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我们选购并配置过上百台打印机,觉得打印机入门是很容易的事;但自 2009 年 MakerBot 发布可普及的 3D 打印机以来,接触过上百篇 3D 打印入门指南,它们写得很详细,菜鸟们却无从下手,因为主流营销将 3D 打印描述为一种能够复制复杂物体的未来神奇技术,那些文章也多阳春白雪。本文尝试最实用的3D打印入门指南。

比如 ALL3DP 的《面向初学者的 3D 打印》、Gambody 的《3D 打印初学者指南》和 3DPI 的《3D 打印初学者指南》内容很精彩,但您应该在学习并实践本文后再去阅读它们更有益。

两种3D打印技术


3D 打印(也称为增材制造)是从 3D 数字模型制作物理对象的过程,3D 打印带来了两项基本创新:以数字格式处理对象以及通过添加材料制造新形状。

增材制造(Additive Manufacturing,AM)是在增材工艺中逐层进行生产的方式,与减材制造或模制等传统生产方法形成鲜明对比。

根据实现技术不同有很多种分类,熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)和立体光固化(Stereolithography Apparatus,SLA)是市场上最受欢迎的两种 3D 打印机。入门首先考虑成本和易用性,自然是FDM机型,FDM是许多入门级机器使用的工艺。

实际上 FDM 最初是资深 3D 打印机制造商 Stratasys 的商标,而 FFF(Fused Filament Fabrication or Freeform Fabrication,熔丝制造)是更通用的术语,但大多数人都使用FDM。

小叮当K7 是一款高科技玩具3D打印机,由深圳市普伦特科技有限公司生产,使用FDM技术。小叮当K7整机加打印材料、丝料架仅需几百元,使用直流电源超级安全。

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PDF:小叮当K7 3D打印机使用说明书

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两种3D打印材料


ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)和 PLA(Polylactic Acid)这两种 3D 打印材料是使用 FDM 3D 打印机时最为多人使用的物料。一般认为,PLA是由有机资源制成的可持续3D 打印材料,打印时不会散发有害气体。它因其易用性,较低的价格,以及相对其他3D 打印材料更容易打印而受欢迎。

  • PLA是一种标准的3D 打印材料,一般具有不透明的光泽效果,可用于制作复杂而精致的原型作品。
  • ABS的常见应用包括打印一些最终使用的工具,活动部件以及必须承受高机械应力的部件。

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不同类型的 3D 打印机各自采用不同的技术、以不同的方式来处理不同的材料。这些材料可能是玉米淀粉(如PLA),也可以是塑料、树脂、尼龙、金属、陶瓷、木材、纸和沙子等,当然也可以是生物材料、糖和巧克力。我们在小叮当K7上使用PLA,嗅觉不灵敏,没有闻到玉米甜。


三步3D打印流程


我们通常将整个3D打印流程分成三步:(1)3D建模,生成3D模型;(2)3D切片,生成切片文件;(3)上机打印。

在入门学习3D打印的时候,3D建模才是手艺活;尽管可以使用3D扫描仪自动构建3D模型,但不是学习者首要的实现方法;网络中有许多3D 模型的存储库,它们会将您培养成为一个操作3D打印机的熟练工人。

在执行要求较高的打印任务中,第二步可能还有3D模型修正和G-code检查,以及分析您的模型并确定是否生成支撑材料。

3D 打印前的加载耗材和平台调平是成功打印的最基本条件。

打印完成后,还可能对成品进行切割、粘结、抛光、上色等后续润饰工作。


两种文件格式


STL 3D 模型文件

STL是3D Systems创建的立体光刻CAD软件的原生文件格式,后缀名.stl,广泛用于快速成型、3D打印和计算机辅助制造。3D 打印机不支持 STL 文件,适用于 3D 打印机的 STL 文件必须转换为 G-code。

G-code 3D 打印文件

G-code是使用最广泛的计算机数控(CNC)编程语言,主要用于计算机辅助制造以控制自动化机床,并延伸应用于3D打印等增材制造方法,后缀名.gcode,以纯文本格式保存。在3D打印中,G-code告诉3D打印机需要如何运作,包括调节打印机头的位置、打印温度、打印平台温度、打印机头速度等。

如需了解G-code的机制,可以使用gCodeViewer或者NC Viewer,后者还可以模拟打印过程。


两种关键软件


3D建模软件

3D建模软件是一类用于制作3D模型的3D计算机图形软件。没有 3D 模型,就不可能进行 3D 打印。

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大多数 3D 打印初学者不具备使用此类软件所需的技能,请首选更简单的 CAD 软件以免失去信心。

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Easythreed提供的傻瓜式建模软件。

Autodesk 123D Design

Autodesk 123D Design是由 Autodesk 创建的一套业余CAD和3D 建模工具。虽然官方已经于2017年停止更新,套件中的工具已被Tinkercad、Fusion 360和ReCap Pro取代,但因其免费、易用性,并且不依赖于网络运行,仍流行于学习社区。

3D切片软件

每个模型都必须由切片软件翻译成能适应3D打印机识别的语言,大多数切片任务是从CAD模型中自动生成G-code。

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MakerBot 系列3D打印机识别.x3g格式的切片文件,需要专用的Makerware切片软件,或者支持所有切片格式的Simplify3D。

Easyware

Easythreed 简易傻瓜式切片软件。

Ultimaker Cura

CURA是由3D打印机制造商Ultimaker开发的开源切片软件,支持STL、OBJ、X3D和3MF文件格式。

PrusaSlicer

PrusaSlicer是由3D打印机制造商Prusa开发的开源切片软件,支持包括所有基于 Marlin、Prusa、Sprinter 和 Repetier 固件的打印机,并适用于 Mach3、LinuxCNC 和 Machinekit 控制器。

Simplify3D

Simplify3D是独立软件商为专业玩家提供的3D切片商业软件,支持gcode、x3g、makerbot、3w、g3drem、bfb、hsv等众多切片文件格式,兼容数百台 3D 打印机。


最后的建议


回顾一下Easythreed提供的新手必读。指南说,从 toy123d.com 下载 gcode 文件开始打印属于儿童级玩法,如果不介意,更知名的3D打印模型库还有ThingiversePinshape等。

3D 打印新手必读

从打印机、打印材料选购,到建模、切片、打印,您终于是会了!

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  • 3D建模是3D打印中真正的手艺活,文件准备和转换也可能既费时又复杂,这是玩3D打印的门槛;
  • 为应付复杂对象的打印,您可能需要在建模或者打印过程中设计一些支撑;
  • 如果您最终需要一个完美的成品,需要最后的润饰工作,特别是入门3D打印机型产生的模型精度比较低,是精度不够、砂纸来凑,还是更换精度更高的打印机呢,您可能需要回到原点;
  • 尽早从本文中走出去,买更好的3D打印机,开始烧钱之旅!

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小叮当K7打印模型,有局部挤出不足

3D打印背景知识

美国工程师 Chuck Hull 为立体光刻工艺申请了专利,Apparatus for Production of 3D Objects by Stereolithography 是 1986 年授予的专利的正式名称,3D 打印的历史由此开始。Hull 创办了世界上第一家 3D 打印公司 3D Systems,并于 1987 年生产出世界上第一台 3D 打印机。

2009年,MakerBot Industries, LLC 的成立促成了第一台桌面 3D 打印机 MakerBot 和 DIY 套件的创建,这种新型机器提供了负担得起的解决方案和独立创建开源台式机的机会。

现在,开创 3D 打印的三家公司 3D Systems、Stratasys 和 EOS 仍然是市场上的重要参与者,但该行业也见证了越来越多的小公司参与竞争,各种尺寸和价格的 3D 打印机层出不穷。在国内市场,除了价格极低的玩具型 3D 打印机和极客型的 3D 打印机套件,也不妨考虑龙头厂商如深圳创想三维和深圳纵维立方的消费级3D打印机,主要面向个人爱好与教育领域,年营收都超过10亿元。


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