什么是3D打印？

3D打印技术是增材制造技术，它利用计算机将需打印的物体3D模型切成一系列一定厚度的“薄片”，3D打印机自下而上地制造出每一层“薄片”，最后叠加成形出三维的实体物件。它无需传统的刀具或模具，可以实现复杂结构的制造，并且可以简化生产工序，缩短制造周期。

3D打印原理

不同类型3D打印机工作原理类同，这里以最常见的FDM型3D打印机为例，讲讲：

1.对打印物体进行三维建模并生成STL文件，同时对STL文件进行切片；

2.使用切片软件获取打印最外层走线路径，对内部进行走线填充；

3.走线路径以G-Code文件形式保存，打印机按照文件中的G代码指令逐层打印；

4.层与层之间熔融状态的打印材料因为粘性进行黏合，堆叠成所需打印的模型。

打印程序图

打印实物过程图

3D打印按成型技术分类

1.熔融沉积成型（FDM），是以丝状的PLA、ABS等热塑性材料为原料，通过加工头的加热挤压，在计算机的控制下逐层堆积，最终得到成形的立体零件。这种技术最常见，技术成熟，PLA材料绿色环保成本低，可以进行彩印。不足是打印精度不高（成型精度在0.1mm-0.5mm之间），成型效率低。需要注意的是FDM技术打印机受重力影响，在打印悬空物体时易产生误差和变形，需要添加支撑结构。支撑结构去除不当，会在模型上留下痕迹，影响美观。

FDM打印结构

2.光固化成型（SLA），是利用紫外激光逐层扫描液态光敏聚合物，实现液态材料固化，逐渐堆积成形，实现零件制造。这种技术可以制作结构复杂的零件，时间快，精度及材料利用率高，不足是材料种类少，成本高，光敏树脂配方中会用到有毒有害化合物，固化前会有刺激气味，需要通风和防护。同样需要注意的是光固化3D打印技术也需要支撑结构。

SLA工作结构

3.选择性激光烧结（SLS），预先将一层粉末状材料作为成型材料铺平在工作台上，计算机控制激光器，按照预先获取的打印物每一切片层轮廓信息将粉末状材料选择性烧结成固体，升降台下降一层烧结下一个切片层，重复步骤，完成打印成型。

SLS打印结构

4.分层实体制造（LOM），以薄片材料为原料，如纸、金属箔、塑料薄膜等，在材料表面涂覆热熔胶，根据每层截面形状进行切割粘贴，实现打印物体的成型。该技术打印速度快，可打印成型大尺寸物体，但材料浪费严重，表面质量差。

LOM打印结构

5.电子束选区熔化（EBM），是在真空环境下以电子束为热源，以金属粉末为成形材料，通过不断在粉末床上铺展金属粉末然后用电子束扫描熔化，使一个个小的熔池相互熔合并凝固，不断成型成完整的金属物体。该技术可以打印结构复杂、性能优良的金属物体，不足是尺寸受到粉末床和真空室限制，无法大尺寸。

6.激光选区熔化（SLM），该技术与电子束选区熔化成形技术相似，也是基于粉末床的铺粉成型技术，但热源由电子束换成了激光束。该技术同样可以成型结构复杂、性能优异、表面质量良好的金属物体，但也无法打印出大尺寸物体。

7.金属激光熔融沉积（LDMD），以激光束为热源，通过自动送粉装置将金属粉末同步、精确的送入熔池中，伴随着激光移动，粉末在熔池中熔化凝固，形成需要形状。该技术可以成型大尺寸金属物体，但是结构相对简单。

8.电子束熔丝沉积成形（EBF），在真空环境下，以电子束为热源，金属丝为材料，通过送丝装置将金属丝送入熔池并按设定轨迹运动，直到制造出目标物体。该技术效率高，成形物体内部质量好，但是精度及表面质量差。

当然还有一些其他类型的3D打印机，比如DLP数字光处理打印机、3DP粉末粘合打印机、CLIP连续液面制造打印机，这里有不一一介绍了。

主要3D打印机对比

和孩子一起学习需要怎样的3D打印机

我们对3D打印机有了概略了解，也知道了有哪些类型，但想和孩子一起使用（家庭使用），该怎样选择？

（一）成型速度

总的讲，CLIP、DLP、SLA类3D打印机具有相对优势，属于第一梯队，且CLIP＞DLP＞SLA；SLS、3DP、LOM打印成型速度也还可以，算是第二梯队，相对用时较长的是FDM。

（二）打印机耗材

从耗材材质与成本看，FDM是最适合的。

1.FDM通常采用热塑性塑料，其中比较常见的是PLA。它是聚乳酸材料，采用可再生资源（秸秆、玉米）制作的新型生物降解材料，环保，对人体无害，加热不产生刺激性气味，并且应用范围广，生产技术纯，成本价格便宜，适合有儿童的学习使用。

2.SLA打印机采用光敏树脂成本相对较高，并且光敏树脂液体材料大多添加了有害添加剂，在未固化成型时，会发出刺激气味，需要做好个人防护措施和环境通风（固化后还是安全环保的）。

3.LOM打印机使用热敏纸等材料，成本较高，并需要配合大量胶水，在加热时会产生刺激性气味。

4.金属粉末耗材相对成本较高。

不同技术耗材

打印成本比较

（三）打印机成本

FDM打印机构件没有激光原件，造价相对更低，最便宜的甚至低至千元以内。

（四）打印精度

从精度来讲，SLA相对较好，可以打印手办等物品，FMD要差一些，但经过后期处理，还是能大体克服一些不足。

（五）市场主流

当今市面上应用比较多的3D打印机是SLS、SLA、DLP、FDM四种3D打印机，按照用途可分为两类：一类是高精度工业打印机，比如SLA、DLP、SLS；一类是以FDM、SLA（用于工业打印机更多）为主的桌面级3D打印机。

不同技术性能对比

经过上述对比分析，综合考虑看，FDM类型3D打印机尽管精度稍弱，成型速度略慢，但市场占有率高，打印成本适中，具备良好的环保性，更加适合儿童学习、操作和使用