隨著10萬(wan) 多日元的低價(jia) 格機型亮相，3D打印機已經成為(wei) 非常貼近生活的設備。今後，製造業(ye) 也許會(hui) 迎來“設計人員人手一台（3D打印機）”的時代。不過，與(yu) 已經普及的家用噴墨打印機不同，3D打印機需要進行一定程度的事前準備和事後處理，模型的品質也會(hui) 因設置而異。筆者親(qin) 自試用了3D打印機，下麵就來介紹一下。

　　首先用樣本數據造型

　　筆者此次挑戰的是美國3D Systems公司的“CubeX”（圖1）。CubeX是2013年6月剛剛在日本上市的新產(chan) 品，售價(jia) 約為(wei) 40萬(wan) ～50萬(wan) 日元，個(ge) 人購買(mai) 的話並不算便宜，但訂購者依然很多。筆者從(cong) 3D Systems的銷售代理商之一的武藤工業(ye) 公司借來了實機，用3D打印機製作了模型。

圖1：筆者試用的3D打印機“CubeX”

　　從(cong) 包裝中取出打印機後要做一些準備工作，比如去掉防止產(chan) 品在運輸途中損壞的緩衝(chong) 材料、安裝材料墨盒和造型台（放置模型的板）等部件。該產(chan) 品附帶工具箱，準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(jin) 有從(cong) 造型台上剝離模型和切斷線材的造型工序要使用工具，

設備的調整等也必須要使用工具。

　　製作模型必須要有3D數據。附帶的U盤中保存了很多測試數據，筆者首先試製了其中之一（螺旋槳）。尺寸為(wei) 直徑約34mm，高約29mm。

測試數據以STL格式保存，3D打印機無法直接讀取，必須轉換為(wei) 控製機器動作的代碼。因此，在個(ge) 人電腦上安裝附帶的轉換軟件後啟動軟件，讀取目標STL文件。U盤中有安裝程序。還可以從(cong) 3D Systems公司的網站“Cubify”下載。

　　之後，就能在屏幕上看到一個(ge) 放在與(yu) 造型台形狀相同的台子上的紅色的3D模型（圖3）。方向和位置可以自動調整，想改變方向、位置以及尺寸時，利用位於(yu) 界麵上部的菜單進行平行移動、旋轉、放大或縮小即可。

圖3：轉換軟件的界麵 讀取STL文件，設置使用的材料和層厚等條件後，

就會(hui) 生成控製3D打印機的文件。

　　如果方向和尺寸沒有問題，點擊“Build”按鈕，會(hui) 彈出一個(ge) 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(wei) 0.1mm，密度為(wei) 最高級別的4級、不帶底座。

　　設置完成後，點擊彈出式窗口右下方的“Build”按鈕，就會(hui) 通過STL數據根據剛剛設定的條件計算模型截麵形狀，然後轉換成控製實際打印頭動作的數據。該數據以擴展名為(wei) “.cubex”的印刷文件的形式被保存到U盤中。 STL數據隻具備表示3D形狀表麵（邊界）的信息。要想運行3D打印機，在把3D形狀作為(wei) 截麵形狀（切片數據）的集合體(ti) 表現的同時，還需要其他信息，比如如何用材料填充各截麵形狀等。具體(ti) 來說就是以何種路徑和速度驅動噴頭，如何控製噴出時的樹脂溫度和噴出量等。

　　開始造型

　　把準備好的U盤插入3D打印機機身前麵左下方的插口，然後選擇目標文件就開始造型了，不過在此之前還需要一項準備工作，那就是為(wei) 了使第一層樹脂粘牢，用附帶的膠棒在造型台上塗一層膠。之前轉換數據時已經顯示了在造型台上的哪個(ge) 位置製作模型，因此隻需在大概的位置上塗抹差不多的範圍即可。

　　完成造型台的準備後，在裝置前麵上部的觸摸麵板上，從(cong) “Print”菜單選擇目標文件就開始造型了。噴頭的溫度慢慢上升到目標溫度後，噴頭就會(hui) 移動到造型區，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(wei) 噴頭部分，噴頭可前後左右移動。筆者此次設置的是最小層厚、最大密度，因此造型用了約1個(ge) 半小時。圖5是以大約10分鍾為(wei) 間隔拍攝的模型層積的過程。噴頭基本上是先形成截麵形狀的輪廓線，然後再全麵填塗其內(nei) 部。截麵麵積小的話，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分鍾為(wei) 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(wei) 了與(yu) 造型台貼緊，溫度較高。然後暫時移開噴頭，等溫度稍微降低再繼續打印。#p#分頁標題#e#

　　打印頂端時，每製作一層就要移開一次噴頭。這可能是因為(wei) 截麵麵積小、剛剛噴出的樹脂的溫度還沒有降下來，所以要等一會(hui) 兒(er) 再打印下一層。

　　從(cong) 造型台上取下模型

　　製作完成後，造型台向下移動，然後停止工作。把固定有模型的造型台從(cong) 打印機上卸下，準備分離模型（圖6）。雖然取決(jue) 於(yu) 造型台與(yu) 模型的接觸麵積以及用膠棒塗膠的方法，不過有時用手就能輕鬆取下來。但如果強行用手掰，會(hui) 損壞好不容易製作的模型。

圖6：從(cong) 造型台上剝離模型 用金屬刮刀插入造型台與(yu) 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(hui) 比較容易。

筆者此次謹慎行事，用附帶的刮刀來分離模型。把工具頂端插入造型台與(yu) 模型之間，慢慢向裏推，到差不多的位置就能輕鬆取下來。如果用力過大，模型在離開粘接麵的瞬間會(hui) 趁勢飛出去，所以需要注意。

　　使用手冊(ce) 中推薦的模型分離方法為(wei) ，把整個(ge) 造型台浸入溫水中使膠溶解，然後再用工具鏟。還有就是，每次完成造型後，都要用水清洗造型台上殘留的膠（圖7），這個(ge) 工作並不麻煩。

圖7：用溫水清洗造型台 造型後，把造型台表麵附著的膠水衝(chong) 洗幹淨。

隻需用溫水衝(chong) 洗並用手輕輕擦拭就能輕鬆去除。

　　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，但基本上如實再現了3D模型數據。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，繼續製作同一模型（圖8）。這次把層厚由之前的0.1mm擴大到了0.5mm。

圖8：以不同層厚製作的同一模型 左側(ce) 是以0.1mm的層厚製作的模型，

右側(ce) 是以0.5mm的厚度製作的。

　　乍一看感覺形狀基本相同，但仔細看就會(hui) 發現層厚為(wei) 0.5mm的模型的積層間隔變大了，頂部的再現性也不如層厚為(wei) 0.1mm的模型，但造型時間由約一個(ge) 半小時大幅縮短到了16分鍾。在設定中還可以選擇0.25mm的層厚，選擇哪種層厚取決(jue) 於(yu) 想以何種精度和再現性製作什麽(me) 樣的形狀，要求用戶具備一定的經驗。

　　製作自創的形狀

　　隻根據樣本數據製作模型太乏味了，於(yu) 是筆者決(jue) 定製作自創的形狀。CubeX附帶3D建模軟件“Cubify Invent”，可以從(cong) 零開始製作3D模型，不過這需要具備一些建模知識。筆者試著挑戰了一下，無奈怎麽(me) 也做不好，隻好放棄製作完全獨創的形狀。

　　於(yu) 是，筆者決(jue) 定利用“Cubify”網站上公開的用來製作3D模型數據的Web應用。具體(ti) 來說，就是定製行李牌的應用。在保存數據之前的階段任何人都可以自由使用，但保存數據時需要登錄Cubify。選擇基本形狀後，在上麵追加各種裝飾。

　　基本形狀筆者選擇了傳(chuan) 統的長方形，在上麵添加了字母“NIKKEI MONOZUKURI”（圖9）。雖然可以選擇文字大小，但由於(yu) 範圍有限，無法將“MONOZUKURI”放在一行，隻好改為(wei) 兩(liang) 行。將該數據保存為(wei) STL格式，用前麵提到的轉換軟件讀取，接下來就是用3D打印機打印（圖10）。

圖9：可製作3D模型的Web應用 可以在該應用準備的形狀上自由配置文字等。

圖10：製作完成的原創行李牌 “NIKKEI MONOZUKURI”的文字部分也基本準確地完成了造型。

　　字母部分也製作得相當清晰，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換軟件讀取了STL文件後，把尺寸放大了1倍製作的，即把長50×寬25×厚4.5mm放大為(wei) 長00×寬50×厚9mm。

　　筆者開始是按照STL文件直接製作，但發現文字部分模糊不清。把層厚改為(wei) 0.1mm後依然如此，看來，分別考慮造型台平行方向（XY方向）的分辨率與(yu) 積層方向（Z方向）的分辨率比較好。#p#分頁標題#e#

慎重調整

　　筆者不斷改變設置條件進行了多次嚐試，觀察其中的差異，造型失敗的次數也不少。回顧造型失敗的例子，筆者覺得關(guan) 鍵在於(yu) 噴頭的移動平麵與(yu) 造型台的平行度，以及造型台與(yu) 噴嘴之間間隔的調整。雖然使用手冊(ce) 中寫(xie) 著要在最初做這些調整，但經曆失敗後才切身體(ti) 會(hui) 到了調整的重要性。

　　首先是噴頭的移動平麵與(yu) 造型台的平行度。噴嘴在XY方向移動時，要保持造型台表麵與(yu) 噴頭（噴嘴頂端）之間的間距不變。如果這項調整失敗，截麵形狀不同位置處的厚度就會(hui) 不一樣。

　　3D打印機配備了確認該平行度的功能。在觸摸麵板中選擇這項功能後，噴頭部分會(hui) 移動到造型台的四角停一會(hui) 兒(er) 再移動到下一個(ge) 角。停下時用戶可觀察噴頭在四角與(yu) 造型台之間的間距，確認是否傾(qing) 斜。如果傾(qing) 斜，轉動支撐造型台的螺栓進行調整即可。

　　水平方向調整好後，再對造型台與(yu) 噴頭部分之間的間隔進行微調。如果間隔過大，第一層樹脂無法固定在造型台上，導致造型無法繼續，而間隔過小，噴嘴頂端會(hui) 碰到好不容易造型好的樹脂上。

　　這項調整通過手動上下移動3D打印機的造型台即可完成。首先慢慢抬高造型台，在剛剛接觸噴頭時停下來。然後使造型台降低0.1mm，確保二者之間的間隔。

　　當然，筆者此次也先進行了這項調整，但好像做的有點不到位。實際上，筆者在嚐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台上、層積好的樹脂被噴頭碰到損壞，等等。

　　由於(yu) 是在這樣的“艱苦奮戰”下體(ti) 驗的，因此最初計劃的造型未能全部完成。其實，筆者還準備了鑰匙扣的3D掃描數據，但因過於(yu) 複雜，而筆者隻是個(ge) 初學者，最後不得不放棄。去除支撐體(ti) 的作業(ye) 也是筆者想挑戰的項目之一。

　　雖然條件設置並不複雜，但設備的調整等會(hui) 大大影響到造型能否成功以及品質高低。通過此次體(ti) 驗，筆者覺得3D打印機必須積累豐(feng) 富的經驗才能熟練使用。