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打印机如何工作
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让我们还是回到3D打印机上，这种神奇的机器激发了未来主义者和车间发明家等人的极大想象。它如何工作？
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3D打印机在本质上就是计算机数字控制三轴机器的变形，两台计算机控制的发动机负责控制喷头的左右与前后运动（x轴和y轴），另有一台发动机上下移动托有被打印物体的打印机托盘或平台（z轴）。
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如果你在更换墨盒时注意过桌面喷墨打印机的内部构造，就比较了解。喷墨打印机是2D打印设备，即只在x轴和y轴上工作，前后移动喷头的发动机与3D打印机中的两个发动机类似，喷墨打印机使用辊在另外一个轴上传送纸张。两者总体概念完全相同：电脑将设计转换成发动机指令，在精准的位置上迅速调用打印材质。3D打印机只是使用了更多发动机，喷射出的材质也不仅限于油墨，但做的事情与喷墨打印机没有区别。
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MakerBot等3D打印机通过一个微孔挤压出ABS塑料，将材料层层重叠，这一进程称为熔融沉积成型（FDM）。另外一些更高端的3D打印机使用激光在材质盆中硬化液态树脂（立体光刻或SLA），或层层硬化粉末状塑料、金属或陶瓷，这一进程称为选择性激光烧结（SLS）。激光机器使用的材质种类更多，所获分辨率也更高，但比喷射塑料的3D打印机昂贵许多，后者更宜家用。在某种意义上，这就像是普通纸张打印机的情况：激光打印机多用于办公场所，而家庭多选用喷墨打印机。
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3D打印机使用“加法”技术，即采用从物体底部层层堆积的方式打印、制作。与此相反，数控刨槽机或数控铣床等数控机器则使用“减法”技术，使用旋转工具从材料上切割或磨掉不需要的部分。因此，“加法”进程是使用材料堆积出物体“应该的”样子，“减法”进程则是去除物体“不应该有的”部分。
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使用3D打印机时，软件首先检测待制物体的CAD文件，计算出如何使用最少的材料与时间制成该物体。以制作一个人物头像为例，必须打印出头像的外壁，但根据使用材料不同，需要判断具体的宽度。软件会计算出最小的宽度值，同时保持表面的强韧度。
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通常，头像内壁不可见，因此无须打印。但如果没有任何内部结构，头像可能易损。因此，软件通常会生成头像内部蜂窝状支撑结构，使用最少量的材料提供最大强度的支持（如果在3D打印服务商处打印成型一个物体，通常需要向服务商支付材料费以及使用机器的工时费）。
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之后，软件会在水平层面上“切片”，分解成打印机能够处理的薄片。每一薄片都是一组指令，指挥打印头在x轴及y轴方向上喷射材料或在粉末或树脂上扫射激光。当打印头移至构建区域上方时，会跟踪找到物体的整体切片，软件则会选择打印头需要移动的最短距离路径。
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在一定意义上，这与近30年前引发了桌面出版运动的原始Postscript语言概念相同，都是把人们能够理解的视觉语言（以前是桌面出版中的词句与字体，现在是屏幕上的三维物体）转化成电脑能够理解的机器语言。现在的制造语言名为“G代码”。正如Postscript最初设计为巨型工业打印机的驱动语言，现在却应用于桌面打印机之上，G代码原本是为了车间工作而编写，现在在创客的工作室中的3D打印机上找到了用武之地。
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当一层薄片3D打印完成之后，G代码就会向z轴发动机发送指令，将打印头略微向上移动，以便跟踪发现下一薄片，喷注堆积另一薄片层。材质按此方式层层堆积，最终完成3D打印的成品。
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某些3D打印机（如使用硬化液态树脂打印的机器）在工作过程中，待制物体实际上是在原料盆中由上向下移动的，以便新一层的液体能够从上至下包裹在前一层材质之外，通过激光硬化。此类3D打印的分辨率高达数十纳米，打印结构与人类细胞大小相同。另外一些3D打印机则使用黏合剂粘贴极薄的塑料薄膜，然后打印头在每层上切割出形状。但基本原理相同：以尽可能薄的分层薄片堆积成型被打印物体。使用高品质3D打印机时，根本看不出薄片分层。
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使用激光硬化粉末成型物体的3D打印机有诸多优势，其中之一便是未硬化粉末仍然密集堆放在托盘上，可以对被打印物体的悬垂部分起到结构性支持作用。粉末真正冷却之前，都会呈下垂状态。打印进程结束后，操作人员取出成型物体，刷去多余的粉末。在喷射熔融塑料的3D打印机上也可使用上述方法，但通常是在做第二个头像时使用比较理想：此时托盘上已有一层粉末或其他不用的废料，必须使用支撑杆支撑上层的下垂部分。
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所有这些制造计算听上去都相当复杂，但全部是自动完成的。实际上，看起来就像是变魔术。这就是数字制造之美，你无须了解机器的工作原理或知道应如何优化机器的刀具路径，这些工作统统都由软件完成。物体的CAD设计中已经包含了3D打印机计算制作方法的所有必需信息。
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自制打印俱乐部
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所有一切最初都诞生于20世纪80年代的工业工具公司中，但就像个人电脑一样，这一技术在过去10年已经延展到普通人的生活里。想知道这一切都是如何发生的吗？很简单，坐地铁前往布鲁克林第三大道，敲一敲那扇金属门，门上有大大的、手机能够识别的QR码。然后等着头发乱蓬蓬的时髦年轻人来给你开门。如果不是有了这么一个地方，布鲁克林第三大道会平庸很多。
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欢迎来到Botcave。
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在这个经过改建的酿酒厂中，布雷·佩蒂斯、扎克·史密斯和他们在MakerBot公司的硬件工程师小组正在制造第一台价值1 000美元的主流3D打印机。MakerBot Thing-O-Matic 3D打印机不使用激光，而是通过喷挤出不同颜色的0.33毫米粗细的熔融ABS塑料使物体成型。
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工业用3D打印机外观类似医疗设备，但MakerBot出品的打印机更加个性化，装饰有荧光字母，每台都充分体现了其拥有者对这台打印机的热爱。我的MakerBot打印机是黑色的，上面配有橙色的字母和蓝色的发光二极管。在光线昏暗的房间里，它看上去很酷。
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开箱即用的MakerBot产品是常规的3D打印机：根据数字文件制造塑料部件。马上需要一个齿轮？下载一张设计图纸，然后自行3D打印出来即可。想要修改一个已有物品？扫描该物品，使用Google上搜索到的免费SketchUp三维设计软件把需要修改的部件拧下来，然后加载到ReplicatorG 3D打印软件应用中。几分钟之后，你就能得到一个新的实物：原子的“自选、自制、自刻”。
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MakerBot产品是最简单的3D打印机之一，只有四台发动机：x、y、z轴发动机，外加一台喷射由加热器融化后的ABS塑料丝的发动机，将熔融ABS塑料喷射到平台上成型物体。MakerBot 3D打印机的框架使用胶合板制成，一些塑料滑轮由另外的MakerBot 3D打印机制造。电子元件安装于Arduino处理器板上。
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闪烁的发光二极管数量似乎超出了需要量。如果你非要搞清楚原因，那就是没有弄清重点：MakerBot不只是一种工具，还是玩具。它是革命性的行为，是动力的雕塑，是政治宣言，无与伦比的酷。
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我打赌你绝对不会这样形容桌面喷墨打印机。
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这就是商用工业工具与DIY运动成果的不同。创客的装备不仅关乎创造过程，也关乎产品本身。MakerBot产品凝结了集体的智慧，你知道它的制造者、崇拜他们的远见卓识，一台MakerBot 3D打印机还闪现着个性的风采——这就是它的特别之处。拥有一台MakerBot 3D打印机，你拥有的就不只是一台机器，更是占据了一个见证文化转变的有利位置。开源不仅是有效的创新方法，对于其追随者来说，也是和民主一样有力的信仰体系。
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MakerBot的渊源深远，它建立在此前多个开源项目之上，包括RepRap 3D打印机（一种非常聪明但比较单薄的设计）、Arduino微处理器板，以及一系列将CAD文件转换成控制3D打印机三台发动机指令的软件包。此时，开源意味着打开一切：电子元件、软件、实体设计、文档，甚至是标识。实际上，MakerBot 3D打印机的每一部分或是集体智慧的结晶，或是由创客随心制作，明显体现了放弃知识产权保护后反而能获得更好的社区支持与自发保护。
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