什么是3D打印?它是如何工作的?

三维（3D）印刷能够从生物医学植入到太空勘探中获得各种应用的承诺。但是当一个朋友问我如何运作时，我不知道。学习新事物是一个完美的借口。现在，亲爱的读者，我可以向你解释。

3D打印正是它的声音 - 使用机器创建薄空气中的三维物体。好吧，不完全薄的空气。他们使用从金属到陶瓷粉的所有东西。但是这个过程做看起来像魔法。(在我继续之前，值得注意的是，3D打印有许多不同的名称，包括:快速原型、直接制造、固体自由形状制造和增材制造。我选择使用3D打印这个术语，但它们的意思大致相同。)

3D打印过程从计算机开始。第一步是使用计算机辅助设计（CAD）程序来创建一个对象的三维模型 - 布置要制造的对象的精确高度，宽度和深度。这可能是一个手术植入物，汽车部分，艺术雕塑，无论您如何思考。

第二步是将您的模型转换为STL文件(“STL”代表立体光刻，无论您是否将使用立体光刻技术都要使用它)。这个转换过程使用CAD制作的3D模型，并使用一系列相连的三角形映射其表面。

然后，STL文件通过将模型“切片”到晶片薄层“切片”的程序运行。该程序还映射每个层的平面与各个三角形的“腿”相交的地方。这些交叉点中的每一个由点表示。通过连接点，您可以看到3D模型的该特定层的配置文件。此配置文件告诉3D打印机如何“绘制”每层。这些层堆叠在彼此之上和 - presto！- 你有一个成品。这个(非常短的)动画很好地说明了这个过程。

但是如何机器工作吗?这取决于你使用哪台机器(有很多选择)。

立体平版印刷是最古老的方法，可以追溯到20世纪80年代末。立体光刻机有一张放在树脂浴中的桌子。当暴露在特定波长的光下时，这种树脂会固化(或“固化”)，通常是紫外线。激光，使用相关波长的光，在树脂中绘制第一层模型的轮廓，然后来回扫描，填充轮廓。就像一个非常专注的小学生，在给一幅画上色。被激光填充的区域对光线作出反应并凝固。然后桌子往树脂浴槽里再低一点(可能0.1毫米)，刀片扫过顶部，使树脂均匀。这个过程不断重复，直到你得到一个由坚硬的、类似塑料的环氧树脂制成的成品。这个视频（也是短暂的 - 并且在末尾有一个骷髅！）显示了立体镀层过程的行动。

其他机器采用不同的技术，但在另一层在另一层构建一层的一般原则运行。有些机器像喷墨打印机一样运行，但印刷UV固化树脂而不是墨水。当机器打印每层树脂时，用UV光扫描它，固化它。其他机器使用粘合剂而不是墨水打印，并打印到陶瓷粉末床中。在施加粘合剂的情况下，陶瓷粉末粘在一起。粉末坐落在一张桌子上，该桌子与每层降低，允许粘合剂添加额外的层。这里的成品是一种像灰泥样陶瓷。

还有一些机器使用挤出喷嘴将塑料层(或任何其他可以被挤出的东西)直接压在盘子上。

但是,真的很酷的机器使用金属。电子束熔化（EBM）机器使用电子束将金属粉末熔化成层的相应形状层（其他机器也使用激光器执行相同的东西）。这些机器可用于为从臀部植入到航空航天设备的所有内容创造功能性金属部件。根据该部件，可能需要进行一些精加工（如平滑或抛光粗糙表面），但是制造除金属粉末的定制金属部件的能力有很多潜力。

首先，当你不知道到底需要什么替换部件，而且空间和载荷都有限时，这项技术就会派上用场了。例如:在海上的航空母舰上;在南极洲的一个远程研究设施;或者在前往火星的宇宙飞船里。在上述任何一种情况下，你都不太可能将你可能需要的每一个可能的备件打包。但是，从理论上讲，你可以包括所有这些部件的电子3D示意图，一台循证医学机器和一大桶金属粉末。弄坏齿轮、齿轮或小部件?没有问题。打印一个新的。

3D打印技术还打开了创建全新产品的门，因为它允许创建不能用传统制造技术的形状 - 例如光，但坚强，3D格子结构（参见下图）。

研究人员正在继续探索这些潜在的新设计，以及3D打印机(如循证医学机器)如何能够使用不同的材料(如月球尘埃)来制造物体。

注意:非常感谢博士生蒂姆·霍恩和奥拉·哈里森医生NC州立大学的Edward P. Fitts工业和系统工程系，感谢他花时间和我谈论3D打印。他们耐心地解释，和蔼地回答了我所有的问题(甚至是那些愚蠢的问题)。以上帖子中的任何错误都是我的错，而且只是我的错。