3D 打印機終極指南

3D打印機

增材製造的應用領域越來越多,無論是在休閒領域,還是在工業和技術領域。 3D 打印機已經徹底改變了您的打印方式 他們建造了新的結構,從小物體到活體組織,甚至房屋,或用於賽車運動的空氣動力學部件。

直到幾年前,2D 打印還是科幻小說中的東西。 許多人夢想能夠在簡單的 XNUMXD 紙上打印對象而不是圖像或文本。 現在技術已經很成熟了 無數的技術、品牌、型號, 等等。 在本指南中,您可以了解有關這些特殊打印機的更多信息。

什麼是體素?

體素

如果你還不熟悉 體素,了解它是什麼很重要,因為在 3D 打印中它很重要。 它是英文“volumetric pixel”的縮寫,是構成三維物體的立方單位。

還有其他單位,例如 texel(紋理元素或紋理像素),它是計算機圖形學中應用於表面的紋理的最小單位,或 tixel(觸覺像素),它是指一種類型的新詞觸摸屏的觸覺技術,允許模擬不同紋理的觸摸。

換句話說,這將是 一個像素的二維等價物. 而且,如您在上圖中所見,如​​果將該 3D 模型劃分為立方體,則每個立方體都是一個體素。 指定它是什麼很重要,因為一些先進的 3D 打印機允許在打印過程中控制每個體素以獲得更好的結果。

什麼是3D打印機

打印機3D

3D 打印機是一種能夠根據計算機設計打印具有體積的物體的機器。 也就是說,與傳統打印機一樣,但它不是在平面和 2D 上打印,而是 具有三個維度(寬度、長度和高度))。 可以實現這些結果的設計可以來自 3D 或 CAD 模型,甚至可以來自已經過 XNUMXD掃描.

他們可以 打印各種東西,從像一杯咖啡這樣簡單的物體,到像活組織、房子等更複雜的物體。 換句話說,許多希望他們的印刷圖紙從紙上栩栩如生的夢想就在這裡,而且它們足夠便宜,可以在工業之外使用,也可以在家裡使用。

3D打印的歷史

3D 打印的歷史似乎很新,但事實是它必須追溯到幾十年前。 一切源於 1976 年的噴墨打印機,從中取得了進展,用材料代替印刷油墨來生成有體積的物體,在這項技術的發展中邁出了重要的一步,標誌著里程碑,直到目前的機器:

  • 1981 年,第一台 3D 打印設備獲得專利。 他做到了 兒玉秀夫博士,名古屋市工業研究所(日本)。 這個想法是使用他發明的兩種不同的方法來使用光敏樹脂進行增材製造,類似於芯片的製造方式。 然而,由於缺乏興趣和資金,他的項目將被放棄。
  • 在同一十年中,法國工程師 Alain Le Méhauté、Olivier de Wittte 和 Jean-Claude André,開始研究用UV固化固化光敏樹脂的製造技術。 由於缺乏應用領域,CNRS 不會批准該項目。 而且,雖然他們在 1984 年申請了專利,但最終還是被放棄了。
  • 查爾斯·赫爾1984 年,他與人共同創立了 3D Systems 公司,發明了立體光刻 (SLA)。 這是一個可以從數字模型打印 3D 對象的過程。
  • La 第一台 SLA 型 3D 機器 1992年開始上市,但價格相當高,還是很基礎的裝備。
  • 1999 年標誌著另一個偉大的里程碑,這一次是指 生物打印,能夠在實驗室中生成人體器官,特別是使用帶有乾細胞本身的合成塗層的膀胱。 這一里程碑起源於維克森林再生醫學研究所,為製造移植器官打開了大門。
  • El 3D 打印腎臟將於 2002 年問世. 這是一個功能齊全的模型,能夠在動物體內過濾血液和產生尿液。 這一發展也是在同一個研究所創造的。
  • Adrian Bowyer 創立了 RepRap 2005 年在巴斯大學。這是一項開源計劃,旨在構建可自我複制的廉價 3D 打印機,也就是說,它們可以打印自己的零件並使用諸如 3D 細絲.
  • 一年後,在 2006年,SLS技術到來 以及由於激光而大規模製造的可能性。 有了它,工業用途的大門就打開了。
  • 2008 年將是第一台打印機的年份 自我複制能力. 這是 RepRap 的達爾文。 同年,共同創作服務也開始了,社區可以在網站上分享他們的 3D 設計,以便其他人可以在自己的 3D 打印機上打印它們。
  • 也取得了重大進展 3D假肢許可證. 2008 年將是第一個人能夠通過印刷假腿行走的一年。
  • 2009 年是 Makerbot 和套件 3D 打印機,讓許多用戶可以便宜地購買它們並自己構建自己的打印機。 即面向創客和DIY。 同年,Gabor Forgacs 博士在生物打印方面又邁出了一大步,能夠製造血管。
  • El 第一架印刷飛機 由南安普頓大學的工程師創建的 3D 模型將於 2011 年問世。 這是一種無人駕駛設計,但只需 7 天即可製造,預算為 7000 歐元。 這開啟了許多其他產品的製造禁令。 事實上,同年,第一輛印刷汽車原型即將問世,Kor Ecologic Urbee,價格在 12.000 歐元到 60.000 歐元之間。
  • 與此同時,印刷開始使用貴重材料,如 純銀和 14kt 金,從而為珠寶商打開了一個新市場,能夠使用精確的材料製作更便宜的作品。
  • 2012年它會到 第一個假頜植入物 3D 打印感謝一群比利時和荷蘭的研究人員。
  • 而目前市場並沒有停止尋找 新應用程序,提高其性能,並繼續由企業和家庭擴展。

目前,如果您想知道 一台3d打印機要多少錢, 範圍從最便宜和最小的 100 歐元或 200 歐元到最先進和更大的情況下的 1000 歐元或更多,甚至一些工業部門的成本高達數千歐元。

什麼是增材製造或 AM

增材製造、3D打印

3D打印無非就是 增材製造,即為了創建 3D 模型,重疊材料層的製造過程。 與減材製造完全相反,減材製造基於初始塊(片材、錠、塊、棒材……),逐漸去除材料直到獲得最終產品。 例如,作為減材製造,您在車床上雕刻了一塊,從一塊木頭開始。

由於這個 革命性的方法 您可以在家中獲得廉價的物品生產、工程師和建築師的模型、獲得用於測試的原型等。 此外,這種增材製造使製造以前通過其他方法(如模具、擠壓等)無法製造的零件成為可能。

什麼是生物打印

生物打印

生物打印是一種特殊類型的增材製造,也是使用 3D 打印機創建的,但其結果與惰性材料有很大不同。 可能 製造活的組織和器官,從人體皮膚到重要器官。 他們還可以製造生物相容性材料,例如用於假肢或植入物的材料。

這可以從 兩種方法:

  • 一種結構、一種支撐或腳手架由複合材料製成 生物相容性聚合物 它們不會被身體排斥,細胞會接受它們。 這些結構被引入生物反應器,以便它們可以被細胞填充,一旦插入體內,它們將逐漸為宿主生物體的細胞讓路。
  • 它是一層一層的器官或組織的印象,而不是使用塑料或其他材料, 活細胞培養 以及一種稱為生物紙(生物可降解材料)的緊固方法來成型。

3D 打印機的工作原理

增材製造,3D 打印機的工作原理

El 3d 打印機的工作原理 它比看起來要簡單得多:

  1. 您可以使用軟件從頭開始 3D建模 或 CAD 設計生成您想要的模型,或下載已創建的文件,甚至使用 3D 掃描儀從真實物理對像中獲取 3D 模型。
  2. 現在你有了 存儲在數字文件中的 3D 模型,即來自具有物體尺寸和形狀的數字信息。
  3. 以下是 切片,一個將 3D 模型“切割”成數百或數千層或切片的過程。 即如何通過軟件對模型進行切片。
  4. 當用戶點擊打印按鈕時,通過 USB 數據線或網絡連接到 PC 的 3D 打印機,或通過 SD 卡或筆式驅動器傳遞的文件,將被 由打印機處理器解釋.
  5. 從那裡,打印機將去 控制電機 移動頭部,從而逐層生成,直到獲得最終模型。 與傳統打印機類似,但體積會逐層增長。
  6. 這些層的生成方式 可能因技術而異 有3D打印機的。 例如,它們可以通過擠出或通過樹脂。

3D設計和3D打印

3D設計,3D建模

一旦您知道 3D 打印機是什麼以及它是如何工作的,接下來就是 了解必要的軟件或工具 用於打印。 如果您想從草圖或想法轉變為真實的 3D 對象,這是必不可少的。

您應該知道 3D 打印機有幾種基本類型的軟件:

  • 一方面有方案 3D 建模或 3D CAD 設計 用戶可以使用它從頭開始創建設計,或修改它們。
  • 另一方面有所謂的 切片軟件,它將 3D 模型轉換為要在 3D 打印機上打印的特定指令。
  • 還有 網格修改軟件. 這些程序(例如 MeshLab)用於在打印 3D 模型時出現問題時修改它們的網格,因為其他程序可能不會考慮 3D 打印機的工作方式。

3D打印機軟件

這裡有一些 最好的3D打印軟件,無論是付費的還是免費的,對於 3D建模 y CAD設計,以及免費或開源軟件:

Sketchup的

的SketchUp

Google 和 Last Software 創建 的SketchUp,儘管它最終落入了 Trimble 公司的手中。 它是專有和免費軟件(具有不同類型的付款計劃),並且可以選擇在 Windows 桌面或網絡(任何具有兼容網絡瀏覽器的操作系統)上使用它。

這個節目 平面設計和3D建模 是最好的之一。 有了它,您可以創建各種結構,儘管它是專門為建築設計、工業設計等而設計的。

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Ultimaker庫拉

終極治愈

Ultimaker 已創建 Cura,專為 3D 打印機設計的應用程序 可以修改打印參數並將其轉換為 G 代碼。它是由 David Raan 在這家公司工作時創建的,儘管為了便於維護,他會在 LGPLv3 許可下打開其代碼。 它現在是開源的,可以更好地與第三方 CAD 軟件兼容。

如今,它是如此受歡迎,以至於它是 世界上最常用的,擁有來自不同行業的超過 1 萬用戶。

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普魯士切片機

PrusaSlicer

Prusa 公司也想創建自己的軟件。 它是一個名為的開源工具 PrusaSlicer. 這個應用程序在功能和特性方面非常豐富,並且有相當活躍的開發。

使用此程序,您將能夠將 3D 模型導出為可適應的原生文件 最初的 Prusa 打印機.

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創意者

創意者

這個其他程序是免費的,可以安裝在兩者上 Microsoft Windows、macOS 和 GNU/Linux. Ideamaker 是專為 Raise3D 產品設計的,它是另一種切片機,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 需要很少的介紹,它是一個開源項目,完全免費設計 3D CAD. 有了它,您可以創建任何模型,就像在 Autodesk AutoCAD 中一樣,付費版本和專有代碼。

它使用簡單,界面直觀,工具豐富。 這就是為什麼它是最常用的一種。 它基於 OpenCASCADE 並且是在 GNU GPL 許可下用 C++ 和 Python 編寫的。

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混合器

混合器

另一個在自由軟件領域的熟人。 這個偉大的軟件甚至被許多專業人士使用,因為 權力和結果 它提供。 在多個平台上可用,例如 Windows 和 Linux,並且在 GPL 許可下。

但這款軟件最重要的一點是,它不僅可以 照明、渲染、動畫和創建 XNUMXD 圖形 用於動畫視頻、視頻遊戲、繪畫等,但您也可以將其用於 3D 建模並創建您需要打印的內容。

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歐特克AutoCAD

autocad的

它是一個類似於 FreeCAD 的平台,但它是專有和付費軟件。 您的許可證有 價格高,但它是專業級別最常用的程序之一. 使用此軟件,您將能夠創建 2D 和 3D CAD 設計、增加移動性、為材料添加大量紋理等。

它適用於 Microsoft Windows,其優點之一是兼容 DWF 文件,這是 Autodesk 公司自己開發的最廣泛和最廣泛的一種。

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Autodesk Fusion 360

歐特克融合

Autodesk Fusion 360 它與 AutoCAD 有許多相似之處,但它基於雲平台,因此您可以在任何地方工作,並且始終擁有該軟件的最先進版本。 在這種情況下,您還必須支付訂閱費用,這也不是很便宜。

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廷克卡德

修補程序

TinkerCAD 是另一個 3D 建模程序, 可以在線使用,來自網絡瀏覽器,這極大地打開了在任何需要的地方使用它的可能性。 自 2011 年以來,它一直在獲得用戶,並已成為 3D 打印機用戶甚至教育中心中非常受歡迎的平台,因為它的學習曲線比 Autodesk 容易得多。

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網格實驗室

網格實驗室

它適用於 Linux、Windows 和 macOS,並且是完全免費和開源的。 MeshLab 是一個 3D 網格處理軟件系統. 該軟件的目標是管理這些結構以進行編輯、修復、檢查、渲染等。

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SolidWorks的

紮實的​​作品

來自其子公司 SolidWorks Corp. 的歐洲公司 Dassault Systèmes 開發了用於 2D 和 3D 建模的最佳和最專業的 CAD 軟件之一。 SolidWorks 可能是 Autodesk AutoCAD 的替代品,但它是 專為機械系統建模而設計. 它不是免費的,也不是開源的,它適用於 Windows。

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克里奧

PTC Creo

最後, Creo 是另一個最好的 CAD/CAM/CAE 軟件 對於 3D 打印機,您可以找到。 它是由 PTC 創建的軟件,可讓您快速設計大量高質量產品,而且工作量很小。 這一切都歸功於其旨在提高可用性和生產力的直觀界面。 您可以為增材製造和減材製造以及模擬、衍生式設計等開發零件。 它是付費的、封閉源代碼的,並且僅適用於 Windows。

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打印3D

打印3D

使用上述軟件進行設計的下一步是實際打印。 也就是說,當從該文件與模型 3D 打印機開始生成圖層 直到完成模型並獲得真正的設計。

過程可能需要更多或更少,取決於印刷速度、作品的複雜程度和尺寸。 但它可能會從幾分鐘到幾小時。 在此過程中,打印機可以無人看管,但不時監控工作始終是積極的,以防止問題最終影響最終結果。

後期過程

3D人物,3D打印機

當然,一旦零件在 3D 打印機上完成打印,在大多數情況下,工作並沒有就此結束。 然後其他人通常會來 稱為後處理的附加步驟 如:

  • 消除一些需要生成且不屬於最終模型的零件,例如零件站立所需的底座或支撐。
  • 打磨或拋光錶面以獲得更好的最終光潔度。
  • 物體表面處理,如上光、噴漆、沐浴等。
  • 有些零件,例如金屬零件,甚至可能需要其他過程,例如烘烤。
  • 如果由於尺寸原因無法構建整體,因此必須將其分成幾部分,則可能需要將這些部分連接起來(組裝、膠合、焊接……)。

常見問題

常見問題

最後,關於 常見問題解答或常見問題解答 這通常在使用 3D 打印機時出現。 最常搜索的是:

如何打開 STL

STL,3D模型

最常見的問題之一是 如何打開或查看 .stl 文件. 此擴展是指立體光刻文件,可以通過 Dassault Systèmes CATIA 軟件以及 AutoCAD 等其他 CAD 程序打開甚至編輯。

除了 STL,還有 其它文件 像.obj, 的.dwg, .DXF, 等等。 所有這些都非常受歡迎,可以用許多不同的程序打開,甚至可以在格式之間進行轉換。

3D 模板

3d 模板

您應該知道,您不必總是自己創建 3D 繪圖,您可以獲得各種事物的現成模型,從電子遊戲或電影中的人物,到實用的家居用品、玩具、假肢、面具、電話案件等 樹莓派, 以及更多。 越來越多的網站擁有這些庫 可供下載和打印的模板 在您的 3D 打印機上。 一些推薦的網站是:

來自真實模型(3D掃描)

凱撒圖,3D掃描

另一種可能性,如果您想要重新創建 另一個 3D 對象的完美克隆或複製品, 是使用 3D掃描儀. 它們是允許您跟踪對象形狀、將模型轉換為數字文件並允許打印的設備。

3D打印機的應用和用途

打印機3D

最後,3D打印機 可用於許多應用. 可以給出的最流行的用途是:

工程原型

工程原型,3D打印機

3D 打印機在專業領域最流行的用途之一是快速原型製作,即 快速成型. 要么獲得賽車零件,例如一級方程式賽車,要么製造發動機或複雜機構的原型。

通過這種方式,工程師可以更快地獲得零件,而不是必須將其送到工廠進行製造,並獲得 測試原型 看看最終模型是否會按預期工作。

建築和施工

建築師事務所

照片:© www.StefanoBorghi.com

當然,與上述密切相關的,它們也可以用於 建造結構並進行機械測試 對於建築師,或建造某些無法用其他程序製造的部件,創建建築物或其他物體的原型作為樣品或模型等。

此外,出現 混凝土打印機 和其他材料,也為能夠快速、更高效、更尊重環境地打印房屋打開了大門。 甚至有人提議將這種類型的打印機帶到其他星球上,作為未來的殖民地。

珠寶和其他配飾的設計和定制

3D打印珠寶

最普遍的事情之一是 印花首飾. 一種獲得具有個性化特徵的獨特且更快的作品的方法。 一些3D打印機可以用尼龍或塑料等材料打印一些不同顏色的吊飾和配飾,但也有一些用於專業珠寶領域的其他一些可以使用貴金屬如金或銀的XNUMXD打印機。

在這裡,您還可以包括一些最近也在印刷的產品,例如 服裝、鞋類、時尚配飾等等。

休閒:用3D打印機做的東西

休閒3d打印機

我們不要忘記 閒暇,這是很多家用 3D 打印機的用途。 這些用途可以是多種多樣的,從創建個性化支持到開發裝飾品或備件,再到繪製您最喜歡的虛構人物的人物、DIY 項目的案例、個性化的杯子等。 也就是說,用於非營利用途。

製造業

工業,金屬3d打印機

許多 製造業 他們已經使用 3D 打印機來生產他們的產品。 不僅因為這種增材製造的優勢,還因為有時考慮到設計的複雜性,不可能通過傳統方法(例如擠壓、使用模具等)來製造它。 此外,這些打印機已經發展,能夠使用非常多樣化的材料,包括打印金屬部件。

製作零件也很常見 用於車輛,甚至對於飛機,因為它們允許獲得一些非常輕且更高效的部件。 空中客車、波音、法拉利、邁凱輪、梅賽德斯等大公司已經擁有它們。

醫學 3D 打印機:牙科、假肢、生物打印

3D打印假肢

使用 3D 打印機的另一個重要領域是 健康領域. 它們可用於多種用途:

  • 更精確地製造假牙,以及托槽等。
  • 對皮膚或器官等組織進行生物打印,以供將來移植。
  • 用於骨骼、運動或肌肉問題的其他類型的假肢。
  • 骨科。
  • 等。

印刷食品/食品

3D打印食物

3D 打印機可用於在盤子上製作裝飾品,或打印某種形狀的巧克力等糖果,甚至可以打印許多其他不同的食物。 因此, 食品工業 它還尋求利用這些機器的優勢。

此外,一種方式 改善食物的營養,例如打印由回收蛋白質製成的肉片,或者已經去除了天然肉中可能存在的某些有害產品。 還有一些項目為純素食者或素食者創造產品,這些產品模擬真正的肉製品,但由植物蛋白製成。

EDUCACION

教育

而且,當然,3D 打印機是一種將淹沒教育中心的工具,因為它們是 上課的絕佳伴侶。 有了它們,教師可以生成模型,讓學生以實用和直觀的方式學習,或者學生自己可以開發自己的聰明才智,創造各種各樣的東西。

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