研学报告——3D打印

杜天一

我此次研学去的是广东奥基德信3D打印公司。这家公司是负责新兴技术3D打印的研发、制作、生产3D打印材料的高新技术企业，具有开创性。

我们上午参观了3D打印的作品以及打印的机器，下午学习了关于打印的知识、建模的操作并参观、体验了打印的具体过程。

上午参观的时候，我见到了打印出来的各种各样的产品，有关公的塑像、镂空的工艺品、小小的零部件、玩具武器、茶壶、大力神杯、还有工厂的模型，它们依照打印方式和打印材料进行了分类。

其中有一个弹簧和安全扣引起了我的注意：弹簧和安全扣都具有部分的塑形和部分的弹性，使得他们和一般的铁制、塑料的并无二致。引起我注意的还有金属茶壶等物件，它颠覆了我对3D打印只能打印软物件的看法。为此，我特意留意了它们的材料和工艺。有弹性的物件多使用的光敏树脂，另外还有不锈钢等等。光敏树脂对应的技术是激光选区固溶，不锈钢对应的是激光选区熔化。不同的材料对应不同的技术产生不同的产品。正确的材料与正确的3D打印的技术完美融合，才成就了3D打印的效果。另外我还特意留心了有关3D打印展出的另外几种材料：PP、PS、尼龙、玻珠、模具钢、陶瓷、铝粒、覆膜砂和未来的超级金属——钛。毕竟，好的材料才能发挥出好的3D打印技术。

接着，我们参观了3D打印的机器，原理大概是用激光、喷头等工具和类似于机械臂的操纵系统将物件的材料按一定行装分层“抹”在一个平面上。我留意了激光打印的机器，上面显示要打印“还需11个小时”、“已打印1个小时”（大约），看来用机器控制果然是好，但似乎时间有点长，可能是因为新兴技术的缘故。我留意的另一个打印机上显示了“还剩114层”的字样，果然是分层的，这样由机器控制果然十分方便。但是真的有好多层啊！不过想想也是，将二维叠成三维，确实需要很多很多层。

下午我们实践了3D的建模软件。圆锥、圆柱、球体，三维物体可以直接拖放，而圆形方形、多边形甚至是文字这样的二维图形也可以系那个上或向下拖曳成立体图形，另外，还有扭曲平面、旋转立体等功能。想象着一个个基础的图象变成有意义的玩具、建筑、动植物形象，真是美妙。但着手一试后，不得不说，用一堆冷冰冰的虚拟工具制作一个物件还真是考验人的想象力和创造力，“无中生有”真是有难度。

下午学习了有关3D打印的知识，总结来说，就是3D打印的原理、起源，3D打印的好处，以及3D打印的方法。

什么是3D打印？

3D打印就是在二维打印的基础上，再增加一个维度，将其增加为三维。换句话说，就是将许许多多个二维的平面堆叠在一起，叠成一个三维的立体。

3D打印源于19世纪的美国，是“上上个世纪的设想，上个世纪的技术，这个世纪的市场。”它起源于国外，但我国也在这个世纪奋起直追，着力研发3D打印技术。

为什么要3D打印？

对于3D打印，人们会产生疑问:3D打印有必要吗？现在的生产制造业流水线工作不是也好吗？但3D打印对部分制造业的替代性，非常强，这也是它的意义所在。

与传统制造行业相比，3D打印的好处有：

1、直接一体化打印，无需考虑工艺问题。

2、缩短产品研制周期，将三维实体制造变为二维实体制造。

3、整体制造，提高安全性、可靠性。

4、可以打印重量较轻的中空零部件。。

5、提高难加工材料如陶瓷、钛合金的可加工性，用以家公人造器官、工业产品等物件。

6、生产过程具有柔性，充分发挥想象力和创造力。

7、打印部分物件可以减少成本和生产时间。

举例：使用PS材料打印一个摩托发动机，可节省70%—90%的生产时间和85%—95%的成本。

具体来说，如何进行3D打印？

第一步，建造三维CAD模型。

第二步，用切片软件切出二维轮廓截面。

第三步，打印成型并固化制件的二维轮廓。得到三维制件。

第四步，使用喷印头、挤压头、等离子弧、电子束、激光束等工具层层叠加二维轮廓，获得三维制件。

关于模型的设计，可以用三维软件直接设计，也可以已有实物进行扫描。这就要用到三维测量技术，机器可以是接触式的也可以是非接触式的，识别对象包括人脸和手势。

打印的机器有绒绒沉积类型，喷的是是塑料丝；有SLA光固化类型；有SLS激光类型，这一类精密度高；还有喷墨打印型。

我们接着参观、体验了3D打印的操作。机器的结构大致是这样：在下方有一个承接盘，可以上下移动。正上方有一根横杆和一根纵杆，横杆在上，纵杆在下，二者紧贴在一起，都可以移动。我尝试着移动横杆和纵杆，随着二者的移动喷头也开始移动。我用喷头移动并喷出熔融塑料，却喷成一团乱麻，然后又试着将芯片插入机器，才成功用机器制作出有意义的物块。看着自己做出来的“毛线团”和机器打印出来的有规则的物体，我不禁感叹3D模拟、机器操作与实际操作的巨大差异。

《哆啦A梦》中有一个发明：立体打印相机，可以将拍下来的东西经过一定的时间打印得一模一样。回想起之前说的三维扫描技术和上色，我突然觉得这一曾经看起来遥不可及的幻想距离实现已经遥遥在望了。未来的职业中，老师可以用3D打印出的模型讲解，科学家可以用打印出的模型模拟微小粒子，医生用3D打印的器官治愈患者……甚至人们出行用的共享单车是打印的，飞机、汽车也可以打印。

但不可忽视的问题是，流水线作业的工人可能会因为这一技术而大量失业，导致许多人下岗。但这也是科技发展的必经之路，只有这样，才能逐步提高人类的科学文明和生产能力。

再展望未来，随着科技的提高，有没有可能进行更高维度的打印？甚至是打印时间？技术的提高需要的是人类全体的努力，让我们携手为科技的提高奋斗，“来吾道夫先路”！