任何人都可以在家里自己打印文檔和照片，但使用3D打印機(jī)，我們可以通過一層一層薄薄的塑料打印出各種物件，例如一個(gè)榛子或者一個(gè)椰子。這實(shí)在是一種令人驚嘆的設(shè)備，讓人不得不對(duì)研發(fā)各種3D打印技術(shù)的發(fā)明者充滿了敬佩。但是新興的技術(shù)仍然充滿陷阱，為了幫助大家了解和選擇3D打印機(jī)，CHIP對(duì)現(xiàn)有3D打印機(jī)中有代表性的主要產(chǎn)品進(jìn)行了測(cè)試，并且在文章的最后部分通過一個(gè)實(shí)例，為大家介紹3D打印的具體過程。

此次測(cè)試包括6款價(jià)格在5700～19300元之間的3D打印機(jī)，其中由MakerBot、Sintermask、Pearl和iRapid制造的3D打印機(jī)已經(jīng)完全組裝好，可以輕松地投入使用。Ultimaker的設(shè)備則可以選擇預(yù)組裝或者自行安裝，自行安裝需要花費(fèi)一位很有經(jīng)驗(yàn)的CHIP測(cè)試工程師大約16h的時(shí)間。而這并不是最困難的，由一套精密零件組成的Velleman K8200需要的安裝時(shí)間要超過24h。在安裝期間，個(gè)別打印機(jī)已經(jīng)顯現(xiàn)出了一些可能影響打印質(zhì)量的問題，例如Ultimaker的導(dǎo)向桿有點(diǎn)太長(zhǎng)，因而在打印時(shí)容易出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象；Velleman的步進(jìn)電機(jī)角度存在問題，而且崎嶇不平的底座需要加一塊玻璃片來補(bǔ)救；由廠商組裝的MakerBot控制裝置搖搖欲墜，幸好并不影響打印的效果。而外觀方面，Velleman基本上是裸露的；Ultimaker雖然有一個(gè)外殼，但卻只是一個(gè)粗糙的膠合板箱子；而Pearl則像被裝在一個(gè)塑料盒中一樣。

日常使用中的差異

3D打印技術(shù)只有幾年的發(fā)展歷史，設(shè)備的操作難免仍比較復(fù)雜，打印出現(xiàn)錯(cuò)誤的幾率也相當(dāng)高。因而，用戶在每一次打印之前，都必須檢查和校準(zhǔn)打印機(jī)的打印臺(tái)等裝置，而要確保每一個(gè)用戶都能夠完成這項(xiàng)有一定技術(shù)難度的工作，優(yōu)化校準(zhǔn)設(shè)置的操作步驟非常重要。MakerBot的這項(xiàng)工作做得比較好，校準(zhǔn)需要調(diào)整的螺絲釘不超過3個(gè)，并且打印頭能夠自動(dòng)推進(jìn)到正確的位置，還能在顯示屏幕上提示需要的操作。Pearl和Fabbster的3D打印機(jī)校準(zhǔn)的過程也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不過，其他設(shè)備仍然需要手動(dòng)控制校準(zhǔn)點(diǎn)，調(diào)整多個(gè)螺絲釘，花費(fèi)超過半小時(shí)才能夠正確地進(jìn)行配置。最麻煩的則是Ultimaker，其基座的彈簧懸浮裝置需要經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整。

幾乎所有測(cè)試設(shè)備都使用很容易插入的打印材料，這種一卷卷的塑料絲（長(zhǎng)絲）大約2mm厚，通過導(dǎo)管和供料單元控制，最終鉆入打印頭。只有Fabbster是一個(gè)例外，它使用短棒形態(tài)的打印材料，必須單獨(dú)一根根地插入到供料器，在打印過程中這是一項(xiàng)非常麻煩的工作。不過，這種進(jìn)料方式也有其過人之處，那就是可以更精確地控制材料，在打印精細(xì)物品，例如我們測(cè)試的工件國(guó)際象棋子時(shí)，可以獲得較佳的效果。

3D打印機(jī)的操作設(shè)置都比較簡(jiǎn)單，測(cè)試中的設(shè)備沒有1個(gè)提供超過1個(gè)顯示屏和5個(gè)按鈕的。大部分的設(shè)置和操作都需要在電腦上通過軟件進(jìn)行配置。用戶可以從網(wǎng)上下載打印模型，也可以自己通過CAD軟件創(chuàng)建（參考3D打印機(jī)使用實(shí)例的部分），然后再將模型輸入到隨打印機(jī)提供的軟件中，軟件將把3D模型轉(zhuǎn)換成打印機(jī)的控制數(shù)據(jù)。在此期間，通常有幾個(gè)打印參數(shù)是需要我們進(jìn)行配置的，例如選擇打印質(zhì)量，決定打印機(jī)應(yīng)該將模型分解為多少層，分解的層數(shù)越多，打印的質(zhì)量會(huì)越精細(xì)。其次，我們還可以選擇是否需要?jiǎng)?chuàng)建支撐結(jié)構(gòu)以及是否需要填充工件的腔體。

MakerBot和Ultimaker的軟件相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是基本上足以應(yīng)付操作的需要。Velleman和iRapid使用開源的軟件RepetierHost，它提供了大量的設(shè)置，能夠更充分地發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)意，但使用起來難度也更大，需要進(jìn)行較多的實(shí)踐。Pearl的軟件使用起來則讓人非常糾結(jié)，計(jì)算切片的過程非常緩慢，特別是當(dāng)我們嘗試一次安排幾個(gè)模型進(jìn)行打印時(shí)。

品質(zhì)、打印速度和噪聲

最好能夠?qū)⒋蛴C(jī)的控制數(shù)據(jù)保存到SD卡上，然后在打印機(jī)上使用SD卡進(jìn)行打印。這是因?yàn)?D打印機(jī)在打印的過程中將產(chǎn)生噪音和排放氣味，可以的話我們應(yīng)該將其安裝在遠(yuǎn)離電腦并且通風(fēng)良好的房間中。對(duì)于測(cè)試中的大部分設(shè)備來說，這是一個(gè)很好的方案，只有Velleman和iRapid的設(shè)備例外，這兩個(gè)設(shè)備需要通過USB接口連接進(jìn)行打印。

在打印操作開始后，設(shè)備首先將加熱打印頭擠出裝置的噴嘴，這段時(shí)間有的設(shè)備只需要2min（Ultimaker），而有的設(shè)備需要近10min（Velleman）。接下來開始打印輸出，產(chǎn)生的噪音有的設(shè)備很響亮（Pearl），有的則沒那么響亮（Velleman）。理想的情況下，小工件大約10min或20min左右就可以完成打印，較大的工件則可能需要幾個(gè)小時(shí)。前提條件是打印過程不會(huì)因出現(xiàn)錯(cuò)誤而中斷，在我們開始測(cè)試時(shí)，發(fā)生錯(cuò)誤的機(jī)率高達(dá)50%。

錯(cuò)誤的原因是多種多樣的，最常見的問題是物體扭曲，從底部脫離出去。這種情況主要出現(xiàn)在使用沒有加熱印床的打印機(jī)上，又或者打印的工件實(shí)在太細(xì)膩，支撐結(jié)構(gòu)不是很足夠的情況下。兩種情況下打印頭擠出裝置可能出現(xiàn)問題，其一是打印頭擠出裝置的噴嘴存在氣泡或堵塞，又或者是塑料絲過于松散纏結(jié)在一起，導(dǎo)致打印材料在進(jìn)料過程被折斷。為了防止出現(xiàn)類似的錯(cuò)誤，在打印之前，特別是在打印較大的工件之前，我們需要精心準(zhǔn)備。我們需要校準(zhǔn)打印機(jī)，檢查進(jìn)料和清洗打印頭擠出裝置的噴嘴。當(dāng)我們開始找到感覺后，可以像制作一件工藝品那樣處理好每一個(gè)步驟，懂得根據(jù)不同的打印對(duì)象需求進(jìn)行相應(yīng)的微調(diào)，這樣將會(huì)把打印錯(cuò)誤率降低到約20%。

大多數(shù)打印機(jī)使用PLA為原料，這種乳酸基塑料的熔點(diǎn)為150℃～160℃，因?yàn)樗娜邳c(diǎn)比較低，打印有孔洞的工件時(shí)鉆孔部分不容易處理干凈，因而，有時(shí)候也需要使用其他替代材料，例如ABS。ABS的熔點(diǎn)較高，大約在220℃～250℃左右，這種材料的收縮比較高，因而，在溫度差異較大的環(huán)境中，打印的工件容易出現(xiàn)扭曲。因此，在使用ABS長(zhǎng)絲材料進(jìn)行打印的情況下，打印機(jī)應(yīng)配備可加熱的印床。這樣可以保持工件的溫度，待到整體打印完成后再均勻降溫。

結(jié)論

MakerBot Replicator 2操作起來最可靠并且打印的質(zhì)量最佳，此外，細(xì)節(jié)處理之完美也令人印象深刻。Ultimaker對(duì)于愛好者來說算是快速和性能良好的打印機(jī)，但它需要定期重新調(diào)整。Pearl則很適合初學(xué)者，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格也只需約6 500元，雖然略顯粗糙，但效果還是可以接受的。

3D打印實(shí)踐

打開3D打印機(jī)，然后進(jìn)行打印輸出——能像使用普通打印機(jī)一樣簡(jiǎn)單嗎？顯然不能，下面讓我們一起來看看如何使用3D打印機(jī)，或許參考這些步驟大家可以更輕松地開始使用它們。

準(zhǔn)備工作 以我們的測(cè)試工件“孔和柱”為例，我們將為大家展示如何設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)象，并使用Ultimaker的3D打印機(jī)將其打印出來。如果使用適當(dāng)?shù)能浖@并不是很困難的事情。首先，安裝SketchUp（www.sketchup.com），然后再下載SketchUp STL插件（extensions.sketchup.com/content/sketchup-stl）并通過“Windwos|Preferences|Extensions|Install Extensions”進(jìn)行安裝。

創(chuàng)建模型 在打開SketchUp后顯示的模板窗口中，選擇“Product Design and Woodwork - Millimeters”模板。該模板將顯示一個(gè)帶坐標(biāo)的3D空間，我們可以使用鼠標(biāo)滾輪放大和縮小顯示的空間，通過按下鼠標(biāo)滾輪旋轉(zhuǎn)3D空間，3D空間中紅軸顯示的是寬度，藍(lán)軸顯示的是高度，而綠軸顯示的是深度。我們首先需要?jiǎng)?chuàng)建測(cè)試工件模型底座的矩形體。

在工具欄中選擇“Rectangle”，接下來，在SketchUp的3D空間對(duì)象起點(diǎn)的位置單擊一下，然后在綠色和紅色坐標(biāo)之間的區(qū)域移動(dòng)鼠標(biāo)指針，在需要的位置單擊一下即可獲得一個(gè)矩形。不過，為了獲得一個(gè)精確大小的矩形，需要鍵入“110，40”，指定矩形的寬度為110mm、高度為40mm。接下來，選擇“Push/Pull”工具，單擊此前創(chuàng)建的矩形并向上拖動(dòng)，再鍵入“10”即可將2D的矩形通過推拉處理成一個(gè)3D的立方體，并指定厚度為10mm。

修改形狀 為了讓打印機(jī)展示其高精確度，我們需要為工件添加圓孔和圓柱。從工具欄上選擇“Circle”工具，在立方體上繪制圓。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行繪制，我們需要?jiǎng)?chuàng)建臨時(shí)輔助線，并使用測(cè)量尺以選擇好繪制的位置。在繪制的過程中，我們可以像創(chuàng)建立方體一樣，通過鍵入數(shù)字決定繪制的圓的半徑，也可以通過“Edit”菜單復(fù)制和粘貼已經(jīng)繪制好的圓。接下來，使用“Push/Pull”工具通過推拉繪制的圓，在立方體上創(chuàng)建圓孔和圓柱。

輸出到打印機(jī)軟件 在完成工件的模型后，單擊“File|Export STL”。如果沒有在菜單中找到該項(xiàng)，這意味著此前安裝STL插件的步驟失敗，需重新安裝（見步驟1）。選擇菜單項(xiàng)后在“Export entire model？”對(duì)話框中確認(rèn)，選擇“Export unit：Millimeters”并在“Export to DXF options”中選擇“stl”。

將模型存儲(chǔ)為“.stl”擴(kuò)展名的文件，然后在打印機(jī)軟件上通過“File|Load Model file...”選中存儲(chǔ)的文件以加載模型。在軟件中設(shè)置基本參數(shù)，如打印質(zhì)量和材料等，然后通過“File|Save GCode”存儲(chǔ)打印數(shù)據(jù)。如果需要更細(xì)致地進(jìn)行設(shè)置，則可以選擇“Expert|Switch to full settings...”修改更多打印設(shè)置，例如改變層的厚度，底層、頂層和腔體的填充比率以及打印速度和溫度等。完成所有設(shè)置后，存儲(chǔ)打印數(shù)據(jù)，并將“.gcode”文件拷貝到SD卡上。

整理底板 參閱打印機(jī)的說明，了解清楚打印機(jī)是否需要在底板上粘貼保護(hù)層。對(duì)于Ultimaker來說，為了確保打印頭不會(huì)熔掉有機(jī)玻璃板和便于取出工件，這項(xiàng)工作是必需的。在打印前拆下底板并粘上膠帶，注意對(duì)準(zhǔn)底板的邊緣，確保膠帶無間隙也無重疊。打印機(jī)提供的膠帶只有一卷，如果用完了，可以使用畫家作畫或噴漆時(shí)使用的遮蔽膠帶來代替。

校準(zhǔn)和對(duì)齊 每次打印之前，必須先檢查和校準(zhǔn)打印機(jī)，如果需要的話，則可以參考在線的Ultimaker校準(zhǔn)指南（wiki.ultimaker.com/Calibrate）。原則上，我們需要調(diào)整打印臺(tái)角上的4個(gè)螺栓，調(diào)準(zhǔn)打印頭等裝置的距離。接下來，將之前存儲(chǔ)打印數(shù)據(jù)的SD卡插入打印機(jī)，在控制器上選擇“Card menu”，在列出的“.gcode”文件中選擇我們準(zhǔn)備打印的一個(gè)文件開始打印操作。

修復(fù)錯(cuò)誤 明智的做法是在開始打印之后定期地檢查進(jìn)度，如果打印過程中出現(xiàn)任何問題，馬上取消打印操作。當(dāng)然，無論如何，在出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，工件基本已經(jīng)損壞。在我們的測(cè)試過程中，Ultimaker也經(jīng)歷了一些錯(cuò)誤，例如打印停止導(dǎo)致打印材料回流，與已加熱的塑料絲堵塞在一起。在這種情況下，我們必須從擠出器中取出所有材料，然后仔細(xì)清潔噴嘴。要解決各種錯(cuò)誤，可以參考制造商的網(wǎng)站，通過專門提供的錯(cuò)誤排除頁面確定打印錯(cuò)誤的原因，并嘗試修復(fù)錯(cuò)誤，再次嘗試打印。

加工工件 打印完成之后，使用薄刮刀從邊角入手，小心地取出工件。去掉突出的邊緣、輔助的支撐結(jié)構(gòu)和多余的絲線，再用細(xì)銼或砂紙打磨工件上的各種殘留物。然后可以使用家用油漆和涂料給工件上色，如果不了解某種家用油漆和涂料是否適合使用，則可以在之前打印錯(cuò)誤的廢工件上測(cè)試其相容性。

責(zé)任編輯：金雅文 收稿日期：2014-01-16

有些3D打印機(jī)需要自行組裝，Velleman K8200由數(shù)百個(gè)零件組成。

Velleman打印機(jī)的步進(jìn)電機(jī)是歪的，需要自己想辦法調(diào)整解決。

MakerBot打印臺(tái)校準(zhǔn)比較容易，只需要調(diào)整3個(gè)螺絲釘即可。

標(biāo)準(zhǔn)的打印材料是塑料絲，但Fabbster（右）則是操作比較繁瑣的塑料棒，但材料的計(jì)量可以更精確。

操作Pearl打印機(jī)只需要通過一個(gè)液晶顯示屏、一張SD卡和兩個(gè)按鈕即可。

MakerBot的軟件（上）相對(duì)簡(jiǎn)單，iRapid和Velleman的軟件（下）則提供了更多的選項(xiàng)。

Pearl打印的小斜方截半立方體（白）很干凈，不過MakerBot所打印的（紫色）雖然有長(zhǎng)絲卻也很容易去掉。

iRapid（左）和Fabbster打印小斜方截半立方體失敗，CHIP-C（右）需要手動(dòng)拆除支撐結(jié)構(gòu)。

iRapid（黑色）是唯一一個(gè)能夠處理好盒底直線的產(chǎn)品，沒有出現(xiàn)失真。