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科技日渐发达的今天，我们可以在新闻上看到，有3D打印的心脏在小白鼠身上正常工作，有人住进3D打印的房子，还有3D打印的零部件被用在飞机、船舶甚至航天器上。
3D打印心脏
3D打印出现在各个领域都已不是新鲜事，要说它最厉害的，其实不是打印技术，而是思维。
传统成型基本都是将整块的材料切除成型，或者通过模具压制成型。而3D打印打破传统，通过增加材料的方式制造，也有人把它称为第四次工业革命。
传统成型方法
3D打印不仅可以把很多材料当作原料来打印，而且成型快速，成本相对低，还能打印出各种形状的东西。
3D打印成品
在RoboMaster比赛中，参赛队员也不会放弃这块香饽饽。
用3D打印制造机器人的部件，不仅价格便宜、可以快速验证机器人的设计方案，节约了时间和金钱成本，而且轻盈的3D打印耗材也不会使机器人加重很多。
3D打印机器人弹仓
这么神奇的3D打印，到底是如何打印出三维物体的呢？
如何印出3D物体3D打印有很多种成型原理，在机器人比赛中，比较常见的是FDM（Fuseddepositionmodeling）熔融沉积成型，因为它原理简单，制作成本较低。下面我们以它为例子来讲解。
FDM型3D打印机
成型原理
3D打印机通过加热将材料融化，然后喷头像挤牙膏一样，把材料挤出来，一层一层地挤，满满地堆积上去。被挤出来的材料很快就会凝固，最后排列形成立体实物。
FDM成型原理
所以我们看到很多的3D打印品都是一层一层的。
3D打印件的分层
3D坐标
2D打印有横和竖两个方向，可以想象成把平面放入X-Y轴中，那3D打印就有三个移动方向，也就是X-Y-Z轴。
3D坐标
3D打印就是按照这三个方向慢慢堆积材料，最终成型。当然，也有一些打印机是使用极坐标或者圆柱坐标。
打印机构造
下图标注的是FDM打印机的一些重要组成。
3D打印机构成
丝料输送管连接着丝料和喷头，喷头把固态的丝料加热成液态，挤到热床上，X电机和Z电机分别让喷头左右和上下移动，Y电机让热床前后移动。
横竖的光杆就像一个缆车上的轨道，让喷头在上面可以走出直线。主控板集成了所有的电机驱动模块、限位开关检测模块等等，控制着整个机器的运转。
3D打印过程
3D打印品有些看起来很粗糙，有些却很精细，是什么影响了成品质量呢？如果想要打印一颗树，悬空的部分要怎么在空中打印呢？
有悬空部分的3D打印件
在实际操作之前，我们先了解一些影响打印效果的参数。
3D打印参数热床温度
热床需要加热，材料才比较容易粘着在平台上，如果温度不适宜，打印件还可能出现翻边、翘曲不平、尺寸收缩不均的问题。
根据不同材料，适宜温度也不同，一般取50-60度。
出现翘边
打印层高（层厚）
也就是打印件每层的厚度。层厚越小，表面越精细，表面质量越好，但是打印时间也会变长。我们一般设置0.1-0.4mm。
两种厚度对比
喷头温度
根据不同的材料会有不同的喷头适宜温度，使用PLA（聚乳酸）时我们一般设置温度在度左右。
喷头
如果喷头温度偏低，材料会不易融化，导致挤不出来，即使挤出来，打印件粘接强度也会变差，还可能导致出口材料快速固化，堵塞喷头。
如果喷头温度偏高，又会使材料高温碳化，然后也会堵塞喷头。
打印宽度
也就是打印件最底层的丝料宽度。一般为了让材料和热床的接触面积更大，有利于材料的粘着和后面的打印操作，我们都会采用%打印，也就是最底层的一根丝料宽度是一根丝料高度的两倍。
丝料
打印速度
打印速度越慢，打印质量相对越好，但是耗时也越长。一般我们在20-mm/s中选择一个合适的打印速度范围。
如果想要快速打印，还需要考虑电机的性质，不可以无限制地提高哦。
精度对比
以上是一些比较重要的参数，它们影响着3D打印的出品质量。
如果模型有悬空的部分，软件会自动在悬空的地方加上支撑，打印结束后，我们再手动去除支撑。
有支撑的打印件
现在，以一个有部分悬空的零件为例子，来简单地实战一下！
3D打印操作流程我们先用三维软件（一般为CAD、SolidWorks）画好想要的图形，然后把它保存成3D打印机可以识别的STL格式。
零件模型
我们将文件拖到切片软件里，切片软件就会开始分析整个模型。就像画家在绘画前，都会对作品有个整体的构思，应该先画什么，再画什么。
切片软件
切片软件有几种，初学者一般使用Cura，进阶使用Repetier，专业级使用Simplify。它们的区别，可以想象成用美颜相机和用Photoshop处理图片吧～
界面上，模型不同的颜色代表不同的打印速度，可以从红线看出，喷头从左下角快速出发，最后又快速回到起点。
拖进去后，切片软件开始进行思考：“我先把模型一层层地切片，看一下每一层要印什么形状。”
切片的形象表示
“哎呀，原来长这样，那每一层应该怎么打印比较好呢？一般来说，都是先印出框架，然后再添补中间的空缺。”
外部轮廓和中间添补
“咦？有一部分是悬空的，那我就在下面加个支撑吧，到时印出来了再手动除掉支撑就好了。”
底部的支撑
大概花费一秒，切片软件就思考完毕，规划出了合理的打印路线。
这时，如果是Cura软件，我们不需要修改参数，就可以直接生成G代码了。如果使用其他软件，我们可以根据经验，修改我们想要调整的参数。
打印过程模拟
G代码就是打印机中的数字控制系统需要运行的代码。打印机会按照G代码来工作，最终打印出模型。零件的例子结束，现在开始采用其他图片讲解。
我们把代码的文本文件保存进储存卡，将储存卡插入打印机，按下开关，机器就可以开始打印啦。
3D打印过程
3D打印过程一般要花上几个甚至十几个小时。经过等待，模型终于成型！我们将它从热床上取下，拆掉支撑，如果你喜欢的话，还可以喷上颜色。
后期加工
但有时你会发现，成品和电脑中的模型有点不一样啊！为什么会多出一些奇奇怪怪的丝？
出现拉丝
这时候，喷头出来表示：“挤丝料根本停不下来啊！我从一边移到另一边的时候，还是会挤丝！你问为什么？！因为喷头温度和材料回退的参数设置不够好嘛！需要你们再多练练咯！”
好的好的，感谢喷头的发言，在我们练熟之前，手动把多余的丝抠掉就是了。简单实战过后，我们来了解一下3D打印的原材料。
耗材种类3D打印的耗材有很多种，打印心脏用细胞，打印航天器零件用金属，打印房屋用建材……FDM打印机的耗材一般有两种，ABS和PLA。
ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物）
这目前产量最大的，应用范围最广泛的聚合物，它结合了各种多种材料的优异性能，兼有韧、硬、刚的特性。
ABS
但是这个材料是有一定毒性的，所以不建议个人使用。工厂使用的时候都有专业的通风换气设备。
PLA（聚乳酸）
这是一种新型的生物降解材料，是利用玉米之类的可再生的植物资源，提炼出淀粉原料来制成的。
PLA
聚乳酸的相容性、可降解性、机械性能和物理性能都不错，用来挤压、纺丝都没问题。一般自己DIY打印件都用这一种。
玉米是可以吃的，PLA可不可以吃我就不知道了嘿嘿。
机器人上的3D打印FDM的3D打印把复杂的三维模型分解成多个简单的二维图形，就像把一个三明治拆分成一片一片，然后再叠出三维实体样件。
成型原理
由于整个过程不需要模具，所以大量应用于产品开发，功能测试等方面，在RoboMaster比赛中也是广泛应用。
除了前面说的机器人弹仓是由3D打印制成的，拨弹机构也可以打印而成，这样不仅缩短零件制造的时间，还减轻了机器人重量。
3D打印零件
甚至还有学校3D打印了一整个机器人的机械结构，做出了迷你步兵机器人。3D打印也成为机器人比赛中不可或缺的一部分。
3D打印迷你机器人
当然，3D打印除了FDM，还有其他方式也可以实现，下面举几个常见的例子。
其他成型方式SLS（选择性激光烧结）
SLS的原理是激光射向金属粉末材料，粉末被烧结成型。
SLS成型原理
打印机中装有金属粉末，模型经过切片后，通过控制激光按照模型的轨迹进行烧结。烧结一层之后再铺抹新的金属粉末，继续下一层的烧结，最终成型。
打印过程
最后的成品就是金属打印件。
金属打印件
LOM（分层实体制造）
LOM又称薄形材料选择性切割，是通过激光将薄膜材料切割成指定的形状来成型。
成型原理
薄膜上涂有热熔胶等，在薄膜一层一层地叠加的同时，机器一层一层地切割，刚切好的薄膜就和下面的层面粘起来，形成模型了。也就是通过逐层切割、粘合，形成三维模型。
摘除多余部分
最后的成品非常漂亮哦。
PP（石膏3D打印）
即粘合剂喷射成型。它利用粘合剂将石膏粉末粘接在一起，逐层堆积成三维实体。
打印件埋在石膏粉末里
打印结束后，清洁掉多余的石膏粉末，再上色，漂亮的打印机就完成啦。
打印过程
SLA（立体光固化成型法）
原理就是激光照射到液体上，液体凝固成型。
成型原理
打印机里有一个液体池，激光按照模型每一层的形状照射液体，一层一层地照，就慢慢就凝固出一个3D形状。
打印过程
成品
◆◆◆
3D打印从原理上推翻了传统的加工方式，相信在未来，3D打印也会使用更多材料，进入更多领域，解决科研的瓶颈。作为初学者的我们，需要脚踏实地，努力地解决实际问题，才能不断优化和发展自己。
然而小R最期待的还是3D打印美食啦哈哈～
3D打印食物
本期作者
Brian.Yu
热爱机械制作，喜欢各种美食
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