自3D打印机 在20世纪80年代首次亮相以来，这些设备已被用于制造 肉类、巧克力、人体器官、服装、汽车和房屋。它比以往任何时候都 更为主流，你可以用不到200美元的价格购买一台机器。
3D打印，也称为增材制造或快速原型制造，与更传统的 减材制造 方法相比具有许多优势。减材制造是从一块金属或木材开始，然后使用铣床、钻床和其他工具去除材料。两个主要优点是，3D打印机产生的浪费少得多，并且在创造形状复杂的物体方面做得更好。无需复杂的组装过程，一切都可以在一个地方完成。
卡内基梅隆大学机械工程副教授黛安娜·海达尔（Diana Haidar）说：“大规模制造方法，几乎所有方法都是相当固定的。你只能一次又一次地重做完全相同的零件。但人们也想要定制零件。这就是3D打印的优势所在。”
那么，3D打印机究竟是如何工作的呢？
什么是3D打印？
我们来想想大多数人都非常熟悉的打印类型：在纸上打印墨水。这是2D打印，因为它有一个x轴和一个y轴的区域，所以有两个自由度。在3D打印中，有第三个维度：高度。你输入3D打印机的文件是3D图像，然后软件程序会将其切片成水平层。
海达尔解释说：“想法是，我有一个3D对象，我将把它切成许多单独的层。我们为此使用切片软件。然后通常有一个双轴打印头会移动并构建一个单独的层。然后，要么打印头向上移动，要么（正在构建的物体所在的）平台会下降。但z轴会发生变化，所以我们可以一层一层地构建。”
流行的3D打印方法
最常见的3D打印类型之一是熔融沉积成型（FDM）。海达尔说：“在空间方面，它是最简洁的。”
在这种方法中，一卷缠绕的丝材（通常是塑料或聚合物）被送入机器的打印头。在打印头内部，有一个加热装置可以融化聚合物。聚乳酸（一种塑料）是最常见的3D打印材料之一，因为它价格便宜且熔点相对较低，约为180摄氏度（350华氏度）。当它用作进料材料时，工程师通常会将3D打印机设置在200摄氏度（390华氏度）左右，以确保材料在从一个小喷嘴挤出时能够熔化，但随后又能硬化成型。喷嘴越小，打印对象的精度就越高。
第二种最流行的3D打印方法是一种称为立体光刻（SLA）的较早技术。在这种情况下，光敏树脂而不是实心线圈是打印材料。该技术涉及一个装有粘稠、糊状树脂的玻璃缸，这些树脂尚未固化；一个紫外激光束和多个镜子逐层固化。每次固化一层，它就会变硬，从缸底部的玻璃上剥离，然后从树脂中抬起——最终形成一个坚固、完整的结构。
第三种最流行的3D打印方法称为激光粉末床熔融。该技术非常适合打印或压缩金属。首先，有一个大的、平坦的金属粉末床，激光会雕刻出形状，将所需的形状熔合在一起。完成一层后，平台下降，然后滚筒会在表面上涂上一层新的细粉末。
另一种常见的3D打印方法是PolyJet打印，它允许工程师在一个打印过程中使用各种喷嘴和材料（从硬到软）。
哪些材料可以3D打印？
虽然3D打印机最常使用塑料打印，但它们也可以调整为打印 含金属材料、含陶瓷材料 和含木材材料。 不同类型的纤维 或颗粒可以与聚合物粘合剂混合，赋予物体不同的性能。
当专门的机器打印器官（如心脏）时，可以在多个喷嘴中预先装入注射器，以注入不同类型的细胞。机器不是用线圈，而是将细胞注入水凝胶中。
3D打印机多少钱？
市场上最便宜的3D打印机 约200美元，而这些机器正是 工程专业学生 用来快速制作模型的那种。但用这么便宜的机器会有权衡。便宜的机器往往更娇气，更容易出故障。它们在一次又一次地生产相同对象方面也不够一致。例如，聚合物或塑料建筑材料可能会因喷嘴内部和外部环境的温度变化过大而发生翘曲。海达尔解释说：“在大机器上这种情况不太常见，因为它们有明确的封闭环境，是控温的，甚至可能还有冷却循环。”
用于FDM打印的中端桌面机器通常售价为3000美元，这个价格包含了软件套装。更高端的机器，能够用更耐用的起始材料制造更大的物体，可能要花费20万美元。花这么多钱最终会有巨大的好处。海达尔说：“你的维护成本会低很多。更容易打印小机器会难以处理的材料。这些机器能给你最接近专业制造零件的效果。”
最先进的机器使用金属（如铝）进行打印。金属3D打印机的价格可能高达100万美元，因为它们必须在经过良好控制、通风良好且能够抑制（可能发生的）爆炸的房间里运行。
