对于那些真正想知道3D打印是如何改变生产和生活

　　杉矶举行的消费电子展上推出了第一个真正面向消费级的3D打印机——有3D系统的Cube。它提供开箱即用的功能，售价1199美元，并且附带存有25个模型的USB密匙，随时可以打印。

　　除了推出Cube，2012年也是人们第一年可以购买个性化的3D打印的巧克力（从ChocEdge.com上购买），以不到400美元的价格购买一个3D打印机套件（从Printbot.com上购买），还可以下载一个免费的应用软件将微软“体感”游戏控制器放入3D扫描仪中。2012年12月，Staples甚至宣布2013年将在欧洲市场上推出3D打印服务。从2013年开始，在他的国情咨文中说到，奥巴马总统主张将3D打印作为一项可持续发展的技术，它“可能会彻底改变我们身边所有的一切”。

　　上述所有的显著发展都将3D打印革命向前推进了一小步。然而对我来说，最令人难忘的3D打印技术创新是2012年一家日本公司Fasotec推出的价值1200美元的叫作“天使降临”的服务。用核磁共振成像扫描一位怀孕的准妈妈，然后将她腹中宝宝的图片打印成3D模型。塑料婴儿可以嵌入到同样是3D打印的母亲模型的腹中，或者放到准父母的壁炉架上。

　　3D 打印革命的速度和形式在 2013 年、2014 年甚至以后都将势头强劲。但这同样也有风险，它让现实与幻想之间的界限变得模糊，而真正重要的发展在夸大的宣传下将逐渐迷失。对于那些真正想知道3D打印是如何改变生产和生活的人，3D 打印方法在现在和未来是否能达到预期效果变得尤为重要。因此，下一章将会详细介绍每一种已知的3D打印技术。

　　第2章 3D打印技术

　　许多人都对3D打印有着强烈的成见。一些拥护者认为我们很快就能够随时随地制造出任意事物。而另一些人则担心3D打印对就业的潜在影响，甚至将所有未决的“3D打印变革”都看做炒作，并简单地加以驳斥。不管怎样，根据我的经验，许多对3D打印有着很深成见的人通常都对这项技术的工作原理和局限性知之甚少。

　　本章将对所有现有的3D打印技术进行概述，从而为大家拨开这一迷雾。正如我们在前一章中所看到的，许多这样的技术现已存在，其中大多数都可以被划入以下三个不同种类之一。第一种，打印机从计算机控制的打印头喷嘴中挤出一种半流体材料，从而形成对象层。第二种，打印机利用“光聚合”通过激光束或其他光源选择性地对液体进行固化。第三种，设备通过吸附粉末颗粒来实现某种形式的“颗粒材料粘合”，从而实现3D打印。

　　以上三大类3D打印技术都能够利用许多不同的工艺来打印出由各种不同材料制成的物体。我会依次详细地介绍所有的3D打印流程，从不同类型的挤出材料开始，然后再介绍所有现有的光聚合和颗粒材料粘合工艺。这样，读完本章之后，你将充分了解3D打印技术和相关术语，并明确各类物体是否能够通过某种特定的方法进行 3D 打印。如果你想要 3D打印一把扳手、一个塑料盒、一个飞机部件、一件首饰，或者其他任何东西，都将清楚哪种3D打印技术是最合适的。

　　本章将重点介绍几个开拓性研究团队的工作，并提到一些非常重要的硬件类型。也就是说，将焦点放在3D打印技术上，而不会提供关于特定3D 打印机型号或其生产厂商的大量详细信息。但这些信息将在本书其他章节中重点介绍。不过，本章也会涵盖足够详细的信息和术语，而且不会附加大量不断变化的型号和品牌名称。

　　2.1 热塑挤压技术

　　如今，大多数3D打印机都是通过从计算机控制的打印喷头中挤出一种半流体材料来制作物体。尽管这一过程可以使用多种材料，包括金属、混凝土、陶瓷和巧克力，但是迄今为止，最常见的挤出材料是熔化的热塑性塑料。

　　对3D打印了解得越多，就越觉得这是一个不断变化的产业，其中的众多不同术语有时指的是同一件事物，尤其是描述通过挤出热塑性塑料来打印物体这一流程时。这项技术应该被简单地称为“热塑挤压”，比较一般的说法是“材料挤出”。事实上，全球标准机构美国材料试验国际协会（ASTM International）在2012年6 月宣布，这种3D 打印技术的标准通用名称就是“材料挤出”。

　　以上概念或许还容易理解，但热塑挤压技术的发明者Stratasys公司让事情变得复杂起来，这是一家市场领先的公司，它将这种技术称作“熔融沉积成型（FDM）”。因此FDM的概念就被泛指（和滥用）为热塑挤压，甚至被普遍理解为材料挤出技术。然而，Stratasys公司是唯一可以使用“熔融沉积成型”（FDM）标签的 3D 打印机制造商，因为它拥有其商标专用权。正因为如此，其他公司就将热塑挤压称为“塑料喷印（PJP）”、“熔丝建模（FFM）”、“熔丝制造（FFF）”或“熔融沉积法”。

　　以上这些就像是文字游戏，但目前的状况就是这样，我们也只能接受。为了方便表达，本书中提到的“材料挤出”指的是将半流体材料从打印喷头中挤出的技术，而“热塑挤压”指的是所有使用热塑性塑料作为材料的技术。很多人把热塑挤压当成“熔融沉积成型”或“FDM”，但是请记住，只有注册了该名称的3D打印机制造商才能使用它。

　　图2-1是热塑挤压操作示意图。这一卷称作“丝”的制作材料被慢慢地输送到加热至 200℃至 250℃的打印喷头中。高温将丝融化，通过喷嘴挤压，然后在打印喷头出口处将其压平。

　　图2-1 热塑挤