淺析3D打印技術的發展及其軟件技術的實現

段小剛

摘要：現今，3D打印技術已經取得了很大的突破，該技術秉承的是一種“增材制造”的理念，這種理念起源于美國，在提出后不久就得到了人們的肯定和發揚。3D打印技術在美國發展最為迅速，從1988年美國制造出第一臺打印機之后，3D打印機時代也正式拉開了序幕，隨后，其他國家也在不斷完善這項技術。到了1992年，3D打印技術掀起了一股發展熱潮，與此同時，國內也開始了對于3D打印技術的研究，并取得了相應的成果。

關鍵詞：3D打印技術;發展;軟件技術

1 3D打印技術的發展概述

相較于以往的技術，3D打印技術更加傾向于立體的加工，在傳統工藝的基礎上不斷發展，由點及面、由面及體。首先3D打印技術對傳統的工藝進行了提升，實現了形狀上的改進，提高了結構性能，在此基礎上3D打印技術又進一步的發展，可兼容的材料越來越多，材料兼容性加強也就意味著制造和打印能力得到了強化。

1.1 多材料多色3D打印技術概述

多色3D打印技術，顧名思義就是占據著色彩的優勢，在應用于實踐時可以發揮色彩的最大優勢，這種多色打印技術可以在兼容了多種材料之后用最短的時間和最簡潔的方法實現最大程度的直觀效果。

2007年Object Geomatqies公司發明了可以兼容多種顏色樹脂的打印機，這種打印機在醫療行業和消費服務行業都得到了廣泛的應用，深受大眾的喜愛，這種打印機的核心技術就是Polyject技術，Polyject技術在兼容了更多材料之后可以打印出更多的圖形，同時在材料的選擇上還增加了透明度的選擇，實現更加立體的打印效果。這種打印設備稱作Object500 Connex3，利用陣列式噴頭將樹脂噴化成型，這種技術類似于multijet printing MJP技術，這種技術主要應用在Project 5500X 3D打印機類型上，主要的工作原理是通過調節材料配比實現漸變的效果，通過漸變視覺效果的引入實現3D視覺感受。

隨后，Z Corporation也推出了ZPrinter系列的機型，主要采用的是colorjet.printing CJP技術，這種技術是通過5種固定顏色的針頭搭配實現幾十萬種顏色的構造。

人們在不斷的研究過程中豐富和完善打印技術，逐漸出現了LOM技術的Mcor IRIS和利用FDM技術的Pro Dsk3D類型的機器，不斷完善多彩3D打印技術。

1.2 功能梯度材料的3D打印機

功能梯度材料的意思是根據打印的需求將所使用的材料以不同的組合結構顯示出來，在航天和醫學等領域對于這項技術要求相對較高，但是這種類型的打印機存在較高的不確定性，在工作的連貫性上也略有欠缺，綜合各方面來看，這種技術仍需要不斷完善和升級。

1.3 多尺度3D打印工藝

3D打印技術無論從宏觀方面還是從微觀方面的能力都有所提升，因為這項技術是從一維到三維，從細節構建整體的一項技術，也就是說這一項技術有著很大的尺度伸縮性，這就決定了這項技術的應用范圍相對較廣，例如生物器官構造、金屬定向結晶等都有所涉及。隨著這項技術的飛速發展和應用，也逐漸可以控制過程中的能量，包括氣溫、物質元素等，Max Planck研究所的Wanke曾經利用這項技術來分析研究光子，掌握了控制光學性能的結構方法，Sercombe也通過研究這項技術找出了改進組織性能方法、提高產品質量和精確度的技巧，除了國外的科學家有所涉獵以外，我國的科學家也在不斷研究和分析這項技術的特性，通過研究發現，這項技術可以控制溫度，應用于金屬成型階段的制造中，實現更加精準地分析，進而達到減小誤差的目的。由此可見，這項技術的尺度伸縮性極強，可以給很多領域帶來幫助，讓很多工程的開展可以更加精確有效。

2 3D打印技術的實現方法

2.1 面向3D打印的產品設計

傳統DFM技術設計的目的是為了用更少的成本、更短的時間實現更好的工作效果，現如今，3D技術的廣泛應用已經使產品外形制造變得愈發容易，無論是外觀還是精致程度都上了一個臺階，從整體上看更加協調，從細節上看也更加精確，這些都是傳統CAD技術難以準確落實的。因為CAD技術主要是從材料入手，制作成需要的模型，首先，單材料的使用必然會導致模型產出之后顏色單一，沒有層次感;其次，材料的單一需求也會讓一種材料供應緊張。人們在CAD優化的過程中也提出了邊界和構造兩個方面的概念，側重突出所打印物體的外貌特征和實際需求，這種技術主導盡管一定程度上精確化了打印模型的外在，但是卻限制了打印模型的空間，只能實現見到形狀的打印。

為了更好地推動打印行業的發展，美國在不斷的研究過程中提出了很多理念，以豐富打印的能力。提高打印的效果，其中較為出名的就是AMF模式和XML模式，在AMF中，A指的是additive，M指的是manufacturing，F指的是format，在XML中X指的是extensible，M指的是markup，L指的是language是增材制造文件格式和基于可擴展標記語言格式，這2種模式的提出讓打印的精確度更高，效率和質量都有所提升，除此之外，還在原有的基礎上進一步完善和升級，引進了更多的高級理念，能力更強，讓3D打印機器使用更加方便、快捷、高效。

要想提高所打印模型的質量，讓打印的物品更貼合于實際的需求，保障所打印出來的模型信息更加適合在模型構建之前的信息要求，需要在模型打印之前首先學會構建出準確的樣品，在樣品中綜合體現所有信息的需求和實際模樣，在此基礎上合理地分析各個環節的數據，保證數據精確有效，然后再進行打印，但是這種方式存在著局限性，在實踐的過程中可能會因為沒有支持AMF完全發揮，導致在信息獲取上存在困難。

DFAM和DFM不同，前者傾向于將模型設計的更加完善，無論是從表象還是從結構，亦或者是對性能和材料做出最佳的選擇，讓模型無論是生產還是從配搭上都極為簡單方便，產品綜合性能相對更強也更具有實用性，無論是成本、時間和傳統的方法相比都有很大的提升空間。

2.2 多色、材料、尺度工藝結構的打印實現

傳統的模型制作已經不能適用于現階段色彩結構要求較高的市場了，必須做出相對應地改進和提升以適應時代的需求，最新的AMF技術可以很好地實現這一需求，提高了輪廓的精確度，完成人們需求的產品。

想要更好地提高打印的技術、顏色、材料的能力和效果，相關研究人員經過反復的琢磨和探究總結出了陣列式噴頭要比激光或者電子束式打印機精確度更好，因此陣列式噴頭的打印機也受到了越來越多人的追捧，想要更好地落實3D打印效果，就需要明確打印機的具體工作模式，現階段在3D打印機工作過程中數據占據著十分重要的地位，而數據主要分為3D數據、2D數據和1D數據，從點到線、由線及面、由面構體，層層遞進實現3D打印效果，因此，想要更好地落實打印需求，就需要精確各方面的數據，從細節入手保證數據的準確有效，此外還需要強化運動指令、光柵指令等，讓打印技術更符合要求。

3 結語

3D打印技術出現至今已經取得了很大的發展，也為人們的工作帶來了更大的便捷，現在的打印機無論是準確度、色彩豐富度還是有效性，甚至生產產品的質量都得到了很大的提升，未來，該項技術仍會不斷的提升和發展，朝著更加多樣、更加智能、更加精準的方向發展，以實現更高質量產品的輸出。

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