一、3D 打?。簞?chuàng)新制造的神奇大門

你能想象嗎？如今，3D 打印機如同擁有魔法一般，能制造出復雜精妙的航天零部件，為飛機的心臟注入強大動力；還能打造出與人體完美適配的個性化醫(yī)療植入物，幫助患者重獲健康。這些令人驚嘆的成果，都離不開神奇的 3D 打印技術。那 3D 打印究竟是如何實現(xiàn)這一切的呢？今天，就讓我們一起深入探索 3D 打印機的奇妙打印之旅。

3D打印技術是CAD（設計）/CAM（制造）之間的有機橋梁。事實上，如果研發(fā)/生產(chǎn)體系結(jié)合有效的技術手段得當，3D打印技術將成為實現(xiàn)并行工程和敏捷制造一個不可或缺的有力工具。

二、3D 打印前奏曲：數(shù)字模型構(gòu)建

在 3D 打印的奇妙旅程中，數(shù)字模型就如同建造高樓大廈的藍圖，是一切的基礎。只有擁有了精確、完善的數(shù)字模型，3D 打印機才能依據(jù)它，將虛擬的設計轉(zhuǎn)化為實實在在的物體。那么，這些神奇的數(shù)字模型是如何誕生的呢？其實，獲取數(shù)字模型主要有三條途徑：自主設計、便捷下載和原始模型掃描；

（一）自主設計：創(chuàng)意揮灑的舞臺

如果你擁有獨特的創(chuàng)意，渴望將腦海中的奇思妙想變?yōu)楝F(xiàn)實，那么自主設計數(shù)字模型無疑是最佳選擇。在這個過程中，各種專業(yè)的 3D 設計軟件就如同你的得力助手，助你一臂之力。

對于工業(yè)設計領域，CAD（計算機輔助設計）軟件堪稱中流砥柱。它就像一位嚴謹?shù)墓こ處?，能夠精確地繪制出各種復雜的機械零件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。以汽車發(fā)動機的設計為例，工程師們運用 CAD 軟件，細致地規(guī)劃每一個零部件的尺寸、形狀和位置，確保發(fā)動機的性能達到最優(yōu)。通過 CAD 軟件強大的參數(shù)化設計功能，工程師只需調(diào)整幾個關鍵參數(shù)，就能快速生成不同版本的設計方案，大大提高了設計效率。

而在游戲建模和動畫角色設計的奇幻世界里，3ds Max 和 Maya 則是設計師們的得力武器。這兩款軟件功能強大，猶如充滿魔法的畫筆，能夠塑造出栩栩如生的游戲角色和美輪美奐的游戲場景。想象一下，在一款熱門的角色扮演游戲中，那些形態(tài)各異、個性鮮明的角色，從英雄的矯健身姿到怪物的猙獰面容，都是設計師們借助 3ds Max 和 Maya 精心雕琢而成。他們通過對模型的多邊形進行精細編輯，為角色添加豐富的細節(jié)，再賦予逼真的材質(zhì)和紋理，使角色仿佛擁有了生命，躍然眼前。在動畫制作中，這兩款軟件還能實現(xiàn)流暢的角色動畫，讓角色的一舉一動都自然流暢，為觀眾帶來身臨其境的視覺體驗。

（二）便捷下載：海量資源的寶庫

倘若你時間有限，或是希望借鑒他人的優(yōu)秀作品，那么從模型下載平臺獲取數(shù)字模型便是便捷之選。如今，互聯(lián)網(wǎng)上有許多知名的模型下載平臺，宛如一個個巨大的數(shù)字模型寶庫，匯聚了海量的資源。

Thingiverse,簡稱T站,行業(yè)最大的3D模型免費下載社區(qū),擁有超500萬+的3D模型數(shù)據(jù)供用戶下載使用,無需注冊,是世界上影響力最大的3D設計社區(qū)之一。另一個知名平臺 MyMiniFactory，則專注于高品質(zhì)的 3D 打印模型，無論是精致的藝術品，還是實用的工具配件，都能在這里找到。Sketchfab  3D 專業(yè)模型網(wǎng)站，也是一個不錯的選擇。

在下載模型時，有兩個重要的方面需要特別注意。首先是版權問題，就像我們尊重他人的勞動成果一樣，下載模型時一定要確保其來源合法，避免使用未經(jīng)授權的模型，以免引發(fā)版權糾紛。其次，模型質(zhì)量也至關重要。有些模型可能存在表面不光滑、結(jié)構(gòu)不合理等問題，這會嚴重影響打印效果。所以，在下載前，一定要仔細查看模型的預覽圖、用戶評價等信息，挑選出質(zhì)量上乘的模型。

下載的模型并非總是能完全符合我們的需求，這時候就需要對其進行適當?shù)男薷暮驼{(diào)整。比如，你下載了一個尺寸稍大的玩具模型，想要將它縮小以適應特定的場景。通過專業(yè)的 3D 編輯軟件，如 Blender，你只需選中模型，使用縮放工具，便能輕松調(diào)整其大小。若模型的顏色或材質(zhì)不符合你的喜好，也可以在軟件中打開材質(zhì)編輯器，更換不同的材質(zhì)和紋理，讓模型煥然一新。

（三）原始模型掃描

借住高精度的掃描儀器，對已有的產(chǎn)品進行全方位的掃描，可以得出一個原始的數(shù)據(jù)，可通過該數(shù)據(jù)進行模型修改、修復、創(chuàng)新等工作，從而加快創(chuàng)新頻率和對舊有數(shù)據(jù)進行存檔就修復，應用領域有工業(yè)端、醫(yī)療端及文物修復端；

目前現(xiàn)有掃描儀器廠分別3Shape 屢獲獎項的牙科技工所和口內(nèi)掃描儀。為牙科專家提供數(shù)字化解決方案,以實現(xiàn)牙科數(shù)字化并改善患者體驗。

思看科技提供了可廣泛應用于整個生產(chǎn)周期的專業(yè)級手持式三維掃描儀和自動化三維檢測系統(tǒng)，幫助客戶在競爭激烈的市場中占領先機。三維激光掃描儀和彩色三維掃描儀兼顧設備精度和掃描效率，大大提升客戶的生產(chǎn)效率。

先臨公司專注于高精度三維視覺軟、硬件的研發(fā)和應用，致力于成為具有全球影響力的三維視覺技術企業(yè)，推動高精度三維視覺技術的普及應用。

基恩士3D掃描儀無縫實現(xiàn)掃描、分析以及STEP輸出

三、模型切片：為打印做精細準備

當我們擁有了理想的數(shù)字模型后，接下來就需要借助切片軟件對模型進行細致處理，將其轉(zhuǎn)化為 3D 打印機能夠識別的指令，為實際打印做好充分準備。這就如同將一份詳細的建筑藍圖，分解成一個個具體的施工步驟，讓工人能夠按部就班地進行建造。

（一）切片軟件的選擇與導入 

在 3D 打印的世界里，有許多優(yōu)秀的切片軟件可供選擇，它們各自擁有獨特的功能和特點，能滿足不同用戶的需求。

Polydevs是由上海聯(lián)泰科技股份有限公司開發(fā)的一款專業(yè)的3D打印前處理軟件，旨在優(yōu)化3D模型以適應不同的打印需求和應用場景。這款軟件在3D打印行業(yè)中扮演著關鍵角色，特別是在提高打印效率、保證打印質(zhì)量以及簡化用戶操作流程方面。Cura 是一款備受歡迎的開源切片軟件，它就像一位貼心的伙伴，操作界面簡潔直觀，對新手極為友好。無論你是在家中進行創(chuàng)意打印的愛好者，還是在學校開展教學活動的老師，Cura 都能輕松上手。它支持多種 3D 打印機品牌，兼容性出色，就像一把萬能鑰匙，能適配大多數(shù)的打印機門鎖。而且，Cura 的切片速度相當快，能夠迅速將模型切片，大大節(jié)省你的時間。比如，你想要打印一個小巧的創(chuàng)意擺件，使用 Cura，短短幾分鐘內(nèi)就能完成切片，讓你能盡快開始打印。

Materialise 是一家在全球范圍內(nèi)享有盛譽的3D打印公司，以其創(chuàng)新的軟件解決方案和廣泛的行業(yè)應用而聞名。專注于工業(yè)和醫(yī)療保健領域的3D打印應用。它不僅提供硬件解決方案，還特別擅長開發(fā)用于數(shù)據(jù)處理、構(gòu)建準備和工作流優(yōu)化的軟件工具。

VoxelDance Additive是其核心產(chǎn)品之一，這款軟件專為3D打印數(shù)據(jù)準備設計，支持DLP、SLS、SLA和SLM等多種3D打印技術。專注于增材制造工業(yè)軟件CAD/CAM自主研發(fā)的創(chuàng)新企業(yè)，致力于為醫(yī)療、教育、航空航天、工業(yè)和消費品等行業(yè)提供智能化的3D打印解決方案。

將模型導入切片軟件的操作并不復雜。通常情況下，在切片軟件的界面中，你會找到一個 “導入” 或 “打開” 按鈕，點擊它后，在彈出的文件瀏覽器中找到你保存的模型文件，選中并點擊 “確定”，模型就會被成功導入到切片軟件中。不過，在導入模型前，要確保模型文件的格式正確，一般 STL 和 OBJ 格式是大多數(shù)切片軟件都支持的通用格式。

（二）關鍵參數(shù)設置詳解

在切片軟件中，參數(shù)設置是至關重要的環(huán)節(jié)，這些參數(shù)就如同控制打印過程的密碼，它們的不同取值會直接影響到打印質(zhì)量、時間和成本。

層厚是一個對打印質(zhì)量和時間有著顯著影響的參數(shù)。簡單來說，層厚就是 3D 打印機在打印過程中每一層材料的厚度。當你將層厚設置得較小時，比如 0.1mm，打印出來的模型表面會更加光滑，細節(jié)也會更加清晰，就像用細膩的畫筆繪制出的精美畫作。這是因為較小的層厚意味著每層堆疊的材料更薄，模型的表面能夠呈現(xiàn)出更平滑的過渡。但同時，較小的層厚會增加打印的層數(shù)，從而延長打印時間。以打印一個高度為 10cm 的模型為例，如果層厚設置為 0.1mm，那么需要打印 1000 層；而若將層厚設置為 0.2mm，就只需要打印 500 層，打印時間會大幅縮短。然而，層厚過大也會帶來問題，比如 0.3mm 的層厚可能會使模型表面出現(xiàn)明顯的階梯狀紋路，影響模型的外觀和精度。所以，在設置層厚時，需要根據(jù)模型的具體需求來權衡。如果是對表面質(zhì)量要求較高的藝術品或珠寶模型，建議選擇 0.1 - 0.15mm 的層厚；而對于一些對精度要求不那么高的功能性零件，如簡單的機械連接件，0.2 - 0.3mm 的層厚可能更為合適，既能保證一定的質(zhì)量，又能提高打印效率。

打印速度直接關系到打印所需的時間。較快的打印速度能夠縮短打印周期，提高效率，不同技術工藝的設備打印的速度都不盡相同。

填充密度決定了模型內(nèi)部的充實程度，它對模型的強度和重量有著重要影響。填充密度越高，模型內(nèi)部的材料填充就越緊密，模型也就越堅固，但同時也會消耗更多的材料，增加打印成本和時間。例如，當填充密度為 100% 時，模型內(nèi)部是完全實心的，強度非常高，但打印時間長且耗材多；而填充密度為 20% 時，模型內(nèi)部較為疏松，重量較輕，打印速度快且耗材少，但強度相對較低。在實際應用中，對于需要承受較大外力的模型，如機械零件、工具等，應將填充密度設置在 40% - 60% 之間，以保證足夠的強度；對于一些僅用于展示或裝飾的模型，填充密度可以設置在 10% - 30%，既能滿足基本的結(jié)構(gòu)需求，又能節(jié)省材料和時間。

支撐結(jié)構(gòu)在打印具有懸空部分或復雜結(jié)構(gòu)的模型時起著關鍵作用。當模型中有部分結(jié)構(gòu)沒有下方的支撐時，打印過程中這部分材料就會因重力而下垂或坍塌，而支撐結(jié)構(gòu)就像腳手架一樣，為這些懸空部分提供臨時支撐，確保打印能夠順利進行。支撐結(jié)構(gòu)分為自動生成和手動添加兩種方式。大多數(shù)切片軟件都具備自動生成支撐的功能，它會根據(jù)模型的懸空情況，智能地在需要的地方生成支撐。不過，自動生成的支撐有時可能并不完全符合我們的需求，比如在一些對表面質(zhì)量要求極高的模型上，自動支撐在移除后可能會留下痕跡。這時，就需要手動添加支撐，通過在切片軟件中手動繪制支撐的位置和形狀，來精確控制支撐的分布。在設置支撐結(jié)構(gòu)時，要考慮支撐的密度和角度。較高的支撐密度能提供更穩(wěn)定的支撐，但移除時可能會更困難，且容易在模型表面留下更多痕跡；而支撐角度則會影響支撐與模型的接觸面積和穩(wěn)定性。一般來說，支撐密度設置在 30% - 50% 之間，支撐角度設置在 45° - 60° 之間較為合適。但具體的數(shù)值還需根據(jù)模型的實際情況進行調(diào)整。例如，對于一個大型的懸空平面結(jié)構(gòu)，可能需要適當增加支撐密度和減小支撐角度，以確保平面的穩(wěn)定性；而對于一些小型的懸空零件，較低的支撐密度和較大的支撐角度可能就足夠了。

四、打印進行時：見證奇跡誕生

一切準備就緒后，3D 打印機就如同一位不知疲倦的工匠，開始了神奇的打印之旅。當你按下打印按鈕的那一刻，噴頭或激光便開始按照切片軟件生成的精確路徑，一絲不茍地逐層堆積材料，將虛擬的數(shù)字模型逐步轉(zhuǎn)化為實實在在的物體。

在常見的 FDM（熔融沉積成型）技術中，噴頭會被加熱至材料的熔點，使絲狀材料如 PLA、ABS 等迅速熔化。隨后，噴頭精準地沿著既定路徑移動，將熔化的材料擠出，一層一層地堆積在打印平臺上。每一層材料在擠出后，會迅速冷卻并與下層材料緊密粘合，就像搭建積木一樣，層層疊加，逐漸構(gòu)建出復雜的三維結(jié)構(gòu)。

對于光固化成型（SLA）技術，打印過程則充滿了科技感。在透明的樹脂槽中，紫外線激光束如同一位靈動的舞者，按照切片圖案精確地掃描液態(tài)光敏樹脂。激光所到之處，樹脂迅速發(fā)生光聚合反應，從液態(tài)瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，一層一層地固化成型。隨著打印平臺緩慢下降，新的一層樹脂不斷被曝光固化，最終塑造出精致的模型。

選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術的打印過程同樣令人驚嘆。在充滿粉末材料（如金屬粉末、塑料粉末等）的工作腔中，高能量的激光束如同神奇的畫筆，有選擇性地掃描粉末層。激光掃描之處，粉末顆粒被瞬間加熱至熔點，相互燒結(jié)融合在一起，形成堅固的實體層。一層打印完成后，工作平臺下降一定高度，鋪上一層新的粉末，繼續(xù)進行下一層的燒結(jié)，如此反復，直至整個模型打印完成。

選擇性激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）是一種先進的金屬增材制造技術，它利用高能激光束精確地熔化金屬粉末，逐層構(gòu)建出三維實體零件。SLM技術基于逐層堆積的原理，首先將3D CAD模型通過切片軟件轉(zhuǎn)換成一系列的二維截面。然后，金屬粉末被均勻鋪設在打印平臺上，高能激光按照這些截面數(shù)據(jù)精確掃描，熔化粉末形成固態(tài)結(jié)構(gòu)。每一層完成后，平臺下降，新的粉末層鋪上，激光再次熔化新層與前一層結(jié)合，如此循環(huán)直至整個零件完成。

聯(lián)泰科技工業(yè)級SLM金屬3D打印機 Muees430

五、后處理：打磨雕琢成品

當 3D 打印機完成了最后一層的打印，并不意味著整個打印過程的結(jié)束。就像精美的藝術品需要經(jīng)過精心雕琢和打磨一樣，3D 打印的模型也需要進行一系列細致的后處理，才能真正展現(xiàn)出其完美的形態(tài)和質(zhì)感。

（一）支撐去除：還原模型本貌

在打印過程中，支撐結(jié)構(gòu)如同忠誠的衛(wèi)士，為模型的懸空部分提供了不可或缺的支持，確保打印順利進行。然而，打印完成后，這些支撐結(jié)構(gòu)就完成了它們的使命，需要被小心地去除，以還原模型原本的面貌。

對于一些結(jié)構(gòu)較為簡單、支撐易于拆除的模型，手工拆除是一種便捷的方法。你只需戴上手套，用手指輕輕地掰動支撐，使其與模型分離。這種方法簡單直接，能讓你直觀地感受到模型逐漸脫離支撐的過程。不過，在操作時一定要格外小心，避免因用力過猛而損壞模型表面。

如果支撐較為堅固，難以用手拆除，我們可以借助一些工具來幫忙。尖嘴鉗是個不錯的選擇，它的尖端能夠深入到支撐與模型的連接處，精準地剪斷支撐。刮刀則可以用來刮掉一些殘留的支撐材料，使模型表面更加平整。在使用這些工具時，要注意控制力度和角度，以免在模型上留下劃痕或損傷。

對于一些復雜的模型，支撐結(jié)構(gòu)可能深入到模型的內(nèi)部或狹窄的空間中，這時候就需要使用更加精細的工具，如雕刻刀。雕刻刀能夠靈活地在模型的縫隙中操作，將支撐一點一點地切割掉。但雕刻刀非常鋒利，使用時必須全神貫注，嚴格按照模型的結(jié)構(gòu)和支撐的分布進行操作，防止對模型造成不可逆的損壞。

在去除支撐的過程中，可能會遇到一些特殊的支撐材料，比如水溶性支撐材料。這種材料的出現(xiàn)，為支撐去除工作帶來了極大的便利。當模型使用水溶性支撐材料打印完成后，我們只需將模型放入水中浸泡，支撐材料就會逐漸溶解，從而輕松地與模型分離。為了加快溶解速度，可以適當提高水溫，或者使用超聲波清洗機輔助清洗。在使用超聲波清洗機時，要注意設置合適的功率和時間，避免對模型造成不必要的震動損傷。

關于SLM后處理有，使用壓縮空氣吹掃、振動去粉機、超聲波清洗或?qū)Ｓ玫奈鼔m設備來清除多余的金屬粉末，將打印件放入熱處理爐中進行退火、固溶或時效處理。這有助于均勻材料的晶粒結(jié)構(gòu)，減少殘余應力，提高強度和韌性。使用手動工具（如鉗子、切割工具）或線切割機床來移除支撐結(jié)構(gòu)。對于難以手動去除的支撐，可能需要采用機械加工方法。

也有通過切割機對樣品進行切割，磁力拋光工藝，對金屬樣件進行支撐切割去除，拋光、噴砂等后處理工藝技術，還原原有模型。

（二）表面處理：精益求精

支撐去除后，模型的表面可能會存在一些瑕疵，如支撐留下的痕跡、層紋等，這就需要進行表面處理，讓模型更加完美。

打磨是最常見的表面處理方法之一。通過使用不同目數(shù)的砂紙對模型表面進行打磨，可以逐步去除表面的不平整和瑕疵。從粗砂紙開始，如 100 - 200 目的砂紙，能夠快速去除較大的凸起和支撐痕跡。然后，再使用目數(shù)逐漸增大的砂紙，如 400 目、800 目、1200 目等，進行精細打磨，使模型表面越來越光滑。在打磨過程中，要注意力度的均勻分布，避免因局部打磨過度而導致模型變形。同時，要順著模型的表面紋理進行打磨，這樣可以使打磨后的效果更加自然。

如果想要讓模型表面達到鏡面般的效果，拋光是必不可少的步驟。拋光可以使用拋光膏和拋光布來完成。將適量的拋光膏涂抹在拋光布上，然后在模型表面進行反復擦拭，通過拋光膏與模型表面的摩擦，進一步細化表面的微觀結(jié)構(gòu)，使其反射光線更加均勻，從而呈現(xiàn)出亮麗的光澤。對于一些復雜形狀的模型，還可以使用電動拋光工具，如小型拋光機，能夠提高拋光效率，但操作時要注意控制轉(zhuǎn)速和力度，防止對模型造成損壞。

上色能為模型增添豐富的色彩和個性，使其更加生動形象。上色的方法多種多樣，常見的有噴漆、手繪等。噴漆可以使用噴槍將顏料均勻地噴涂在模型表面，能夠快速覆蓋大面積的區(qū)域，且顏色均勻度高。在噴漆前，需要先對模型表面進行清潔和打底處理，以增強顏料的附著力。手繪則更具靈活性和創(chuàng)造性，你可以使用畫筆自由地描繪出各種圖案和細節(jié)，打造出獨一無二的模型效果。手繪時，要選擇適合模型材料的顏料，如丙烯酸顏料，它具有良好的附著力和色彩鮮艷度。在上色過程中，要注意顏料的厚度和均勻度，避免出現(xiàn)流漆、堆積等問題。

通過以上一系列的后處理步驟，3D 打印的模型將從一個初具雛形的半成品，轉(zhuǎn)變?yōu)橐患赖某善?，完美地展現(xiàn)在我們面前。無論是用于工業(yè)制造、藝術創(chuàng)作，還是個人收藏，經(jīng)過精心后處理的 3D 打印模型都能散發(fā)出獨特的魅力。

六、3D 打印的廣闊天地

3D 打印從最初的數(shù)字模型構(gòu)建，到模型切片、打印機準備、打印進行時，再到最后的后處理，每一個環(huán)節(jié)都緊密相扣，共同塑造出令人驚嘆的作品。這個過程不僅展現(xiàn)了科技的神奇力量，也為我們打開了一扇通往無限可能的大門。

展望未來，3D 打印的發(fā)展前景無比廣闊。在醫(yī)療領域，定制化的植入物將更加精準地適配患者個體需求，為醫(yī)療手術帶來革命性的突破，拯救更多生命。在航空航天領域，3D 打印能夠制造出更復雜、更輕量化的零部件，大幅提升飛行器的性能和效率。在建筑行業(yè)，大型 3D 打印機或許將直接在施工現(xiàn)場建造房屋，不僅能縮短工期，還能降低成本，為建筑行業(yè)帶來全新的變革。

3D 打印已經(jīng)逐漸融入我們的生活，為我們帶來了諸多便利和驚喜。相信在不久的將來，隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，3D 打印將在更多領域發(fā)揮重要作用，創(chuàng)造出更多令人難以想象的奇跡。你是否也對 3D 打印充滿了好奇和期待呢？不妨親自動手嘗試一下 3D 打印，也許下一個令人驚嘆的創(chuàng)意作品就將出自你的手中！