立体成像不是梦 商用三维打印机纵横谈

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三维打印机在今天提出来，已不是一个什么新鲜的概念了，但它对于我们普通消费者而言，似乎还是一个遥远的梦。人生的意义，就是把梦想变为现实。谁又想到当年战火中催生的体重28吨，占地170平方米的“埃尼阿克”计算机在今天会被浓缩为案头办公工具，并且普及到了千家万户？同样的，过去仅仅被应用于制造业模具开发的三维打印机，也正朝着电子、建筑、教育、医疗等行业大步迈进。
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' E6 A: U5 Z/ k& H6 g8 ], A那么，三维打印机倒底能普及到何种程度呢？要回答这个问题，还是让我们先来认识一下它的构造和技术原理。
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一、认识三维打印机
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$ Y/ j6 A# l0 I! Y三维打印机在过去通常又被称为“快速成型机”。它通过对电脑中三维软件的识别，进行STL（三角网格格式）转换，再结合切层软件确定摆放方位和切层路径，并进行切层工作和相关支撑材料的构造。最后使用喷头将固态的线型成型材料加热成半熔融状态之后挤出来，和支撑材料自下而上，一次一层的构铸成最终实体。简单点说，可以理解为软件把物体分成若干个横截面，而三维打印机将这些横截面一次一层的沉淀、堆积，最终形成我们所需的实体。
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/ j$ b* C0 {" ]7 j* H  @从它整个成像的过程来看，我们知道三维打印机至少由：软件控制系统、成型材料、支撑材料、成型材料匣、支撑材料匣、喷头、加热模组、成型空间等几大部份构成（如图）。其中成型材料和支撑材料就相当于我们普通打印机的耗材，也有的机型不需要支撑材料，大大降低了用户的后期使用成本，如美国Z Corperation公司的Z系列机型。

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三维打印成像原理

' M  v' ^1 H* v1 a0 E为了让大家对三维打印机有一个更具体的了解，我们可以将其中比较著名的Z Corperation公司和Stratasys公司的产品作一个简略的介绍。

1、Dimension三维打印机

7 z, j' p# P7 R; ^桌面型ABS立体打印系统Dimension是美国Stratasys公司基于自身专利技术FDM（熔融挤制成型）制程技术研发出来的一套针对办公环境使用的三维打印机，主要有Dimension
8 {, J5 ?2 j! }BST和Dimension SST两个系列。

; ]& @1 {3 U0 H  M4 Y: [此款机型具备自动切层和自动建立/移除支撑路径，成型大小为203mm X 203mm X 305mm。它可采取黑、白、红、黄、蓝等多种颜色的ABS热塑胶为成型材料。在材料方面，Dimension BST采用的易剥除性支撑材料，只需用手，轻易的将支撑材料从成品中移除。而Dimension SST采用水溶性支撑材料，根本不须动手。
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2、ZPrinter 310 Plus
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, X% J9 J: g5 z9 h3 d美国Z Corperation公司在2005年就推出了ZPrinter 310的升级产品——ZPrinter 310 Plus。这款机型不仅拥有比过去Z310更高的精确度和打印速度，就连成型材料也作了大大的改进。
1 ^; D0 g6 f5 `' \; W: V; q6 k
) T4 W  S, k8 M5 P- e3 o专为ZPrinter 310Plus而生的zp130成型材料实际是一种多用途的固体粉末，结合加热成型型腔功能，可以打印复杂的几何体和薄壁件，并使其实体分辨率高达450dpi，比Z310翻了一半。从后期使用成本来说，由于Z Corp公司大多是采取固体粉末为成型材料，所以不必使用支撑材料，既节约了使用成本，又使操作、维护变得更容易上手。
无论是Stratasys公司的桌面型设计还是Z Corp公司的使用成本理念，我们都可以从中感受到三维打印机正朝我们的现实生活步步逼近。山雨欲来风满楼，现在这股“风”吹到哪里了呢？
二、三维打印机的现状

2 u/ `- I; G  w目前，三维打印机除了能够在制造业中生成各种模型外，由于它的占地空间和环保理念都逐步适应了现代商务区的要求，也开始应用于教育、建筑、设计等多个行业。美国Stratasys公司的桌面型ABS三维打印机就是专门针对办公室环境应用而设计的，无噪音，无有害气体。在各个设计领域，使用三维打印机能够轻松将电脑中的效果模型转变为实物，更直观的表达出设计师的设计理念，便于交流和演示，同时切身体会该设计模型的手感，这是仅仅依靠计算机中CAD三维图像展示所不能做到的。此外，我们可以将庞大的模型，分解成各个小型“零件”，成型之后再拼凑粘合，如房地产中的小区沙盘。

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ZPrinter 310

8 U( U7 i. W: x5 V8 t& w但如果要将三维打印机像电脑一样应用到我们普通消费都的生活中，还存在一些具体的问题：
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1、打印速度问题
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早期的三维打印机形成一套模具得花两三天的时间，随着打印技术的提高和成型材料的改进，一般都用每分钟打印多少层来计算其工作速度，像上面提到的Dimension和ZP310Plus，每分钟都可以达到两三层的速度，形成一套模具只需几个小时。但这种速度也只适用于为了提高工作效率和质量的相关企业，暂时无法被家庭用户所接受。

2、购买成本问题

目前不同三维打印机的报价相差很大，但依旧徘徊在几万到几十万人民币，这个数字对家庭用户来说，不如去买套房子。相关研究人员表示：“随着技术的成熟和应用的扩展，三维打印机的价格有望跌到几百英镑。”换句话说，在不久的将来，我们可以花几千元人民币来买一台三维打印机，相比如今大行其道的照片级喷墨打印机来说，这个价格已经不是很高了，仿佛是可以接受的。
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3、成型材料问题
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三维打印机的成型材料多是采用化学聚合物，在这里，我们不仅仅是担心它的后期使用成本问题。因为如果要让它融入我们的家庭生活，那么这种材料是否安全将是一个很重要的参考因素。比如我们想通过三维打印机制作一个个性化的杯子，但由于成型材料不可食用等不利因素，使这个杯子只可远观而不可亵玩焉，那就失去了它的意义。
三、三维打印机：我的未来不是梦
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1 n( L+ F! D% y. |# B相信大家都听说过这样一个小故事：两个鞋厂的推销员来到一个岛上，发现这个岛上的人都不穿鞋。其中一个推销员就跑回去说：“没市场，因为大家都不穿鞋”，而另一个推销员跑回去却说：“市场太大了，那里的人都还没有鞋穿。”所以，并不是产品去迎合需求，尤其在如今日新月异的潮流变革中，更需要先导者用产品去创造需求。
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1 p+ j+ Q- R3 U9 D7 T3 I* e2 C我们的三维打印机也是如此，乍一看，这个生产模具的像电冰箱一样大小的三维打印机对普通消费者并没有什么实际用处，但事实上它却隐藏着深不可测的市场潜力。通过成型材料的改进，我们不仅可以按自己的设计制作各种装饰品，还可以制作个性化的餐具或者儿童玩具。而且未来的成型材料不会只局限于塑料制品，甚至连金属、陶瓷等物品也可通过三维打印机来成型。只要产品的应用一旦打开局面，三维打印机将更广泛的在市场上出现，并且随着其生产规模的扩大，生产成本必然降低，或许价格也比现在的高端喷墨打印机贵不了多少。

在成型技术方面，各大厂商几乎都已将重心转入喷墨成型，与过去激光成型技术相比，速度更高，质量更精确，最重要的是它的无污染性与安全性使得三维打印机由制造工厂搬进了企业的办公室，这不能不说是一个质的飞跃。
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) Q* b/ H8 i$ _0 b! B. v那么，它何时才能像照片打印机和扫描仪一样，走进我们普通消费者的生活呢？我们还是拭目以待吧！