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       隨著10萬多日元的低價格機型亮相，3D打印機已經(jīng)成為非常貼近生活的設(shè)備。今后，制造業(yè)也許會迎來“設(shè)計人員人手一臺（3D打印機）”的時代。不過，與已經(jīng)普及的家用噴墨打印機不同，3D打印機需要進(jìn)行一定程度的事前準(zhǔn)備和事后處理，模型的品質(zhì)也會因設(shè)置而異。筆者親自試用了3D打印機，下面就來介紹一下。

　　首先用樣本數(shù)據(jù)造型

　　筆者此次挑戰(zhàn)的是美國3D Systems公司的“CubeX”（圖1）。CubeX是2013年6月剛剛在日本上市的新產(chǎn)品，售價約為40萬～50萬日元，個人購買的話并不算便宜，但訂購者依然很多。筆者從3D Systems的銷售代理商之一的武藤工業(yè)公司借來了實機，用3D打印機制作了模型。

圖1：筆者試用的3D打印機“CubeX”

　　從包裝中取出打印機后要做一些準(zhǔn)備工作，比如去掉防止產(chǎn)品在運輸途中損壞的緩沖材料、安裝材料墨盒和造型臺（放置模型的板）等部件。該產(chǎn)品附帶工具箱，準(zhǔn)備工作中有不少都需要使用工具（圖2）。

圖2：附帶的工具 不僅有從造型臺上剝離模型和切斷線材的造型工序要使用工具，

設(shè)備的調(diào)整等也必須要使用工具。

　　制作模型必須要有3D數(shù)據(jù)。附帶的U盤中保存了很多測試數(shù)據(jù)，筆者首先試制了其中之一（螺旋槳）。尺寸為直徑約34mm，高約29mm。

測試數(shù)據(jù)以STL格式保存，3D打印機無法直接讀取，必須轉(zhuǎn)換為控制機器動作的代碼。因此，在個人電腦上安裝附帶的轉(zhuǎn)換軟件后啟動軟件，讀取目標(biāo)STL文件。U盤中有安裝程序。還可以從3D Systems公司的網(wǎng)站“Cubify”下載。

　　之后，就能在屏幕上看到一個放在與造型臺形狀相同的臺子上的紅色的3D模型（圖3）。方向和位置可以自動調(diào)整，想改變方向、位置以及尺寸時，利用位于界面上部的菜單進(jìn)行平行移動、旋轉(zhuǎn)、放大或縮小即可。

圖3：轉(zhuǎn)換軟件的界面 讀取STL文件，設(shè)置使用的材料和層厚等條件后，

就會生成控制3D打印機的文件。

　　如果方向和尺寸沒有問題，點擊“Build”按鈕，會彈出一個窗口。在彈出的窗口中選擇層厚、密度、是否帶底座（raft）、材料等。筆者此次選擇的是層厚為0.1mm，密度為最高級別的4級、不帶底座。

　　設(shè)置完成后，點擊彈出式窗口右下方的“Build”按鈕，就會通過STL數(shù)據(jù)根據(jù)剛剛設(shè)定的條件計算模型截面形狀，然后轉(zhuǎn)換成控制實際打印頭動作的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)以擴(kuò)展名為“.cubex”的印刷文件的形式被保存到U盤中。 STL數(shù)據(jù)只具備表示3D形狀表面（邊界）的信息。要想運行3D打印機，在把3D形狀作為截面形狀（切片數(shù)據(jù)）的集合體表現(xiàn)的同時，還需要其他信息，比如如何用材料填充各截面形狀等。具體來說就是以何種路徑和速度驅(qū)動噴頭，如何控制噴出時的樹脂溫度和噴出量等。

　　開始造型

　　把準(zhǔn)備好的U盤插入3D打印機機身前面左下方的插口，然后選擇目標(biāo)文件就開始造型了，不過在此之前還需要一項準(zhǔn)備工作，那就是為了使第一層樹脂粘牢，用附帶的膠棒在造型臺上涂一層膠。之前轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時已經(jīng)顯示了在造型臺上的哪個位置制作模型，因此只需在大概的位置上涂抹差不多的范圍即可。

　　完成造型臺的準(zhǔn)備后，在裝置前面上部的觸摸面板上，從“Print”菜單選擇目標(biāo)文件就開始造型了。噴頭的溫度慢慢上升到目標(biāo)溫度后，噴頭就會移動到造型區(qū)，一點一點層積紅色樹脂（圖4）。

圖4：開始造型的3D打印機（俯視圖） 中央為噴頭部分，噴頭可前后左右移動。筆者此次設(shè)置的是最小層厚、最大密度，因此造型用了約1個半小時。圖5是以大約10分鐘為間隔拍攝的模型層積的過程。噴頭基本上是先形成截面形狀的輪廓線，然后再全面填涂其內(nèi)部。截面面積小的話，打印一層所需的時間也較少。

圖5：正在層積的模型 以大約10分鐘為間隔拍攝，可以看出在逐步層積。

　　在剛剛開始造型時（底部）和即將結(jié)束造型時（頂部），噴頭的動作比較有特點。打印底部時，可能是為了與造型臺貼緊，溫度較高。然后暫時移開噴頭，等溫度稍微降低再繼續(xù)打印。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　打印頂端時，每制作一層就要移開一次噴頭。這可能是因為截面面積小、剛剛噴出的樹脂的溫度還沒有降下來，所以要等一會兒再打印下一層。

　　從造型臺上取下模型

　　制作完成后，造型臺向下移動，然后停止工作。把固定有模型的造型臺從打印機上卸下，準(zhǔn)備分離模型（圖6）。雖然取決于造型臺與模型的接觸面積以及用膠棒涂膠的方法，不過有時用手就能輕松取下來。但如果強行用手掰，會損壞好不容易制作的模型。

圖6：從造型臺上剝離模型 用金屬刮刀插入造型臺與模型之間，取下模型。

如果粘的比較牢固，一邊用溫水溶解粘合劑一邊剝離會比較容易。

筆者此次謹(jǐn)慎行事，用附帶的刮刀來分離模型。把工具頂端插入造型臺與模型之間，慢慢向里推，到差不多的位置就能輕松取下來。如果用力過大，模型在離開粘接面的瞬間會趁勢飛出去，所以需要注意。

　　使用手冊中推薦的模型分離方法為，把整個造型臺浸入溫水中使膠溶解，然后再用工具鏟。還有就是，每次完成造型后，都要用水清洗造型臺上殘留的膠（圖7），這個工作并不麻煩。

圖7：用溫水清洗造型臺 造型后，把造型臺表面附著的膠水沖洗干凈。

只需用溫水沖洗并用手輕輕擦拭就能輕松去除。

　　試著改變層厚

　　通過以上步驟完成的模型雖然頂端部分的形狀看起來像是有點損壞，但基本上如實再現(xiàn)了3D模型數(shù)據(jù)。螺旋狀的葉片有懸空的部分，但沒有支撐也能完成造型。接下來，筆者試著改變造型條件，繼續(xù)制作同一模型（圖8）。這次把層厚由之前的0.1mm擴(kuò)大到了0.5mm。

圖8：以不同層厚制作的同一模型 左側(cè)是以0.1mm的層厚制作的模型，

右側(cè)是以0.5mm的厚度制作的。

　　乍一看感覺形狀基本相同，但仔細(xì)看就會發(fā)現(xiàn)層厚為0.5mm的模型的積層間隔變大了，頂部的再現(xiàn)性也不如層厚為0.1mm的模型，但造型時間由約一個半小時大幅縮短到了16分鐘。在設(shè)定中還可以選擇0.25mm的層厚，選擇哪種層厚取決于想以何種精度和再現(xiàn)性制作什么樣的形狀，要求用戶具備一定的經(jīng)驗。

　　制作自創(chuàng)的形狀

　　只根據(jù)樣本數(shù)據(jù)制作模型太乏味了，于是筆者決定制作自創(chuàng)的形狀。CubeX附帶3D建模軟件“Cubify Invent”，可以從零開始制作3D模型，不過這需要具備一些建模知識。筆者試著挑戰(zhàn)了一下，無奈怎么也做不好，只好放棄制作完全獨創(chuàng)的形狀。

　　于是，筆者決定利用“Cubify”網(wǎng)站上公開的用來制作3D模型數(shù)據(jù)的Web應(yīng)用。具體來說，就是定制行李牌的應(yīng)用。在保存數(shù)據(jù)之前的階段任何人都可以自由使用，但保存數(shù)據(jù)時需要登錄Cubify。選擇基本形狀后，在上面追加各種裝飾。

　　基本形狀筆者選擇了傳統(tǒng)的長方形，在上面添加了字母“NIKKEI MONOZUKURI”（圖9）。雖然可以選擇文字大小，但由于范圍有限，無法將“MONOZUKURI”放在一行，只好改為兩行。將該數(shù)據(jù)保存為STL格式，用前面提到的轉(zhuǎn)換軟件讀取，接下來就是用3D打印機打?。▓D10）。

圖9：可制作3D模型的Web應(yīng)用 可以在該應(yīng)用準(zhǔn)備的形狀上自由配置文字等。

圖10：制作完成的原創(chuàng)行李牌 “NIKKEI MONOZUKURI”的文字部分也基本準(zhǔn)確地完成了造型。

　　字母部分也制作得相當(dāng)清晰，而且充分確保了文字間的間隙。實際上，照片中的行李牌是在轉(zhuǎn)換軟件讀取了STL文件后，把尺寸放大了1倍制作的，即把長50×寬25×厚4.5mm放大為長00×寬50×厚9mm。

　　筆者開始是按照STL文件直接制作，但發(fā)現(xiàn)文字部分模糊不清。把層厚改為0.1mm后依然如此，看來，分別考慮造型臺平行方向（XY方向）的分辨率與積層方向（Z方向）的分辨率比較好。#p#分頁標(biāo)題#e#

慎重調(diào)整

　　筆者不斷改變設(shè)置條件進(jìn)行了多次嘗試，觀察其中的差異，造型失敗的次數(shù)也不少?；仡櫾煨褪〉睦?，筆者覺得關(guān)鍵在于噴頭的移動平面與造型臺的平行度，以及造型臺與噴嘴之間間隔的調(diào)整。雖然使用手冊中寫著要在最初做這些調(diào)整，但經(jīng)歷失敗后才切身體會到了調(diào)整的重要性。

　　首先是噴頭的移動平面與造型臺的平行度。噴嘴在XY方向移動時，要保持造型臺表面與噴頭（噴嘴頂端）之間的間距不變。如果這項調(diào)整失敗，截面形狀不同位置處的厚度就會不一樣。

　　3D打印機配備了確認(rèn)該平行度的功能。在觸摸面板中選擇這項功能后，噴頭部分會移動到造型臺的四角停一會兒再移動到下一個角。停下時用戶可觀察噴頭在四角與造型臺之間的間距，確認(rèn)是否傾斜。如果傾斜，轉(zhuǎn)動支撐造型臺的螺栓進(jìn)行調(diào)整即可。

　　水平方向調(diào)整好后，再對造型臺與噴頭部分之間的間隔進(jìn)行微調(diào)。如果間隔過大，第一層樹脂無法固定在造型臺上，導(dǎo)致造型無法繼續(xù)，而間隔過小，噴嘴頂端會碰到好不容易造型好的樹脂上。

　　這項調(diào)整通過手動上下移動3D打印機的造型臺即可完成。首先慢慢抬高造型臺，在剛剛接觸噴頭時停下來。然后使造型臺降低0.1mm，確保二者之間的間隔。

　　當(dāng)然，筆者此次也先進(jìn)行了這項調(diào)整，但好像做的有點不到位。實際上，筆者在嘗試的過程中多次遇到問題，比如第一層的材料沒有落到造型臺上、層積好的樹脂被噴頭碰到損壞，等等。

　　由于是在這樣的“艱苦奮戰(zhàn)”下體驗的，因此最初計劃的造型未能全部完成。其實，筆者還準(zhǔn)備了鑰匙扣的3D掃描數(shù)據(jù)，但因過于復(fù)雜，而筆者只是個初學(xué)者，最后不得不放棄。去除支撐體的作業(yè)也是筆者想挑戰(zhàn)的項目之一。

　　雖然條件設(shè)置并不復(fù)雜，但設(shè)備的調(diào)整等會大大影響到造型能否成功以及品質(zhì)高低。通過此次體驗，筆者覺得3D打印機必須積累豐富的經(jīng)驗才能熟練使用。