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三维打印
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根据另一易混淆的命名惯例，3DP（三维打印）使用一种称作“三维打印”的工艺，其通过打印头将黏合剂或某种胶挤到原材料粉末中。3DP是在20世纪80年代由麻省理工学院的学生保罗·威廉姆斯和他的导师伊莱·萨克斯教授发明的。
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那时，商业类增材制造系统使用激光或有毒的打印材料，而且整个系统体积有小卡车大小。早期的增材制造机器操作复杂且价格昂贵。由于3DP是个受欢迎的替代品，因此麻省理工学院在后来将3DP的相关技术申请了专利并授权给了几家公司（这些技术后来成为世界上很多商业类3D打印机的基础）。
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图5–8 彩色3DP工艺将彩色胶水喷至淀粉基粉床上，然后再涂一层新的粉末并重复此过程
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图片来源：David McCarthy
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3DP的突破性在于它的简单。保罗·威廉姆斯对于3DP的愿景相当大胆，特别是在当时那种技术现状下。保罗在他的硕士论文中写道：“台式机生产的目标是只需要按一下按钮就可以制造零部件，而无须其他操作。”他设想作为台式制造系统的3DP将是精确、快速、廉价和易于使用的。
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今天，3DP已经实现了其创始人的愿望，成为一种流行的、成本低廉的3D打印方法。由于3DP打印机通过在原材料内挤入胶水生成层，所以并不需要激光，而且有很多原材料可以使用。3DP打印机不需要高功率的组件，因此其操作的能源效率高。不利的一面是它不用激光，从而很难制造出很薄的层，制造出的物体往往表面粗糙。
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3DP突出的优势之一就是可以彩色打印。当胶水沉积时，一些附加的彩色墨水也会被喷入，可制造出全彩色三维模型。3DP可使用粉末状材料，从可生产出砂岩状纹理的淀粉状材料到需要在火炉中硬化的粉状陶土，都可以作为3DP的打印材料，还有一些3DP使用玻璃粉末、骨骼粉末、轮胎碎片甚至是锯末。有的打印机还使用青铜等金属粉末，胶合的青铜需要放入熔炉烧结成固体。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398788]
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整理设计文件
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打印过程开始于设计文件，像冰山的水下部分一样，还有大量的准备工作需要完成，包括准备设计文件和设置打印机。在我访问ABC成像公司时，约翰告诉我工作量最大（虽然经常不被视作挑战）的是帮客户将设计文件正确地转为可用文件格式。
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设计文件必须可以和3D打印机的内置软件准确交流，打印机的内置软件（或固件）会告诉其机械组件如何操作。为3D打印准备一个完整的设计文件并不是一项简单的工作。
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在ABC成像公司，3D打印过程开始于客户提供的设计文件，大部分客户是建筑师或工程师。大多数行业都倾向于使用专业设计软件，例如很多建筑师使用Sketchup进行设计。Sketchup是一款免费的、易于使用的设计工具，它在教育工作者、建筑师和初级设计师中很流行，工程师们喜欢用高端商用实体建模软件制作设计文件。约翰还经常与地理学家、外科医生或地图制造商合作，这些人的数据来源于光学扫描仪、远程传感器或医学图像。
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3D打印过程中经常出现的挑战是需要弥补大多数设计软件在开发时并未考虑到3D打印所带来的问题，设计文件以各种令人眼花缭乱的文件格式发送过来，各具问题和挑战。在我访问ABC成像公司时，约翰告诉我：“在二维打印时，如果文件制作糟糕或是毫无吸引力，只要点击‘打印’，你仍然可以最终获得打印文档，虽然那并不是你想要的。”
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约翰继续说：“在3D打印中，不是输入糟糕的设计文件就能打印出糟糕的物体，而是你输入糟糕的设计文件，什么都打印不出来。在3D打印中，如果你得到的是糟糕的设计文件，那你最终什么也打印不出来，或是比什么也得不到更糟糕的情况就是浪费了昂贵的原材料。”
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大多数设计文件（特别是那些复杂物体的设计文件）需要专家进行调整优化。“尽管人们谈论很多关于设计软件质量的问题，但设计文件制作者的技术才是核心问题。”约翰说，“一个杂乱的设计文件会拖延进度，因为我需要重做并对其进行修正。”
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图5–9
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注：3D打印世界是复杂的生态系统，它涵盖了软件和硬件的产品（开源代码的）、工具和应用，还包括为个人客户及商业客户提供服务。
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图片来源：Tuan TranPham tuan@tranpham.com | @ ttranpham http://www.linkedin.com/in/ ttranpham
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客户提交了他们的设计文件后，接下来约翰便会将文件转换为3D打印的特殊格式STL（标准镶嵌语言）。STL是一种业内标准的有着几十年历史的文件格式，它是由SL打印的发明者、3D系统公司的创始人查克·赫尔创造的，STL文件格式有点儿类似于PostScript文件格式，PostScript可将计算机文件转换为二维打印机能识别和处理的文件格式。
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约翰说：“我的大部分工作是质量控制，以确保STL文件正确运行。”当今的STL文件格式退回到了人们对3D打印机没什么要求的年代。STL文件的工作并不轻松，它的一生漫长而杰出，但却无法跟上先进打印技术和设计软件的步伐。
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挑战在于STL文件必须将设计的复杂细节转换为直观的数字形式，而这很难传达到3D打印头。例如，工程软件是在机械通过切割制造物体而不是层层堆积制造物体的年代成长起来的。因此，体现着制造血统的工程设计软件仍然在学习如何增材制造而不是切割制造。
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在设计文件转换为STL格式后，STL将设计对象的数字形状“包装”在虚拟的表面之内，我们称之为“网格”，其由成千上万（有时数百万）个连锁多边形组成。表面网格上的每个连锁多边形（常用的是三角形）都携带着物体的形状信息。在设计文件转换中，全部的设计表面包括物体可以接触到空气的任何部分，不是工程师的人可能会对此感到些许困惑。例如，一个物体的表面设计既包括物体的外表面，也包括其空心处的内表面。