3D 打印机终极指南

增材制造的应用领域日益广泛，从休闲娱乐到工业和科技行业，无所不包。3D打印机的出现彻底改变了新型结构的打印和制造方式，其应用范围涵盖小型物件、生物组织，甚至房屋或赛车运动所需的空气动力学部件。

几年前，2D打印还只是科幻小说里的东西。许多人梦想着能够打印出实物，而不仅仅是二维纸张上的图像或文字。如今，这项技术已经非常成熟，涌现出无数的技术、品牌、型号等等。在本指南中，您可以了解更多关于这些独特打印机的信息。

什么是体素？

如果您还不熟悉体素，那么了解它们的概念非常重要，因为它们在3D打印中扮演着重要的角色。体素是“体积像素”的缩写，它们是构成三维物体的立方体单元。

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，它相当于二维空间中的像素。正如你在上图中看到的，如果将这个三维模型分割成一个个立方体，那么每个立方体就是一个体素。明确体素的定义非常重要，因为一些高级3D打印机允许你在打印过程中控制每个体素，从而获得更好的打印效果。

什么是3D打印机

3D打印机是一种能够根据计算机设计打印三维物体的机器。也就是说，它与传统打印机类似，但它不是在二维平面上打印，而是在三维空间（宽度、长度和高度）上打印。用于实现这些打印效果的设计可以来自3D或CAD模型，甚至可以来自经过三维扫描的真实物体。

你可以打印各种各样的东西，从简单的物品，比如咖啡杯，到更复杂的物体，比如活体组织、房屋等等。换句话说，许多人梦想着将自己打印的图画变成现实，而如今，这种打印方式已经成为现实，而且价格低廉，不仅可以用于工业领域，还可以用于家庭用途。

3D打印的历史

3D打印的历史看似很短，但实际上可以追溯到几十年前。一切始于1976年的喷墨打印机，此后技术不断发展，最终用材料取代墨水来制造三维物体，并在技术发展过程中取得了重要进展，最终演变成我们今天看到的3D打印设备。

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，如果你想知道一台 3D 打印机的价格，最便宜、最小的打印机价格可能略高于 100 或 200 欧元，而最先进、最大的打印机价格可能达到 1000 欧元或更多，甚至有些工业领域的打印机价格高达数千欧元。

什么是增材制造或 AM

3D打印本质上就是增材制造，它是一种通过逐层堆积材料来创建3D模型的制造工艺。这与减材制造截然相反，减材制造是从毛坯（板材、锭块、块材、棒材等）开始，通过去除材料来获得最终产品。例如，用车床从一块木头上雕刻出来的零件就是减材制造的一个例子。

得益于这项革命性的方法，人们现在可以低成本地在家生产物品，为工程师和建筑师制作模型，获得用于测试的原型等等。此外，增材制造还使得制造以前使用模具、挤压等其他方法无法实现的零件成为可能。

什么是生物打印

生物打印是一种特殊的增材制造技术，同样使用3D打印机，但其结果与惰性材料截然不同。它可以制造活体组织和器官，从人体皮肤到重要器官。它还可以生产生物相容性材料，例如用于假肢或植入物的材料。

这可以通过两种方法实现：

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

3D打印机的操作比看起来要简单得多：

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。
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。
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。
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.
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。
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

了解了3D打印机的概念和工作原理后，下一步就是学习打印所需的软件或工具。如果您想将草图或想法转化为真正的3D物体，这一点至关重要。

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

以下是一些最佳的 3D 打印程序，包括付费和免费的，可用于3D 建模和CAD 设计，以及免费或开源软件：

Sketchup的

SketchUp由谷歌和Last Software共同开发，但最终被Trimble收购。它是一款专有软件，免费版（提供多种付费方案），可在Windows桌面或网页版（任何带有兼容浏览器的操作系统）上使用。

这款图形设计和3D建模软件是最好的软件之一。用它你可以创建各种类型的结构，尤其适用于建筑设计、工业设计等领域。

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Ultimaker库拉

Ultimaker 开发了Cura，这是一款专为 3D 打印机设计的应用程序，用户可以使用它来修改打印参数并将其转换为 G 代码。该软件由 David Raan 在 Ultimaker 工作期间创建，为了便于维护，他以 LGPLv3 许可证发布了代码。现在，Cura 已开源，从而能够更好地兼容第三方 CAD 软件。

目前，它非常受欢迎，是全球使用最广泛的软件之一，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

Prusa公司也开发了自己的软件，这是一款名为PrusaSlicer的开源工具。这款应用功能非常丰富，并且拥有相当活跃的开发团队。

使用此程序，您可以将 3D 模型导出为可适配Prusa 原装打印机的原生文件。

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创意者

另一款程序是免费的，可以安装在Microsoft Windows、macOS 和 GNU/Linux 系统上。Ideamaker 专为 Raise3D 产品设计，是一款切片软件，可帮助您高效地管理原型以进行打印。

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自由卡

FreeCAD无需过多介绍；它是一款完全免费开源的3D CAD设计项目。使用FreeCAD，您可以创建任何模型，就像在付费的专有版本Autodesk AutoCAD中一样。

它易于使用，拥有直观的界面和丰富的工具。正因如此，它是应用最广泛的软件之一。它基于 OpenCASCADE，使用 C++ 和 Python 编写，并遵循 GNU GPL 许可证。

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混合器

这是自由软件领域另一个家喻户晓的名字。这款优秀的软件功能强大，效果显著，甚至受到许多专业人士的青睐。它可在 Windows 和 Linux 等多个平台上运行，并采用 GPL 许可协议。

但这款软件最重要的功能不仅限于灯光、渲染、动画以及为动画视频、视频游戏、绘画等创建三维图形，还可以用于 3D 建模，并创建任何你需要打印的东西。

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欧特克AutoCAD

它是一款类似于FreeCAD的平台，但它是专有软件，需要付费使用。虽然授权费用昂贵，但它是专业领域最广泛使用的软件之一。使用这款软件，您可以创建2D和3D CAD设计，添加动态效果、丰富的材质纹理等等。

它适用于 Microsoft Windows 系统，其优势之一是兼容DWF 文件，DWF 文件是最广泛使用的文件格式之一，由 Autodesk 公司开发。

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Autodesk Fusion 360

Autodesk Fusion 360与 AutoCAD 有许多相似之处，但它基于云平台，因此您可以随时随地工作，并始终访问最新版本的软件。不过，您也需要支付订阅费用，而这些费用并不便宜。

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Tinkercad

TinkerCAD是另一款可在线使用的3D建模软件，它可以通过网页浏览器访问，极大地扩展了其使用范围，使用户可以随时随地使用它。自2011年以来，TinkerCAD的用户数量不断增长，并已成为3D打印机用户乃至教育机构中非常流行的平台，因为它比Autodesk的软件更容易上手。

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网格实验室

MeshLab 是一款适用于 Linux、Windows 和 macOS 的软件系统，完全免费且开源。它是一款用于 3D 网格处理的软件系统，旨在管理这些结构，以便进行编辑、修复、检查、渲染等操作。

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SolidWorks的

欧洲公司达索系统（Dassault Systèmes）通过其子公司SolidWorks公司开发了一款顶尖的专业CAD软件，可用于二维和三维建模。SolidWorks可以作为Autodesk AutoCAD的替代方案，但它是专门为机械系统建模而设计的。它既不是免费软件也不是开源软件，并且仅适用于Windows系统。

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克里奥

最后，Creo是另一款顶级的3D打印CAD/CAM/CAE软件。它由PTC开发，凭借其直观易用的界面，能够快速高效地设计各种高质量产品，显著提升了用户体验和工作效率。Creo可以开发用于增材制造和减材制造的零件，并支持仿真、生成式设计等多种应用。Creo是一款付费的闭源软件，目前仅适用于Windows系统。

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