新的3D打印技术受益于FDM(Fused Deposition Modeling)专利的过期和开源运动(即有软件上的,也有所谓的Arduino开源电子原型平台)及互联网的文件共享。
3D打印可以使用可生物降解的塑料PLA(Polylactic acid聚乳酸),它来源于玉米的淀粉;也可以使用化石燃料提取的ABS(Acrylonitrile butadiene styrene丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)聚合物。这些材料在170~250度可以融化为丝以进行打印。PLA今天的成本大约是30美元一公斤。
因为考虑到设备的低成本因素,所以打印物体的尺寸有限(一般为20x20x20cm),但是它相对于传统制作方法要浪费的材料少,另外一个大型的3D模型原理上可以用许多小的部分组合成。基于开源硬件的3D打印机大约在300到1500美元,
ABS
Acrylonitrile butadiene styrene,这个热塑性塑料可以用作3D打印的材料,常用于简易结构。
Bed
3D打印机在其上进行打印的底板。
CAD
Computer-Aided Design:用于2D或3D建模的软件。
Cariage
The moving middle assembly on the x-axis of Mendel which holds the extruder. Often
referred to as: x-carriage
Extrude
在平台上进行放置打印材料的动作,一般是加热材料到液态状态后,从喷嘴挤出。
Extruder
一组进行填充和挤压打印材料的部分,包含两个部分,一个冷端用于把材料添加到spool中,一个热端用于融化材料并把材料挤出喷嘴。
FDM
Fused depostion method; 熔丝沉积制造技术类似FFF
FFF
Fused filametn fabrication,电熔制丝。其中把材料的一小滴放置在相同材料的上面或一边来形成一个节(通过解热或粘合)。
Filament
两种用途:塑料材料制成丝用作3D打印机的原材料(通常是3mm),挤压塑料(一般<1mm)
G-code
PC发送给大一般computer numberical control(CNC)机器的信息用的格式,也包括大部分的3D打印机。原理上一个人可以直接输入G-code命令到3D打印机,大部分选择去使用许多CAM工具链中一个来读取STL文件,再把G-code发送到机器。有些研究员在研发G-code替代品。
Heated Bed
一个保温表面用于防止喷出来的材料冷却太快产生变形,最常见的变形是边角的部分脱落,Heated Bed可以使打印质量更高。
Infill
这是打印部分的内部,它可以是各种模式,一般为了节省资金,使用丝状而不是实体。
Infill Ratio
实体材料infill的比率。This will decide how “solid” your part is。
Kapton tape
耐热尼龙胶带。可以用于保护加热部分。
.OBJ
一个几何定义的简单数据格式,表示单独的几何。
Parametric
在所有方面的可调节性。一个参数模型可以根据用户的需要来调整大小或变形。在CAD软件中,如果一个物体有1cm的空洞,你可以通过几次鼠标点击来生成5mm的空洞,而驿于一个三解表面,可能就会比较难以调整。
Raft
一种防止形变的技术。
RP
快速成整形。用3D打印机几个小时生成一个物体,而不是把这个工作交给商店花几天或几周来完成。
RepRap
一个RepRap机器是个快速成型机器,可以生产自身的一个重要部分。
Slicing
这个过程把3D模型转化为一个3D打印机可以识别的格式,它把模型分成一层一层使喷嘴可以进行放置。
SLS(Selective Laser Sintering选择性激光烧结)
添加制造的过程,which fuses photosensitive powder materials by a laser
to form a solid object. It offers a wide range of print materials.
Stepper Motor(步进电机)
一种旋转离散次的电机,在廉价的3D打印机中常用。
.STL(Stereo Lighographic)
一种推荐的用于描述3D模型的文件格式,在个设计程序(CAD)可以生成一个STL文件,这个文件可以发送给3D打印机或3D渲染图形包。
SLS(selective laser sintering)
选择性激光烧结
SLA(Stereolithography)
立体平版印刷
LOM(Laminated Object Manufacturing)
叠层制造法
喷嘴工作腔内成液态的材料以一定的频率和速度从喷嘴喷出,喷射到目标路径上的各个位置固化后层层堆积,得到三维实体。与普通打印机的喷头不同的是,3D打印机的喷头除了做平面XY轴运行之外,还能做Z轴方向的垂直运行。
SLA(Stereo lithography Appearance)立体光固化成型法也常称为立体光刻或立体印刷成型。这是最早实用化的快速成形技术,以液态光敏树脂为原料,控制紫外激光按各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描,被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成一个薄层。一层固化完成后,工作台移动一个层厚的距离,进行下一层的固化,如此重复,直至完成。这种方法速度快,自动化程序高,可成形任意复杂形状,材料利用率接近100%。
SLS(Selective Laser Sintering)选择性激光烧结技术,通过采用激光有选择地分层烧结固体粉末,并使烧结成型的国有化层层叠加,最后生成目标形状的物体。任何理论上只要加热后能够形成原子间粘结的粉末就可以作为STL机器的材料。
LOM(Laminated Object Manufacturing)分层实体制造法,该技术以片状材料为基本原材料,工艺流程和之前的技术 类似,先按照 一定算法得到轮廓线数据,成型系统再按照截面轮廓线数据,利用激光将背面涂有热熔胶的片状材料切割出工件的内外轮廓,切割完一层后,再将新的一层叠加上去,这样一层层切割-粘合重复加工,最终形成目标3D模型。
FDM(Fused Deposition Modeling)容积成型技术以丝状材料为基本原料,通过电加热模块将丝加热至熔融状态,再在处理器的控制下,控制喷头在平面X-Y轴做二维运动,按照当前层的轮廓轨迹数据喷射,冷却固化后形成工件的当前层截面,完成一层后,喷嘴在Z轴方向移动一个层厚,这样逐层堆积固化后形成三维工件。由S.Scott Crump发明和商业化,公司创建为Stratasys,2012年与Object合并,成为当今最大的3D打印机生产商和材料供应商。
一些专业的3D打印机可以打印金属、陶瓷和其他的材料及颜色,产生非常大的物体(可达几米),并且具有很高的分辨率,主要用于工业和专业用途。
(1)创建3D模型。(数字建模)
(2)把生成的模型保存一个合适的格式(一般是STL)(输出)
(3)也可以从网上下载模型文件(如Thingiverse)
(4)如果我们的模型设计的不小心,可能会有一些缺陷,我们就应该用软件试着进行修正(mesh reparing网格修复)
(5)把数字模型转化为3D打印机可以理解和执行的一系列命令,通常称为g-code(slicing)
(6)给打印机发送一系列指令,可以通过USB连接,或把文件拷贝到打印机可以读取的内存卡上(connnecting)
(7)准备3D打印机开始进行打印,等待结束(printing)
(8)移走打印的模型,进行清理(finishing)
有许多这样的软件,但常用的是CAD。开始使用CAD并不容易,它可能需要几周或几个月的时间来学习它的菜单和图表。
用于3D建模的免费软件:
(1)SketchUP(使用简单,拥有世界范围的用户群体和视频教程,但是它是为简单的模型的优化)。
(2)FreeCAD(学习曲线比较陡,有文档和用户社区支持)
(3)Blender(优化用于复杂的动画和3D模型和图片的渲染,不直观和难于掌握)
(4)OpenSCAD(不是一个应用,而是一个编程语言用于3D模型的生成算法,非常给力和强大,虽然难学但值得一试)
(5)Autodesk 123D Design(webapp)
用于3D建模的webapp
(1)3Dtin
(2)ShapeSmith
(3)Cubify
(4)Autodesk 123D Design
触屏app
(1)netfabb,3Dskope,KiwiViewer,vueCAD和MeshLab(用于浏览STL文件,不可以创建或修改模型,免费)
(2)Autodesk app:123D Sculpt,123D Design,123D Creature
(3)Autodesk 123D Catch(使用iPad或iPhone camera扫描,免费,但需要账户)
从网上获致3D模型
(1)Thingiverse:主要用于低成本3D打印的群体来获得和分享他们的作品。所有的内容都是免费下载
http://www.thingiverse.com/
(2)Autodesk 123D:登录后可以免费下载模型,文件已经是STL格式。
(3)3D CAD browser:the online 3D models exchange resource for CGI graphic designers and CAD/CAM/CAE engineers。登录可免费下载,其中有多种格式,不是所有的的格式都适合low-cost 3D打印
(4)GrabCAD:不用登录,其上有许多3D数字模型。但是只有其中的一小部分可以用于3D打印,其它的可以用于3D图片实时渲染。
http://grabcad.com/library/software/stl
(5)Shapeways:付费。
(6)3D warehouse:SketchUP的仓库
(7)3D via:模型库比较小,登录后,可以免费下载。