让手机也可以3D打印

李寒东

利用智能手机进行的3D打印

说到3D打印，大家都并不陌生，当前有关于3D打印的科技新闻也越来越多，打印的种类也趋于多样化。小到微小零部件、模具、衣服、各种生活用品甚至身体器官，大到汽车、房子都有过报道，打印的范围涵盖了人们身边的各种领域，可以说3D打印是人类未来生活的革命性技术。而3D打印机在人们的印象中往往都是庞然大物，至少不会觉得像手机这般小巧。但人们有没有想过把3D打印技术与我们寸不离手的智能手机联系起来，在手机里生成的小模型就可以通过3D打印的方式打印出实物来。试想一下，我们可以把小礼物通过信息的方式发送给朋友，朋友就可以利用手机将收到的礼物打印出实物，这样的礼物是不是很有创意。

日前，一家来自意大利快速原型设计和数字化制造公司Solido 3D带来了一款基于智能手机App的3D打印机，与手机盒差不多大小，预计会在今年9月份发售。近期，台湾科技也成功研发出了与之相类似的3D打印机。其工作原理和打印材料不同于普通的3D打印机，大多数的3D打印机是通过控制喷嘴，将打印材料喷射到指定的点上，通过许多点形成一个面，再由下至上一层一层的打印，最终打印出一个立体结构。而这项基于手机的3D打印技术，只需要先通过手机中配套的App设置好要打印的物体，将手机放入打印机的底座，盖上外壳并倒入感光树脂原料溶液，稍等几分钟就能打印出之前手机里设置的打印物体。并且，因为材料和技术的不同，这种基于手机的3D打印机售价约为99美元，相比传统的平台式3D打印机便宜很多。并且，Solido 3D公司开发的基于智能手机的3D打印机同时兼容Android、iOS或Windows系统，几乎涵盖了所有智能手机端。所以，只要拥有这样的设备就可以将手机里虚拟的模型打印成现实的物体。

打印技术与原理

这种基于智能手机的3D打印方式是利用光固化的3D打印技术，类似于常见的SLA和DLP 3D打印技术。SLA全称为“立体光固化成型”，所使用的材料为液态感光树脂，以一定强度的激光作为光源聚焦到打印材料上，被照射到的部分会发生固化，由每一个固化点组成一个面，再一层一层地进行固化，最终得到一个立体结构。DLP全称为“数字光投影”，与SLA类似都采用相同液态感光树脂材料，区别在于所用的光源不同，SLA为一个激光点，而DLP所使用的是数字投影光源，所以它是以面的形式照射到材料表面进行固化，同样逐层硬化感光树脂得到立体结构。而这种基于手机的3D打印机所使用的光源为手机屏幕，打印的原理与DLP一致，同样是以面的形式固化成型，逐层进行打印。使用的打印材料为Daylight Resins液态感光树脂，不同于SLA和DPL打印使用的感光树脂需要UV激光或投影光源进行固化，这种特殊的合成液态感光树脂在一定范围可见光谱内就能发生固化，并且针对手机显示屏光源进行了优化，使其与手机屏幕光源相匹配，在一定亮度的手机显示光源条件下液态感光树脂材料就可以发生固化。

这种基于手机的3D打印机基本可以分为4个部分，位于设备的最底部是用于放置智能手机的凹槽，上面是一块用偏光玻璃制成的透明隔板，在透明隔板上是一个打印原料的储液池，用于盛放感光树脂溶液，设备的顶盖是动力系统，内置电源，能按照一定的频率向上提升经过手机显示屏光源照射而固化的感光树脂材料部分，以实现逐层打印。

对于打印机来说，第一步是模型的生成，在这种打印机所对应的手机App中预先制作了许多模型以及模型的局部组分，人们可以直接选择已有的模型，或者是选择一些局部结构来拼接成整体模型，把模型尺寸调整到理想大小，当然最大不可能超出手机屏幕，这就完成了模型的生成。还有一种方法，在手机App中还可以连接手机摄像头进行三维扫描，用手机摄像头水平绕着物体旋转一周，在App中就可以生成该物体的三维立体模型。这样，身边的物体都能用这样一台手机3D打印机打印出来。

第二步，在手机App中生成的模型会被转换为G-Code代码，用G-Code代码记录下模型上每一层的信息，表现的方式有两种，比如以记录的某一层模型信息为例，如果手机屏幕中的某个像素点表示该层模型上的一点则点亮该像素点，相反，手机屏幕上的某个像素不在该层模型上则不点亮该像素点。所以，在手机进行3D打印过程中，手机屏幕发光的部分表示打印的模型部分，不发光的部分表示非模型部分。

第三步，开始打印。先将生成模型的手机放到设备底部的凹槽中，将液态感光树脂材料倒入储液池中，感光树脂原料与手机显示屏中间是一块偏光玻璃隔板。打印时，手机屏幕可以显示模型某一层的信息，发光部分为模型部分，不发光部分为非模型部分，光源通过中间的偏光玻璃，过滤掉其他频谱的光线，将特定能使感光树脂固化的频率光源照射到其感光树脂溶液表面使之固化形成所对应模型中的某一层；接着手机屏幕显示下一层的模型信息，同时，打印机的上部分动力系统联动打印模型向上提升，用同样的方式进行下一层的打印。这样逐层打印的方式，最终，打印的模型就从感光树脂溶液中“生长”出来。但需要说明的是，由于每次打印只能加入同一种颜色的感光树脂溶液，所以每次打印出的模型为同一种颜色。另外，其模型的尺寸也不能超过手机屏幕的大小。

随着3D打印技术更多地融入人们生活，也越来越多地被人们所了解，在当今互联网大数据时代背景下，打印方式变得多样化，打印产品丰富化，更多的贴近了人们生活。如今，智能手机成为了人们的必需品，但谁又想过手机也能成为一台3D打印机？这颠覆了我们对3D打印机的印象，3D打印机开始走进人们生活。科技源于生活，科技推动生活。这样一台小巧的3D打印机，设计师们不再只能对着电脑屏幕进行研究，朋友间的消息也不再是枯燥的表情包，生活中的小灵感、创意，喜欢的汽车模型，需要的小工具，不如把它打印出来。无论你是什么样的职业，什么样的年龄，这样一台3D打印机总能增添你生活的色彩。