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3D打印：从想象到现实 [:1700398789]
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后处理：3D打印的最后工序
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在ABC成像公司，打印过程以后处理来结束。当一项3D打印工作完成后，操作人员重新发挥作用。大多数刚打印完成的物体看起来并不光滑或没有完全成型。新打印的物体从打印机中取出后，需要进行一些人工的准备和清理工作，这个过程称作“后处理”。
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在处理复杂的新打印对象时，就像3D打印的其他步骤一样，有其自己的学习曲线。新打印的部分在从机器中出来后可能很脆弱，约翰说：“学习曲线的一部分就是要打破很多东西，还有烧掉很多材料。”
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突出的能力使得3D打印成为一种新的强大的塑型方式，而且它将塑型的复杂性转移到了设计和制造过程中。有很多细弱部分、环形或是镂空设计的物体打印起来是最棘手的，想象一下3D打印出布鲁克林大桥或是一个具有宽且薄平顶的建筑模型，那该有多难。
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要打印出精致的交错网状结构，达到令人惊叹的效果，一名好的设计师必须考虑支撑结构。支撑材料是伴随着3D打印的持久材料，就像建设项目中的临时脚手架一样，支撑结构可在3D打印过程中帮助物体保持形状。一些打印机需要支撑结构，而另一些则依靠原材料粉末提供支撑，但有些设计者会增加额外的支撑结构应对增加的弹力。支撑材料会在打印结束后的后处理步骤中移除。
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后处理的程度和形式由物体设计的复杂性决定，如所使用塑料树脂的类型、对外表的要求。移除支撑材料会使用一些手工打磨、清洗或抛光的手段，根据用途某些物体会被打磨、喷漆或与其他物体焊接在一起。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398790]
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3D打印催生原材料革命
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对于弥合数字世界和物理世界之间差距，如果与设计文件之间的角力是一项挑战，那么另一项挑战就是将原材料变成设计者想要的形式。微小的彩色光点和快速的二进制指令构成了数字世界中的原材料，而在物理世界却不是如此简单和容易掌控的。
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今天的3D打印机主要以塑料为原料，虽然塑料已成为低成本的代名词，但3D打印塑料却没那么廉价。事实上，塑料打印材料的成本很快成为3D打印机运行成本中的重要部分。
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大部分3D打印机制造商会提供他们自己的专有材料。在ABC成像公司，约翰向我展示盛满打印粉末的存储桶时，他将3D打印塑料的成本比喻为“剃须刀和刀片”的商业模式，他说：“就像吉列，它免费赠送剃须刀，但你只能从吉列买到合适的刀片。”
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工业3D打印技术已优化为配置特定厂商的3D打印材料，这一事实针对不同对象阻碍或推动了创新。不利方面在于用户担心制造商的保修服务无效而不愿尝试廉价材料。专属材料的有利方面在于3D打印机制造商将热衷于投资开发高性能的可盈利的原材料，这将推动该技术的进步。
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未来，打印材料将包括活体组织或具有微小的计算能力，或具有超乎想象的性能。然而今天的大部分公司和打印爱好者只满足于塑料、金属、陶瓷、半固体食品以及混凝土和玻璃。
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塑料是最常用的打印材料，塑料工程师把塑料分成两大类：热塑性塑料和热固性聚合物。它们之间的区别很容易记住，想象为奶酪与鸡蛋的区别。热塑性塑料像奶酪一样加热融化，但其内部结构并不改变，所以它们可以反复融化使用。而热固性聚合物像鸡蛋一样加热后固化，而且内部结构发生改变，因此只能使用一次，不能融化分解为可重复使用的液体。
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大多数消费类3D打印机（通过打印头沉积原材料）使用一种名为ABS的热塑性材料，与乐高玩具的材料相同。大部分SL打印机使用光敏热固性聚合物，LS打印机使用热塑性粉末。
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3D打印机也可以使用其他类别的塑料，比如软塑料，也叫“弹性体”，就像它的名字一样，这种橡皮筋似的材料具有多种弹力性能。这种材料有些可以从注射器中挤压出来然后风干，比如硅树脂。另一些柔软有弹性的物体可以通过熔融一种热塑性弹性体来打印，就像制造硬质塑料的过程。
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在3D打印技术发展早期，质疑者认为这种新技术无法在“真正的”制造机器中立足。为什么？因为那时的3D打印机还不能制造金属零件，现在的3D打印机可打印钢、钛甚至钨这样传统制造工艺很难塑造的硬质金属。
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打印金属机械部件是3D金属打印的一种普遍应用，有几种可行的金属打印方法。一种方法是使用多步骤工艺，即首先在金属粉末上涂敷热敏塑料黏合剂，并使用激光选择性地将其融合。接下来，抖掉未熔融的粉末，将剩下的金属部分放置于热炉中烧掉塑料黏合剂。打印金属更直接的方法是通过打印头挤出熔融金属，或是直接用激光融化金属粉末。
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图5–11 设计蓝图（上部）和使用各种方法制造出的零件及成本（下部）
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图片来源：Robert MacCurdy
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家用3D打印机还不能直接打印金属，但是这正在发生改变。消费类3D打印机（例如Fab@Home）可挤出凝胶与金属粉末的混合物。为了使打印凝胶在金属中更坚固，打印对象会被放在炉或窑中烘烤。显然，这个额外的窑烧步骤并不简单—它带来了缩水、开裂和变形的危险。
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打印陶瓷具有与手工制作的窑烧陶瓷一样的光滑表面和内部材料性能。一个很有前景的应用是根据病人的CT扫描，3D打印出陶瓷骨植入物。陶瓷骨植入物可以定制，由于它们的孔较少，因此比传统植入物坚固3~5倍。强化的陶瓷骨植入物降低了手术过程中微型碎片断裂的风险，显著地降低了术后炎症发生的概率。
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玻璃是人类文明最常用的材料之一，它是对3D打印最无吸引力的材料。玻璃是疏水性的，也就是说它排斥水，因此不能很好地黏附。玻璃粉末暴露于热量下会产生不可预测的结果。华盛顿大学研究生格兰特·马尔凯利和雷努卡·普拉巴卡以及杜安·斯托尔蒂和马克·甘特尔教授已经在实验室成功地使用再生玻璃打印了物体，然而玻璃打印的商业用途仍主要是艺术和珠宝打印。
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随着技术进步，未来3D设计和打印过程将实现自动化而不再需要技术专家。关于3D打印领域有个内部争论，这让人想起半个世纪前关于“电视将进入每个家庭”的争论，当我们访问ABC成像公司，我问约翰怎么看这个问题。