便攜式3D 解密3D打印筆

技術宅

時下流行的三維立體打印技術，讓我們通過3D打印機即可打印出各種逼真實用的3D物件。但是傳統3D打印機成本高、使用困難、便攜性差，這嚴重限制了3D打印的普及（圖1）。近日Future Make Technology公司開發出了可以隨身攜帶的3D打印筆——Polyes Q1。那么什么是3D打印筆？它又是怎樣實現3D打印的呢？

知識掃盲——了解3D打印

3D打印顧名思義就是可以打印出和現實生活中的物體一樣的打印技術，它實際上是添加劑制造技術的一種形式。3D打印首先在電腦上預先建立打印物體的3D模型（可以通過3D掃描，或者內置模型建立），接著電腦會將打印指令傳輸到打印機，3D打印機接收到指令后就會根據模型參數，使用打印機內置的膠管噴嘴將打印材料（包括耗材和介質，如膠水和粉末）按照模型的架構一層層打印并固化，最終形成3D實物（圖2）。

讓3D隨時實現——Polyes Q1打印原理探秘

通過上面的介紹我們知道，傳統3D打印主要是由電腦、打印機、耗材組成，在打印之前需要建模，然后再分層打印。而Future Make Technology公司開發的Polyes Q1打印筆外形就像一支大號鋼筆，無論是體積還是結構都和傳統3D打印機大相徑庭（圖3）。那么3D打印筆是怎么實現3D打印的呢？

首先來了解一下3D打印筆的組成，通過對3D打印筆的拆解可以看到，常見的3D打印筆的內部結構其實十分簡單，主要就是由擠出頭（負責將打印材料擠出）、控制馬達（調整出料轉速），還有溫控（負責將材料融化）組成，它的結構和我們日常使用的熱膠槍非常類似（圖4）。

不過Polyes Q1的結構和一般打印筆略微不同，因為它使用的材料是液體的感光樹脂，通過光固化技術實現材料的固化，因此在內部增加了保存液體材料的導管和可以實現光照的LED光源或 UV 光源。

那么Polyes Q1怎么來實現3D打印？如上所述，3D打印實際上是添加劑制造技術的一種形式，打印出來的三維對象是通過連續的物理層建出來的。3D打印筆的工作原理和3D打印機是一樣的，它也是通過擠壓出特定的耗材，然后在三維空間依次分層涂抹形成三維物體。

因此，Polyes Q1的具體操作就像是我們使用毛筆在空中“畫”3D物體，不同的是這根“筆”不用沾墨汁，而是用可以快速成型的感光樹脂，當我們“畫”出某種形狀的物體后，通過感光樹脂固定就形成了3D物體。下面以Polyes Q1宣傳視頻中打印蝴蝶標本為例。

首先要在腦海中規劃好這只蝴蝶的形狀，接著開啟Polyes Q1擠出裝置，Polyes Q1里面的感光樹脂就會自動流出。由于它使用光固化技術（SLA），當流出的打印液體在內置的LED光源或UV光源照射后，感光樹脂會迅速固化成型（圖5）。

這樣我們可以先“畫”出蝴蝶的的支撐，然后按照蝴蝶的形狀依次分層涂抹（這個操作就類似3D打印機的分層打印），每次擠出的液體在光照的作用下都會迅速成型（圖6）。

這樣大家只要按照自己的意愿就可以“打印”出任意3D物體，當然如果是復雜的三維物體，操作者就需要一定的繪畫功底，否則可能“打印”出來的就是一些四不像的產品。而且打印的時候一定要根據物體的實際形狀規劃打印順序，這樣才能打印出完整而且好看的3D物品（圖7）。

從上面的操作可以看到，3D筆的打印和傳統3D打印非常類似。不同的是，它無需建模（模型存在于用戶腦海中，你想打印什么就在腦海中規劃什么），打印指令則是你的手勢，想打印什么就具體畫什么。只要你發揮想象，幾乎可以隨意“打印”出任何你想要的東西（圖8）。

3D打印筆不僅僅是好玩

顯然3D打印筆的產品打印由于使用非常簡單，而且結構簡單、體積小巧，任何人都可以按照自己的意愿去打印任何東西。這對于培養孩子們的創造力當然有很大的幫助，可以讓愛動手的每一個孩子都成為創客。

不過3D打印筆并非僅僅好玩。比如對于很多產品設計者來說，他們腦海中經常會閃出各種新奇的創意，如果按常規的思路是按部就班畫平面圖、生成實際效果圖，然后再和自己的創意進行比較。現在如果有了3D打印筆，他們就可以立刻將自己的創意打印出來，看看實際的3D效果是怎么樣的。

當然，隨著3D打印技術的進步，會有更多實用的3D打印筆出現。比如澳大利亞科學家就研發出3D生物打印設備“骨畫筆”，直接在傷骨“畫”出新細胞，一旦投入臨床應用，可以提高骨頭重建手術成功率。中國自主研發的生物材料3D打印機也已經成功打印出較小比例的人類耳朵軟骨組織和肝臟單元等。3D打印科技的進步必然會給我們的生活帶來更多的便利。