此篇文章主要是針對剛入門的3D打印從業者，以及其他行業的3D打印愛好者 。為了讓大家更容易的了解什么是3d打印機，它的工作原理是什么，都有哪幾種3d打印機。希望給大家看完后，也會發出3D打印“原來如此”的感嘆。

其實，3d打印機雖然品牌眾多五花八門，但是本質上的工作原理是一樣的，那到底是個什么工作原理呢。

既然是打印，我們先來看一看傳統的打印機，在紙張上打印的噴墨打印機

紙張打印機

紙張打印機打印的是平面的圖像，而數碼圖像也就是我們放大之后看到的一個個純顏色的“像素”點拼合成的玩意，這東西可以看成是用每一個坐標點標記一個顏色值作為存儲。

像素

密集恐懼癥請迅速下翻。

那么這樣就很好理解了，如果我們能搞出個“噴頭”，能夠在一個平面上自由移動，在這個坐標系噴射出應有的像素，不就完成了打印工作了么。

 平面直角坐標系

所以這種玩意就出現了，為了大家看得更明白，建模的時候做了一定的簡化。

 噴墨打印機最直白的工作原理

首先我們最需要的東西就是這個噴頭，它需要一個一個的噴“像素”，好的，我們看下噴頭一般是怎么回事。

噴墨打印機的噴頭

這個紙可以被一個滾輪帶下來，也就是完成了Y軸的移動，中間的那位靈動的小噴頭左右移動，也就等于完成了X軸的移動，那么這樣一來，一個平面的圖片就被打印出來了。但是中間的小噴頭是靠什么移動的呢。

 同步帶（齒帶）

對，這個就是學名叫同步帶我們一般叫做齒帶的東西，這個東西一旦和齒輪配合，就可以做到自由的進行傳動，也就是說一般來說，像打印機這種很靈敏的設備，一般都需要齒帶作為傳動裝置。

有人說你說這么多廢話干嘛，我要聽的是3d打印。稍安勿躁，我們看下，平面打印的載體是紙，那么我們可是要打印立體的東西啊，平面打印用的是噴出來的“顏料”，那么3d打印就一定要用實實在在的材料啊。

好的，法寶來了。

一般3d打印常用的“線料”

也就是說我們常見的3d打印機里，打印的材料從墨汁換成了“熱塑性塑料”，什么叫熱塑性塑料呢，這種塑料一旦加熱就變得軟塌塌的熔融狀態，但是一旦冷卻又恢復原樣。現在見的3d打印材料主要是ABS和PLA，ABS是個極其常見的合成塑料了，本質是A（丙烯睛）、B（丁二烯）、S（苯乙烯），算了忘了就好。PLA又叫聚乳酸，這東西熔點很低，基本在185°C就可以熔融加工，所以也就是見的打印材料了，至于為什么這材料是和毛線一樣的線材，其實很簡單，你要是把一把塑料（粒料）放在灼熱的噴頭里，不出兩分鐘就會堵死，這線材才是“細水長流”。

好了，材料也有了，就差載體了，那好啊，我們就來加個小鋼板吧。

我在建模的時候，直接在上圖里加上了這么一個小鋼板，當然了小鋼板就不能像紙那樣被滾輪送下去了，所以我們在小鋼板的下面也加上一個“同步帶”，進行Y軸的傳動。

這下好了，平臺建立好了，X軸和Y軸都可以自由移動，小噴頭可以自由的達到小鋼板的任何一個位置了。

那么打印立體的要素就差一個了吧，那就是Z軸。

空間直角坐標系

Z軸來了，也就是上圖的螺旋狀杠子

我們在可以在X軸來回移動的噴頭組合體上，加入了一個機械中的“法寶”，那就是“絲杠”。

絲杠這東西，我們也可以理解為就是個大螺絲，和絲杠配合的地方是個螺母，這絲杠一旦被電機帶動旋轉，那么那個噴頭就會自由的上下移動了。

這下好了，我們的噴頭已經不是個普通的噴頭了，它已經是一個可以在空間中隨意移動的噴頭了。我們看下效果圖。

其實這就是3d打印機的基本傳動構造了，并不是很復雜，本質上只是一個能在三個軸自由移動的噴頭而已。

好了，現在我們裝上（原材料），看看這東西是怎么工作的。

荷槍實彈的3d打印機

我們發現，所謂3d打印，本質上也就是把熱塑性塑料熔化，然后再噴頭處噴出更細的“絲線”，然后一層一層的向上噴，一層一層的向上疊加，本質上來說，3d打印僅僅是組合了一層一層的“平面”，使之變為立體。

 用軟件模仿了下3d打印的原理

上圖是用低精度3d打印機打印出來的幾個物件，可以明顯的看出分層疊加和一縷一縷的支撐線，但是在很多情況下這種精度已經綽綽有余了。

我們都知道如果打印一個平面圖片，一般搞一個JPG的圖片就好了，那么在3d打印中，我們平時都是用什么“文件”來進行打印的呢。

其實大家剛才看到的那個泛著金屬光的打印機，就是用這個東西渲染出來的

這個是一個工業設計和建筑中都很常用的軟件——犀牛（rhino），當然了比較常用的還有solidworks這種零件制造和裝配為特長的建模軟件。這兩個算是比較偏工科的建模軟件，如果是藝術性更強一點的還有大家熟知的3dmax和瑪雅等建模軟件，雖然這些軟件的建模原理并不相同，但是核心也無非就是以面成體，這世界上所有的“體”，本質上都是由面來“堆積”出來的，所以建模軟件的工作模式也是如此，幾乎的建模軟件都有一個最基本的口令，那就是——擠出。

用一個面在Y軸拉伸所形成的擠出過程

復雜一點的solidworks的裝配零件

所以說要想完成一個差不多的3d打印作品，首先還是要解決建模這一關的。

那么無論是犀牛的3dm格式，還是3dmax 的max格式，或者是directX模式等等，我們都可以用各自的軟件將其保存為STL模式，也就是適用于3D打印的模式。

 3d打印的常用格式STL

好了，那么下一步就是把STL模式的文件導入驅動軟件中，我們就可以開始打印了。

PLA打印的低精度3d打印的驅動軟件

我們可以看到上面打印時的各種參數，當然還有一開始我講的，我們可以用上面的圓盤來調試X、Y、Z軸的移動，用下面的按鈕控制溫度。

打印開始

其實這個已經是結束時候的樣子了，我們可以用這個實物圖看看3d打印機的內部，其實和我一開始的建模圖差不多，但是可能看起來亂七八糟的線更多一些。

好了，上面就是最基本的低精度3d打印機的工作原理和工作流程了。

但是別著急，還沒完，我們再來看一看這世界上其他模式的高精度3d打印機。就像我們熟知的，現在的平面打印機，除了噴墨以外，還有著激光打印機，靜電打印機等等，那么3d打印機也一樣，但是別看名字叫的花里胡哨，其實本質上的工作原理還是我剛才說的那樣。

我們還是先說下平面的打印機。

比如平面的激光打印機，本質上就是將光束“圖像”通過“硒鼓”轉化成靜電“圖像”，然后將一整片墨粉有選擇的“固化”，然后轉印到紙張上。

平面激光打印機工作原理

其實不琢磨這個也可以，簡單點說，就是一個是噴頭自由移動噴墨固化，一個是激光靜電在一大片墨粉的海洋里有選擇的固化。

所以其實除了上面說的，分層使用熱塑性塑料的3d打印機，還有一種和平面激光打印機原理很相似的高精度3d打印機。

我們對這種打印機還有個名稱，叫做SLA。

我們知道墻面說的熱塑性塑料其實還有個小伙伴，叫做“熱固性塑料”，也就是說這種塑料在平時狀態很可能就是液體，一旦經過高溫或者強光亦或者是催化劑的作用，就和點豆腐一樣的凝固，并且這種塑料不可再次熱塑利用，也就是說一生只能保持一個形狀了。

SLA3d打印機

我們可以看出來，這種打印機是以激光束有選擇的凝固熱固性塑料的“海洋”，進行精度更高的打印，但是本質上的工作原理仍然是先X、Y形成平面然后Z軸一層層疊加打印的模式。

當然了還有和這種打印機工作原理非常類似的SLS（Selective Laser Sintering）3d打印機，這種打印機的打印模式又叫——選擇性激光燒結。

 選擇性激光燒結技術

這是一種精度的3d打印，只不過是把上面的液體換成了粉末材料，通過激光對粉末的海洋進行選擇性的熔融，其實有點類似平面的激光打印機，但是3d造型的本質仍然是上面所說的模式。SLS的打印模式已經可以應用于金屬3d打印上了，算是3d打印中的一個極大的進步。

采用選擇性激光燒結技術打印的金屬

好了給大家展示下上面說的高精度3d打印機的作品吧

用高精度3d打印機打印的solidworks零件

這種材質所打印出來的彈簧還具有彈性，這種精度也可以應付一些醫療器械了。

高精度模型

以上即是3D打印機類型及工作原理，不知道是否看明白了。

其實對于3d打印，有一句話叫做——19世紀的構想，20世紀的基礎技術，21世紀的市場。可以說在工業設計逐漸進步以及建模軟件花樣翻新的今天，3d打印對于復雜造型的量產和個性化定制以及高分子材料加工都有著不可估量的空間，21世紀的3d打印仍然還會飛速的發展，在一代一代的設計者和制造者的努力下，我相信3d打印真的可以，改變這個世界。

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              3D打印簡介、原理及技術