核心思想：从“减法”到“加法”
- 传统制造（减材制造）：就像一个雕塑家拿着一块大石头，通过不断凿掉多余的部分，最终得到想要的形状，这个过程会产生废料，材料利用率不高,而且很难制造内部结构复杂的零件。
- 3D打印（增材制造）：就像一个蛋糕师，一层一层地涂抹奶油和添加水果，最终叠加成一个完整的蛋糕，它不是去除材料，而是逐层增加材料来构建三维物体，这种方法的优点是材料利用率高，可以制造出传统方法无法实现的复杂内部结构（如镂空、点阵结构等）。
基本原理四步曲
无论3D打印机的品牌、型号或打印技术有何不同,其基本原理都遵循以下四个核心步骤：
（图片来源网络，侵删）
第一步：三维建模
这是整个过程的起点,你需要一个物体的数字三维模型。
- 来源：
- 三维建模软件：使用如 SolidWorks, Blender, Fusion 360, SketchUp 等软件,从零开始创建一个三维模型。
- 三维扫描：使用三维扫描仪对现实世界的物体进行扫描,生成其数字模型。
- 模型下载：从网上模型库（如 Thingiverse, MyMiniFactory）下载他人设计好的模型文件。
- 文件格式：最常见的格式是 STL 文件（Stereolithography的缩写），它将物体的表面用无数个小的三角形网格来表示，另一种更先进的格式是 OBJ 或 3MF,它包含颜色和材质等信息。
第二步：切片处理
计算机中的三维模型无法直接被打印机识别，必须将其“翻译”成打印机能够执行的指令，这个“翻译”过程就叫切片。
- 操作：使用切片软件（如 Cura, PrusaSlicer, Simplify3D）打开STL文件。
- 核心任务：
- 分层：将三维模型在垂直方向上（Z轴）切割成无数个极薄的二维截面层，就像把面包切成一片片薄薄的面包片，每一层的厚度（如0.1mm, 0.2mm）就是打印的层高,它直接影响打印的精度和速度。
- 生成路径：为每一层生成打印头的运动路径，软件会计算出喷头（或激光）应该在哪里移动、挤出多少材料、移动速度多快，这个路径通常以 G-code 的形式保存，G-code是所有3D打印机都能识别的“机器语言”。
- 设置参数：在切片软件中，你还可以设置许多关键参数，如：
- 填充率：物体内部实心部分的比例,影响强度和用料。
- 打印速度：喷头移动的速度。
- 支撑结构：对于悬空或角度过大的部分,软件会自动生成需要被打印后去除的临时支撑。
第三步：打印成型
这是将数字模型变为现实物理物体的过程，不同类型的3D打印技术在这一步的原理差异很大，但核心都是“逐层制造”。
以下是一些主流的打印技术原理：
（图片来源网络，侵删）
-
熔融沉积成型 - 最常见的技术
- 原理：像一支热熔胶枪，打印机将一根线状耗材（如PLA、ABS塑料丝）加热到熔融状态，然后通过一个喷嘴，按照切片软件生成的路径精确地挤出，一层一层地堆积,冷却后固化成型。
- 优点：成本低、技术成熟、操作简单。
- 应用：消费级3D打印机、原型制作、教育。
-
光固化成型
- 原理：使用一束特定波长的光（通常是紫外线UV激光或LED灯）来照射液态的光敏树脂，被光照到的区域会瞬间固化，从液态变为固态，打印平台在液态树脂中不断下移，一层一层地“晒”出物体的形状。
- 优点：精度极高、表面光滑、可以制作非常精细的结构。
- 应用：牙科模型、珠宝、手板模型、精细工艺品。
-
选择性激光烧结
- 原理：使用高功率的激光器，在一个充满粉末材料（如尼龙、金属、陶瓷粉）的成型缸中，根据切片轮廓，有选择地烧结（熔化并粘合）粉末层，未被激光照射的粉末仍然保持松散状态,作为每一层的天然支撑。
- 优点：可以使用多种工程材料（包括金属），强度高,无需额外支撑。
- 应用：功能性原型、小批量生产、航空航天、医疗植入物。
-
直接金属激光烧结
（图片来源网络，侵删）- 原理：与SLS类似，但专门用于金属粉末，激光将金属粉末完全熔化，形成致密的金属零件，打印完成后，需要去除未熔化的粉末并进行后处理（如热处理、表面抛光）。
- 优点：能直接制造出高强度的金属零件,是工业级制造的重要技术。
- 应用：汽车零件、航空航天部件、模具制造。
第四步：后处理
打印完成的物体通常还不是最终成品,需要进行一些后续处理。
- 去除支撑：对于FDM和SLA打印的物体,需要手动或用工具去除打印过程中生成的支撑结构。
- 清洗：SLA打印的物体表面会残留未固化的树脂,需要用酒精等清洗剂进行清洗。
- 打磨与抛光：去除层纹，使表面更光滑，对于金属件，可能需要进行喷砂、抛光等处理。
- 上色/上漆：根据需要为模型上色,使其更美观。
- 固化/烧结：SLA打印件可能需要放入紫外线固化箱中进行二次固化，以确保材料完全反应，SLS/SLM打印件需要进行热处理以消除内应力。
| 步骤 | 核心任务 | |
|---|---|---|
| 建模 | 创建或获取三维数字模型 | 3D建模软件, 三维扫描, STL文件 |
| 切片 | 将3D模型分解为2D层并生成打印路径 | 切片软件, G-code, 层高, 填充率 |
| 打印 | 逐层制造物理实体 | 增材制造, FDM, SLA, SLS, DMLS |
| 后处理 | 清理和修饰，得到最终成品 | 去除支撑, 打磨, 抛光, 固化 |
3D打印的基本原理就是“分层制造，逐层叠加”，它通过将一个复杂的三维问题分解为一系列简单的二维问题,从而极大地拓展了制造的边界和可能性。
