您应该了解的有关 3D 打印的一切指南

 本文将为有志于涉足 3D 打印领域的增材制造从业人员提供参考指南。了解桌面 3D 打印机的基础知识、FDM 和 SLA 两种形式打印机的基本区别、设计软件及其功能、校准过程、3D 打印过程中的一些常见问题、成功结果以及在医疗保健、汽车工业、教育等各个领域的应用。了解 3D 打印的原理，才能投身这一前景广阔的行业。

关于 3D 打印的新手指南：您应该知道的一切

这项技术惠及许多领域，因为三维打印是一种独特的工具，可用于有效制造物品。通过注塑成型和其他增材制造工艺（如 FDM、SLS、SLA），它彻底改变了产品设计和原型开发。特别是它在原型设计、教育、医疗等领域的应用表明了它的多功能性。

为了让新手能够全面了解 三维打印本指南将尝试描述任何人在开始时需要考虑的所有必要因素和条件。这将涉及 3D 打印的基本原理、FDM、SLS 和 SLA 等打印机的类型、设计时需要考虑的事项（如果您是 3D 打印方面的新手）以及您可能会遇到的一些问题。此外，还将讨论在汽车、航空航天甚至更多领域使用 3D 打印机的可能性。在本指南结束时，读者将掌握踏上 3D 打印之旅的基本知识。

3D 打印基础知识

什么是 3D 打印？

三维打印一般被称为叠模或增材制造；这是一种从金钱或数字档案中制造三维物体的过程。与传统的去除材料的减法制造不同，三维打印是按照给定的三维蓝图沉积一层层材料。

3D 打印的历史

三维打印可以追溯到 20 世纪 80 年代，当时查克-赫尔（Chuck Hull）开发出了第一种开发物体的商业方法，即立体光刻法。20 世纪 90 年代又开发了其他方法，包括熔融沉积建模和选择性激光烧结等。尽管 3D 打印技术在 2000 年代受到关注，但随着专利的授予，它在 2010 年代开始受到青睐，从而降低了成本。 3D 打印机成本.

3D 打印的工作方式是什么？

三维打印需要一个三维模型，该模型在处理之前会被相关的三维打印软件切成薄层。打印机利用不同形式的增材制造技术，通过操纵和凝固给定材料的连续层，进一步合成这种结构。这些材料分层沉积，如挤出加热的热塑性材料（熔融沉积建模/FDM），用紫外线激光固化液态光聚合物树脂（立体光刻/SLA），或使用激光等能源熔融塑料、金属或任何成分的颗粒（选择性激光烧结/SLS 或选择性激光熔融/SLM）。

3D 打印机类型

熔融沉积模型（FDM）

FDM 是市场上最常见、成本最低的 3D 打印机。在 分时多工打印机通过一个加热的挤出针头，将聚乳酸（PLA）、ABS、HIPS 等再生聚合物以丝状插入打印机。然后，打印机在 G 代码的帮助下非常小心地移动喷嘴，挤出薄薄的熔融塑料层，从底座开始分层制作物体。

选择性激光烧结（SLS）

SLS 与其他 AM 技术一样，采用粉末床机制；高功率激光可选择性地将粉末材料（尼龙、金属、沙子甚至细胞）的特定区域熔化成有关 3D 打印对象的固体形式。可以非常简单地开发出具有确定内部移动部分的多层面结构。 SLS 打印机 一般来说，这些设备比其他设备更昂贵，但能以更快的速度制造出功能齐全的原型和最终产品部件。

立体光刻（SLA）

SLA 使用紫外激光，按照数字模型逐层将液态光聚合物树脂凝固成固体部件。它能制作出表面光滑的精确原型，适合珠宝、牙科模型等涉及复杂小细节的应用。 服务级协议 树脂浇铸可为成型和制造提供原型。

其他打印机类型

其他常见的三维打印方法包括数字光处理（DLP）、粉末床熔融、电子束熔融（EBM）、聚能喷射打印等。DLP 具有数字投影功能，但能将全层固化在一起，而 EBM 则能完全熔化金属粉末。喷墨式 3D 打印可沉积各种材料液滴来构建模型。碳化物、玻璃等材料的不断扩展使其在各行各业都有独特的应用。

3D 打印设计

3D 建模软件

计算机辅助设计（CAD）软件对于 3D 打印对象的建模至关重要。流行的免费软件有 TinkerCAD、Autodesk Fusion 360 和 Blender。商用软件包包括 SolidWorks、AutoCAD 和 Inventor。CAD 程序允许生成数字原型和可视化设计。

成功 3D 打印的因素

某些因素可确保成功打印输出。适当的物体尺寸非常重要，同时要考虑到材料科学，如聚合物、金属、陶瓷、复合材料等的强度、柔韧性和耐温性。正确的壁厚、密度、表面光洁度、细节处理和悬伸管理对于避免故障至关重要。

常见文件类型

关于 3D 打印，最广泛使用的文件类型是 STL（标准细分语言），因为它只定义了表面几何形状。STL 需要进行切片，以获得 G 代码识别的单个层方向。Slic3r 和 CURA 就是切片程序的例子，它们可以确定打印方向，在需要时添加支撑，并优化层高以获得最佳效果。其他格式包括 OBJ、3MF、AMF 等。正确的模型缩放、方向和切片设置对于顺利进行流程优化非常重要。

通过建模软件、切片程序以及对各种因素的了解来创建打印效果良好的模型，有助于充分发挥可用材料的潜力，从而在前面提到的各个行业中实现创造性和功能性应用。随着个人制造和分布式制造概念的兴起，对用户友好型 3D 打印工具的需求也在稳步增长。

初学者提示

校准和测试打印

校准对于稳定打印非常重要。调平构建板，以获得适当的首层附着力。校准挤出机步骤，确保精确的材料沉积。在进行复杂打印之前，使用基本的 3D 打印模型进行测试打印，以验证机器设置。

灯丝的选择和储存

选择适合您的打印机和预期应用的长丝。PLA 环保，但 ABS 更结实。将长丝存放在防潮容器中，因为环境湿度会长期腐蚀塑料。潮湿会导致打印失败，需要更换。

常见问题和解决方案

由于冷却过快、粘附性差或加热周期过长，会出现翘曲。增加加热床、边缘/筏或外壳。温度不一致、速度变化或模型切片不正确可能导致尺寸精度不高。回缩和平移可防止出现花边。悬垂需要打印脚手架或最佳层设置，以避免下垂。床面调平、重新校准和适当的打印条件通常可以解决问题，获得可靠的结果。

适合初学者的打印机、一些好的长丝线轴、校准程序、试运行初始打印以及在高级项目之前熟悉常见的挑战，使有关三维打印的学习成为一种令人愉快的自学体验。耐心、从失败中学习并寻求社区帮助，可以培养出终身受益的爱好。

3D 打印的应用和未来前景

快速原型制作

原型制作中的 3D 打印 与传统方法相比，该技术使制造商能够以更低的成本更快地创建原型。这大大加快了产品开发周期。可实现复杂的内部结构。

教育

创客空间彻底改变了 STEAM 教学，它利用有关 3D 打印技术，通过动手学习将抽象概念形象化。学生通过打印自己的作品，获得不同学科的专业知识。

医疗应用

在医疗保健领域，3D 打印的解剖模型有助于手术前规划，定制假肢可改善病人护理。未来的生物打印技术可能会打印出活体组织甚至整个器官，从而绕过捐赠者的限制。

其他行业

汽车、航空航天和国防领域需要制造传统方法无法制造的专业部件。通过按需 3D 打印实现的大规模定制满足了上述行业消费者的偏好。

随着材料科学的发展，纳米技术和新型生物材料的融入，有关三维打印的能力将通过为从基础设施到空间技术的各个领域提供最少浪费的精密制造来促进可持续发展。将机器人技术、人工智能、区块链与增材制造技术相结合，将改变全世界的工厂车间。虽然技术 挑战 尽管如此，3D 打印技术的前景无疑是光明的。

结论

通过引入数字制造方法，3D 打印彻底改变了设计和制造领域。本指南旨在介绍有关三维打印的基本知识，让初学者了解如何利用三维打印的潜力。从浏览各种 3D 打印机技术和材料到设计优化模型，成功的打印需要应用这里讨论的原则。

通过正确的机器校准和熟悉故障排除解决方案，可以避免大多数常见问题。随着该技术与其他创新技术的融合，其应用将继续多样化。然而，3D 打印技术的核心仍将是将抽象概念转化为有形物体的能力，其应用将跨越国界，造福人类。有了从本指南中获得的基础知识，人们就可以开始一段激动人心的3D打印之旅。

常见问题

3D 打印是否适合初学者？
对于初学者来说，桌面 3D 打印机越来越经济实惠、易于使用。不过，设置机器和了解设计软件都有一定的学习曲线。不过，网上的许多资源有助于简化这一过程。

3D 打印一个物体需要多长时间？
打印时间取决于物体大小、材料、层厚度和打印机速度。粗略估计，小物件可能需要 1-8 个小时，而较大的功能部件则可能需要 1-5 天的打印时间。

对于初学者来说，PLA 还是 ABS 更合适？
聚乳酸价格低廉，产生的有害气体较少。对于初学者来说，它比柔性 ABS 更容易打印。不过，ABS 部件更坚固，能承受更高的温度。因此，PLA 非常适合最初的学习项目。

如何修复失败的 3D 打印？
导致打印失败的问题，如翘曲或分层，有时可以用丙酮蒸汽或超声波清洗来修复。严重损坏的打印件可以从支持件重新启动。最后，校准调整可以防止重复出现错误。