如何选择合适的3D打印机

成本，质量，功能和材料要求的因素有助于缩小该领域。

Phil Hutchinson |元素14社区
3D打印过程提供电子工程师，这是加快创新的好方法。早期采用者，如航空航天和国防行业已经长期使用3D印刷，用于快速概念建模，元件原型制作和终端产品的生产，没有恒定的制造线路。

虽然该技术已经存在近三十年，但最近的进步使3D打印机更具吸引力的投资。三维打印机现在比以往任何时候都更实惠，一些入门级打印机费用低于200美元。选项已乘以3D打印机制造商的数量，即2014年至2018年至2018年至今的大约120年。此外，印刷的质量和速度有所改善，可提供各种各样的3D可打印材料。我们也开始看到3D印刷电路的出现。根据安永和年轻的研究，电子产品的印刷可能会降低原型时间为63％。

融合沉积建模（FDM）3D打印机，来自Stratrasys的F120，使小于中等大小的设计公司容易提供可靠，可重复和工业级的技术。这款3D打印机支持从快速原型制作和工具到完全制造的所有内容。

对于许多工程师来说，使用3D打印服务比直接购买3D打印机更有意义。但无论他们如何参与3D打印，工程师应该仔细评估成本、质量、功能和材料要求，以确保他们使用最好的3D打印机满足他们的需求。

选择右3D打印机的第一步是了解使用哪种3D打印技术。两个更突出的类型是熔丝灯丝制造（FFF） - 也称为长丝沉积制造（FDM）或熔融聚合物沉积（MPD） - 和立体光刻（SL），其使用激光或数字光处理（DLP）树脂打印机。

FFF打印机使用通过加热的移动头部进料的热塑性材料细丝，其在塑料层上挤出层的移动基座上，从而降低每层沉积的。它是桌面3D打印机中最常用的技术，因此，FFF往往是价格实惠的，易于使用，而且相对迅速。

在缺点方面，FFF打印机可以比其他类型的3D打印机更准确地打印，可能是需要紧密宽容的项目的问题。FFF打印机还倾向于需要更多的调整和维护，以使其正常运行，并且该技术对温度的变化敏感。

关于准确性的指出是许多3D打印机制造商不会为其机器发布准确性图。原因是，若干操作因素可以影响包括打印机的机械的实现精度，打印的特定材料，以及在打印期间使用的工艺参数（例如每层的厚度，温度，挤出材料的打印机是如此在惰性气体环境中，等等）。也就是说，已发表的报告将FFF打印机的准确性放置在大于±0.5毫米的FFF打印机。

碳提供了立体凝视（SL）的异常变化。通过化学，碳夹过程延迟了一部分的固化，足以消除与SL部件共同的典型阶梯效果并加快构建过程。

SL打印机(通常称为树脂打印机)使用发光设备(激光或DLP)将液体光聚合树脂或粉末床中的部分熔合在一起。一束激光扫过材料表面，以绘制出计算机模型提供的3D设计，随着部分逐渐降低，而叶片用树脂重新覆盖结构的顶部。

还可以通过具有透明底部的VAT打印对象自下而上。在此，当施加部分时，激光通过VAT的底部射出。这种方法是桌面SL设备的典型。

立体镀术的大优势是其更精确的精度和更高的细节，使其更好地选择需要更复杂的几何形状和更顺畅，更逼真的饰面。（已发布的报告为桌面型号±0.01毫米，±0.10 mm的工业SL机器的最佳尺寸精度。）SL打印机也适用于更小的项目和需要高清晰度的大型项目。而FFF打印机通常是快速的，而SL打印机则更快。

但这些优势以价格为例。SL打印机的成本更高（通常在1,000美元 - $ 10,000范围内），也有更多的材料可用。用热塑性树脂或粉末材料生产的产品往往是脆弱的。

在选择3D打印机时，材料是另一个重要的考虑因素。对于3D印刷的各种材料广泛变化，甚至跨越食用（包括巧克力，糖和煎饼）和建筑级（与用挤压混凝土打印的房屋3D）。

工程师们将需要对更传统的材料进行设计评估。

聚乳酸或聚乳糖（PLA）：对于FFF打印机，聚乳酸或聚乳糖剂（PLA）是最广泛使用的热塑性材料之一，因为它是生物降解的并且来自玉米和甘蔗等天然资源。这是一个良好的候选人，用于快速原型想法，形成形式和美学是最重要的考虑因素。PLA还具有足够高的抗拉强度，以使其耐翘起。（每个ASTM D638测试方法，73°F的典型拉伸强度为129k至529k psi。）

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)是另一种广泛应用于FFF打印机的热塑性聚合物。ABS印刷产品往往具有良好的弯曲强度(平均约为10 kpsi)和优越的机械性能，这使ABS成为一个很好的候选人，如果担心断裂。它也适用于高温应用，因为它的结构完整性能够承受不断上升的温度。(挠度温度可超过220°F.)

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETG）是食品安全应用的候选者。它通常用于制作水瓶，食物容器和类似的塑料制品，因为它不会吸水。它具有强大的机械性能（拉伸强度可以平均约5.6 ksi），但对于初学者来说可能是挑战的，因为它对工艺温度有意义，并且通常需要大量微调挤出喷嘴。

尼龙：对于需要更大的强度和耐久性的应用，尼龙是一种受欢迎的选择。尼龙强壮，非常灵活，非常适合移动，高冲击或研磨部件应用。其强度部分地源于其高熔点温度，但尼龙可以在其熔化状态下有毒。尼龙也不适用于涉及水分或湿度的应用。

热塑性弹性体（TPE）是柔韧性问题时是最喜欢的材料。与橡胶一样，TPE导致更具弹性和可拉伸的产品，但它的柔软性和弹性使得它适合的应用的广度极为限制。

树脂或粉末熔合SL打印机的材料通常在购买时考虑到更集中的应用，这影响了应该使用什么样的树脂和粉末。这些材料和打印机往往比消费者水平的3D技术更高端。树脂有五种基本类型——标准树脂(用于低预算项目)、灰色树脂(用于光滑饰面)、长毛树脂(用于大型印刷品)、透明树脂(用于透明表面)和高细节树脂(用于更复杂的几何图形)。

聚合物粉末用于激光烧结，高功率激光将聚合物的微小颗粒熔合在一起形成三维物体。粉末是需要高性能塑料，金属浸渍，或要求橡胶的柔韧性与塑料的强度的项目的候选者。

其他考虑因素

填充是一个重要的材料考虑因素，并用作3D打印模型中的空空间的“填充物”。填充产生重复结构（如蜂窝），其图案和密度影响模型强度和重量 - 没有它，许多模型将太脆弱。由于填充有许多尺寸和模式，工程师必须确定其模型的合适组合 - 密度越高，打印越大，更强。

类似地，一些3D模型需要在打印完成后必须删除的空白区域内的支撑结构。两种塑料通常用作支撑材料:聚乙烯醇(PVA)和高冲击性聚苯乙烯(HIPS)。PVA是水溶性的，相对容易去除，但如果储存和处理不当，它对温度和湿度的敏感性会使其化学性质不稳定，导致挤出机堵塞。HIPS没有这个问题，但是它不容易去除，需要使用柠檬烯，而柠檬烯存在于家庭清洁剂和食品调味产品中。

工程师还应考虑模型支持结构和悬垂。许多模型需要一个支持结构，该结构将通过图层挤出模型层。这些支撑结构可以影响成品模型的外观，通常留下粗糙的区域和瑕疵，需要通过表面精加工去除。支持的存在很重要，因为它会影响模型的稳定性和材料成本。具有悬垂（或桥梁）的模型，没有任何支持它可能需要支撑结构，但如果悬垂倾斜以45°角或更小。对于桥梁，拇指的规则是少于5毫米的任何东西，可能不会需要支持结构。

用于打印模型的准备需要选择正确的Slicer：生成打印机后面指令的软件。Sliacer将CAD绘制转换为几何可打印代码，基本上将3D模型切成了将打印机挤出的单个薄层切片为模型呈现形状。有数百种切片的软件程序，其中许多都是免费的。In making a choice, engineers should consider which operating system the package supports, supported file formats (e.g. STL, OBJ, X3D or 3MF), integration with CAD software, cloud- or desktop-based, 3D printer compatibility, open source vs. proprietary, infill options and support control.

那么哪种3D打印机更适合你呢?记录成本、质量、功能和材料要求等因素，缩小范围，确保正确选择。DW