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3D打印：从想象到现实 [:1700398787]
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融合、凝固、黏合式打印机
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3D打印机的第二个主要家族是由使用选择性黏合工艺的打印机构成的，这种工艺将原材料融化或凝固为层，许多早期的商业打印机使用的就是这种方法。需要指出，该方法的两种变体得到了广泛应用：SL（立体光刻）和LS（激光烧结）。
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立体光刻
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SL（立体光刻）是最早商用的3D打印方法之一。想象一下，一个装有液体聚合物的小桶放置于公寓冰箱大小的打印机内部，打印机在一种特殊塑料的表面扫出一束激光。这种塑料是光敏聚合物，当其暴露于UV光下会硬化。每次激光扫描循着所打印形状的轮廓和横截面逐层进行。
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每次激光扫描后，可移动的台面会将已打印的部分下沉1毫米。打印的部分下沉到液体中，新的光敏聚合物覆盖其顶部。有些SL打印机以相反的方式工作，激光向上瞄准聚合物，然后抬起（而不是下沉）打印的物体使其底部（而不是顶部）被新鲜液体浸没。
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物体通过该方法3D打印出来后，还有其他工作需要做。多余的材料需要洗掉，有些物体表面还需要手工打磨，有时还要根据打印需求将物体放入紫外线“微波炉”中进一步固化。
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SL打印的优势在于激光作业快速、精确。多束激光可并行工作，其分辨率比挤压式3D打印头更高。当今的工业级3D打印机可生产出精细的模型和零部件，层薄仅为10微米，比一张薄纸片还要薄。随着光敏聚合物原材料质量的提升，以及应用范围的不断扩大，SL打印机可生产出更多具有特殊材料属性的物体。
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图5–5 UV激光循着连续的横截面形状扫描，被固化的部分慢慢地沉入桶中
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图片来源：Solid Concepts Inc.
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SL打印的缺点在于吸入未固化的光敏聚合物粉尘会中毒，而且光敏聚合物并不像工业注塑成型所使用的热塑性塑料那样结实耐用。由于维护SL打印机的激光器十分复杂且成本高昂，对于大多数家庭用户来说，SL打印机过于昂贵。但是使用来自蓝光光盘的低成本UV激光器的廉价机器市场可能会有所增长。目前的SL打印机一次只能打印一种材料。
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图5–6 这是世界上最早的3D打印成果，所用的SL技术可追溯到20世纪80年代
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图片来源：Chuck Hull
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激光烧结
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选择性LS（激光烧结）由得克萨斯大学研究员卡尔·德卡德和约瑟夫·比曼于20世纪80年代发明。选择性LS使用类似于SL打印机的技术，所不同的是其不使用液态光敏聚合物，而是使用粉末。
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和SL一样，很多人很难将LS打印工艺视为一种“打印工艺”。这种打印机以高功率激光束在粉床表面扫描，激光照射到的粉末融化，打印机内部的滚筒在粉床顶部刷上一层新的粉末并将打印台降低1毫米。
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用粉末代替液体材料进行打印有其优势：一个用粉末打印出来的物体不太可能在打印过程中倒塌，因为未熔化的粉末可作为其内部支撑。在一些情况下，未使用的松散粉末可回收再利用。由于大部分原材料都可制成粉末形式，比如尼龙、钢、青铜和钛，因此粉末材料应用范围更广。
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就缺点而言，使用LS打印机制造的物体表面往往不光滑、多孔。目前LS打印机还不能同时打印不同类型的粉末，不适合家庭或办公室使用。由于某些粉末若处理不当会引发爆炸，所以LS打印机必须使用氮气填充密封腔。
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图5–7 一束激光正在熔融金属粉末，打印过程完成后物体最终被埋在粉末下
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图片来源：Solid Concepts Inc.
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最后，LS打印是高温过程，刚刚打印完的物体不能立刻从机器中取出。视打印层的尺寸和厚度的不同，大型物体可能需要一天的冷却时间。
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