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1、【3D打印機(jī)原理】（一）層疊截面2013/06/2500:00通過活用IT技術(shù)，如今的開發(fā)人員可以更深入地探討產(chǎn)品設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)新的開發(fā)，與此同時，更細(xì)致地對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證的需求也越來越多。3D打印機(jī)便是滿足這一需求的工具之一。最近，3D數(shù)據(jù)經(jīng)常在設(shè)計(jì)階段就已登場，利用3D打印機(jī)的情況也越來越多。制造的最終的目的是創(chuàng)造實(shí)物。因此，設(shè)計(jì)中總會有一些在計(jì)算機(jī)上無法重現(xiàn)的現(xiàn)象，必須通過試驗(yàn)等方式加以確認(rèn)。此時，能夠在短時間、以低成本制作出試制品等實(shí)物（立體模型）的3D打印機(jī)是一個重要工具（見下表）?，F(xiàn)在，作為制作夾具、模具及低產(chǎn)量部件的手段，3D打印機(jī)的應(yīng)用范圍還
2、在不斷擴(kuò)大。這一次，筆者就來介紹一下3D打印機(jī)的概要。表：主要的3D打印機(jī)（點(diǎn)擊放大）層疊截面3D打印又稱“3D積層造型”，顧名思義，是一種以截面形狀的集合體來表現(xiàn)立體模型的方法。也就是把片狀的截面形狀一層一層疊在一起，最終制成立體模型（圖1）。其造型方法多種多樣，各種方法的區(qū)別在于使用的材料和成型后處理方式的不同?！?D打印”的名稱源于其使用噴墨打印機(jī)噴嘴的方法。與一般打印機(jī)一樣，3D打印機(jī)也是使用噴嘴制作截面形狀，有從噴嘴直接噴射立體模型材料（光硬化性樹脂、蠟），以及噴射粘合劑使粉末材料固化這兩種方法。Objet、基恩士（KEYENCE）、Solids
3、cape公司生產(chǎn)的設(shè)備以及3DSystems的“ProJet”系列等采用的是前一種方法（圖1-a）。Objet和基恩士的產(chǎn)品在打印立體模型和支撐部分（將在下一篇中介紹）時均使用光硬化型樹脂，讓紫外線（UV）燈與噴墨噴嘴同步掃描成型面*1，以使噴射出的樹脂硬化。而3DSystems的“ZPrinter”采用的則是后一種方法（圖1-b）。要先噴灑一層粉末材料，在需要成形的區(qū)域噴射粘結(jié)劑，使其固化粘結(jié)，在完成一層的造型后，再噴灑下一層的粉末、膠水，如此重復(fù)直至完成造型。除此之外，也有不使用噴墨噴嘴的方法，那就是Stratasys公司采用的熔融沉積成型法（FDM）
4、（圖1-c）。這是一種使熱可塑性樹脂從可動式噴嘴擠出的方法，具體為，使細(xì)長的線狀材料在加熱的噴嘴內(nèi)熔化，同時使噴嘴按照一定軌跡運(yùn)動、擠出熔絲以完成造型*2。（未完待續(xù)，記者：中山力《日經(jīng)制造》）*1 Solidscape的產(chǎn)品打印立體模型和支撐部分均使用蠟。ProJet的立體模型材料使用光硬化型樹脂或蠟，支撐材料使用蠟。*2 Solido的產(chǎn)品采用的是把涂抹了粘結(jié)劑的膜狀材料裁成截面，逐層重疊的方法。圖1：3D打印機(jī)的主要幾種工作方式通過將造型為截面形狀的薄片不斷層疊的方法制作立體模型。使用噴墨噴嘴的方法包括直接噴射模型材料和支撐材料的方法（a），以及向粉
5、末材料需要造型的部分噴射粘結(jié)劑的方法（b）。直接噴射模型材料的方法使用光硬化性樹脂或蠟。使用粉末材料時，未硬化的粉末將發(fā)揮支撐作用。此外還有不使用噴墨噴嘴、利用內(nèi)置加熱器的可動式噴嘴噴射熱可塑性樹脂的方法（c）等。（點(diǎn)擊放大）（二）支撐結(jié)構(gòu)2013/06/2600:00上接本站報(bào)道：【3D打印機(jī)原理】（一）層疊截面【日經(jīng)BP社報(bào)道】要想靈活使用3D打印機(jī)，就必須事先了解支撐結(jié)構(gòu)。由于是采用將截面逐層堆疊這一工作方式，因此必須要有支撐結(jié)構(gòu)為模型部分提供支撐（圖2）。從易用性的角度出發(fā)，使用者必須事先了解去除支撐物的麻煩程度?；旧希?D打印機(jī)都使用不同的材料
6、作為模型材料和支撐材料，以便輕松去除支撐材料*3。*3 激光掃描光硬化型樹脂液面位置的RP（快速成型）裝置的立體模型與支撐部分采用相同材料。因此，為了方便去除，需要采用縮小立體模型與支撐部分的邊界面等方法。圖2：必須使用支撐結(jié)構(gòu)的理由因?yàn)槭亲韵露弦粚訉佣询B截面，所以，在制作有懸空部分和有從中間開始出現(xiàn)的形狀時，就需要利用支撐結(jié)構(gòu)提供支撐。噴射模型材料的3D打印方式在造型時，要選擇與模型材料不同的材料作為支撐材料。Objet的產(chǎn)品采用凝膠狀材料作為支撐材料，造型后可以用水沖掉。Stratasys的部分產(chǎn)品使用的是可溶于堿性溶液的支撐材料，而3DSystem
7、s的ProJet則是使用可溶于酒精的支撐材料。作為新方法，基恩士2011年11月推出的“Agilista”成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。該產(chǎn)品使用的支撐材料用自來水即可沖掉（圖3）。只需將造型品泡在水里就能去除支撐部分，因?yàn)闊o需施加太大的力，所以模型的微細(xì)部分被破壞的危險性也很小。實(shí)際操作時，先用指尖除掉支撐材料較厚的部分再泡入水中，可以縮短處理時間。泡在水里時，輕輕涮洗、或用流水沖刷都可縮短支撐部分溶解的時間*4。另一方面，粉末硬化式3D打印不需要另行制作支撐部分，而是用沒有作為立體模型硬化的粉末來發(fā)揮支撐作用。只要拿起做好的立體模型，未硬化的粉末就會掉落。結(jié)構(gòu)
8、復(fù)雜的部分和附著在表面的殘留粉末只需使用壓縮空氣吹掉即可。（未完待
