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1、因此，设计中总会有一些在计算机上无法重现的现象，必须通过试验等方式加以确认。此时，能够在短时间、以低成本制作出试制品等实物（立体模型）的3D打印机是一个重要工具（见下表）。现在，作为制作夹具、模具及低产量部件的手段，3D打印机的应用范围还在不断扩大。这一次，笔者就来介绍一下3D打印机的概要。表：主要的3D打印机 （点击放大）层叠截面 3D打印又称“3D积层造型”，顾名思义，是一种以截面形状的集合体来表现立体模型的方法。也就是把片状的截面形状一层一层叠在一起，最终制成立体模型（图1）。其造型方法多种多样，各种方法的区别在于使用的材料和成型后处理方式的不同。“3D打印”的名称源于其使用喷墨打印机喷

2、嘴的方法。与一般打印机一样，3D打印机也是使用喷嘴制作截面形状，有从喷嘴直接喷射立体模型材料（光硬化性树脂、蜡），以及喷射粘合剂使粉末材料固化这两种方法。Objet、基恩士（KEYENCE）、Solidscape公司生产的设备以及3D Systems的“ProJet”系列等采用的是前一种方法（图1-a）。Objet和基恩士的产品在打印立体模型和支撑部分（将在下一篇中介绍）时均使用光硬化型树脂，让紫外线（UV）灯与喷墨喷嘴同步扫描成型面*1，以使喷射出的树脂硬化。而3D Systems的“ZPrinter”采用的则是后一种方法（图1-b）。要先喷洒一层粉末材料，在需要成形的区域喷射粘结剂，使其固

3、化粘结，在完成一层的造型后，再喷洒下一层的粉末、胶水，如此重复直至完成造型。除此之外，也有不使用喷墨喷嘴的方法，那就是Stratasys公司采用的熔融沉积成型法（FDM）（图1-c）。这是一种使热可塑性树脂从可动式喷嘴挤出的方法，具体为，使细长的线状材料在加热的喷嘴内熔化，同时使喷嘴按照一定轨迹运动、挤出熔丝以完成造型*2。（未完待续，记者：中山 力 日经制造） *1Solidscape的产品打印立体模型和支撑部分均使用蜡。ProJet的立体模型材料使用光硬化型树脂或蜡，支撑材料使用蜡。*2Solido的产品采用的是把涂抹了粘结剂的膜状材料裁成截面，逐层重叠的方法。图1：3D打印机的主要几种工

4、作方式通过将造型为截面形状的薄片不断层叠的方法制作立体模型。使用喷墨喷嘴的方法包括直接喷射模型材料和支撑材料的方法（a），以及向粉末材料需要造型的部分喷射粘结剂的方法（b）。直接喷射模型材料的方法使用光硬化性树脂或蜡。使用粉末材料时，未硬化的粉末将发挥支撑作用。此外还有不使用喷墨喷嘴、利用内置加热器的可动式喷嘴喷射热可塑性树脂的方法（c）等。 （点击放大）（二）支撑结构2013/06/26 00:上接本站报道：（一）层叠截面 【日经BP社报道】 要想灵活使用3D打印机，就必须事先了解支撑结构。由于是采用将截面逐层堆叠这一工作方式，因此必须要有支撑结构为模型部分提供支撑（图2）。从易用性的角度出

5、发，使用者必须事先了解去除支撑物的麻烦程度。基本上，3D打印机都使用不同的材料作为模型材料和支撑材料，以便轻松去除支撑材料*3。*3激光扫描光硬化型树脂液面位置的RP（快速成型）装置的立体模型与支撑部分采用相同材料。因此，为了方便去除，需要采用缩小立体模型与支撑部分的边界面等方法。图2：必须使用支撑结构的理由因为是自下而上一层层堆叠截面，所以，在制作有悬空部分和有从中间开始出现的形状时，就需要利用支撑结构提供支撑。喷射模型材料的3D打印方式在造型时，要选择与模型材料不同的材料作为支撑材料。Objet的产品采用凝胶状材料作为支撑材料，造型后可以用水冲掉。Stratasys的部分产品使用的是可溶于

6、碱性溶液的支撑材料，而3D Systems的ProJet则是使用可溶于酒精的支撑材料。作为新方法，基恩士2011年11月推出的“Agilista”成为了业界关注的焦点。该产品使用的支撑材料用自来水即可冲掉（图3）。只需将造型品泡在水里就能去除支撑部分，因为无需施加太大的力，所以模型的微细部分被破坏的危险性也很小。实际操作时，先用指尖除掉支撑材料较厚的部分再泡入水中，可以缩短处理时间。泡在水里时，轻轻涮洗、或用流水冲刷都可缩短支撑部分溶解的时间*4。另一方面，粉末硬化式3D打印不需要另行制作支撑部分，而是用没有作为立体模型硬化的粉末来发挥支撑作用。只要拿起做好的立体模型，未硬化的粉末就会掉落。结

7、构复杂的部分和附着在表面的残留粉末只需使用压缩空气吹掉即可。*4用于去除支撑材料的水可重复使用。各地政府的废水处理规定各不相同，废水不可以无条件排放，要视最终浓度等而定。图3：可溶于水的支撑部分基恩士的“Agilista”使用水溶性树脂（颜色为乳白色）作为支撑材料（a）。因为只需泡在自来水中即可溶解，所以无需施加太大的力即可去除微细部分的支撑材料（b）。（3D打印机原理】（二）支撑结构 3D打印使用的材料主要是光硬化型树脂，或高温可以熔化的热可塑性树脂（或蜡）。现在，市场上有着各个生产商供应的强度、韧性、透明性、颜色各不相同的种类丰富的材料。其中，Objet的产品可以制作出由特性不同的材料混合

8、而成的立体模型。该产品配备了多个喷头，每个喷头可以喷射不同的树脂（图4）。这样一来，就能为衬垫部分采用橡胶状材料，为要求强度较高的结构部分采用硬质材料。而且，还能在使用透明材料的部件中，配置使用有色材料的部件，在需要观察内部的场合发挥作用*5。而ZPrinter是一款只使用一种材质、但可以自由改变颜色的3D打印机。像彩色打印机一样，通过使用多种颜色的有色粘结剂，最多可以表现数十万种颜色。制成立体模型后，表面无需着色，而且复杂的部分也可以准确着色。除此之外，该装置还能够在立体模型的表面印制标注等。就材料的颜色而言，Stratasys的产品也可使用具有相同物理性质的多种颜色的材料。高级机型除了AB

9、S（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂）类材料之外，还可以使用聚碳酸酯（PC）、聚亚苯基砜（PPSF）等高强度、高耐热性树脂。*5还可以通过混合多种材料为模型赋予新特性。Objet将其称之为“数字材料”。图4：使具有不同特性的多种材料一体成型Objet的高端机型能够使混杂了特性不同的多种材料的立体模型一体成型。除了为立体模型的不同部位采用不同种类的树脂之外，还可以在相同位置喷射不同特性的树脂使其混合，制造具有新特性的模型。从设计到生产现场选择3D打印机时，要针对设想的用途，从最大造型尺寸、可以实现的精度（最小积层厚度和分辨率）、可以使用的材料（特性）等方面考虑。图5：在模具试制中的应用Strata

10、sys的FORTUS系列除了ABS树脂以外，还可以使用高强度、高耐热性的PC树脂及PPSF树脂。使用这些树脂可以制作出注射成型、冲压成型模具的试制品。例如，需要用肉眼观测管道中的液体流动时，最好选用透明材料。如果是制作用于试验的试制品，那就要注重强度和韧性等特性。除了最大造型尺寸之外，其他两方面仅从产品目录上的规格很难拍板，因此，最好委托企业或服务商（造型代工商）等制作具有代表性形状的立体模型，对效果进行确认*6。不过，虽说必须要明确使用目的，但过多约束3D打印机的用途也并非上策。最近，使用3D打印机制作的立体模型作为夹具、模具试制品的例子也越来越多（图5）。通过调查设计、制造等各部门对于3D打印机有哪些需求，或许还能发现出乎意料的应用方法，扩大3D打印机的使用范围。（记者：中山 力，日经制造） *6要想实现高精度，就必须拥有“沿哪个方向设置截面效果更好”等技术经验，而且，对于去除支撑材料需要花费的工夫等很多方面，只有实际用过才清楚。