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3D打印机工作原理


3D 打印机工作原理
3D 打印机工作原理
普通纸质喷墨打印机打印出来的是平面的纸张, 只能包括我们常说的笛卡 尔坐标系中的 X 轴和 Y 轴。3D 打印机则多了一个 Z 轴方向上的移动,这样 就可以把平面模型逐层逐层叠加,将 3D 模型文件转化成立体实物了。 宛如我们砌楼房,根据设计图纸,先打好地基,然后同样根据每层的设计 图纸,将第一层、第二层,逐层逐层,

将楼房建起来。3D 打印机同样会先在 打印机底板上打印出一层,这一层是和底板牢固粘接在一起的,就像地基, 然后再从下往上打印出每一层,直至模型成型完毕。 那 3D 打印机是如何确定每一层需要打印什么形状呢?这里就要用到 3D 打印操作软件了,一般我们称之为“切片软件”,软件的功能是将 3D 模型图 纸,从下往上,切成一片一片,每一片的形状都会根据摩西图纸来生成,叠 加在一起,就是我们想要打印出来的立体模型了。在每一片的打印过程中, 打印机只是 X 轴和 Y 轴移动,就是平面打印,打印完一层 Z 轴会向上移动指 定的距离,然后开始上一层的打印。 切片软件会将每一层打印的形状和喷头如何移动形成一个工作指令文件, 然后就交给 3D 打印机来执行操作并打印出立体模型。

3D 打印机的基本结构
电路板和控制屏:

3D 打印机要执行切片软件给出的工作指令文件,首先要有个控制大 脑,就是 3D 打印 机的电路板,再配合机器上的控制屏来操作机器。 机械运动构件: 保证打印机按照 X、 Y、 Z 三个方向高精度运动的 X 轴、 Y 轴和 Z 轴。 材料和喷头部件: 打印立体实物,需要用到材料,一般是 ABS 或者 PLA 材料。以 及将材料挤出成型的机构----喷头部件,目前最常用的 FDM 打印机, 是采用热熔融成型技术,将条状成卷的材料,在喷头部件里用 200 度 左右的温度熔化后挤出来, 附着在底板或者下一层材料上并且冷却凝 固成型。 冷却风扇: 有时为了加速挤出来的材料冷却,需要用到风扇来辅助。 底板: 承接材料的底板,需要平整并且能够牢固粘接好材料。

3D 打印机的流程
1、 3D 模型图纸的获得: 图纸的获得可以通过两种渠道,一种是通过扫描仪扫描实物, 通过软件形成和实物基本一致的三维图纸。在成龙拍摄的《十二 生肖》影片中,兽首复制品的制作就是通过 3D 扫描来形成图纸然

后用 3D 打印机打印出来的,当然影片中的打印速度有些夸张,实 际上的 3D 打印的速度会慢很多, 要打印一个这样尺寸大小的兽首 模型,至少需要 48 小时以上才能完成。 第二种方式就是通过建模软件来绘制,当前有很多种建模软 件,主要分成工业设计类软件例如 AutoCAD、Solidworks,以及 模型设计类软件如 3D MAX 和 Maya、123 Design 等。设计的基 本过程都一样,首先要有平面的草图,然后再拉伸成为立体的模 型,最后形成图纸,这个过程和我们的 3D 打印过程是不是有点类 似呢?

2 工作指令文件生成: 用切片软件将 3D 模型图纸打开, 选择好打印方向, 设置打印 精度和速度,以及支撑和底座的设定,点击切片,就可以生成工 作指令文件了。这里也许大家会有疑问,为什么要支撑呢?原因 是 3D 打印是逐层从下往上打印的, 如果打印某一层时下面是悬空 的或者倾斜的角度太大(超过 45 度),那喷头挤出来的材料就会 往下掉或者导致成型效果不好,此时在这些部位下面需要生成支 撑材料来辅助成型。 打印完毕后这些材料需要去除。 就像建楼时, 阳台的位置,下面一定是先做好模板,然后在模板上浇灌水泥才 能形成阳台,道理是一样的。

3 开始打印

将切片软件生成的工作指令文件拷贝或者发送给 3D 打印机, 装好材料,将打印机的底板调平(调平的目的是在打印第一层的 时候能和底板牢固的粘着,形成一个稳固的地基),然后通过打 印机控制屏,选择并按下需要打印的工作指令文件,就可以开始 打印。这个时候,已经不需要做任何操作,只要等待立体模型的 呈现即可。打印完毕后如果有支撑材料,需要去除,后续还可以 上色处理,至此,3D 打印过程完毕。


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