3d打印机的选购指南 （一）

梁嘉琪2013

3D打印已经不仅仅是原型设计。如今，从最初的概念设计到最终的产品生产，以及此过程涉及的所有环节——3D打印为创作的每个阶段带来变革性的便利。在今天这个竞争激烈的社会环境中，为创作的各个阶段选择适合的3D打印机比以往任何时候都更为重要。
8 ~+ d+ s* b/ T, ~0 a% F　　从众多品牌和型号中选择合适的3D打印机，乍一看似乎是一项艰巨的任务。数字数据转变成实物的打印技术，在各台打印机之间存在着巨大的差异。今天的3D打印机可以使用各种材料，这些材料在结构属性、特性定义、表面光洁度、耐环境性、视觉外观、准确性和精密度、使用寿命、热性能等方面各不相同。重要的是要先确定3D打印的主要应用，这才能引导选择合适的技术，为您的工作带来最有效的积极影响。本文将重点介绍选择一台3D打印机需要考虑的关键属性。
" Y2 q( T* r* D+ ?2 C6 u2 X# o& [( I
一、首先，3D打印速度：
; y5 z1 u+ K  l0 z  ]; ?　　因供应商和实现技术的不同，“打印速度”的含义不尽相同。打印速度可能是指单个打印作业在Z轴方向打印一段有限距离所需的时间(例如，每小时在Z轴方向打印的英寸或毫米值)。拥有稳定垂直构建速度的3D打印机通常采用这种表达方式。其垂直打印速度与打印部件的几何形状和(或)单个打印工作的部件数无关。垂直构建速度快、且因部件几何形状或打印部件数而产生很少或不产生速度损失的3D打印机，是概念建模的首选。因为这类打印机能够在最短时间内快速生产大量替换部件。
　　另一种描述打印速度的方式是打印一个具体部件或者具体体积所需的时间。采用此描述方法的打印技术通常适用于快速打印单个简单的几何部件，但遇到额外的部件被添加到打印作业中，或者正在打印的几何形状复杂性和(或)尺寸增加时，就会出现减速。由此产生的构建速度变慢，会导致决策过程的延长，削减个人3D打印机在概念建模方面的优势。然而，打印速度始终是越快越好，对概念建模应用而言更是如此。垂直构建速度不受打印数量和复杂度影响的3D打印机，是概念建模应用的首选，因为它们可以快速地大量打印不同的模型，用于同时进行比较，这就能加速和改善早期决策过程。
　　根据快速成型设备制造商的不同，或者采用的3D打印技术的不同，3D打印速度的衡量标准是不同的。有些用来指示在Z轴方向上打印一定高度所需的时间(针对单次3D打印任务而言)，通常用英寸/小时、毫米/小时来表示。那些具备稳定的垂直方向建造速度的3D打印机普遍喜欢采用这一技术参数，基本不受被打印物体的结构复杂程度和单次打印部件的数量的影响。这种3D打印机是手板模型3D打印的理想选择，因为它们可以在有限的时间内快速制作出数量可观的、各种各样的模型，方便设计沟通、讨论和对比。
( n5 W/ Y6 B6 ^7 z5 \9 ~2 P　　另外一种衡量打印速度的技术参数是指打印特定物体或者特定的体积所需的时间。一些3D打印机可以快速打印单个的、简单结构的物体，多采用这种指标。但是这种类型的3D打印机在遇到打印数量增加或者结构比较复杂的打印任务时，打印速度就会明显下降，因此不适合用于打印速度要求较高的手板模型的快速成型。

- }6 T' M3 F! M9 s% n# x二、选择一个好的3D打印机销售网站
/ }5 ^6 A/ w" E    一般来说，选购商品人们会第一时间想到去淘宝和京东什么的，其实笔者更建议您去专业的3D打印机网站进行网购，这些网站往往由发烧友或业内人士建立，网站推荐的机器一般性价比确实不错，此外3D打印机毕竟是个有较高专业技术的产品，专业网购网站的客服一般对机器技术和性能参数方面了解，可以很好地指导你进行机器调试。比如国内有一家是“3D邦”网站（www.sandbang.com），是专门销售3D打印机的，除了销售机器还有相关的配件和耗材，还有技术论坛和各个机型的大众点评，你可以在客服的指点下成套采购，避免了一些材料和机器和周边设备不匹配造成的不必要的烦恼。

) p2 |4 j/ X0 p7 Q, n6 t三、其次，3D打印成本/部件成本：
) c- `* U' D0 ~  p$ c7 H　　部件成本通常表示为每单位体积的成本，如每立方英寸的成本或每立方厘米的成本。即使是同一台3D打印机，打印单个零部件的成本也会因为几何形状的不同而相差很大，所以一定要了解供应商提供的部件成本是指某一特定部件，还是各类部件的平均值。根据您自己常用的典型零部件STL文件包来估算部件成本，往往更有助于决定您所期望的部件成本。为了准确地比较不同供应商声称的参数值，有必要了解下成本估算中包含什么、不包含什么。
; {/ }/ f9 t- ~+ P! K7 Q( j　　一些3D打印机厂商的部件成本只是指某特定数量打印材料的成本，而且这个数量仅仅是成品的测量体积。这种计算方法并不能充分体现真实的部件打印成本，因为它忽略了使用到的支撑材料、打印工艺产生的过程损耗及打印过程中使用的其他消耗品。各种3D打印机的材料使用率有显著的差异，因此了解真实的材料消耗是准确比较打印成本的另一个关键因素。
" C. Z. W, W& P5 K# l% N7 ~　　部分成本取决于3D打印机打印一组既定部件所消耗的材料总量和使用材料的价格。通常，使用粉末材料的3D打印技术，部件成本最低。廉价的石膏粉是基础建模材料。未使用的粉末会不断地在打印机中回收和再利用，因此其部件成本可以达到其他3D打印技术的三分之一到二分之一。
　  有一类塑料部件技术仅使用一种消耗材料，既用于打印部件所需，也用于印刷过程中的支持需要。相比其他塑料部件技术，它通常使用较少的材料作为支撑材料，因此其产生稀疏的支撑结构，而且很容易被清理掉。大多数单材料3D打印机不会产生大量工艺废料，这使其具有极高的材料性价比。
　　另一类塑料部件技术需要使用专门的支撑材料，但材料售价不高。这类支撑材料需要在打印完成后通过融化、溶解或加压喷水的方式清理。比起前者，这类技术往往使用大量的材料用于打印支撑结构。可溶解的支撑材料需要高强度、腐蚀性化学物质进行特殊处理和清洁措施。喷水清理方法需要进水口和排水口，为此您工作场所的预算成本可能要增加几千元。这种处理采用劳动密集型方式，并可能导致精致的部件细节被损坏，因为喷水清理是通过加压的方式清除支撑材料。此外，卡在凹槽处的支撑材料可能由于喷不到而无法清理干净。能最快、最有效地清理支撑材料的，是采用蜡作为支撑材料的3D打印机，通过融化方式进行清理。可融化的支撑材料只需要一台专门的整理烘箱就能进行快速、批量清洁，使用最少的劳动力，且不对物体表面施压，故不会对脆弱的细节处造成损坏。即使是卡在凹槽内的支撑材料也可以被清理掉，这就能顺利打印复杂的几何形状，实现最大的设计自由。蜡支撑材料的清理不需要使用化学用品，且清理掉的蜡材料可以与普通垃圾放置在一起，无需特殊处理。 请注意：一些受欢迎的3D打印机在打印过程中会将昂贵的构建材料融入支持材料，共同进行支撑，这就增加了打印过程中消耗材料的总成本。这些打印机通常还会产生大量的过程损耗，因此在打印同一组部件的情况下，会比其他打印机使用更多的材料。
! w; l* ?  l3 {% J　　即便使用同一台3D打印机，由于受到成型件结构的影响，单个成型件所需的费用也是千差万别，因此3D打印服务的报价经常以典型物体打印价格或者平均水平的价格来呈现，也就不难理解了。如果需要对报价进行对比，可以提供您自己经典样件的一套STL数据让供应商进行报价，并清楚地知道不同报价所包含和不包含的内容，从而选择性价比最高的供应商。
　　有些供应商提供的报价只包含了成型件所需模型材料的费用，而不含支撑材料或者3D打印过程中产生的其他损耗的费用，这种报价不是真实的、最终的报价。不同的3D打印工艺的材料利用率差异很大，因此，实际的材料使用成本是衡量报价的另外一个重要参考。
　　一些塑料件3D打印过程中需要同时消耗材料制作模型和支撑，支撑是一些稀疏的、用于支持成型的结构，可以通过后处理轻松去除。相比其他塑料件成型工艺，3D打印的方式所使用的材料相对较少，浪费也较少，因此材料利用率更高，成本更低。
　　还有一些塑料件3D打印工艺会损耗大量的支撑材料，因此往往采用不同性能的模型材料和支撑材料，支撑材料相对价格更低一些。去除支撑的方式有融化、溶解、水压破除等，可能会用到强烈的腐蚀性化学品，要求特殊的处理方式和预防措施。水压破除的方式要求有水源和排水渠，无疑会增加场地建设费用，而且这种支撑去除方法对人工劳动要求比较多，还容易造成精细部件损坏或者支撑无法去除干净的问题。最快、最有效的支撑去除方法是融化蜡质的支撑，在特殊的后处理烤炉的帮助下，蜡质支撑可以快速融化并被轻易去除，深藏在成型件内部凹陷处的支撑也不在话下，而不会对成型件的细节与复杂结构产生损害;去除蜡质支撑不需要化学品，融化出来的支撑材料可以视作普通垃圾，不需要特殊处理。
　　警惕那些在成型过程中使用高价的模型材料制作支撑的3D打印机，因为它们会大幅增加整体打印成本。成型同样体积的样件，它们所需要的材料和损耗的材料明显更多。

: e4 A8 o4 \4 m. v9 ]0 |四、3D打印机细节分辨率：
7 W6 K- x$ |) T/ g; g# w1 {　　3D打印机提供的最令人费解的指标之一是“分辨率”，应谨慎使用。分辨率可能写成每英寸点数(DPI)、z轴层厚、像素尺寸、束斑大小和喷嘴直径等等。尽管这些参数有助于比较同一类3D打印机的分辨率，但是很难用来比较不同的3D打印技术。最好的比较策略是亲自用眼睛去鉴定不同技术打印出来的部件成品。查看锋利的边缘和拐角清晰度、最小细节尺寸、侧壁质量和表面光滑度。使用数字显微镜会有助于部件成品的鉴定，因为这种廉价设备可放大并拍摄微小的细节便于比较。对3D打印机进行鉴定测试时，至关重要的是打印部件能准确地呈现设计效果。根据鉴定测试方式，对最小细节质量进行妥协，降低测试结果的准确度。 简单举例，分辨率的表述有DPI (dots per inch，每英寸的像素点)，Z轴方向层厚，像素大小，射束点大小，点直径等。在同类3D打印机对比时，这种表述可能有帮助，但是如果用来考量多种3D打印技术则不太适用。
　　其实，最好的对比方式是目视检查不同3D打印技术的样件，寻找是否存在剃刀般锋利的边缘、清晰的角、最小的特征尺寸、薄壁件质量和表面光洁度。采用一台便宜的数字显微镜来检查很有效，显微镜能够放大细节特征用于对比。在3D打印功能测试模型时，成型件能够如实精确地反映设计特征是关键性因素，如果成型件精确度或分辨率不够，有些功能测试的结果的准确性也会随之降低。

- Y4 b9 K9 D) R6 ]8 }8 R五、3D打印精度：
. L6 T: H, d) k+ C: v, o  @% j  q　　3D打印通过层层叠加的方式制造部件，将材料从一种形式处理成另一种形式，从而创造出打印部件。处理过程中可能会出现变数，如材料收缩——在打印过程中，必须进行补偿以确保最终部件的准确度。粉末材料的3D打印机通常使用粘合剂，打印过程中拥有最小的收缩变形度，因而成品准确度往往较高。塑料3D打印技术一般通过加热、紫外线光或二者共用来处理打印材料，这就增加了影响准确度的风险因素。其他影响3D打印准确度的因素还包括部件尺寸和几何形状。有些3D打印机提供不同程度的打印准备工具，可以为特定的几何形状细调准确度。制造商宣称的准确度一般是指特定测试部件的测量值，实际情况会因部件的几何形状而有所不同，所以有必要先确定您应用领域的准确度要求，然后使用该应用涉及的几何形状进行测试打印。
　　使用粉末材料的3D打印机所使用的粘合剂，通常不易收缩变形，因此成型精度一般比较高。塑料件3D打印技术通常使用热源或者/与UV光来处理打印材料使之成型，这一过程产生的额外变数会影响成型精度。成型件的大小和结构也会对精度产生影响。一些3D打印机可以为特殊的几何结构提供不同级别精度的打印模式。
　　3D打印机制造商提供的精度参数是基于实验测试的数据，而实际成型精度会因为成型件的结构复杂程度而变化，因此我们在选择3D打印机时，很重要的一点就是明确我们实际应用的精度要求，然后用这一精度要求作为衡量指标。
' l2 g1 ~, b* u