浅析3D打印技术的发展及其软件技术的实现

段小刚

摘要：现今，3D打印技术已经取得了很大的突破，该技术秉承的是一种“增材制造”的理念，这种理念起源于美国，在提出后不久就得到了人们的肯定和发扬。3D打印技术在美国发展最为迅速，从1988年美国制造出第一台打印机之后，3D打印机时代也正式拉开了序幕，随后，其他国家也在不断完善这项技术。到了1992年，3D打印技术掀起了一股发展热潮，与此同时，国内也开始了对于3D打印技术的研究，并取得了相应的成果。

关键词：3D打印技术;发展;软件技术

1 3D打印技术的发展概述

相较于以往的技术，3D打印技术更加倾向于立体的加工，在传统工艺的基础上不断发展，由点及面、由面及体。首先3D打印技术对传统的工艺进行了提升，实现了形状上的改进，提高了结构性能，在此基础上3D打印技术又进一步的发展，可兼容的材料越来越多，材料兼容性加强也就意味着制造和打印能力得到了强化。

1.1 多材料多色3D打印技术概述

多色3D打印技术，顾名思义就是占据着色彩的优势，在应用于实践时可以发挥色彩的最大优势，这种多色打印技术可以在兼容了多种材料之后用最短的时间和最简洁的方法实现最大程度的直观效果。

2007年Object Geomatqies公司发明了可以兼容多种颜色树脂的打印机，这种打印机在医疗行业和消费服务行业都得到了广泛的应用，深受大众的喜爱，这种打印机的核心技术就是Polyject技术，Polyject技术在兼容了更多材料之后可以打印出更多的图形，同时在材料的选择上还增加了透明度的选择，实现更加立体的打印效果。这种打印设备称作Object500 Connex3，利用阵列式喷头将树脂喷化成型，这种技术类似于multijet printing MJP技术，这种技术主要应用在Project 5500X 3D打印机类型上，主要的工作原理是通过调节材料配比实现渐变的效果，通过渐变视觉效果的引入实现3D视觉感受。

随后，Z Corporation也推出了ZPrinter系列的机型，主要采用的是colorjet.printing CJP技术，这种技术是通过5种固定颜色的针头搭配实现几十万种颜色的构造。

人们在不断的研究过程中丰富和完善打印技术，逐渐出现了LOM技术的Mcor IRIS和利用FDM技术的Pro Dsk3D类型的机器，不断完善多彩3D打印技术。

1.2 功能梯度材料的3D打印机

功能梯度材料的意思是根据打印的需求将所使用的材料以不同的组合结构显示出来，在航天和医学等领域对于这项技术要求相对较高，但是这种类型的打印机存在较高的不确定性，在工作的连贯性上也略有欠缺，综合各方面来看，这种技术仍需要不断完善和升级。

1.3 多尺度3D打印工艺

3D打印技术无论从宏观方面还是从微观方面的能力都有所提升，因为这项技术是从一维到三维，从细节构建整体的一项技术，也就是说这一项技术有着很大的尺度伸缩性，这就决定了这项技术的应用范围相对较广，例如生物器官构造、金属定向结晶等都有所涉及。随着这项技术的飞速发展和应用，也逐渐可以控制过程中的能量，包括气温、物质元素等，Max Planck研究所的Wanke曾经利用这项技术来分析研究光子，掌握了控制光学性能的结构方法，Sercombe也通过研究这项技术找出了改进组织性能方法、提高产品质量和精确度的技巧，除了国外的科学家有所涉猎以外，我国的科学家也在不断研究和分析这项技术的特性，通过研究发现，这项技术可以控制温度，应用于金属成型阶段的制造中，实现更加精准地分析，进而达到减小误差的目的。由此可见，这项技术的尺度伸缩性极强，可以给很多领域带来帮助，让很多工程的开展可以更加精确有效。

2 3D打印技术的实现方法

2.1 面向3D打印的产品设计

传统DFM技术设计的目的是为了用更少的成本、更短的时间实现更好的工作效果，现如今，3D技术的广泛应用已经使产品外形制造变得愈发容易，无论是外观还是精致程度都上了一个台阶，从整体上看更加协调，从细节上看也更加精确，这些都是传统CAD技术难以准确落实的。因为CAD技术主要是从材料入手，制作成需要的模型，首先，单材料的使用必然会导致模型产出之后颜色单一，没有层次感;其次，材料的单一需求也会让一种材料供应紧张。人们在CAD优化的过程中也提出了边界和构造两个方面的概念，侧重突出所打印物体的外貌特征和实际需求，这种技术主导尽管一定程度上精确化了打印模型的外在，但是却限制了打印模型的空间，只能实现见到形状的打印。

为了更好地推动打印行业的发展，美国在不断的研究过程中提出了很多理念，以丰富打印的能力。提高打印的效果，其中较为出名的就是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扩展标记语言格式，这2种模式的提出让打印的精确度更高，效率和质量都有所提升，除此之外，还在原有的基础上进一步完善和升级，引进了更多的高级理念，能力更強，让3D打印机器使用更加方便、快捷、高效。

要想提高所打印模型的质量，让打印的物品更贴合于实际的需求，保障所打印出来的模型信息更加适合在模型构建之前的信息要求，需要在模型打印之前首先学会构建出准确的样品，在样品中综合体现所有信息的需求和实际模样，在此基础上合理地分析各个环节的数据，保证数据精确有效，然后再进行打印，但是这种方式存在着局限性，在实践的过程中可能会因为没有支持AMF完全发挥，导致在信息获取上存在困难。

DFAM和DFM不同，前者倾向于将模型设计的更加完善，无论是从表象还是从结构，亦或者是对性能和材料做出最佳的选择，让模型无论是生产还是从配搭上都极为简单方便，产品综合性能相对更强也更具有实用性，无论是成本、时间和传统的方法相比都有很大的提升空间。

2.2 多色、材料、尺度工艺结构的打印实现

传统的模型制作已经不能适用于现阶段色彩结构要求较高的市场了，必须做出相对应地改进和提升以适应时代的需求，最新的AMF技术可以很好地实现这一需求，提高了轮廓的精确度，完成人们需求的产品。

想要更好地提高打印的技术、颜色、材料的能力和效果，相关研究人员经过反复的琢磨和探究总结出了阵列式喷头要比激光或者电子束式打印机精确度更好，因此阵列式喷头的打印机也受到了越来越多人的追捧，想要更好地落实3D打印效果，就需要明确打印机的具体工作模式，现阶段在3D打印机工作过程中数据占据着十分重要的地位，而数据主要分为3D数据、2D数据和1D数据，从点到线、由线及面、由面构体，层层递进实现3D打印效果，因此，想要更好地落实打印需求，就需要精确各方面的数据，从细节入手保证数据的准确有效，此外还需要强化运动指令、光栅指令等，让打印技术更符合要求。

3 结语

3D打印技术出现至今已经取得了很大的发展，也为人们的工作带来了更大的便捷，现在的打印机无论是准确度、色彩丰富度还是有效性，甚至生产产品的质量都得到了很大的提升，未来，该项技术仍会不断的提升和发展，朝着更加多样、更加智能、更加精准的方向发展，以实现更高质量产品的输出。

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