想象一下,如果将一台使用塑料而非胶水的机器人控制热熔枪会怎样?这几乎就是 3D 打印机的核心工作原理。 塑料丝被送入打印头,打印头加热熔化这些材料。 然后,打印头在三维空间中进行高精度移动,将熔化的塑料逐层滴落到打印床上(即打印机所在的平面)。 这个过程被重复进行,塑料层层堆叠,最终形成一个三维物体。
从三维模型开始
在 3D 打印机上制作任何物体,都必须首先从一个三维模型开始。 通常,这些模型是在专门用于处理真实世界三维模型的 CAD 软件中创建的,例如 TinkerCAD、Fusion 360 或 SketchUp。 这与电影或游戏中使用的 3D 模型创建方法有所不同,不过,你完全可以使用传统的 3D 建模软件来打印出非常精细的数字模型。
3D 打印机的优势在于它几乎可以打印任何东西。 一些模型非常复杂,使用传统的制造技术(如模具或 CNC 加工)很难制作出来,而这正是 3D 打印机大显身手的地方。 它们不仅仅用于制造复杂形状的物体。 例如,对于大型工厂的研发部门而言,使用塑料打印单个模型通常比建立整个工厂来制造实际零件要经济得多。 这个过程被称为原型制作,也就是创建一个粗略的草稿,以帮助测试最终成品,而不会浪费宝贵的时间和材料。
模型切片以供打印
由于打印机无法直接理解复杂的三维网格,并将其转化为可打印的模型,因此,必须先将 3D 模型解码为打印机能够识别的信息。 这个过程被称为“切片”,因为程序会扫描模型的每一层,并告诉打印机如何移动打印头以逐层创建每一层。 切片操作需要借助专门的软件来完成,例如 CraftWare 或 AstroPrint。
切片软件会处理模型的“填充”部分,在实体模型的内部创建一个网格状结构,以增强其稳定性。 这是 3D 打印机的一个突出优势——它们可以通过在模型内部有策略地创建空腔,并使其更轻,从而打印出非常坚固且密度很低的材料。
切片软件处理的另一项任务是生成支撑结构。 因为打印机无法在空中直接放置塑料,所以必须创建支撑柱来帮助打印机跨越间隙。 这些支撑结构是可拆卸的,它们的作用是在打印过程中确保物体不会塌陷。
切片过程完成后,切片软件会将数据发送到 3D 打印机,打印过程随即开始。
漫长的等待
一旦打印机开始工作,你会立刻注意到当今 3D 打印面临的一个主要问题:速度非常慢。 虽然 2D 打印机可以在几分钟内打印整本书,但大多数 3D 打印任务需要数小时甚至数天才能完成。 如果你搞砸了设置,错误地配置了切片软件,或者只是碰到了一下打印机,你可能会失去整个打印件。
行业中涌现了一些速度更快的技术,例如 Carbon M1,它使用激光照射液态树脂,然后将打印件拉出,从而显著加快打印过程。 然而,这类打印机要复杂得多,价格也贵得多,并且到目前为止,它们只能使用塑料作为打印材料。
那么我应该购买一台 3D 打印机吗?
如果你对设计和打印零件不感兴趣,那么你可能不会很快用它来取代你无聊的 2D 打印机。
大多数消费者购买的打印机通常使用塑料作为打印材料,尽管业内使用的奇特(且昂贵)的打印机几乎可以打印任何东西。 甚至还有一台可以打印人造肉的 3D 打印机。 这项技术发展非常迅速,并且对许多行业产生了重大影响。 肯定有一天,你将能够使用食品 3D 打印机打印美味佳肴,但在那之前,它仍然是一个业余爱好和工业设备。
尽管如此,由于价格持续下降,这可能是一个有趣的爱好,特别是如果你正在制作任何需要小型塑料模型的东西。
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