打印機發(fā)展歷史(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 的工作室。它位于中關(guān)村電腦賣場旁的一幢寫字樓內(nèi)，靠近電梯口的外間大屋被分隔成幾個小的辦公區(qū)域，分配給不同的項目，里側(cè)的小屋則是一間完整的實驗室。兩間屋子之間的過道一角放著一個木制的機器人模型，頭上頂著寫有“創(chuàng)客空間”的牌子。 “有想法的時候就把它做出來” 王盛林的工作臺位于大屋的最里側(cè)，他的桌上擺放著一臺桌面級3D打印機，“這是2009年做的，那時候還沒有創(chuàng)客空間”。24的他是北京創(chuàng)客空間的創(chuàng)始人和負責人，臉上留著絡腮胡子，身著一身運動裝，散發(fā)著理想主義的氣息，但說起話來卻又不失穩(wěn)重。 大學期間，他學的是金融專業(yè)，卻做了很多與專業(yè)無關(guān)的事情：“做過服裝設計、拍過電影，搞過增強現(xiàn)實和多點觸摸桌——就是100寸的iPad，在烏克蘭教過書，去過全球30多個國家……我做這些就是覺得很好玩，這是一種生活方式”。 在他看來，創(chuàng)客精神的核心是去實現(xiàn)自己的想法：“中國人有很多想法，可能就是因為沒有時間、沒有場地、沒有同樣的一群人去把這些想法實現(xiàn)出來。Square的想法肯定很多人都想過，但為什么都不去做呢？我覺得這是生活方式和文化習慣的問題，所以我就希望有個地方讓大家慢慢接受這種生活方式，有想法的時候就把它做出來。” 這個王盛林口中的“公開的實驗室”成立于2011年，在這里，創(chuàng)客們以會員形式加入，做著自己喜歡的項目；創(chuàng)客空間則除了提供場地，還能帶來投資者、銷售渠道等方面的資源。訪問其官網(wǎng)可以看到，這里進行過和正在進行中的項目包括3D打印機、3D掃描儀、概念電腦、Android機器人、多點觸摸桌、增強現(xiàn)實等；王盛林告訴記者，這里不時還會有移動互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)業(yè)者前來“駐扎”，和創(chuàng)客們共同開發(fā)產(chǎn)品。 背景各不相同的創(chuàng)客們相互協(xié)作，并通過交流碰撞思想，產(chǎn)生了不少新奇的想法，也推動了項目的發(fā)展。王盛林舉例說，他們正在開發(fā)的一個3D打印機便是受到了一位設計師的啟發(fā)；而在項目的進行過程中，機械、電子、藝術(shù)設計、計算機等背景的員工都是不可缺少的，“有的項目還需要學歷史、心理學、社會學的人”。 開源硬件助推個人3D打印機 據(jù)王盛林介紹，這里的3D打印機都是在Makerbot公司的開源圖紙基礎(chǔ)上改進完成的，“快則兩個月，慢則半年”，再交由深圳的工廠生產(chǎn)。“Makerbot最初只有三個人，設計出的打印機也很不成型，但他們將圖紙發(fā)到網(wǎng)上，供世界各地的創(chuàng)客們使用，而創(chuàng)客們也對他們的圖紙做了很多改進，并將問題及更新匯總給Makerbot。” 在他看來，開源硬件對于個人打印機的發(fā)展起到了很大的推動作用，“它加速了進程，否則僅憑3個人不可能做出如此受歡迎的個人3D打印機，市場上將只有3D Systems那些大公司”。在使用Makerbot的圖紙的同時，這里的創(chuàng)客們也提交了一些自己的改進方案，“這樣大家就不會做很多重復的研究”。 與開源軟件不同，開源硬件沒有受到盈利問題的困擾：“牽涉到硬件，必須是去賣的，你不賣別人是沒法獲取的，所以它天生就具備商業(yè)模式。”王盛林透露，目前他們開發(fā)的3D打印機已經(jīng)做出了約100臺：“一部分拿去賣，一部分用來辦活動，教人們怎么使用、維護3D打印機。”他們的3D打印機大多基于FDM技術(shù)，除了針對原型圖紙進行優(yōu)化，他們還力求降低成本；目前他們正在開發(fā)一臺能打印金屬的產(chǎn)品，并已經(jīng)獲得投資：“市場上要100萬元以上，我們能做到幾萬元。” 一段時間的交流之后，記者跟隨王盛林來到小屋參觀他們剛剛開發(fā)完成的一臺3D打印機。屋內(nèi)凌亂地擺放著各種工具、零部件和圖紙，兩位創(chuàng)客正在緊張的忙碌著：“項目進行時，我們會7*24小時呆在這里。”一張桌子上擺著一臺“個頭”較高的3D打印機，其獨特之處在于它的噴頭被固定在三個可在垂直方向移動的吊臂上；在水平方向，三個吊臂可以將噴頭移動到平面上的任何一個位置。“很酷吧？傳統(tǒng)的3D打印機打直角比較好，打圓效果就差一點；它打圓的效果也很棒，而且速度很快。” 在王盛林看來，個人3D打印機是過去一年3D打印成為全球科技業(yè)焦點的重要因素；而在未來，消費級產(chǎn)品也是引爆這個行業(yè)的關(guān)鍵：“如果未來出現(xiàn)巨大的變革，肯定跟工業(yè)沒多大關(guān)系，因為和工業(yè)有關(guān)系的已經(jīng)出現(xiàn)了30年了；只有面向個人的才是新東西。”3D打印機結(jié)構(gòu)分析 和通常我們見到的打印機一樣，3D打印機也是由控制電路、驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)處理電路、電源及輸入輸出模塊這幾個部分構(gòu)成。我們在重慶大學自動化學院羅克韋爾實驗室將閃鑄AdventurerⅢ3D打印機拆解開來，對其主要元器件逐個進行分析。 從外觀來看，采用FDM熔融層積成型技術(shù)面相的個人消費者的3D打印機的結(jié)構(gòu)并不復雜，甚至有點簡陋，不過也正是這樣的原因才能夠?qū)?D打印機的價格從幾萬甚至幾十萬美元降低到幾千元人民幣。目前，消費級的3D打印機主要都由PC電源、主控電路、步進電機及控制電路、高溫噴頭和工件輸出基板這幾個部分組成，外面用木板來固定，采用非密閉式鑄模平臺。我們測試的這款閃鑄AdventurerⅢ3D打印機相對比較高端，不僅能夠通過USB連接線連接電腦進行打印控制，還能夠插入儲存有3D模型文件的SD卡，通過LCD打印控制界面來進行控制打印。 我們可以看到其核心是一塊采用ATmega128016AU（16MHz）8位AVR微處理器的主電路板，通過這塊主電路板將處理后的3D模型文件轉(zhuǎn)換成X、Y、Z軸和噴頭供料的步進電機數(shù)據(jù)，交給4個步進電機控制電路進行控制，然后讓步進電機控制電路控制工件輸出基板的XY平面移動、噴頭的垂直移動和噴頭供料的速度，比較精確地讓高溫噴頭將原料（ABS塑料絲）融化后一層一層地噴在工件輸出基板上，形成最終的實體模型。 從硬件結(jié)構(gòu)上來說，閃鑄AdventurerⅢ3D打印機并不復雜，成本也并不是太高，據(jù)重慶大學自動化學院副院長林景棟教授介紹其主控制電路成本也就100元左右，一套步進電機和控制電路的成本也在100元左右，可加熱的工件輸出基板和噴頭成本也不是太高。在得知它配備的航嘉磐石355電源售價超過200元后，自動化學院的廖孝勇老師笑著對我們說，這個電源可能是這款打印機里面硬件成本最高的配件。工作中的閃鑄AdventurerⅢ3D打印機，其X軸和Y軸采用皮帶傳動，Z軸為精度更高的螺桿傳動，左側(cè)的白色塑料絲就是3D打印的原材料℃的高溫噴頭，步進電機控制高溫噴頭將融化后的ABS塑料絲噴在110℃輸出基板上，將輸出模型的底板固定，然后開始逐層打印閃鑄AdventurerⅢ3D打印機由主電路板、4個步進電機控制電路板、1個噴頭控制電路板構(gòu)成主電路板采用標準的PC電源接口，所有步進電機控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號都由主電路板發(fā)出以ATmega128016AU8位AVR微處理器為核心的主電路板單芯片的步進電機控制電路，結(jié)構(gòu)也非常簡單實測3D打印機 我們通過一系列模型的實地打印來測試閃鑄AdventurerⅢ3D打印機的打印效果、精細度、打印時間及工作噪音。首先打印的是結(jié)構(gòu)非常簡單的玩具小豬模型，然后打印結(jié)構(gòu)和表面紋理略為復雜的冰激凌模型，最后打印結(jié)構(gòu)和表面紋理相當復雜的雕塑。閃鑄AdventurerⅢ3D打印機性能參數(shù)表特征定位精度層厚～mm打印精度垂直構(gòu)建速度15cm3/h構(gòu)建尺寸120mm120mm115mm材料材料種類ABS／PLA細絲材料顏色12色材料規(guī)格規(guī)格打印頭數(shù)量1個最大溫度控制260℃設備尺寸30cm30cm40cm設備重量電源要求220V交流輸入，功率350W打印文件格式STL文件操作系統(tǒng)WindowsXP／Vista／Linux、MacOX 實際上，采用FDM熔融層積成型技術(shù)的3D打印機操作還是非常簡單的，導入畫好的3D模型（當然，現(xiàn)在網(wǎng)絡上也有不少現(xiàn)成的模型文件提供下載），選擇合適的大小比例，生成G代碼后即可進行打印。由于閃鑄AdventurerⅢ，（追求最高精度的話，）設置不同的填充率進行打印測試。 從打印成品模型來看，打印出的產(chǎn)品和輸入的3D模型的吻合度還是非常高的，基本上能夠達到打印產(chǎn)品的目的。不過從打印的精細度來看，各打印模型的精度并不是特別高，肉眼可見明顯的分層，通過這款打印機打印出的模型只適合遠觀，而不可“褻玩”。對于這類打印機打印出的產(chǎn)品，我們還是建議在模型打印完成后對邊沿進行打磨，只有這樣才能夠進一步提高打印模型的外表面精度。 由于其打印速度為15cm3/h，因此填充率稍高的模型打印時間都會相當長，填充率15％的冰激凌打印時間為1小時5分，而高度為8cm，填充率為40％的雕塑打印時間長達3小時28分，只有空心的模型玩具豬打印時間最短，22分鐘即可打印完成。雖然從打印時間來看，耗時相當長，不過若要通過其他方式來構(gòu)建模型花的時間可能更長，所以相對來說打印速度還是不錯的。 由于閃鑄AdventurerⅢ3D打印機擁有4個步進電機，采用的還是PC電源，因此其工作噪音相當大，單層打印時，工作噪音在65dB，而一旦噴頭在Z軸方向開始移動，噪音就提升到80dB以上，還好Z軸方向的移動要待每一層打印完畢才會發(fā)生，否則光是打印噪音就能讓用戶崩潰。 另外，由于閃鑄AdventurerⅢ3D打印機采用的時單噴頭，無法噴出支撐料，因此在打印某些缺乏支撐的部分會出現(xiàn)鏤空或形變，也就是說對于這類打印機來說，并不是什么形狀的模型都能夠打印的。如果需要打印有缺乏支撐部分的模型必須要使用雙噴頭的3D打印機，一個噴頭噴出鑄模材料，而另一個噴頭則噴出可溶性的支撐料，再打印結(jié)束后，通過溶解液將支撐料溶解，才能得到最終的模型。打印開始前，生成G代碼時可選擇層高、填充率和進給速度，通過調(diào)整這些參數(shù)能夠部分提高打印精度。高度為8cm的雕塑，預計打印時間長達3小時20分，實際打印時間為3小時28分打印模型前，首先需要打印模型的底板，以保證模型能夠穩(wěn)穩(wěn)地粘在基板上，否則會因為模型移動而導致大印失敗打印完成后，基板會移動到打印機邊沿，待基板冷卻后模型即可取下打印作品分析實際打印作品空心的玩具豬模型，由于填充率較小，內(nèi)部缺乏支撐，玩具豬的頭部不能封閉，有多個缺口填充率15％的冰激凌模型，由于結(jié)構(gòu)比較簡單，打印精度要求不高，“蛋筒”部分的菱形紋路和上半部冰激凌的螺旋狀層疊比較清楚填充率40％的人像雕塑，外觀和和模型文件基本吻合，精細度明顯不夠，只有通過后期的打磨才能讓它的表面變得光滑立體的“電腦報”三個字算是打印難度較低的模型，精度要求也并不太高，打印效果還是相當不錯的工業(yè)級3D打印機打印作品整體結(jié)構(gòu)相當復雜的模型，必須加注支撐料，否則各懸空部分均無法完成，從打印精度來看，其精細程度明顯超過我們測試的閃鑄AdventurerⅢ3D打印機這種消費級3D打印機整體結(jié)構(gòu)非常復雜的模型，需要大量的支撐料，而且對精度要求極高，從實際效果來看，這至少是數(shù)十萬元級的工業(yè)級3D打印機打印出來的產(chǎn)品，目前個人用的消費級3D打印機完全無法打印這類模型工程師總結(jié)王宇消費級3D打印未成熟 從我們測試閃鑄AdventurerⅢ3D打印機這款消費級3D打印機來看，這類3D打印機打印能夠打印外形不是特別復雜的模型，但耗時較長，模型精細化程度相對較低，只能滿足部分個人設計師和模型愛好者的使用需求，并不能真正達到精細化制造的水平。當然，其售價不高，打印耗材的成本也比較低，打印模型還是比較方便的，如果對模型的精度要求不高，或者有能力通過后期的手工打磨來提升模型精度，那么這樣的消費級3D打印機不失為一個選擇。對于動手能力不強的普通用戶來說，由于并不具備購買工業(yè)級高精度