不明覺厲的3D打印技術

■ 文/楊員清

不明覺厲的3D打印技術

■ 文/楊員清

3D打印技術進入大眾視野，緣起于2012年3D打印手槍的轟動性新聞。

隨著3D打印機相關的新聞出現頻率越來越高，身邊的朋友都在問，3D打印機到底可以干什么，是不是真的什么都可以打印？有那么神？

因為媒體帶有夸張性質的宣傳，人們對3D打印技術存在一定的誤解。本文著重向大家介紹3D打印機的技術類型與應用，以及該技術在包裝行業的應用前景。

3D打印機技術類型

在技術類別上，3D打印機可以分為熔融堆積、光固化、選擇性激光燒結、粉末堆積等主要技術類型。

1. 熔融堆積

熔融堆積，即FDM技術（Fused Deposition Modelling）。運用絲狀材料（白臘、塑料、低熔點合金絲）為耗材，通過打印頭加熱，把耗材加熱軟化，按照電腦3D模型作“一筆畫”。在控制系統的驅動下，噴頭作 x-y 平面運動，將熔融的資料涂覆在作業臺上，冷卻后構成工件的一層截面，一層成形后，工作平臺下移一層高度，進行下一層涂覆，這樣逐層堆積構成三維工件。

該技術在商用級3D打印機技術中有非常廣泛的應用。

同時，因為耗材價格低廉，硬件結構相對簡單，可以設計出非常具有成本效應的3D打印機，所以目前消費級3D打印機都是基于該技術。

該技術主要用于塑料材質的打印，包括ABS、PLA、尼龍、PE、PC、可溶性材料，等等。新聞中常出現的食品打印機和器官打印機，都是基于這個技術類型，只是送料和擠出機構有所區別罷了。

2. 光固化技術

SLA全稱Stereolithography（光固化技術，亦稱立體印刷術）。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。該技術的基礎原理與印刷行業的直接制版機（CTP）的基本工作原理類似。

該技術多用于商用級3D打印機。

由該技術的特點可以知道，該技術類型只可以打印塑料材質的物品。

3. 選擇性激光燒結

選擇性激光燒結，即SLS（Selective Laser Sintering）。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，而是塑料粉末或金屬粉末。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。

該技術多用于工業級3D打印機。

該技術可以應用于塑料材料打印和金屬材料打印，但因為塑料和金屬粉末打印所使用的激光器和振鏡系統是完全不同的，所以，SLS機型是無法做到同時可以打印塑料和金屬的。

4. 粉末堆積

粉末堆積技術，即3DP（Three Dimensional Printing，也稱三維打印）和SLS類似，這個技術的原料也是粉末狀的。典型的3DP打印機有兩個箱體。如圖所示，左邊為儲粉缸，右邊為成型缸。打印時，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。打印機頭根據電腦數據把液體打印到粉末上。（平面打印機的Y軸是紙在動，而3DP的Y軸是打印頭在動）液體要么是粘合劑要么是水（用于激活粉末中粉狀粘合劑）。

該技術多用于商用級3D打印機。

從以上的介紹可以知道，沒有一種打印技術類型可以同時打印塑料和金屬的。所以，希望一臺打印機打印所有物品的想法，是不切實際的。

3D打印機產品的應用

3D打印技術從技術原理上來講，生產速度遠無法與傳統模具化生產的方式相比，這相當于噴墨打印與膠版印刷的速度差別。而打印精度層面，隨著技術的發展，可以慢慢追趕開模生產的產品，但短時間內仍無法與開模產品相媲美。

目前，3D打印機的應用主要在以下三個方面：

1. 作為最終產品

多用于小批量定制/產量比較小/生產周期比較長的產品，3D打印機無需模具，縮短開發周期和減少開發成本的優勢非常明顯。另外，傳統生產方式無法加工的產品，比如復雜的鏤空結構，開模和數控加工無法實現，就可以通過3D打印機來生產。

這在飛機制造、軍工、航天等行業比較常見，小批量定制行業也有大量應用。

2. 作為開模前的設計驗證

這是3D打印機在商業應用上的主要用途，也是最為廣泛的用途，工業設計、機械設計、玩具設計等行業，在產品開發前期用3D打印機將模型打印出來，進行模型驗證和修改，確認無誤后再交付開模，可以大大減少模具修改造成的時間和資金浪費。

另外，在建筑設計、景觀設計等創意行業，也可以使用3D打印機將模型輸出，用于創意傳達和溝通。

3. 消費級應用

這一類應用，目前用戶群主要包含DIY愛好者和設計師群體等，3D打印機技術的不斷完善過程中，會吸引越來越多普通消費群體的加入，他們將是消費級3D打印機將來的主要消費群體，3D打印機的產業規模很大程度上取決于該群體的成熟與壯大。

3D打印技術在包裝行業的應用

3D打印技術可以在包裝設計階段用于注塑產品開模前的打樣，如化妝品瓶子、化妝盒、唇膏、睫毛刷等。

目前，3D打印機可以選擇的塑料類型相對豐富，常見的有ABS、PLA、LDPE、HDPE、尼龍等，可以在設計階段對包裝的外觀、結構進行細致的驗證，大大縮短包裝開發周期。

以下是一些打印樣品，以供欣賞。