它们靠控制墨水或墨粉在纸张表面生成文字或图

　　室制作；Exoskeleton鞋，由Janina Alleyne制作；小机器人，由3D Systems制作。）

　　1.1 3D技术打印是如何工作的

　　希望我现在已经引起了你的注意！但是，你一定很好奇，这神奇的3D打印技术到底是如何工作的？从广义上来说，这个过程不外乎是目前办公室和家庭中普遍使用的2D打印技术逻辑上的演变。

　　许多人都非常熟悉能打印大部分文档或照片的喷墨打印机或激光打印机。它们靠控制墨水或墨粉在纸张表面生成文字或图像。3D打印机采用类似的方法，靠控制“建筑材料”在3D空间的位置和粘合力来制造物体。

　　要用3D技术打印一个物体，首先电脑里应存在一个数字模型。这或许需要通过使用计算机辅助设计（CAD）或其他用于制作3D模型的软件来手工完成。此外，还可以通过3D扫描仪扫描一个真实存在的物体来形成数字模型，或者通过先扫描一个物体再用软件工具进行调整而形成。

　　无论数字模型是以什么方式建成的，一旦准备将它制造出来，计算机中的其他一些软件就会把它切割成许多一毫米厚的薄层。这些以物体形式存在的薄层会被发送到3D打印机中打印出来，它们从下至上一层一层堆叠，直至形成一个完整的3D物体。

　　3D 打印机如何精准地一次输出一个薄层，靠的是一种特殊技术。在第2章中，我们将会看到，现在已经有十几种切实可行的3D打印技术。可以这样说，几乎所有技术都基于三种基本方法。

　　第一种，3D 打印机通过挤压打印喷头来形成铸件或半液体材料。最常见的方法是挤压不断流出的热塑性塑料，这种热塑性塑料在离开打印喷头的时候迅速凝固成型。其他基于挤压的3D打印方法有输出熔化的金属或挤压巧克力、奶酪、蛋糕糖霜（糖粉）等来形成3D作品。甚至有一些试验性的3D打印机通过计算机控制输出流动的液态混凝土，将来也许整座建筑物都可以是3D打印的。

　　第二种，3D 打印机通过使一种不常见的被称作“感光性树脂”的液体变成固体从而形成物体层，这种液体暴露于激光或其他光源中时会变硬。一些有光聚功能的3D打印机在液态的感光树脂罐中使其形成物体层。有些3D打印机喷射出一个单独的液体层，然后在下一层被打印出来之前利用紫外线光使之形成固态。一些基于后者打印技术的3D打印机可以混合许多不同的感光树脂，并将它们同时变成固态，所以这些打印机可以打印一件由不同材质组成的多材料模型。例如，Stratasys公司制造的一款名为Connex的最新打印机可以同时打印出由14种不同材料做成的模型。这些材料的范围从不同透明度和颜色的硬塑料到质地较软的橡胶类化合物。

　　最后一种，3D 打印硬件通过逐层粘合一种不常见的精细粉末来制作模型。这种“颗粒状材料的粘合”既可以通过喷射液体胶水或粘合每一粉末层达到，又可以通过激光或其他热源来熔化粉末颗粒来形成。可用于3D打印的颗粒状材料的范围十分广泛，包括尼龙、陶瓷、蜡、青铜、不锈钢、钴铬合金和钛合金。

　　1.2 为什么使用3D技术打印

　　和许多新生事物一样，如果3D打印对现有的技术和工业实践有着明确而显著的作用，那么它将促使这次革命发生。在我们进行下一步之前，有必要概述一下3D打印技术是如何帮助我们有效地实现新的事物，或者如何利用更加行之有效的方法使旧的事物达到预期的效果。

　　1.2.1 改善产品设计

　　3D 打印技术已经开始用于改善产品设计。它可以加快“概念模型”的创建速度，以物理形态展示出来，便于设计者在设计过程中提前对其进行观察和处理。

　　尽管现在新产品的计算机图形渲染已经十分精致，但仍然不及手握一个新产品3D模型来得真切。通常在电脑屏幕或平板电脑上看一个设计的时候，设计缺陷不会很明显；但当一个物理概念模型可以真实地看到并触摸到的时候，设计缺陷就变得非常明显了。通过快速创建概念模型（有时会使用全彩打印），3D打印改善了设计者和客户间的交流。这相应地加快了设计进程，同时还可以创造出更好的产品。

　　除了概念设计阶段之外，3D 打印还被用于创建“验证模型”或“功能原型”。基于这个原因，3D打印在某些工业领域已经被称为“快速成型”或“RP”。遗憾的是，根据我的经验，“快速成型”的标签限制了一些人对3D打印技术广泛应用的理解。

　　当设计过程需要检查产品不同部分的状态、适合度和功能性时，就需要功能原型。传统上，这种原型只能由熟练的工艺师使用劳动力密集型的车间技术创建。因此，为了生产大量的产品原型而花费几个星期和成千上万美元、欧元或日元的情况并不少见。相比之下，使用3D打印可以在几小时内制作完成功能模型，并且价钱只是传统方法的一个零头。3D 打印可以更快更廉价地制作出原型，同时使新产品通过更多的迭代周期。举例来说，自1988年以来，雷诺F1赛车队就利用3D打印技术生产赛车零件原型，以测试其新设计的空气动力性能。这支车队每年可以针对其 F1 赛车检测数百次可能的空气动力变化。

　　在过去的几十年中，一些3D打印先驱者成功建立了专门致力于生产概念模型和功能原型的企业。许多这样的公司现在仍然很兴旺。但是 3D打印硬件成本的下降也开始允许他们中的许多人将概念模型和原型制造进行内部生产，甚至可以搬到桌面上。例如，最近报道