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从3D建模到3D打印

摘要：3D打印（3DPrinting）技术作为快速成型领域的一种新兴技术，目前正成为一股

迅猛发展的潮流。本文先解释了3D打印的概念，然后分析了3D打印的原理，总结了几种

典型的3D打印的技术，介绍了3D打印在生物组织中的应用，最后分析了3D打印技术未来

的发展趋势。

关键词：3D打印3D打印原理3D打印技术3D打印应用

1.引言

“3D打印”学术名称为“快速原型制造”。3D打印技术最早起源可以追溯到1984年，

3D打印技术的创始人查尔斯·W·赫尔就定义了专利术语“Stereolithography”即“立体光

刻造型技术”。通俗的说法就是“系统通过创建多个截面的方式生成三维物体对象”。只不过

在最近才因为材料、工艺、成本等原因被从行业边缘拉回了主流市场。自美国Stratasys公

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司于1992首台商用3D打印机问世以来，该技术的发展之快令世界始料未及。目前，3D

打印(3DPrinting)技术作为快速成型领域的新宠，正成为一种迅猛发展的潮流。

3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统

的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造(AM，AdditiveManufacturing)。作为一种综

合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学

等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是

集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控

系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软

件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。经过十多年的探索和发展，3D打印技术有了长

足的进步，目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。目前国际上

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较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。

与传统技术相比，3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从

计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而大幅缩短生产周期、提高生产效率。目前，3D

打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域

传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之

外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空

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间。

2.3D打印原理

3D打印技术与激光成型技术基本上是一样的。其基本原理是根据“分层制造、逐层叠加”

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的制造思想。首先收集到相关对象的三维结构信息，将数据建模，即运用计算机设计出所

需零件的三维模型，然后再根据工艺需求，按照一定规律将该模型离散为一系列有序的单位，

如图1所示，通常在z向将其按照一定的厚度进行离散，把原来的j维CAD模型变成一系列

的层片；，即一系列的二维层面数据；再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，然后系

统后自动生成数控代码。最后由成型一系列层片并自动将它们连接起来，最后得到一个三维

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物理实体。

图13D模型切片

其具体的工艺流程一般可分为三维建模、数据分割、打印、后处理四步(如图2所示)。

图23D打印工艺流程

1．三维建模

三维建模是3D打印的基础，即在打印之前需在三维软件中对所制作产品进行建模，因

此3D打印需计算机辅助设计(CAD)技术的参与。建模过程可使用AutoCAD、Pro-e、Solidworks

等主流软件完成，需注意的是在整个建模过程中产品尺寸要准确无误，打印机是严格根据这

些数据来控制产品最终外形的。

2．数据分割

在三维建模完成后，打印机