3d打印终极入门指南

3D打印本应是一场新的“工业革命”。它还没有席卷全球，但我在这里向您介绍入门所需了解的一切。...

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你可能听说过3D打印。这应该是新的“工业革命”。人们可以在自己家里**任何东西！您的汽车升级版可以在几分钟内打印出来。它还没有占领整个世界，但我在这里告诉你一切你需要知道的开始。

在开始之前，让我们先弄清楚一件事。它不会是即插即用的！没有一台机器没有问题，或者不需要维护或工作。这并不总是最容易的爱好，但它是非常令人愉快的。如果您仍然感兴趣，请继续阅读。如果您想享受3D打印的所有好处（不需要任何麻烦），请查看在线打印服务3D集线器和通道。

什么是3d打印(3d printing)？

3D打印是一种附加**形式。对象构建在小层中，一次一个叠在另一个上面。这可能是一个相当缓慢的过程，但它确实有很多好处。相比之下，减法**过程从一块实心材料开始，然后去除一些碎片，直到最终产品诞生。例如大理石雕刻和数控铣削（即计算机数控）。从技术上讲，3D打印机是一种CNC机器，但它们很少被称为CNC机器——这可能会让人困惑！

3D打印已经存在很长时间了。自20世纪80年代以来，设计师和工程师就可以使用商用3D打印机——这些打印机通常要花费数万美元，有时还要求签订昂贵的日常维护支持合同。由于专利到期，“爱好”3D打印最近出现了爆炸性增长。随着越来越多的专利在不久的将来到期，3D打印技术将继续增长。现在，你可以花大约1000美元或更少的钱为家里买一台3D打印机。

看看这座埃菲尔铁塔的模型。注意当床向下移动时它是如何出现的。这相当代表了3D打印机模型的外观。

术语

在深入研究3D打印之前，以下是一些您可能会遇到的常见行话。

长丝——**成长股（如电缆）的材料（通常为塑料）。某些类型的3D打印机使用这些打印机来**对象。

挤出机——机器中熔化材料的部分。

喷嘴——一个小孔，熔化的灯丝从中挤出。

床——产生3D打印对象的表面。

加热床——加热以提供更好附着力的打印表面。

步进电机——用于移动打印机各个部件的精确而强大的电机。

RepRap——一种开源3D打印机运动。

G代码——描述**零件所需的每个动作的机器说明。不特定于3D打印。

切片器——用于将3D模型转换为G代码的软件。

轴——运动的参考线。三轴机床可以在X轴（从左到右）、Y轴（从前到后）和Z轴（上下）上移动。

托架——挤出机所在的移动部件。

能做什么

几乎什么都有！3D打印部件在短期内不会取代传统的大规模生产**技术——没有一台打印机速度足够快，或者能够生产出所需质量的产品。3D打印真正的亮点在于原型和家庭生产市场。假设你的洗衣机上的刻度盘坏了，**商给你报了一小块塑料加运费30美元。为什么不设计自己的替代品，并在一天内投入运行，只需花费一小部分成本？

看看这些方法，你可以在家里使用3D打印机来获得更多的灵感。

福特汽车公司拥有超过500000个汽车原型零件的3D打印是有原因的。有能力修改一个组件，然后再次打印它是一个巨大的时间节省-即使该部分需要五个小时的机器，它仍然是一个非常快速的过程。

还有一些有趣的东西，比如这六个游戏，你可以在家里打印。

打印机类型

现在你知道什么是3D打印了，让我们看看不同类型的机器。有两种类型的印刷工艺：熔融沉积建模和立体光刻。这些都有自己的长处和短处，所以这里是基本的。

熔融沉积模型

熔融沉积模型，或FDM，是最简单和最流行的印刷方法。印刷材料被推过热管。这根管子被推来推去以画出所需的形状，就像把一条信息吹到蛋糕上一样。温度因材料而异，但对于塑料印刷的消费类机器而言，200C/392F约为平均温度。

流行车型：

雷普拉普普鲁萨I3
马克波特复制器
Ultimaker 3

这是目前最流行的印刷工艺。价格从200美元到几千美元不等。FDM机器有无数不同的**商和型号。他们层层打印塑料，每栋建筑都在上一层、下一层的基础上。机器从底部开始，向上建造。这可能意味着没有平面轴的复杂形状或对象很难生成。

模型通常有“线”，其中每个层都已构建。如果需要，可以在之后进行平滑处理。

每1kg/2.2lb材料的近似成本：$25。

立体光刻

立体光刻（SLA）与FDM有很大的不同。首先是一个特殊液体塑料容器（称为光聚合树脂）。紫外线激光照射树脂顶部，使其固化（不是整批，只是一小层）。就像FDM一样，每一层都是“绘制”并依次固化的。这些机器自上而下工作，将物体从液体中拉出。

使用SLA**的模型非常平滑，具有难以置信的高分辨率。它们的打印速度比FDM机器快，但是它们不太常见，更昂贵，并且依赖于昂贵的树脂。

流行车型：

Formlabs表格2
3D系统ProJet 1200
XYZ打印1.0[已删除断开的URL]

每1kg/2.2lb材料的近似成本：$100。

每个型号的价格各不相同，尽管平均价格比FDM机器高出很多，大约1500美元。

本指南将重点介绍FDM机器，因为它们相对易于使用，并且很受欢迎。

除了**过程之外，还有一个关键的规范需要知道：坐标系。这是每台打印机在床上移动热端的方式。这两种主要的变化被称为笛卡尔和三角洲。还有其他系统（如polar），还有一些独特的设计，不过最好还是坚持使用流行的系统。使用其他数千人使用过的坐标系可以更容易地排除任何潜在问题。

笛卡尔

就像传统的喷墨打印机或激光打印机一样，笛卡尔机器非常简单。它们有一个X轴、Y轴和Z轴，每个轴由一个或多个步进电机驱动。他们将有一个正方形或长方形的床，整个床在一个轴上移动并不罕见。以下是笛卡尔打印机的外观：

三角洲

Delta打印机也使用X、Y和Z轴，但是有一个重要的区别。三角洲机器将挤出机悬挂在三角形排列的三个臂上。他们几乎总是有一个不移动的圆形打印床。这些机器设计用于快速打印零件！

它们非常适合高大、狭窄的模特。它们只比传统的笛卡尔机器稍微贵一点，也比较复杂，所以它们代表了一个很好的替代选择。

印刷材料

正如有数百种不同的打印机样式、尺寸和价格一样，也有几十种打印材料（FDM机的灯丝）。你现在应该关注的两个主要方面是ABS和PLA。还有其他材料越来越受欢迎（尼龙用于高强度，木基用于不同的纹理），但是这些材料并不总是那么容易使用。

聚乳酸（PLA）是一种可生物降解塑料，来源于可再生资源，如甘蔗或玉米淀粉。因此，用它印刷会散发出半甜的气味。它是最容易打印的材料之一，同时仍然保持高强度。PLA可能是“紧的”，容易堵塞。确保您遵守所有**商的建议。

ABS，或称丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，是乐高积木砖的原料。源自化石燃料，坚固耐用。它是不可生物降解的，用它印刷会发出强烈的“燃烧的塑料”气味。虽然用它来打印很有挑战性，但它仍然是更受欢迎的材料选择之一。通常需要加热床以防止翘曲和床层附着力差。使用ABS打印的零件可以很容易地进行打磨和平滑。

PLA和ABS都有多种颜色可供购买。如果需要，可以找到部分半透明颜色的PLA。

FDM机器使用长丝形式的塑料。通常安装在500g（1.1lb）至1kg（2.2lbs）的卷筒或线轴上。

选择机器

在做出决定时，为您和您的需求选择合适的机器是很重要的。你买的是市场上最便宜的型号吗？你买的是最贵的吗？客户支持是什么样的？是否有一个积极的支持社区，其中的用户可能已经解决了常见问题？

确定对您最重要的功能。可靠性和质量在你的清单上应该很高。有些机器可以打印得非常快，有些机器可以打印巨大的物体。虽然不是每台机器都能做得很好，但有些型号在很多方面都能做得很好

选择打印机不应是一时兴起或一时冲动。我拥有三台3D打印机，出于以下原因，我非常后悔购买了我的第一台。

要考虑的一个重要因素是维修。大多数机器使用皮带驱动的X轴和Y轴，以及丝杠驱动的Z轴。并非所有的机器都是这样运行的，但这是一种相当常见的设计选择。皮带需要校准和拧紧，因此如果没有办法，可能该型号不是您的最佳选择。

我的第一台机器是合理的，但是，随着时间的推移，皮带松动，需要定期维护和校准（就像所有打印机一样）。当我去勒紧裤腰带时，没有办法这样做，**商也停止了交易。不仅如此，由于这台机器周围没有社区，所以关于这种特殊设计的信息并不多。

这导致了另一个重要因素：社区。在许多流行模式中，存在着巨大的在线社区，通常都有解决常见问题的解决方案。这些信息对于提高打印质量和维护打印机非常重要。

要考虑的最后一个重要特征是运行成本。如上所示，灯丝的购买成本相当低。许多不同的**商生产一整套材料和颜色，几乎适用于各种用途和预算。一些精选的**商试图引进专有的灯丝“墨盒”，这将使您只能从该公司购买灯丝。这在为公司赚钱方面很好，但对消费者来说却是一笔糟糕的交易。我建议您远离任何强迫您使用专有灯丝设计的机器。

有关这方面的更多讨论，请参阅我们的最佳预算3D打印机指南。

重述

RepRap项目是一项开源3D打印机运动。许多机器使用3D打印组件，其余的都很容易买到（通常在硬件商店中）。RepRap社区规模巨大，由于这个社区，许多问题都得到了解决。

RepRap是您可以购买的最好的机器之一。不仅有一个庞大的支持社区，还有许多经过测试的设计。机器可以成套购买，也可以完全组装。数以百计的零售商**他们自己的流行套件，并且可以从Amazon或Ebay便宜地购买替换零件和升级。

许多套件都以非常低的价格**。虽然其中一些本身可能并不坏，但组装不良的部件或在错误的地方（如电源）削减成本可能会导致故障。3D打印机火灾很少见，而且确实会发生，尽管任何3D打印机都有可能引发火灾，但通过从信誉良好的零售商处购买，并选择总体评价良好的机器，可以降低这种风险。

如果您打算购买RepRap，我建议您从Prusa Research购买Prusa I3 MK2。用户数量巨大，有数百种修改和改进。这种特殊的打印机有套件或预构建的形式，并且经过高度校准。Prusa Research自行设计了Prusa型号，虽然这不是最便宜的机器之一，但这台机器的设计和配置确实会为您以后节省很多麻烦。

第一次印刷

现在，您已经选择了一台机器，并且已经交付并安装完毕，现在是开始3D打印的时候了！恐怕购买这台机器只是这个过程的开始。大多数机器都使用SD卡或计算机。您可以安装Octopi，这是一个专为3D打印编写的Raspberry Pi发行版，但这对于今天来说有点高级。首先学习基础知识，然后您将了解配置internet控制打印机所需的一切。

无论您的机器是如何控制的，每台机器都以相同的方式获得指令。这是一个分为几个步骤的过程：

设计或获取三维模型。
将三维模型转换为STL格式。
使用“切片器”将STL模型转换为G代码。
使用G代码打印模型。

三维模型

你需要的第一件事就是打印一个模型！Thingiverse是一个比较流行的共享模型的网站，大多数模型已经作为STL文件提供。您需要从测试多维数据集或校准模型开始，以确保所有配置都正确。如果你喜欢冒险，你可以设计自己的模型。许多程序都可以做到这一点。Google Sketchup是一款受欢迎的免费工具，易于学习：

请务必先阅读我们的Sketchup简介。Blender是另一个优秀的工具，它更倾向于艺术品，而不是产品设计。查看我们为搅拌机初学者编写的精彩教程。

如果你和我一样，不擅长艺术，那就不要害怕！OpenSCAD是另一个免费工具，它允许您使用代码设计模型！它使用起来很简单，我设计的这个镂空立方体只有五行代码：

$fn = 100;difference() { cube(size = [10,10,10]); translate([10,10,10]) sphere(r = 6.5);}

转换为stl格式

现在您有了要打印的模型，需要将其转换为STL格式。这代表立体光刻，它是一种用于3D打印的相当通用的3D模型格式。许多工具都可以以这种格式保存文件。几乎所有Thingiverse文件都可以作为STL下载。如果您使用的是Google Sketchup，则需要下载Sketchup stl扩展才能导出stl文件。

使用切片机

你可能听说过切片机。这些软件将STL文件转换为一组称为G代码的指令。G代码已经存在很长一段时间了，它被用于工业机器以及3D打印机。G代码通常特定于您的机器。

有许多不同的切片机可用。它们的功能基本相同，当您刚开始使用简单的模型时，选择哪种切片器并不重要。您机器的**商可能会推荐一个，如果他们提供默认或入门配置文件，甚至更好！

一些流行的选择是：

库拉
排斥者
Slic3r

在您选择的切片器中有许多设置。下面是一些常见的方法和它们的作用。

层高

这决定了每层的厚度。数字越小，层数越多，打印质量越高（以牺牲速度为代价）。一个好的折衷是0.15或0.2mm。非常高质量的打印可能使用0.05毫米的层高，但这将非常缓慢！通常建议在第一层使用稍厚一点的高度，因为这有助于更好地粘住物体。

下面是不同层高度之间的比较。从左到右从细到粗：

壳厚

这就是外墙的厚度。你会希望这是一个体面的大小，否则填充可能会显示通过。两到四个壁厚之间的任何位置都是好的，具体取决于您的型号。

收回

不打印时（即，在模型中穿过间隙移动时），缩回有助于保持打印整洁，方法是将灯丝轻轻拉回到喷嘴中。有时很难进行微调，因此请坚持默认设置或**商建议的设置。

底部/顶部厚度

3D打印对象内部很少是100%实心的。这样做是为了节省塑料，提高打印速度。顶部和底部层是实心的，因此可以指定其厚度。六层是一个合理的数字。过低时，您可能会注意到半空心填充物在表面上露出或起泡。

填充密度

以百分比表示，这是内饰的坚固程度。模型设计师通常会指定此图，因为某些零件可能需要更高强度的填充。20%到30%的值通常就足够了。

填充模式

半空心内部使用填充图案。六边形或蜂窝状设计是相当常见的，但由于通常不会看到这种情况，现在请坚持使用打印机/切片机默认设置。在这里，您可以看到印刷品横截面上的蜂窝填充图案：

打印速度

打印速度是一个非常重要的设置。打印速度过快几乎总是会导致打印质量下降。慢慢打印会提高质量（但可能并不总是实用）。这应该设置为速度和质量之间的中间地带。坚持使用切片器默认设置。70毫米/秒的打印速度相当快。40mm/s的速度相当慢，但质量非常高。此视频突出显示了打印速度的差异：

印刷温度

温度是另一个对质量有很大影响的设置。不幸的是，这取决于许多因素。也许你的热敏电阻（数字温度读取器）只能精确到+/-5度。不同的材料具有不同的印刷温度，甚至同一长丝的不同颜色和**商在理想温度下也会有所不同。从切片机的默认值开始（PLA约为210C，ABS约为230C）。如果温度太热，模型可能看起来被压扁，甚至可能被烧坏。每次将温度降低5度，直到找到良好的液位。对于使用的每种不同的灯丝，您可能都必须这样做。

床温

如果您的机器有加热床（并非所有机器都有），则将其设置为切片机默认设置。ABS中的打印需要加热床，但PLA并不总是需要加热床。

加热的床可以让你的指纹底部保持温暖（通常约70摄氏度）。如果没有加热床，你可能会发现大部分的底部会变冷，并且变得不粘。这称为翘曲，如果零件100%脱胶，印刷品通常会被破坏。想象一下传统的打印机或复印机：如果你摇晃纸张，墨水会在正确的位置吗？

支撑类型

支持是您最初可能不需要的另一种设置。如果要打印复杂模型，可能是悬挑大于90°C的图形或曲线对象，则需要一个支撑结构来支撑无法打印的零件。把它想象成3D打印部件的支架。这通常会在需要清洗的印刷品上留下小痕迹。简单形状和校准零件不需要支持。在下图中，你可以看到支撑结构是由薄塑料制成的协奏曲。

平台粘附型

这里有两种主要的粘合类型。第一个是一个木筏，和它听起来的一模一样。首先打印一个小木筏，然后在上面打印你的模型。这减少了打印表面不平整的问题。当业余爱好3D打印刚开始时，木筏被广泛使用，但现在机器质量已经显著提高，它们不再经常被需要。

帽沿仍然经常使用。这些就像是模型上的裙子或外层。它们增加了表面积，有助于减少翘曲。它们通常只有一两层高。

灯丝直径

灯丝主要有两种直径：1.75毫米和3.00毫米，1.75毫米由于加热速度更快而变得越来越普遍。您的打印机将仅设计为一种尺寸。在不更换热端和挤出机的情况下，不可能混合不同的尺寸。几乎所有**的长丝直径都有一些变化；高质量的长丝变化较小。直径变化很大的灯丝可能工作不一致，并可能导致堵塞。

此灯丝直径设置允许您调整灯丝的确切直径。在一米范围内的三个位置测量灯丝直径，并将结果取平均值。输入此平均直径。

流量百分比

流量百分比用于调整将流出的塑料量。默认情况下，该值为100%，但您可以根据需要增加或减少该值，以减少过度拉伸，或修复过度拉伸。

喷嘴尺寸

大多数机器的喷嘴尺寸为0.4mm。较小的喷嘴将提高打印质量，但会以牺牲速度为代价。0.3毫米喷嘴越来越普遍。使用什么尺寸的喷嘴并不重要，只需确保在此处输入正确的尺寸即可。

如果您不确定应该从什么开始，许多切片器都会为普通机器提供默认模板。如果你拥有一个流行的型号，在谷歌上快速搜索“打印机型号切片器设置”可能会得到很多结果。这就是你的机器研究可能得到回报的地方。一台支持非常好的打印机，或者一个大型社区可能意味着您可以下载其他人的设置，或者您的**商甚至提供了这些设置——其中一些是这样的！

这个视频展示了一个非常高质量的打印。与具有较小的层高度类似，较小的喷嘴有助于提高质量（但这不是唯一的方法）。