3D 印表機有哪些種類?分別是如何工作的?

最近看到很多關於3D印表機的東西,讚譽頗高。想問一下這到底是個什麼東西?原理是什麼?是怎麼「列印」出藥品來的?應用前景又在哪裡?


補充,又上日報了,寫的比較晚,多謝夜貓,其實我覺得這才是我來知乎後最願意答的一個問題啊,最起碼明確下了身份,當然了還是給大家安利我和我的專欄「祖先」。(我發現我上日報的幾乎都不是一開始高贊的答案)
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謝,大晚上來答,一想到能答和自己老本行有關的東西不免有點小激動呢,多圖預警。
相信我,為了答這個題我做了一晚上的圖,就是為了讓外行人也會更容易的了解什麼是3d印表機,它的工作原理是什麼,都有哪幾種3d印表機。我也希望給大家看完後,發出「原來如此」的感嘆的文章。

  • 其實,3d印表機雖然品牌眾多五花八門,但是本質上的工作原理是一樣的,那到底是個什麼工作原理呢。

既然是列印嘛,那我們就先看一看傳統的,在紙張上列印的噴墨印表機。

圖 紙張印表機,是不是看不清,沒事這個就是讓大家感覺一下而已,稍後有X圖。

圖 紙張印表機,是不是看不清,沒事這個就是讓大家感覺一下而已,稍後有X圖。

眾所周知紙張印表機列印的是平面的圖像,而數碼圖像也就是我們放大之後看到的一個個純顏色的「像素」點拼合成的玩意,這東西可以看成是用每一個坐標點標記一個顏色值作為存儲。

圖 像素 密集恐懼症請迅速下翻

圖 像素 密集恐懼症請迅速下翻

  • 那麼這樣就很好理解了,如果我們能搞出個「噴頭」,能夠在一個平面上自由移動,在這個坐標系噴射出應有的像素,不就完成了列印工作了么。

圖 平面直角坐標系
所以這種玩意就出現了,為了大家看得更明白我建模的時候做了一定的簡化。

圖 噴墨印表機最直白的工作原理

圖 噴墨印表機最直白的工作原理
首先我們最需要的東西就是這個噴頭,它需要一個一個的噴「像素」,好的,我們看下噴頭一般是怎麼回事。

圖 噴墨印表機的噴頭

圖 噴墨印表機的噴頭

這個紙可以被一個滾輪帶下來,也就是完成了Y軸的移動,中間的那位靈動的小噴頭左右移動,也就等於完成了X軸的移動,那麼這樣一來,一個平面的圖片就被列印出來了。
但是中間的小噴頭是靠什麼移動的呢。

圖 同步帶(齒帶)
對,這個就是學名叫同步帶我們一般叫做齒帶的東西,這個東西一旦和齒輪配合,就可以做到自由的進行傳動,也就是說一般來說,像印表機這種很靈敏的設備,一般都需要齒帶作為傳動裝置。

  • 有人說你說這麼多廢話幹嘛,我要聽的是3d列印。稍安勿躁,我們看下,平面列印的載體是紙,那麼我們可是要列印立體的東西啊,平面列印用的是噴出來的「顏料」,那麼3d列印就一定要用實實在在的材料啊。

好的,法寶來了。

圖 一般3d列印常用的「線料」

  • 也就是說我們常見的3d印表機里,列印的材料從墨汁換成了「熱塑性塑料」,什麼叫熱塑性塑料呢,這種塑料一旦加熱就變得軟塌塌的熔融狀態,但是一旦冷卻又恢復原樣。現在最常見的3d列印材料主要是ABS和PLA,ABS是個極其常見的合成塑料了,本質是A(丙烯睛)、B(丁二烯)、S(苯乙烯),算了忘了就好。PLA又叫聚乳酸,這東西熔點很低,基本在185°C就可以熔融加工,所以也就是最常見的列印材料了,至於為什麼這材料是和毛線一樣的線材,其實很簡單,你要是把一把塑料(粒料)放在灼熱的噴頭裡,不出兩分鐘就會堵死,這線材才是「細水長流」。

好了,材料也有了,就差載體了,那好啊,我們就來加個小鋼板吧。

圖 我在建模的時候,直接在上圖裡加上了這麼一個小鋼板,當然了小鋼板就不能像紙那樣被滾輪送下去了,所以我們在小鋼板的下面也加上一個「同步帶」,進行Y軸的傳動。

圖 我在建模的時候,直接在上圖裡加上了這麼一個小鋼板,當然了小鋼板就不能像紙那樣被滾輪送下去了,所以我們在小鋼板的下面也加上一個「同步帶」,進行Y軸的傳動。

這下好了,平台建立好了,X軸和Y軸都可以自由移動,小噴頭可以自由的達到小鋼板的任何一個位置了。
那麼列印立體的要素就差一個了吧,那就是Z軸。

圖 空間直角坐標系

圖 Z軸來了,也就是上圖的螺旋狀杠子

圖 Z軸來了,也就是上圖的螺旋狀杠子

  • 我們在可以在X軸來回移動的噴頭組合體上,加入了一個機械中的「法寶」,那就是「絲杠」

絲杠這東西,我們也可以理解為就是個大螺絲,和絲杠配合的地方是個螺母,這絲杠一旦被電機帶動旋轉,那麼那個噴頭就會自由的上下移動了。

這下好了,我們的噴頭已經不是個普通的噴頭了,它已經是一個可以在空間中隨意移動的噴頭了。
我們看下效果圖。

圖 我們剛才組合出來的設備(我為了美觀渲染了一抹橙黃)。

圖 我們剛才組合出來的設備(我為了美觀渲染了一抹橙黃)。

  • 其實這就是3d印表機的基本傳動構造了,並不是很複雜,本質上只是一個能在三個軸自由移動的噴頭而已。

好了,現在我們裝上子彈(原材料),看看這東西是怎麼工作的。

圖 荷槍實彈的3d印表機
我們發現,所謂3d列印,本質上也就是把熱塑性塑料熔化,然後再噴頭處噴出更細的「絲線」,然後一層一層的向上噴,一層一層的向上疊加,本質上來說,3d列印僅僅是組合了一層一層的「平面」,使之變為立體。

圖 用軟體模仿了下3d列印的原理

圖 這是用低精度3d印表機列印出來的幾個物件,可以明顯的看出分層疊加和一縷一縷的支撐線,但是在很多情況下這種精度已經綽綽有餘了。

我們都知道如果列印一個平面圖片,一般搞一個JPG的圖片就好了,那麼在3d列印中,我們平時都是用什麼「文件」來進行列印的呢。

圖 其實大家剛才看到的那個泛著金屬光的印表機,就是用這個東西渲染出來的。

  • 這個是一個工業設計和建築中都很常用的軟體——犀牛(rhino),當然了比較常用的還有solidworks這種零件製造和裝配為特長的建模軟體。這兩個算是比較偏工科的建模軟體,如果是藝術性更強一點的還有大家熟知的3dmax瑪雅等建模軟體,雖然這些軟體的建模原理並不完全相同,但是核心也無非就是以面成體,這世界上所有的「體」,本質上都是由面來「堆積」出來的,所以建模軟體的工作模式也是如此,幾乎全世界的建模軟體都有一個最基本的口令,那就是——擠出

圖 用一個面在Y軸拉伸所形成的擠出過程

圖 複雜一點的solidworks的裝配零件

圖 我做的猴賽雷,我是很想有時間把它列印出來的
包括這個猴賽雷,在沒渲染之前,其實是這樣的。

圖 沒渲染的猴賽雷

圖 沒渲染的猴賽雷

所以說要想完成一個差不多的3d列印作品,首先還是要解決建模這一關的,不過因為我不是藝術類,建模能力還是比不上一些動畫大神的,只能說建模一些工業零件和產品外殼還可以。

那麼無論是犀牛的3dm格式,還是3dmax 的max格式,或者是directX模式等等,我們都可以用各自的軟體將其保存為STL模式,也就是適用於3D列印的模式。

圖 3d列印的常用格式STL

圖 3d列印的常用格式STL
好了,那麼下一步就是把STL模式的文件導入驅動軟體中,我們就可以開始列印了。

圖 PLA列印的低精度3d列印的驅動軟體,我們可以看到上面列印時的各種參數,當然還有一開始我講的,我們可以用上面的圓盤來調試X、Y、Z軸的移動,用下面的按鈕控制溫度,由於在島國,所以只能照一個日文的了。

圖 PLA列印的低精度3d列印的驅動軟體,我們可以看到上面列印時的各種參數,當然還有一開始我講的,我們可以用上面的圓盤來調試X、Y、Z軸的移動,用下面的按鈕控制溫度,由於在島國,所以只能照一個日文的了。

圖 列印開始

圖 列印開始

其實這個已經是結束時候的樣子了,我們可以用這個實物圖看看3d印表機的內部,其實和我一開始的建模圖差不多,但是可能看起來亂七八糟的線更多一些。

好了,上面就是最基本的低精度3d印表機的工作原理和工作流程了。

但是別著急,還沒完,我們再來看一看這世界上其他模式的高精度3d印表機。
就像我們熟知的,現在的平面印表機,除了噴墨以外,還有著激光印表機,靜電印表機等等,那麼3d印表機也一樣,但是別看名字叫的花里胡哨,其實本質上的工作原理還是我剛才說的那樣。

我們還是先說下平面的印表機。

比如平面的激光印表機,本質上就是將光束「圖像」通過「硒鼓」轉化成靜電「圖像」,然後將一整片墨粉有選擇的「固化」,然後轉印到紙張上。

圖 平面激光印表機工作原理

圖 平面激光印表機工作原理

其實不琢磨這個也可以,簡單點說,就是一個是噴頭自由移動噴墨固化,一個是激光靜電在一大片墨粉的海洋里有選擇的固化。

所以其實除了上面說的,分層使用熱塑性塑料的3d印表機,還有一種和平面激光印表機原理很相似的高精度3d印表機。
我們對這種印表機還有個名稱,叫做SLA。

  • 我們知道牆面說的熱塑性塑料其實還有個小夥伴,叫做「熱固性塑料」,也就是說這種塑料在平時狀態很可能就是液體,一旦經過高溫或者強光亦或者是催化劑的作用,就和點豆腐一樣的凝固,並且這種塑料不可再次熱塑利用,也就是說一生只能保持一個形狀了。

圖 SLA3d印表機

圖 SLA3d印表機
我們可以看出來,這種印表機是以激光束有選擇的凝固熱固性塑料的「海洋」,進行精度更高的列印,但是本質上的工作原理仍然是先X、Y形成平面然後Z軸一層層疊加列印的模式。

  • 當然了還有和這種印表機工作原理非常類似的SLS(Selective Laser Sintering)3d印表機,這種印表機的列印模式又叫——選擇性激光燒結。

圖 選擇性激光燒結技術

圖 選擇性激光燒結技術
這是一種精度極高的3d列印,只不過是把上面的液體換成了粉末材料,通過激光對粉末的海洋進行選擇性的熔融,其實有點類似平面的激光印表機,但是3d造型的本質仍然是上面所說的模式。SLS的列印模式已經可以應用於金屬3d列印上了,算是3d列印中的一個極大的進步。


圖 採用選擇性激光燒結技術列印的金屬手槍
好了給大家展示下上面說的高精度3d印表機的作品吧。

圖 我在島國的實驗室的AGILISTA,算是日本非常不錯的一個高精度3d印表機了。

圖 我在島國的實驗室的AGILISTA,算是日本非常不錯的一個高精度3d印表機了。

圖 這種印表機的內部構造,可以看出來各種傳動裝置都精密多了

圖 這種印表機的內部構造,可以看出來各種傳動裝置都精密多了

圖 用高精度3d印表機列印的solidworks零件,這種材質所列印出來的彈簧還具有彈性,這種精度也可以應付一些醫療器械了。

圖 高精度模型

圖 高精度模型


好了,就說這麼多了,已經5點了,在知乎上回答了比較多的人文類問題得到大家很多的支持,遇到自己專業的東西自然更希望更好的像大家普及這方面的知識。

其實對於3d列印,有一句話叫做——19世紀的構想,20世紀的基礎技術,21世紀的市場。
可以說在工業設計逐漸進步以及建模軟體花樣翻新的今天,3d列印對於複雜造型的量產和個性化定製以及高分子材料加工都有著不可估量的空間,21世紀的3d列印仍然還會飛速的發展,在一代一代的設計者和製造者的努力下,我相信3d列印真的可以,徹底改變這個世界。


以上


在回答問題之前,我想矯正一下大家對「3D列印」這個辭彙的定義。
3D列印有兩種定義。狹義指「MIT開發的以粉末為基礎的製造技術」。廣義上指所有的增材製造技術(Additive Manufacturing)。
據Andreas Gebhardt對添加性製造技術的入門書籍Understanding Additive Manufacturing,添加性製造技術有很多種,MIT開發的3D列印技術只是其中一種:
1. 以高分子聚合反應為基本原理:激光立體印刷術(Stereolithography, SLA,有著名的Objet(已和Stratasys合併)和Formlabs為代表), 高分子列印技術(Polymer Printing), 高分子噴射技術(Polymer Jetting), 數字化光照加工技術(Digital Lighting Processing), 微型立體印刷術(Micro Stereolithography)。
2. 以燒結和熔化為基本原理: 選擇性激光燒結技術(Selective Laser Sintering, SLS,3D列印行業龍頭老大3D System的看家本領,EOS也是傑出代表), 選擇性激光熔化技術(Selective Laser Melting, SLM), 電子束熔化技術(Electron Beam Melting, EBM)。
3. 以粉末-粘合劑為基本原理:三維列印技術(Three Dimensional Printing, 3DP,MIT在90年發明的,Zcorp(已被3D Systems收購)、voxeljet是傑出代表)
4. 熔融沉積造型技術(Fused Deposition Modeling, FDM,著名代表有RepRap項目、MakerBot和Stratasys公司)
5. 層壓製造技術(Layer Laminate Manufacturing, LLM)
6. 氣溶膠列印技術(Aerosolprinting)
7. 生物繪圖技術(Bioplotter)
每一種添加性製造技術的具體原理都不一樣,但是主要都是想辦法根據電腦數據製造出一層東西,然後在這層東西上面再製造一層東西,如此類推,直至製造出整個立體模型。
主要特點是成品結構複雜性幾乎不受限制。
目前主要用於航空工業、汽車工業、專業設計(產品設計和建築設計的模型製造)、外科(量身定做的矯正牙套、假牙、助聽器)等等。

下面來簡單介紹一下最常見的FDM、SLA、SLS和3DP。
1. FDM

來源:維基百科

來源:維基百科

FDM全稱Fused Deposition Modelling(熔融沉積造型)。列印頭加熱,把條形塑料加熱軟化,按照電腦3D模型作「一筆畫」。看看視頻可能會更清楚:

MakerBot Thing-O-Matic演示:
視頻封面MakerBot立體印表機Thing-O-Matic演示一:列印人像視頻
2. SLA

來源:維基百科

來源:維基百科

SLA全稱Stereolithography(立體印刷術)。它用激光選擇性地讓需要成型的液態光敏樹脂發生聚合反應變硬,從而造型。SLA有兩大類,一種是Objet為代表的,從下到上列印的。另一種是Formlabs為代表的,從上往下列印的。

Objet印表機原理介紹:視頻封面Objet三維印表機---締造快速成型新標準視頻

Formlabs Form 1印表機宣傳視頻
視頻封面Formlabs 光固化桌面級3D印表機視頻
3. SLS

來源:維基百科

來源:維基百科

SLS全稱Selective Laser Sintering(選擇性激光燒結)。和SLA類似,SLS使用激光。和SLA不同的是,SLS用的不是液態的光敏樹脂,而是粉末。激光的能量讓粉末產生高溫和相鄰的粉末發生燒結反應連接在一起。

3D Systems 選擇性激光燒結3D印表機演示:
視頻封面選擇性激光燒結(SLS)工藝演示視頻

4. 3DP

來源:Emerald

來源:Emerald

3DP全稱Three Dimensional Printing(三維列印)。這才是真正的3D列印!因為這種技術和平面列印非常相似,連列印頭都是直接用平面印表機的。和SLS類似,這個技術的原料也是粉末狀的。典型的3DP印表機有兩個箱體。如上圖所示,左邊為儲粉缸,右邊為成型缸。列印時,左邊會上升一層(一般為0.1mm),右邊會下降一層,滾粉輥把粉末從儲粉缸帶到成型缸,鋪上厚度為0.1mm的粉末。印表機頭根據電腦數據把液體列印到粉末上。(平面印表機的Y軸是紙在動,而3DP的Y軸是列印頭在動)液體要麼是粘合劑要麼是水(用於激活粉末中粉狀粘合劑)。

ZPrinter演示:
視頻封面彩色3D印表機ZPrinter 650列印Minecraft風格的模型全程示範視頻
想說說那個列印腎臟的TED視頻。那個腎臟不具有任何功能。移植到那個男孩身上的是膀胱。膀胱的功能只是儲存尿液,不需要很複雜的生物結構,所以目前的技術可以製造。可是,目前還不能製造可以移植的腎臟。


3D列印又稱三維列印,工業上叫快速成型,而最近,行業內部又統一了更規範的專業叫法—增材製造。3D列印可以說是這項技術的「乳名」,「快速成型」可以說是她的「學名」,而「增材製造」便可以理解為她的專業術語。


3D列印的原理

簡單來說,3D列印就是指通過可以「列印」出真實物體的3D印表機,採用分層加工、迭加成形的方式逐層增加材料來最終製造出立體實物。說的稍微專業點就是軟體通過電腦輔助設計技術完成一系列數字切片,並將這些切片的信息傳送到3D印表機上,而3D印表機會利用原材料將連續的薄型層面逐層堆疊起來,直到一個固態物體成型,所以工業上也叫快速成型,3D印表機也叫快速成型機。由於具體堆疊的形式有多種多樣,因此產生了多種3D列印工藝,每種工藝能夠列印的材料類型也不相同,如常見的有SLA(激光固化光敏樹脂成型)、FDM(熔融擠壓堆積成型)、3DP(三維噴塗粘結成型)、SLS(選擇性激光燒結成型)、Ployjet(噴墨成型)等。「這五種主流的3D列印工藝我們這裡都有設備」北京上拓科技有限公司市場營銷總監邵先生指著一排排的機器如是說,「目前3D列印可列印的材料主要有石膏、尼龍、abs塑料、pc、樹脂、金屬、陶瓷等,3D列印所用的這些原材料都是專門針對3D列印而研發的一種新材料,並不是普通意義的石膏、塑料、樹脂,而原材料的形態一般有粉末狀、絲狀、液體狀。」

3D列印工藝詳解

熔融擠壓堆積成型FDMFused Deposition Modeling


FDM工藝的關鍵是保持半流動成型材料剛好在熔點之上(通常控制在比熔點高1℃左右)。FDM噴頭受CAD分層數據控制使半流動狀態的熔絲材料(絲材直徑一般在1.5mm以上)從噴頭中擠壓出來,凝固形成輪廓形狀的薄層。每層厚度範圍在0.025~0.762mm,一層疊一層最後形成整個零件模型。

FDM工藝使用的原材料:熱塑性材料,如ABS、PC、PLA等,以絲狀供料

精度:0.025~0.762mm

特點:

系統構造原理和操作簡單

維護成本低,系統運行安全

可以直接用於失蠟鑄造

可以成型任意複雜程度的零件

支撐去除簡單,無需化學清洗

激光固化光敏樹脂成型(SLAStereo
Lithography Apparatus


該技術以光敏樹脂為原料,將計算機控制下的紫外激光按預定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態樹脂逐點掃描,使被掃描區的樹脂薄層產生光聚合反應,從而形成零件的一個薄層截面。當一層固化完畢,移動工作台,在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態樹脂以便進行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上,如此重複直到整個零件原型製造完畢。

使用材料:透明色光敏樹脂、乳白光敏樹脂等。

精度:0.1~0.2mm

特點:

成型過程自動化程度高

尺寸精度高

優良的表面質量

使CAD數字模型直觀化,降低錯誤修復的 成本

加工結構外形複雜或使用傳統手段難於成型的原型和模具

激光燒結(SLSSe1ected
Laser Sintering


該法採用CO2激光器作能源,目前使用的造型材料多為各種粉未材料。在工作台上均勻鋪上一層很薄(100μ~200μ)的粉未,激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結,一層完成後再進行下一層燒結。全部燒結完後去掉多餘的粉未,再進行打磨、烘乾等處理便獲得零件。目前,成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉、金屬粉、陶瓷粉。

使用材料:如尼龍、ABS、樹脂裹覆砂(覆膜砂)、

聚碳酸脂、金屬和陶瓷粉末等。

特點:

可製作金屬製品

可採用多種材料

製作工藝比較簡單

無需支撐結構

材料利用率高

4.三維噴塗粘結成型(3DP—3Dimension Printer)


3DP技術是麻省理工學院發明並申請專利的,由ZCORP公司進行商業化。該項技術自1994年發明並逐步走向市場後,在近三四年時間呈飛速發展趨勢。該種成型工藝的原理是將粉末由儲存桶送出一定分量,再以滾筒將送出之粉末在加工平台上鋪上一層很薄的原料,噴嘴依照3D電腦模型切片後獲得的二維層片信噴出黏著劑,黏著粉末.做完一層,加工平台自動下降一點,儲存桶上升一點,刮刀由升高了的儲存桶把粉末推至工作平台並把粉末推平.再噴黏著劑,如此循環便可得到所要的形狀,常用的ZCorp立體列印材料是石膏粉。該種工藝是目前唯一可列印全彩色樣件的3D列印工藝。

使用材料:粉末材料,如石膏粉末。

精度:0.013~0.1mm

特點:

成形速度快,成形材料價格低

可以製作彩色原型

粉末在成形過程中起支撐作用,且成形結束後,比較容易去除

5.噴墨技術工藝(Ployjet


沿著X軸前後滑動,在成型室里鋪上一層超薄的光敏樹脂。每鋪完一層後,噴頭架邊上的紫外光球立即發射紫外光,快速固化和硬化每層光敏樹脂。這一步驟減少了使用其他技術所需的後處理過程。每列印完一層,機器內部的成型底盤就會極為精確地下沉,而噴頭繼續一層一層地工作,直到原型件完成。成型時使用了兩種不同的光敏樹脂材料:一種是用來成型實體部件的成型材料,另一種類膠體的用來支撐部件的支撐材料。

使用材料:光敏樹脂聚合材料

精度:0.1mm

特點:

列印出高質量、高細節的3D模型

縮短設計周期和降低研發成本

材料選擇範圍廣

簡易的支撐移除

最近也在關注3D列印,推薦3個網站給你:
http://www.3drp.cn/
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說下我專業中接觸到的3d印表機,以及對其前景的看法。
原理方面:3d列印的基本原理是逐層列印,一般要與cad軟體相配合,在接收cad的信息後,機器將其翻譯成3d印表機空間能識別的三維信息,然後進行分層,得到每層的二維信息。 接下來不同的印表機原理不同,但基本原理都是一樣的,先打出第一層材料,燒結(或用激光加熱使其凝結),在第一層材料上抹上黏合劑,然後再在第一層材料上打第二層材料,直到打完所有的層數,也就拼湊成3d樣品。
所學的材料專業中,主要接觸3d列印有工業生產中用於製作工件或器件樣品,另外一個是用於組裝仿生骨
在工業生產中,通過3d列印可以迅速將電腦中的三維圖案列印出來,製成樣品,進行相關檢測,對設計進行反饋,而在沒有3d印表機的情況下需要製造模具才能生產樣品,因此能大量縮短設計周期,節省資金,3d印表機的出現極大促進了cad和cam,也就是設計製造一體化的進程,這是3d印表機現在在工業上的主要應用。
鑒於3d印表機可以精確模擬製造,有生物專家開始將3d印表機應用到仿生製造方面,上面也有人提到列印腎臟,我接觸到的是人工骨的仿生製造,骨骼內部是一種多孔結構,儘管現在有很多方法可以造出多孔材料,但人工骨的結構仿生製造是一項難題,而且一般仿生骨在模擬結構的前提下還要添加膠原蛋白等這樣的物質,所以應該說在仿生方面3d印表機有獨特的優勢,可以較精確進行模擬。
但現在普遍存在兩個問題限制其發展
1,列印原料及其昂貴,一般原料是光敏樹脂材料,也就是補牙的材料,想下補個牙多貴就行了。
2,效率,逐層列印,而且一台昂貴地機子每次只能生產一個模型或樣品,限制了其只能暫時應用於極小規模地生產或者生物仿生材料這樣的科研研究。


看了下其他答案,覺得都不是非常完整。之前實習時給導師編纂3D列印的教科書時負責的便是編輯其中關於印表機工作原理和應用的章節,因此特來挖坑補充。

首先,嚴格意義上來講,3D列印在學術界被叫做增材製造(Additive Manufacturing, AM)(關於3D列印的定義:什麼是3D列印技術? - 呂朕的回答),3D印表機一詞也是各個公司為了方便客戶理解機器功能在推銷時加上的名字。因此我的回答會概括當前世界上仍就被使用的主流增材製造技術/工藝。【】內內容為採用該技術/擁有該技術專利的公司。

增材製造工藝可被分為三大類,分別是,
一、液體材料增材製造系統(Liquid-Based AM System)
二、固體材料增材製造系統(Solid-Based AM System)
三、粉末材料增材製造系統(Powder-Based AM System)

每個系統下又有多個工藝,分別是,
一、液體材料增材製造系統(Liquid-Based AM System)
1) Sterolithography Apparatus (SLA),【3D Systems】
2) PolyJet, 【Stratasys】
3) Multi-Jet Printing System (MJP), 【3D Systems】
4) Perfactory, 【EnvisionTec】
5) Solid Object Ultraviolet-Laser Printer
6) Bioplotter, 【EnvisionTec】
7) 3D Bioprinting, 【Regenhu】
8) Rapid Freeze Prototyping

二、固體材料增材製造系統(Solid-Based AM System)
1) Fused Deposition Modelling (FDM), 【Stratasys】
2) Benchtop System, 【Solidscape】
3) Selective Deposition Lamination (SDL), 【MCOR Technologies】
4) Laminated Objet Manufacutring (LOM), 【Cubic Technologies】
5) Ultrasonic Consolidation

三、粉末材料增材製造系統(Powder-Based AM System)
1) Selective Laser Sintering (SLS),【3D Systems】
2) ColorJet Printing (CJP), 【3D Systems】
3) EOSINT Systems, 【EOS】
4) Laser Engineered Net Shaping (LENS) and Aerosol Jet System, 【Optomec】
5) Electron Beam Melting (EBM), 【Arcam】
6) LaserCUSING?, 【Concept Laser GmbH】
7) Selective Laser Melting (SLM), 【SLM Solutions GmbH】
8) Phenix PXTM Series, 【3D Systems】
9) Microsintering, 【3D-Micromac AG】
10) Digital Part Materialization (DPM), 【Ex One Company】
11)VX System, 【Voxeljet AG 】

每項技術對應的中文名好難找。需要花些時間找一找之後再更新補充上去。
關於每個技術工作原理我之後也會簡明扼要地講述一下,如果想知道細節的話可以直接購買我導師的著作:《3D Printing and Additive Manufacturing Principles and Applications》。該書第四版由World Scientific發布。購買網頁3D Printing and Additive Manufacturing (World Scientific)
硬皮書定價163新幣,軟皮書定價68新幣,是目前全球很多大學、研究機構所採用的增材製造技術入門書。好評很多,真的有需求的話可以考慮購買一本。

3D列印的應用前景是很廣的,我之後再更新。
先上幾個我的其他回答:
3D列印在建築、土木的應用:
如何評價上海建築商用 3D 列印技術 24 小時列印 10 棟房屋? - 呂朕的回答
3D列印在汽車領域的應用:
如果 3D 列印被大範圍採用,對汽車行業的製造和物流有哪些影響? - 呂朕的回答
3D列印在航空航天的應用:
從理論上分析,3D 印表機在太空工作時會遇到哪些問題? - 呂朕的回答

關於3D列印的前景:
大神解釋下3D列印到底是一個什麼樣的技術?未來會對我們的生活帶來那些改變? - 呂朕的回答
如何分辨太陽能電池、LED、物聯網、3D列印、大數據科技概念是炒作還是前景光明? - 呂朕的回答


3D列印主流的3D軟體都支持的,一般都是將3D模型導出為STL格式就可以了。所以技術中,用的最多的是FDM和SLA,FDM技術的桌面級印表機的銷量比工業級的多N多


其實我覺得還得加一個,CNC數控機床也得算一個3D列印的種類,雖然有很多限制,但很多產品的prototype都是用CNC+塑料/金屬快洗出來的。


1. SLA激光光固化( Stereolithography Apparatus ) 該技術以光敏樹脂為原料,將計算機控制下的紫外激光按預定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態樹脂連點掃描,便被掃描區的樹脂薄層產生光聚合反應,從而形成零件的一個薄層截面。當層固化完畢,移動工作台,在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態樹脂以便進行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上,如此重複直到整個零件原型製造完畢。美國3DSYSTEMS 公司是最早推出這種工藝的公司。該項技術特點是精度和光潔度高,但是材料比較脆,運行成本太高,後處理複雜,對操作人員要求較高。適合驗證裝配設計過程中用。

2.3DP三維列印成型( 3Dimension Printer ) 其最大特點是小型化和易操作,多用於商業、辦公、科研和個人工作室等環境。而根據列印方式的不同,3DP三維列印技術又可以分為熱爆式三維列印(代表:美國3D Systems公司的 Zprinter系列——原屬ZCorporation公司,已被3D Systems公司收購)、壓電式三維列印(代表:美國3D Systems公司的ProJet系列和前不久被Stratasys公司收購的以色列Objet公司的三維列印設備)、DLP投影式三維列印(代表:德國Envisiontec公司的Ultra、Perfactory系列)等。 熱爆式三維列印工藝的原理是將粉末由儲存桶送出一定分量,再以滾筒將送出之粉末在加工平台上鋪上一層很薄的原料,列印頭依照3D 電腦模型切片後獲得的二維層片信息噴出站著劑,粘住粉末。做完一層,加工平台自動下降一點,儲存桶上升一點,刮刀由升高了的儲存桶把粉末推至工作平台並把粉末推平,如此循環便可得到所要的形狀。該項技術的特點是速度快(是其他工藝的6倍),成本低(是其它工藝的1/6)。缺點是精度和表面光潔度較低。Zprinter系列是全球唯一能夠列印全彩色零件的三維列印設備。壓電式三維列印,類似於傳統的二維噴墨列印,可以列印超高精細度的樣件,適用於小型精細零件的快速成型。相對SLA,設備維護更加簡單;表面質量好,Z軸精度高。DLP投影式三維列印工藝的成型原理是利用直接照燈成型技術(DLPR)把感光樹脂成型,CAD的數據由計算機軟體進行分層及建立支撐,再輸出黑白色的Bitmap檔。每一層的Bitmap檔會由DLPR投影機投射到工作台上的感光樹脂,使其固化成型。DLP投影式三維列印的優點: 利用機器出廠時配備的軟體,可以自動生成支撐結構並列印出完美的三維部件。相比於快速成型領域其他的設備,獨有的voxelisation專利技術保證了成型產品的精度與表面光潔度。

3. FDM熔融沉積成型( Fused Deposition Modeling ) FDM工藝,也叫擠出成型,關鍵是保持半流動成型材料剛好在熔點之上(通常控制在比熔點高1 0C左右)。 FDM噴頭受CAD分層數據控制使半流動狀態的熔絲材料(絲材直徑般在1.5mm 以上)從嘖頭中擠壓出來,凝固形成輪廓形狀的薄層,一層疊一層最後形成整個零件模型。美國3DSYSTEMS 公司的BFB系列和Rapman系列產品全部採用了FDM技術,其工藝特點是直接採用工程材料ABS 、PC等材料進行製作,適合設計的不同階段。缺點是表面光潔度較差。

4. SLS造擇性激光粉末燒結( Se1ected Laser Sintering ) 該法採用C02激光器作能源,目前使用的造型材料多為各種粉未材料。在工作台上均勻鋪上一層很薄的(100μ-200μ) 粉未,激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結,一層完成後再進行下一層燒結。全部燒結完後去掉多餘的粉未,再進行打磨、烘乾等處理便獲得零件。目前,工藝材料為尼龍粉及塑料粉,還有使用金屬粉進行燒結的。德國EOS公司的P系列塑料成型機和M系列金屬成型機產品,是全球最好的SLS技術設備。 SLS技術既可以歸入快速成型的範疇,也可以歸入快速製造的範疇,因為使用SLS技術可以直接快速製造最終產品。

5. DED多層激光熔覆( Direct Metal Deposition )相當於多層激光熔覆,利用激光或其它能源在材料從噴嘴輸出時同步熔化材料,凝固後形成實體層,逐層疊加,最終形成三維實體零件。DED的成型精度較低,但是成型空間不受限制,因而常用於製作大型金屬零件的毛坯。 6. LOM薄板層壓成型( Layered Object Manufacturing )基本原理:利用激光等工具逐層面切割、堆積薄板材料,最終形成三維實體。利用紙板、塑料板和金屬板可分別製造出木紋狀零件、塑料零件和金屬零件。各層紙板或塑料板之間的結合常用粘接劑實現,而各層金屬板直接的結合常用焊接(如熱釺焊、熔化焊或超聲焊接)和螺栓連接來實現。最大缺點:做不了太複雜的零件,材料範圍很窄,每層厚度不可調整,精度有限。
本文引用於列印派,自己在修改一點:3D列印討論貼吧


相信很多人都聽說過3D列印技術。近幾年這項新技術非常火熱,不過很多朋友都不知道3d列印技術是什麼。

3D列印是什麼?

3D列印(3DP)即快速成型技術的一種,它是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層列印的方式來構造物體的技術。3D列印通常是採用數字技術材料印表機來實現的。常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型,後逐漸用於一些產品的直接製造,已經有使用這種技術列印而成的零部件。該技術在珠寶、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、槍支以及其他領域都有所應用。

3D列印技術出現在20世紀90年代中期,實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。它與普通列印工作原理基本相同,印表機內裝有液體或粉末等「列印材料」,與電腦連接後,通過電腦控制把「列印材料」一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。

日常生活中使用的普通印表機可以列印電腦設計的平面物品,而所謂的3D印表機與普通印表機工作原理基本相同,只是列印材料有些不同,普通印表機的列印材料是墨水和紙張,而3D印表機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的「列印材料」,是實實在在的原材料,印表機與電腦連接後,通過電腦控制可以把「列印材料」一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說,3D印表機是可以「列印」出真實的3D物體的一種設備,比如列印一個機器人、列印玩具車,列印各種模型,甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為「印表機」是參照了普通印表機的技術原理,因為分層加工的過程與噴墨列印十分相似。這項列印技術稱為3D立體列印技術。

3D列印存在著許多不同的技術。它們的不同之處在於以可用的材料的方式,並以不同層構建創建部件。3D列印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不鏽鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。

三維列印的設計過程是:先通過計算機建模軟體建模,再將建成的三維模型「分區」成逐層的截面,即切片,從而指導印表機逐層列印。

三維印表機的解析度對大多數應用來說已經足夠(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。


作為一個3D列印銷售型公司的小助理來說,多少也是知道一點相關知識。列舉的話和樓上也是差不多的那些類型。或許我就展示一些我們公司列印出來的模型吧。應該不會設計什麼商業秘密。

這個是使用的光敏樹脂光固化技術,後期找師傅上色的。

這個就是光敏樹脂原材料,沒有做廣告。。。

這個就是光敏樹脂原材料,沒有做廣告。。。


3D印表機其實可以按材料分類。金屬類的一般應該就是激光燒結,塑料類的可以加熱擠出成型,可以光固化,生物類的還遠著呢。 先前看到一個3D列印筆,也是很有意思的。可以直接在空氣中畫畫


推薦5款最便宜的3D印表機:
1. OLO , 第一款用智能手機來列印3D模型。


2.Tiko 3D印表機


3. Robo R1


4.HP DeskJet 3630


5. 101Hero 3D


每一款非常詳細的介紹我就不在這裡羅列了,可以自行看看這個介紹: 5 Cheap 3D Printers


何止列印藥品 前幾天看TED視頻 直接列印腎臟膀胱啦


3D列印,即快速成型技術的一種,它是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層列印的方式來構造物體的技術。

3D列印通常是採用數字技術材料印表機來實現的。常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型,後逐漸用於一些產品的直接製造,已經有使用這種技術列印而成的零部件。該技術在珠寶、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、槍支以及其他領域都有所應用。

日常生活中使用的普通印表機可以列印電腦設計的平面物品,而所謂的3D印表機與普通印表機工作原理基本相同,只是列印材料有些不同,普通印表機的列印材料是墨水和紙張,而3D印表機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的「列印材料」,是實實在在的原材料,印表機與電腦連接後,通過電腦控制可以把「列印材料」一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說,3D印表機是可以「列印」出真實的3D物體的一種設備,比如列印一個機器人、列印玩具車,列印各種模型,甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為「印表機」是參照了普通印表機的技術原理,因為分層加工的過程與噴墨列印十分相似。這項列印技術稱為3D立體列印技術。詳情參見:http://www.3dhoo.com/3ddyzx/20140618-2944.html


3D印表機就是能列印實體. 原理其實也很簡單,和一般的印表機,多了一個z軸,就是把原材料熱熔,然後噴出凝固形成實體.只要有圖紙, 幾乎什麼都列印.可以做模具,前兩天國外還有人列印出了gun部件,還能實彈射擊 參見
http://www.ar15.com/forums/t_3_118/579913_3D_printed_lower___yes__it_works_.html
還有人列印衣服,鞋之類的, 總之能想到的很多都可以列印. 你說的列印出藥品, 給個出處哈.
這是一個比較出名的open hardware 3D印表機, http://reprap.org, 可以買來配件自己裝一個, 成本也就幾千塊錢.


我所了解的3D列印主要是FDM融溶沉積,這種技術主要作用於模型,手板,個性化物品的製作,
我知道一個3D列印網站,上面有最新的資訊和3D印表機:金運激光


手機make,回pc怒答之

前身是國產sla類型3d印表機的銷售工程師


3D印表機分以下種類:

FDM3D印表機:熔融沉積成型3D印表機:

SLS3D印表機:光固化3D印表機


想了解更多這行業知識的話,可以推薦你去3g市場下載個叫數碼產品的軟體,這個APP是專門針對這行業做的,搜索內容還挺豐富的,希望能幫到你


感謝分享,我自己在蕪湖市繁昌縣3D科技園裡和一個朋友在生產3d印表機,做一些桌面級和DIY類的,創業很辛苦,也很開心,希望可以多結交圈內朋友,共同學習進步,


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