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什么是3D打印？对3D打印的了解
更新时间: 2019-09-16 10:56:17 查看次数: 626
3D打印是增材制造技术(AdditiveManufacturing,AM)的俗称，是根据三维网格模型数据，使用离散材料（粉末、液体、丝等）逐层叠加制造物体的技术。相较于传统的减材制造或材料成型方式，3D打印为一种自底向上叠加材料的制造工艺，因此也被称作快速成型(RapidPrototyping)或分层制造(LayeredManufacturing)等。因为3D打印叠层制造的原理，对一台3D打印机而言，它可以打印任意复杂形状的产品且不需要预制任何模具。此外3D打印的用户并不需要掌握复杂的制造工艺与加工技能，利用3D打印制造结构复杂的产品，对于个人只需在电脑中进行数字化设计，然后将复杂的流程转化为数字文件，发送至3D打印机端即可实现制造。综上，3D打印相对于传统制造方法具有产品复杂度、多样化与成本无关，零技能制造与个性化定制等优势。3D打印技术的出现将人们带入个性化与社会化创造的时代，并且将会使商品的生产模式向多元化、个性化方向推进。因此3D打印技术也被称为是第三次工业革命的重要标志之一。
但是从目前国内外的应用情况反映出，3D打印技术的普及率与传统机加工、铸造、锻造、焊接、模具工艺等相比还有很大的差距。导致3D打印技术普及率与传统加工差距较大的重要原因之一为3D打印产品的成本仍然相对较高，目前通常采用单位体积所需原料的费用来表示(元/cm3)。显然，3D打印成本直接与材料成正比。因此，研究如何在不牺牲打印物体质量的前提下，通过优化模型来减少打印耗材，对于降低3D打印成本与提高3D打印技术的普及率有较大的实用价值与意义。
计算机硬件的发展使得其具有更强的计算能力，相应的软件技术与制造业的结合也越来越紧密，3D打印技术即是一个典型的例子。完整的3D打印过程包含了3D模型生成、数据格式转换、切片计算、打印路径规划、物体打印等五个步骤，其中前四个步骤都需通过计算机程序完成。每一个步骤都可以使用不同的程序通过不同的算法来完成，如将三维模型切片分层时可使用自适应厚度切片分层算法；打印路径规划时也可使用最短路径等算法以减少空行程、减少扫描路径在不同区域的跳转次数等。几何计算与数值优化相关算法已经大量应用于3D打印，因此在三维模型被设计完成后，通过几何计算算法优化模型使合理减少3D打印耗材，降低成本成为可能。
对于打印过程中无需支撑结构的3D打印工艺，打印的耗材即为打印模型本身的材料。而对于打印过程中需要添加支撑结构的工艺，打印耗材为模型所需材料加上支撑结构材料。因此，打印成本优化算法主要可分为两种。第一，优化模型结构，减少其体积以节约打印耗材。第二，优化打印过程中所添加支撑的结构，减少其体积以节约打印耗材。因此，合理的改变模型结构或支撑结构，在保证可打印性与可用性的前提下节约打印耗材，是降低3D打印成本可操作性强，适用性广的方案之一。
但是从目前国内外的应用情况反映出，3D打印技术的普及率与传统机加工、铸造、锻造、焊接、模具工艺等相比还有很大的差距。导致3D打印技术普及率与传统加工差距较大的重要原因之一为3D打印产品的成本仍然相对较高，目前通常采用单位体积所需原料的费用来表示(元/cm3)。显然，3D打印成本直接与材料成正比。因此，研究如何在不牺牲打印物体质量的前提下，通过优化模型来减少打印耗材，对于降低3D打印成本与提高3D打印技术的普及率有较大的实用价值与意义。
计算机硬件的发展使得其具有更强的计算能力，相应的软件技术与制造业的结合也越来越紧密，3D打印技术即是一个典型的例子。完整的3D打印过程包含了3D模型生成、数据格式转换、切片计算、打印路径规划、物体打印等五个步骤，其中前四个步骤都需通过计算机程序完成。每一个步骤都可以使用不同的程序通过不同的算法来完成，如将三维模型切片分层时可使用自适应厚度切片分层算法；打印路径规划时也可使用最短路径等算法以减少空行程、减少扫描路径在不同区域的跳转次数等。几何计算与数值优化相关算法已经大量应用于3D打印，因此在三维模型被设计完成后，通过几何计算算法优化模型使合理减少3D打印耗材，降低成本成为可能。
对于打印过程中无需支撑结构的3D打印工艺，打印的耗材即为打印模型本身的材料。而对于打印过程中需要添加支撑结构的工艺，打印耗材为模型所需材料加上支撑结构材料。因此，打印成本优化算法主要可分为两种。第一，优化模型结构，减少其体积以节约打印耗材。第二，优化打印过程中所添加支撑的结构，减少其体积以节约打印耗材。因此，合理的改变模型结构或支撑结构，在保证可打印性与可用性的前提下节约打印耗材，是降低3D打印成本可操作性强，适用性广的方案之一。