3D 打印机终极指南

3D打印机

增材制造的应用领域越来越多,无论是在休闲领域,还是在工业和技术领域。 3D 打印机已经彻底改变了您的打印方式 他们建造了新的结构,从小物体到活体组织,甚至房屋,或用于赛车运动的空气动力学部件。

直到几年前,2D 打印还是科幻小说中的东西。 许多人梦想能够在简单的 XNUMXD 纸上打印对象而不是图像或文本。 现在技术已经很成熟了 无数的技术、品牌、型号, 等等。 在本指南中,您可以了解有关这些特殊打印机的更多信息。

什么是体素?

体素

如果你还不熟悉 体素,了解它是什么很重要,因为在 3D 打印中它很重要。 它是英文“volumetric pixel”的缩写,是构成三维物体的立方单位。

还有其他单位,例如 texel(纹理元素或纹理像素),它是计算机图形学中应用于表面的纹理的最小单位,或 tixel(触觉像素),它是指一种类型的新词触摸屏的触觉技术,允许模拟不同纹理的触摸。

换句话说,这将是 一个像素的二维等价物. 而且,如您在上图中所见,如果将该 3D 模型划分为立方体,则每个立方体都是一个体素。 指定它是什么很重要,因为一些先进的 3D 打印机允许在打印过程中控制每个体素以获得更好的结果。

什么是3D打印机

打印机3D

3D 打印机是一种能够根据计算机设计打印具有体积的物体的机器。 也就是说,与传统打印机一样,但它不是在平面和 2D 上打印,而是 具有三个维度(宽度、长度和高度))。 可以实现这些结果的设计可以来自 3D 或 CAD 模型,甚至可以来自已经过 XNUMXD扫描.

他们可以 打印各种东西,从像一杯咖啡这样简单的物体,到像活组织、房子等更复杂的物体。 换句话说,许多希望他们的印刷图纸从纸上栩栩如生的梦想就在这里,而且它们足够便宜,可以在工业之外使用,也可以在家里使用。

3D打印的历史

3D 打印的历史似乎很新,但事实是它必须追溯到几十年前。 一切源于 1976 年的喷墨打印机,从中取得了进展,用材料代替印刷油墨来生成有体积的物体,在这项技术的发展中迈出了重要的一步,标志着里程碑,直到目前的机器:

  • 1981 年,第一台 3D 打印设备获得专利。 他做到了 儿玉秀夫博士,名古屋市工业研究所(日本)。 这个想法是使用他发明的两种不同的方法来使用光敏树脂进行增材制造,类似于芯片的制造方式。 然而,由于缺乏兴趣和资金,他的项目将被放弃。
  • 在同一十年中,法国工程师 Alain Le Méhauté、Olivier de Wittte 和 Jean-Claude André,开始研究用UV固化固化光敏树脂的制造技术。 由于缺乏应用领域,CNRS 不会批准该项目。 而且,虽然他们在 1984 年申请了专利,但最终还是被放弃了。
  • 查尔斯·赫尔1984 年,他与人共同创立了 3D Systems 公司,发明了立体光刻 (SLA)。 这是一个可以从数字模型打印 3D 对象的过程。
  • La 第一台 SLA 型 3D 机器 1992年开始上市,但价格相当高,还是很基础的装备。
  • 1999 年标志着另一个伟大的里程碑,这一次是指 生物打印,能够在实验室中生成人体器官,特别是使用带有干细胞本身的合成涂层的膀胱。 这一里程碑起源于维克森林再生医学研究所,为制造移植器官打开了大门。
  • El 3D 打印肾脏将于 2002 年问世. 这是一个功能齐全的模型,能够在动物体内过滤血液和产生尿液。 这一发展也是在同一个研究所创造的。
  • Adrian Bowyer 创立了 RepRap 2005 年在巴斯大学。这是一项开源计划,旨在构建可自我复制的廉价 3D 打印机,也就是说,它们可以打印自己的零件并使用诸如 3D 细丝.
  • 一年后,在 2006年,SLS技术到来 以及由于激光而大规模制造的可能性。 有了它,工业用途的大门就打开了。
  • 2008 年将是第一台打印机的年份 自我复制能力. 这是 RepRap 的达尔文。 同年,共同创作服务也开始了,社区可以在网站上分享他们的 3D 设计,以便其他人可以在他们自己的 3D 打印机上打印它们。
  • 也取得了重大进展 3D假肢许可证. 2008 年将是第一个人能够通过印刷假腿行走的一年。
  • 2009 年是 Makerbot 和套件 3D 打印机,让许多用户可以便宜地购买它们并自己构建自己的打印机。 即面向创客和DIY。 同年,Gabor Forgacs 博士在生物打印方面又迈出了一大步,能够制造血管。
  • El 第一架印刷飞机 由南安普顿大学的工程师创建的 3D 模型将于 2011 年问世。 这是一种无人驾驶设计,但只需 7 天即可制造,预算为 7000 欧元。 这开启了许多其他产品的制造禁令。 事实上,同年,第一辆印刷汽车原型即将问世,Kor Ecologic Urbee,价格在 12.000 欧元到 60.000 欧元之间。
  • 与此同时,印刷开始使用贵重材料,如 纯银和 14kt 金,从而为珠宝商打开了一个新市场,能够使用精确的材料制作更便宜的作品。
  • 2012年它会到 第一个假颌植入物 3D 打印感谢一群比利时和荷兰的研究人员。
  • 而目前市场并没有停止寻找 新应用程序,提高其性能,并继续由企业和家庭扩展。

目前,如果您想知道 一台3d打印机要多少钱, 范围从最便宜和最小的 100 欧元或 200 欧元到最先进和更大的情况下的 1000 欧元或更多,甚至一些工业部门的成本高达数千欧元。

什么是增材制造或 AM

增材制造、3D打印

3D打印无非就是 增材制造,即为了创建 3D 模型,重叠材料层的制造过程。 与减材制造完全相反,减材制造基于初始块(片材、锭块、块、棒材……),从中逐渐去除材料,直到获得最终产品。 例如,作为减材制造,您在车床上雕刻了一块,从一块木头开始。

由于这个 革命性的方法 您可以在家中获得廉价的物品生产、工程师和建筑师的模型、获得用于测试的原型等。 此外,这种增材制造使制造以前通过其他方法(例如模具、挤压等)无法制造的零件成为可能。

什么是生物打印

生物打印

生物打印是一种特殊类型的增材制造,也是使用 3D 打印机创建的,但其结果与惰性材料有很大不同。 可能 制造活的组织和器官,从人体皮肤到重要器官。 他们还可以制造生物相容性材料,例如用于假肢或植入物的材料。

这可以从 两种方法:

  • 一种结构、一种支撑或脚手架由复合材料制成 生物相容性聚合物 它们不会被身体排斥,细胞会接受它们。 这些结构被引入生物反应器,以便它们可以被细胞填充,一旦插入体内,它们将逐渐为宿主生物体的细胞让路。
  • 它是一层一层的器官或组织的印象,而不是使用塑料等材料, 活细胞培养 以及一种称为生物纸(生物可降解材料)的固定方法来成型。

3D 打印机的工作原理

增材制造,3D 打印机的工作原理

El 3d 打印机的工作原理 它比看起来要简单得多:

  1. 您可以使用软件从头开始 3D建模 或 CAD 设计生成您想要的模型,或下载已创建的文件,甚至使用 3D 扫描仪从真实物理对象中获取 3D 模型。
  2. 现在你有了 存储在数字文件中的 3D 模型,即来自具有物体尺寸和形状的数字信息。
  3. 以下是 切片,一个将 3D 模型“切割”成数百或数千层或切片的过程。 即如何通过软件对模型进行切片。
  4. 当用户点击打印按钮时,通过 USB 数据线或网络连接到 PC 的 3D 打印机,或通过 SD 卡或笔式驱动器传递的文件,将被 由打印机处理器解释.
  5. 从那里,打印机将去 控制电机 移动头部,从而逐层生成,直到获得最终模型。 与传统打印机类似,但体积会逐层增长。
  6. 这些层的生成方式 可能因技术而异 有3D打印机的。 例如,它们可以通过挤出或通过树脂。

3D设计和3D打印

3D设计,3D建模

一旦您知道 3D 打印机是什么以及它是如何工作的,接下来就是 了解必要的软件或工具 用于打印。 如果您想从草图或想法转变为真实的 3D 对象,这是必不可少的。

您应该知道 3D 打印机有几种基本类型的软件:

  • 一方面有方案 3D 建模或 3D CAD 设计 用户可以使用它从头开始创建设计,或修改它们。
  • 另一方面有所谓的 切片软件,它将 3D 模型转换为要在 3D 打印机上打印的特定指令。
  • 还有 网格修改软件. 这些程序(例如 MeshLab)用于在打印 3D 模型时出现问题时修改它们的网格,因为其他程序可能不会考虑 3D 打印机的工作方式。

3D打印机软件

这里有一些 最好的3D打印软件,无论是付费的还是免费的,对于 3D建模 y CAD设计,以及免费或开源软件:

Sketchup的

草图

Google 和 Last Software 创建 的SketchUp,尽管它最终落入了 Trimble 公司的手中。 它是专有和免费软件(具有不同类型的付款计划),并且可以选择在 Windows 桌面或网络(任何具有兼容网络浏览器的操作系统)上使用它。

这个节目 平面设计和3D建模 是最好的之一。 有了它,您可以创建各种结构,尽管它是专门为建筑设计、工业设计等而设计的。

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Ultimaker库拉

终极治愈

Ultimaker 已创建 Cura,专为 3D 打印机设计的应用程序 可以修改打印参数并将其转换为 G 代码。它是由 David Raan 在这家公司工作时创建的,尽管为了便于维护,他会在 LGPLv3 许可下打开其代码。 它现在是开源的,可以更好地与第三方 CAD 软件兼容。

如今,它是如此受欢迎,以至于它是 世界上最常用的,拥有来自不同行业的超过 1 万用户。

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普鲁士切片机

PrusaSlicer

Prusa 公司也想创建自己的软件。 它是一个名为的开源工具 PrusaSlicer. 这个应用程序在功能和特性方面非常丰富,并且有相当活跃的开发。

使用此程序,您将能够将 3D 模型导出为可适应的原生文件 最初的 Prusa 打印机.

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创意者

创意者

这个其他程序是免费的,可以安装在两者上 Microsoft Windows、macOS 和 GNU/Linux. Ideamaker 是专为 Raise3D 产品设计的,它是另一种切片机,您可以使用它以敏捷的方式管理您的打印原型。

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自由卡

FreeCAD

FreeCAD 需要很少的介绍,它是一个开源项目,完全免费设计 3D CAD. 有了它,您可以创建任何模型,就像在 Autodesk AutoCAD 中一样,付费版本和专有代码。

它使用简单,界面直观,工具丰富。 这就是为什么它是最常用的一种。 它基于 OpenCASCADE 并且是在 GNU GPL 许可下用 C++ 和 Python 编写的。

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混合器

混合器

另一个在自由软件领域的熟人。 这个伟大的软件甚至被许多专业人士使用,因为 权力和结果 它提供。 在多个平台上可用,例如 Windows 和 Linux,并且在 GPL 许可下。

但这款软件最重要的一点是,它不仅可以 照明、渲染、动画和创建 XNUMXD 图形 用于动画视频、视频游戏、绘画等,但您也可以将其用于 3D 建模并创建您需要打印的内容。

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欧特克AutoCAD

autocad的

它是一个类似于 FreeCAD 的平台,但它是专有和付费软件。 您的许可证有 价格高,但它是专业级别最常用的程序之一. 使用此软件,您将能够创建 2D 和 3D CAD 设计、增加移动性、为材料添加大量纹理等。

它适用于 Microsoft Windows,其优点之一是与 DWF 文件,这是 Autodesk 公司自己开发的最广泛和最广泛的一种。

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Autodesk Fusion 360

欧特克融合

Autodesk Fusion 360 它与 AutoCAD 有许多相似之处,但它基于云平台,因此您可以在任何地方工作,并且始终拥有该软件的最先进版本。 在这种情况下,您还必须支付订阅费用,这也不是很便宜。

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Tinkercad

tinkercad

TinkerCAD 是另一个 3D 建模程序, 可以在线使用,来自网络浏览器,这极大地打开了在任何需要的地方使用它的可能性。 自 2011 年以来,它一直在获得用户,并已成为 3D 打印机用户甚至教育中心中非常受欢迎的平台,因为它的学习曲线比 Autodesk 容易得多。

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网格实验室

网格实验室

它适用于 Linux、Windows 和 macOS,并且是完全免费和开源的。 MeshLab 是一个 3D 网格处理软件系统. 该软件的目标是管理这些结构以进行编辑、修复、检查、渲染等。

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SolidWorks的

扎实的作品

来自其子公司 SolidWorks Corp. 的欧洲公司 Dassault Systèmes 开发了用于 2D 和 3D 建模的最佳和最专业的 CAD 软件之一。 SolidWorks 可能是 Autodesk AutoCAD 的替代品,但它是 专为机械系统建模而设计. 它不是免费的,也不是开源的,它适用于 Windows。

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克里奥

PTC Creo

最后, Creo 是另一个最好的 CAD/CAM/CAE 软件 对于 3D 打印机,您可以找到。 它是由 PTC 创建的软件,可让您快速、轻松地设计大量高质量产品。 这一切都归功于其旨在提高可用性和生产力的直观界面。 您可以为增材制造和减材制造以及模拟、衍生式设计等开发零件。 它是付费的、封闭源代码的,并且仅适用于 Windows。

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打印3D

打印3D

使用上述软件进行设计的下一步是实际打印。 也就是说,当从该文件与模型 3D 打印机开始生成图层 直到完成模型并获得真正的设计。

过程可能需要更多或更少,取决于印刷速度、作品的复杂程度和尺寸。 但它可能会从几分钟到几小时。 在此过程中,打印机可以无人看管,但不时监控工作始终是积极的,以防止问题最终影响最终结果。

后期过程

3D人物,3D打印机

当然,一旦零件在 3D 打印机上完成打印,在大多数情况下,工作并没有就此结束。 然后其他人通常会来 称为后处理的附加步骤 如:

  • 消除一些需要生成但不属于最终模型的零件,例如零件站立所需的底座或支撑。
  • 打磨或抛光表面以获得更好的最终光洁度。
  • 物体的表面处理,如上光、喷漆、沐浴等。
  • 有些零件,例如金属零件,甚至可能需要其他过程,例如烘烤。
  • 如果由于尺寸原因无法构建整体,因此必须将零件分成几部分,则可能需要将各部分连接起来(组装、胶合、焊接……)。

常见问题

常见问题

最后,关于 常见问题解答或常见问题解答 这通常在使用 3D 打印机时出现。 最常搜索的是:

如何打开 STL

STL,3D模型

最常见的问题之一是 如何打开或查看 .stl 文件. 此扩展是指立体光刻文件,可以通过 Dassault Systèmes CATIA 软件以及 AutoCAD 等其他 CAD 程序打开甚至编辑。

除了 STL,还有 其它文件 像.obj, 的.dwg, .DXF, 等等。 所有这些都非常受欢迎,可以用许多不同的程序打开,甚至可以在格式之间进行转换。

3D 模板

3d 模板

您应该知道,您不必总是自己创建 3D 绘图,您可以获得各种事物的现成模型,从电子游戏或电影中的人物,到实用的家居用品、玩具、假肢、面具、电话案件等 Raspberry Pi的, 以及更多。 越来越多的网站拥有这些库 可供下载和打印的模板 在您的 3D 打印机上。 一些推荐的网站是:

来自真实模型(3D扫描)

凯撒图,3D扫描

另一种可能性,如果您想要重新创建 另一个 3D 对象的完美克隆或复制品, 是使用 3D扫描仪. 它们是允许您跟踪对象形状、将模型转换为数字文件并允许打印的设备。

3D打印机的应用和用途

打印机3D

最后,3D打印机 可用于许多应用. 可以给出的最流行的用途是:

工程原型

工程原型,3D打印机

3D 打印机在专业领域最流行的用途之一是快速原型制作,即 快速成型. 要么获得赛车零件,例如一级方程式赛车,要么制造发动机或复杂机构的原型。

通过这种方式,工程师可以更快地获得零件,而不是必须将其送到工厂进行制造,并获得 测试原型 看看最终模型是否会按预期工作。

建筑和施工

建筑师事务所

照片:© www.StefanoBorghi.com

当然,与上述密切相关的,它们也可以用于 建造结构并进行机械测试 对于建筑师,或建造某些无法用其他程序制造的部件,创建建筑物或其他物体的原型作为样品或模型等。

此外,出现 混凝土打印机 和其他材料,也为能够快速、更高效、更尊重环境地打印房屋打开了大门。 甚至有人提议将这种类型的打印机带到其他星球上,作为未来的殖民地。

珠宝和其他配饰的设计和定制

3D打印珠宝

最普遍的事情之一是 印花首饰. 一种获得具有个性化特征的独特且更快的作品的方法。 一些3D打印机可以用尼龙或塑料等材料打印一些不同颜色的吊饰和配饰,但也有一些用于专业珠宝领域的其他一些可以使用贵金属如金或银的XNUMXD打印机。

在这里,您还可以包括一些最近也在印刷的产品,例如 服装、鞋类、时尚配饰等等。

休闲:用3D打印机做的东西

休闲3d打印机

我们不要忘记 休闲,这是很多家用 3D 打印机的用途。 这些用途可以是多种多样的,从创建个性化支持到开发装饰品或备件,再到绘制您最喜欢的虚构人物的人物、DIY 项目的案例、个性化的杯子等。 也就是说,用于非营利用途。

制造业

工业,金属3d打印机

许多 制造业 他们已经使用 3D 打印机来生产他们的产品。 不仅因为这种增材制造的优势,还因为有时考虑到设计的复杂性,不可能通过传统方法(例如挤压、使用模具等)来制造它。 此外,这些打印机已经发展,能够使用非常多样化的材料,包括打印金属部件。

制作零件也很常见 用于车辆,甚至对于飞机,因为它们允许获得一些非常轻且更高效的部件。 空中客车、波音、法拉利、迈凯轮、梅赛德斯等大公司已经拥有它们。

医学 3D 打印机:牙科、假肢、生物打印

3D打印假肢

使用 3D 打印机的另一个重要领域是 健康领域. 它们可用于多种用途:

  • 更精确地制造假牙,以及托槽等。
  • 对皮肤或器官等组织进行生物打印,以供将来移植。
  • 用于骨骼、运动或肌肉问题的其他类型的假肢。
  • 骨科。
  • 等等

印刷食品/食品

3D打印食物

3D 打印机可用于在盘子上制作装饰品,或打印某种形状的巧克力等糖果,甚至可以打印许多其他不同的食物。 因此, 食品工业 它还寻求利用这些机器的优势。

此外,一种方式 改善食物的营养,例如打印由回收蛋白质制成的肉片,或者已经去除了天然肉类中可能存在的某些有害产品。 还有一些项目为纯素食者或素食者创造产品,模拟真正的肉制品,但由植物蛋白制成。

教育

教育

而且,当然,3D 打印机是一种将淹没教育中心的工具,因为它们是 上课的绝佳伴侣。 有了它们,教师可以生成模型,让学生以实用和直观的方式学习,或者学生自己可以开发自己的聪明才智,创造各种各样的东西。

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