國產桌面級3D打印機設計評價

摘 要：文章在簡要概述3D打印技術的歷史和特點后，通過分析國內桌面級3D打印機兩種主流結構設計形式，對目前國內桌面級3D打印機的設計現狀做出評價，探究存在的問題及可參考的解決方案。

關鍵詞：3D打印；桌面3D打印機；設計評價

1 3D打印技術概述

快速成型技術，即3D打印技術，最突出的特點在于無需機械加工或者模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的物體，這極大地縮短了產品的研制周期，提高了生產率、降低了生產成本。

21世紀初期，3D打印技術主要用于企業產品原型的制造，以及大學和研究機構的教學和研究。由于機體龐大，操作和維護復雜，價格昂貴，普通消費者鮮有機會體驗。隨著技術的發展，以FDM（Fused Deposition Modeling工藝熔融沉積制造）成型技術為基礎的3D打印機因其技術開源、結構簡單，能夠實現較低的售價和較小的機身尺寸，慢慢進入了個人消費者的視野。由于這類打印機占地面積小，可以方便地放置在桌面完成打印工作，因而被稱為桌面級3D打印機。近幾年來，國內3D打印市場火熱，尤其是國產桌面級3D打印機市場正變得日益繁榮，得益于此，3D打印技術正在逐漸走向普通消費者的日常生活。

2 國產桌面級3D打印機的分析與評價

國產3D打印機多以FDM打印方式為主，在這種打印方式的基礎上又衍生出了幾種不同的結構形式。在國內，三角洲式和矩形盒式是市場上主流的兩種結構形式，下面將以這兩種結構為主，對其設計進行分析與評價。

2.1 三角洲式

三角洲式3D打印機（如圖1）其基本特征是機身上下由兩個三角形框架組成，三角形底部的XY軸平面是打印平面，Z軸與機身的三角形垂直中線重合。三角洲式打印機的結構簡單，組裝和維修都比較容易，加工精度的要求不高，普遍售價在5000元以下，但由于加工精度不高，打印精度和穩定性也不高。值得一提的是，這種結構的打印機具有極大的改裝可能性，通過適當的改裝可以得到非常大的打印尺寸或具有打印多種材料的能力。由于這種打印機采用開放式結構，導線往往裸露在外，影響美觀?，F階段，國產三角洲式3D打印機還停留在工程設計層面，其結構、固件、適配軟件往往直接沿用國外3D打印機的設計方案，缺少創新。

2.2 矩形盒式

矩形盒式（如圖2）是目前國內3D打印機廠商所采用的主流結構形式，商業化程度較高。這種結構的基本特征是打印平面沿著Z軸垂直移動，打印中模型固定在打印平面上不會沿著XY軸方向移動，因此無需擔心模型在打印過程中出現位移而導致打印失敗。由于安裝精度高，機身穩定，打印過程中出現的拉絲、位移等問題往往可以在一定程度上避免，采用這種結構的3D打印機精度和速度較三角洲式都有提高，電源電線可以很好地隱藏在機體內，產品外觀可以做到統一美觀。矩形盒式3D打印機結構較為復雜，安裝和維修往往比較困難，不僅如此，較高的加工精度要求也提高了成本，因此國產矩形盒式結構的3D打印機價格往往在萬元以上。國內廠商在這種結構的3D打印機設計上做了不少努力，在注重更有人情味的外形設計的同時，還提供了多種多樣的人性化的功能，如：脫機打印、Wifi無線打印等，讓非專業人士很容易的上手進行模型的打印，不少廠家還對打印機地固件和軟件進行了重新設計，提供了全中文的操作系統、更加友好的界面設計，方便國內用戶使用。

3 面對的問題

從技術角度來講，國內桌面級3D打印機已經達到了一個相對較高的水平，但國產桌面級3D打印機還面臨著一些問題。

首先，桌面級打印機的成型尺寸有限，只能打印玩具和一些較小尺寸的零件；受到精度和材料的限制，打印出的模型難以滿足實際使用需要。另一方面，設計公司、學校、工廠等不同客戶對3D打印機有著不同的設計訴求，如何滿足消費群體的設計訴求是國內廠商亟待解決的問題。更為重要的一個問題是，3D打印數據來自于三維數字模型，沒有三維數字模型，3D打印機就無用武之地了?，F在主流的三維模型制作軟件對普通用戶而言有較高的學習成本，因此3D打印機的使用群體受到很大的限制。對于這個問題，國外3D打印行業尋求了兩種解決方式，一種以美國創新制造公司Shapeways為例，通過建立線上模型交易平臺，用戶提出模型需求，由設計師來完成，用戶付款下載三維模型后在自己的打印機上進行打印。另一種以谷歌公司的Sketchup為例，研發更加方便易用的建模軟件，通過設計更加人性化的建模方式，讓用戶在最短的時間內制作出自己需要的三維模型。第一種解決方式大大減少了廠商的研發成本，但卻增加了用戶的成本。第二種解決方式由于成本和技術限制，很少有廠商有能力獨立研發自己的建模軟件，一款方便易用的建模軟件往往需要多個版本的不斷研發升級，需要大量的時間和資金的投入。

4 結束語

通過對兩種桌面級3D打印機的對比分析可以得出如下結論：（1）三角洲式打印機結構簡單、易于改裝、價格相對較低。但存在著加工精度低、打印穩定性差的問題，市場上的機型普遍缺少人性化的設計考慮。（2）矩形盒式打印機結構相對復雜、價格較高。但加工精度高、打印穩定性好，商業化程度高，不少廠家開始在3D打印機上嘗試更加人性化的設計。（3）國產桌面級3D打印機受限于技術與成本在打印精度、可選材料限制較大，對普通用戶而言，實用價值不高；另一方面，由于現階段建立三維數字模型存在較高的學習成本，因此難以提供給消費者持續、有意義的使用體驗。對國外3D打印廠商一味地模仿和功能升級，并不能為國產3D打印機行業帶來質變。以用戶為中心，為普通消費者提供有價值、可持續的使用體驗，才是未來國內3D打印機廠商在眾多品牌中脫穎而出的關鍵。

參考文獻

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[3]Hod Lipson，Melba Kurman.3D打印：從想象到現實[M].中信出版集團，2013.

作者簡介：鄭鯤（1990-），男，漢族，山西陽泉人，景德鎮陶瓷大學碩士研究生，主要從事工業設計方面的研究。