市場潛力,套用場景,方法,
簡介
三維列印通常是採用數位技術材料印表機來實現。這種印表機的產量以及銷量在二十一世紀以來就已經得到了極大的增長，其價格也正逐年下降。
該技術珠寶，鞋類，工業設計，建築，工程和施工（AEC），汽車，航空航天，牙科和醫療產業，教育，地理信息系統，土木工程，槍枝以及其他領域都有所套用。
粉末材料選擇性燒結
小型快速成型機
3DP工藝是美國麻省理工學院Emanual Sachs等人1989年研製的。已被美國的Soligen公司以DSPC（Direct Shell Production Casting）名義商品化，用以製造鑄造用的陶瓷殼體和芯子。
3DP分類：
（1）三維噴塗粘接成型機
（2）噴墨式三位列印
三維噴塗粘接原理：
3DP工藝與SLS工藝類似，採用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結連線起來的，而是通過噴頭用粘接劑(如矽膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面(如圖)。
用粘接劑粘接的零件強度較低，還須後處理。先燒掉粘接劑，然後在高溫下滲入金屬，使零件緻密化。提高強度。
三維噴塗粘接特點:
適合成型小件；
工件的表面不夠光潔，需要對整個截面進行掃描粘接，成型時間較長；
採用多個噴頭。
代表公司：Z Corporation
原理
三維設計
設計軟體和印表機之間協作的標準檔案格式是STL檔案格式。一個STL檔案使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面解析度越高。PLY是一種通過掃描產生的三維檔案的掃描器，其生成的VRML或者WRL檔案經常被用作全彩列印的輸入檔案。
列印過程
印表機通過讀取檔案中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地列印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而製造出一個實體。這種技術的特點在於其幾乎可以造出任何形狀的物品。
傳統的製造技術如注塑法可以以較低的成本大量製造聚合物產品，而三維列印技術則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的三維印表機就可以滿足設計者或概念開發小組製造模型的需要。
完成
三維印表機的解析度對大多數套用來說已經足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高解析度的物品可以通過如下方法：先用當前的三維印表機打出稍大一點的物體，再稍微經過表面打磨即可得到表面光滑的“高解析度”物品。
有些技術可以同時使用多種材料進行列印。有些技術在列印的過程中還會用到支撐物，比如在列印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易於除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。
技術
許多相互競爭的技術是可用的。它們的不同之處在於以不同層構建創建部件，並且以可用的材料的方式。一些方法利用熔化或軟化可塑性材料的方法來製造列印的“墨水”，例如：混合沉積建模（fused deposition modeling，FDM）等，還有一些技術是用液體材料作為列印的“墨水”的，例如：立體平板印刷（stereolithography，SLA）、分層實體製造（laminated object manufacturing，LOM）。每種技術都有各自的優缺點，因而一些公司會提供多種印表機以供選擇。一般來說，主要的考慮因素是列印的速度和成本，三維印表機的價格，物體原型的成本，還有材料以及色彩的選擇和成本。
可以直接列印金屬的印表機價格昂貴。有時候人們會先使用普通的三維印表機來製作模具，然後用這些模具製作金屬部件。
| 累積技術 | 基本材料 |
|---|---|
選擇性雷射燒結（selective laser sintering，SLS） | 熱塑性塑膠、金屬粉末、陶瓷粉末 |
直接金屬雷射燒結（Direct metal laser sintering，DMLS） | 幾乎任何合金 |
熔融沉積成型（fused deposition modeling，FDM） | |
立體平版印刷（stereolithography，SLA） | 光硬化樹脂（photopolymer） |
數字光處理（DLP） | 液態樹脂 |
熔絲製造（Fused Filament Fabrication，FFF） | 聚乳酸（PLA）、ABS樹脂 |
融化壓模（Melted and Extrusion Modeling，MEM） | 金屬線、塑膠線 |
分層實體製造（laminated object manufacturing，LOM） | 紙、金屬膜、塑膠薄膜 |
電子束熔化成型（Electron beam melting，EBM） | 鈦合金 |
選擇性熱燒結（Selective heat sintering，SHS） | Thermoplastic powder |
粉末層噴頭三維列印（en:Powder bed and inkjet head 3d printing，PP） | 石膏 |
操作
前期準備
1. 先開啟 Z-corp 前處理軟體將需要列印的 S.T.L. 檔案輸入
2. 操作時必須佩帶手套及口罩
3. 檢查廢料瓶及粉末回收箱是否有足夠空間
4. 用工具將粉末內的空氣帶走
5. 用力將粉末擠實
6. 啟動掃粉器將粉末鋪平
7. 用蒸餾水洗淨噴墨頭製造原型
製造原型
8. 按 Online 將印表機及計算器連線
9. 印表機會根據分層出來的 2D 圖像進行噴墨列印
後期處理
10.列印完成後將粉末取走將原件小心地取出，並用毛帚將粉末清除
11. 將原件放置於清粉器，用風槍將多餘的粉末吹走
12. 風槍壓力應調較至大概 2 – 3 bar 大氣壓力
13. 將原件放置於抽氣室中進行膠水滲透程
市場潛力
行業諮詢公司“沃勒斯協會”提供的數據顯示，三維列印技術的市場銷售額已達17億美元，且有望在2015年前升至37億美元。
作為三維列印技術的發明者和領頭羊，“三維系統”公司2012年收益2.3億美元，比前年增長四成多。
公司設計的一款新型印表機“立方體”（Cube）定於2012年五月上市，其工作原理和“饒舌男”類似，應用程式則借鑑蘋果公司產品，更方便顧客操作。
它的自帶程式里已預先裝載大量物品設計圖，比如棋子、首飾、廚具等，顧客無須學習複雜的三維設計軟體，便可直接列印所需物品。
此外，“立方體”還支持無線網路連結，顧客能從網站付費下載更多物品設計圖：一隻玩具大象收費4.99美元，一枚戒指10美元，一把剃鬚刀15美元。
總部設在紐約的Shapeways公司是“三維系統”的有力競爭對手。這家公司走的市場路線與購物網站“亞馬遜”類似：顧客通過網站上傳自己設計的產品圖，或訂購現有的設計圖，公司則按圖列印產品，送貨上門。
Shapeways公司執行長彼得·魏馬爾肖森說，他們每個月售出大約10萬件產品，其中最受歡迎的是珠寶首飾、蘋果手機套和玩具火車。
套用場景
醫療行業。一位83歲的老人由於患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D印表機“列印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D列印產品做人體骨骼的案例。
科學研究。美國德雷塞爾大學的研究人員通過對化石進行3D掃描，利用3D列印技術做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特徵，同時還做了比例縮減，更適合研究。
產品原型。比如微軟的3D模型列印車間，在產品設計出來之後，通過3D印表機列印出來模型，能夠讓設計製造部門更好的改良產品，打造出更出色的產品。
文物保護。博物館裡常常會用很多複雜的替代品來保護原始作品不受環境或意外事件的傷害，同時複製品也能將藝術或文物的影響更多更遠的人。史密森尼博物館就因為原始的托馬斯·傑弗遜要放在維吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D列印替代品放在了原來雕塑的位置。
建築設計。在建築業里，工程師和設計師們已經接受了用3D印表機列印的建築模型，這種方法快速、成本低、環保，同時製作精美。完全合乎設計者的要求，同時又能節省大量材料。
製造業。製造業也需要很多3D列印產品，因為3D列印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統製造好很多。而3D列印技術本身非常適合大規模生產，所以製造業利用3D技術能帶來很多好處，甚至連質量控制都不再是個問題。
食品產業。沒錯，就是“列印”食品。研究人員已經開始嘗試列印朱古力了。或許在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D印表機“列印”出來的。當然，到那時可能人工製作的食品會貴很多倍。
汽車製造業。不是說你的車是3D印表機列印出來的（當然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業在進行安全性測試等工作時，會將一些非關鍵部件用3D列印的產品替代，在追求效率的同時降低成本。
配件、飾品。這是最廣闊的一個市場。在未來不管是你的個性筆筒，還是有你半身浮雕的手機外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨一無二的戒指，都有可能是通過3D印表機列印出來的。甚至不用等到未來，就可以實現。
方法
對於剛接觸3d列印的朋友 提供點幫助！
Alibre | File（檔案） -> Export（輸出）-> Save As（另外儲存為，選擇.STL）-> 輸入檔案名稱-> Save（保存） |
AutoCAD | 輸出模型必須為三維實體，且XYZ坐標都為正值。在命令行輸入命令“Faceters” -> 設定FACETRES為1 到10 之間的一個值 (1為低精度，10為高精度) -> 然後在命令行輸入命令“STLOUT” -> 選擇實體 -> 選擇“Y”，輸出二進制檔案 -> 選擇檔案名稱 |
CADKey | 從Export（輸出）中選擇Stereolithography（立體光刻） |
I-DEAS | File（檔案）-> Export（輸出）-> Rapid Prototype File（快速成形檔案）-> 選擇輸出的模型 ->Select Prototype Device（選擇原型設備）> SLA500.dat -> 設定absolute facet deviation（面片精度） 為 0.000395 -> 選擇Binary（二進制） |
Inventor | Save Copy As（另外儲存復件為） -> 選擇STL類型 -> 選擇Options（選項），設定為High（高） |
IronCAD | 右鍵單擊要輸出的模型 -> Part Properties（零件屬性）> Rendering（渲染） -> 設定 Facet Surface Smoothing（三角面片平滑）為 150 -> File（檔案）> Export（輸出）-> 選擇 .STL |
Mechanical Desktop | 使用AMSTLOUT命令輸出STL檔案。 |
下面的命令行選項影響STL檔案的質量，應設定為適當的值，以輸出需要的檔案。 | |
1. Angular Tolerance（角度差）―― 設定相鄰面片間的最大角度差值，默認15度，減小可以提高STL檔案的精度。 | |
2. Aspect Ratio（形狀比例）―― 該參數控制三角面片的高/寬比。1標誌三角面片的高度不超過寬度。默認值為0，忽略。 | |
3. Surface Tolerance（表面精度）―― 控制三角面片的邊與實際模型的最大誤差。設定為0.0000 ，將忽略該參數。 | |
4. Vertex Spacing（頂點間距）―― 控制三角面片邊的長度。默認值為0.0000, 忽略。 | |
ProE | 1. File（檔案）-> Export（輸出）-> Model（模型） |
2. 或者選擇File（檔案）-> Save a Copy（另外儲存一個復件） -> 選擇 .STL | |
3. 設定弦高為0。然後該值會被系統自動設定為可接受的最小值。 | |
4. 設定Angle Control（角度控制）為 1 | |
ProE Wildfire | 1. File（檔案）-> Save a Copy（另外儲存一個復件）-> Model（模型）-> 選擇檔案類型為STL (*.stl) |
2. 設定弦高為0。然後該值會被系統自動設定為可接受的最小值。 | |
3. 設定Angle Control（角度控制）為 1 | |
Rhino | File（檔案）-> Save As（另外儲存為 .STL） |
SolidDesigner (Version 8.x) | File（檔案）-> Save（保存） -> 選擇檔案類型為STL |
SolidDesigner (not sure of version) | |
SolidEdge | 1. File（檔案）-> Save As（另外儲存為） -> 選擇檔案類型為STL |
2. Options（選項） | |
設定 Conversion Tolerance（轉換誤差）為 0.001in 或 0.0254mm | |
設定Surface Plane Angle（平面角度）為 45.00 | |
SolidWorks | 1. File（檔案）-> Save As（另外儲存為） -> 選擇檔案類型為STL |
2. Options（選項）-> Resolution（品質）-> Fine（良好） -> OK（確定） | |
Think3 | File（檔案）-> Save As（另外儲存為） -> 選擇檔案類型為STL |
Unigraphics | |
2. 設定Triangle Tolerance（三角誤差）為 0.0025 | |
設定Adjacency Tolerance（鄰接誤差）為 0.12 | |
設定Auto Normal Gen（自動法向生成）為 On（開啟） | |
設定Normal Display（法向顯示）為 Off（關閉） | |
設定Triangle Display（三角顯示）為On（開啟） |
