1700400045
ABC成像公司成立于1982年。大约5年前，公司聘请了约翰管理其不断增长的3D模型和快速成型业务。约翰于 20世纪90年代在莱斯大学学习地质学和地球物理学，他在一家生产三维地图的公司工作时接触到了3D打印。
1700400046
1700400047
在ABC成像公司位于华盛顿的总部，从精心设计的网站到主会议室完美无瑕的顶级斯堪的纳维亚风格办公桌，无处不彰显着公司的品位与对细节的关注。ABC成像公司已从一家华盛顿的打印店成长为在全球拥有35家分店和550名雇员的公司。在介绍完后，约翰带我们到了ABC成像公司的生产区。其主打印室有教室那么大，里面弥漫着舒适的新工业气息。员工们身着商务休闲服饰，正在维护几台嗡嗡作响的大型工业级3D彩色打印机。
1700400048
1700400049
我问约翰他认为3D打印是打印过程还是制造过程，他顿了一下，回答道：“我认为‘3D打印’这个名称基本上是个营销术语。3D打印是制造过程—它可能是一个释放污染物的物理过程。我们在工作中会使用化学品，根据情况有时还要戴防毒面具。”
1700400050
1700400051
ABC成像公司拥有不同型号的工业级3D打印机，它们分散在世界各地的各家分公司。在华盛顿总部，其小型3D打印“工厂”位于主生产区几个工位后面的小角落。这个灯火通明的玻璃房曾是公司的小厨房和员工休息室，房间里两个中等规模的工业级3D打印机基本占据了一面墙。
1700400052
1700400053
约翰负责的打印业务可在一两天内利用高端3D打印机制造出精致的彩色模型。根据模型的复杂程度以及客户设计文件的类型（是粗略的、未经测试的草稿，还是无懈可击的、可直接打印的设计），制造时间表各不相同。大多数原型打印成白色即可，但一些模型或是地图也需要彩色打印。
1700400054
1700400055
在ABC成像公司的打印室里，一台方形机器放在几台3D打印机旁边。方形机器的前端是玻璃的，两边各一臂孔。在机器玻璃板的后面配有强力空气枪。约翰向我们展示了如何将双臂放入孔内，并用空气枪吹散刚打印出来的物体上的粉末。在对面墙上，几个小型的金属池里的溶剂正在沸腾。打印出的物体将浸在池内溶剂里，以完成表面处理并溶解掉残留粉末。
1700400056
1700400057
约翰向我们展示了一个白色的帝王豪宅建筑模型。豪宅前面竖立着8根立柱，构筑起了一个庞大的游廊。屋顶上，精致的栏杆环绕着雕刻成放射状的圆顶。豪宅右侧，一道蜿蜒的楼梯把游客引向前门。
1700400058
1700400059
豪宅屋顶露台的围栏像蛛丝一样细，如此精致的建筑模型既无法用注压成型这样的传统塑料加工技术实现，工匠也不能用雕刻工具以其精湛的技巧将模型从塑料块中雕塑出来，传统的硬纸板模型也不能胜任。如果要雕刻出游廊柱子后面的开阔空间，柱子就会在压力下折断。
1700400060
1700400061
约翰想在打印创作方面不断突破，想制作更精致的物体。他说：“3D打印让你可以制造一些令人称奇的模型和零部件，一些用3D打印制作的几何体是无法用其他方法制作出来的。”
1700400062
1700400063
1700400064
1700400065
1700400066
图5–1 3D打印的最终模型：一座古老的修道院
1700400067
1700400068
图片来源：Midwest Studios. Photo：Ed Watson
1700400069
1700400070
3D打印：从想象到现实 [:1700398785]
1700400071
3D打印机的两大家族
1700400072
1700400073
向人们介绍3D打印时，我经常会说3D打印有两大家族，第一个家族通过沉积原材料层制造物体，第二个家族通过黏合原材料制造物体。
1700400074
1700400075
第一个家族我们称之为“选择性沉积打印机”—将原材料沉积为层，这类打印机通过某种注射器或打印头注射、喷洒或挤压液体、胶状物或粉末状的原材料。家庭或办公室应用的通常是沉积型3D打印机，这是因为激光或工业热风枪相对来说容易产生危险。
1700400076
1700400077
第二个家族是将原材料黏合在一起（不是放置或沉积）的打印机，通常是利用激光或在原材料中加入某种黏合剂来实现，这类打印机被称作“选择性黏合打印机”—利用热或光固化粉末或光敏聚合物。不知道你是否还记得那个推销员的话，他告诉我和我的同学：他是在一台机器上利用激光打印出他的模型的。
1700400078
1700400079
3D打印：从想象到现实 [:1700398786]
1700400080
喷射、挤压或喷雾打印机
1700400081
1700400082
首先，我们探讨使用打印头沉积原材料的选择性沉积打印机。所用原材料可以是遇到打印台就会变硬的软塑料、原始的饼干面团或是特殊医疗凝胶里的活细胞。如果你在媒体上看到过诸如MakerBot的消费类3D打印机，你可能已经见过上述这种打印机了。
1700400083
1700400084
这类打印机所应用的打印技术的正规学名是FDM（熔融成型）。FDM打印机是斯科特·克伦普于20世纪80年代发明的，他凭借该技术创立了公司。如果一台机器被称作“FDM打印机”，那就意味着这台打印机会通过打印头挤出某种软质材料。
1700400085
1700400086
打印头开始工作前，这种类型的3D打印过程已经开始了数个步骤。第一步是定位软件设计文件，该文件可以告知3D打印机的内置软件（就是常说的“固件”）需要打印什么。一旦设计文件准备就绪，用户便将笔记本电脑连接到打印机，并将设计文件保存为能被3D打印机的内置软件读取并使用的特殊格式（我们稍后将详细解释转换过程）。
1700400087
1700400088
1700400089
1700400090
1700400091
图5–2
1700400092
1700400093
注：白色的物体正在被打印，如果仔细观察可看见锥尖在接触白色部分的顶层并挤出细缕白色塑料。黑色塑料是打印的支撑结构，稍后会洗掉。
1700400094