1.2 3D打印的原理及材质
玩转3D打印
1.2.1 3D打印原理
3D打印技术每一层的打印过程分为两步。首先在需要的区域喷洒一种特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余的粉末还可以循环利用。
3D打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率也有直接影响。3D打印技术能够实现600dpi分辨率的打印，每层厚度只有0.01mm，即使模型表面有文字或者图片也能够清晰打印。受到“喷”式打印原理的限制，打印速度势必不会很快，较先进的产品可以实现每小时25mm高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。
3D打印的工作步骤如图1-9及图1-10所示。
1.2.2 材质
根据3D打印的原理，只要使用与模型相同的材质，就能打印出和模型几乎一模一样的东西。因此对于3D打印机来说，耗材才是王道。比如面包，你使用面粉做材料，打印的面包是可以吃的；而使用塑料、石膏等材料打印的只能是面包的模型。3D打印技术本身并不复杂，但可用的耗材却是个难点。普通打印机的耗材就是墨水和纸张，但3D打印机的耗材却主要是胶水和粉末，而且必须经过特殊处理，对材料的固化反应速度等也要求很高。
目前比较普及的3D打印耗材包括：ABS塑料、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料、金属粉末等。ABS是一种用途极广的热塑性工程塑料，如图1-11所示。人造橡胶，金属粉末等也都具备热塑性，这是对3D打印耗材的一个基本要求。一些汽车的零部件就是用这样的耗材打印出来的。
如果人体的骨头不幸受伤，传统的骨头移植手术会撷取病患其他部位的骨头或者是利用陶瓷来替代。不过加拿大有一所大学目前正在研发“骨骼打印机”，利用3D打印技术，将人造骨粉转变成精密的骨骼组织。骨骼打印机使用的材料，是一种类似水泥的人造粉末薄膜，也叫“人造骨粉”。打印机会在用骨粉制作的薄膜上喷洒一种酸性药剂，使薄膜变得坚硬。这个过程会一再重复，形成一层又一层的粉质薄膜。最后，精密的“骨骼组织”就这样被创建出来。
由国外一家“科学家实验室”制作完成的砂糖3D打印机CandyFab 4000通过喷射加热过的砂糖，可以做出美味又好看的甜品。如果说用砂糖制作的3D甜品还只是毛毛雨，那么美国宾夕法尼亚大学用改进的3D打印技术打印出的鲜肉则令人瞠目结舌了。打印肉的关键在于原材料的调配，“3D肉”利用实验室培养出来的细胞介质生成的类似鲜肉的替代物质，以水基溶胶为黏合剂，再配合特殊的糖分子结构制成。这应该是目前“最美味”的3D打印材质了。
随着3D打印的不断发展，3D打印机能够支持的打印耗材也会不断得到创新，3D打印也将不仅仅局限于打印模型，整个3D行业也将蓬勃发展。