4000元級(jí)3D打印機(jī)測(cè)評(píng)

    究竟3D打印是不是真的有那么神奇，真的能夠“打”出萬物嗎？現(xiàn)在對(duì)閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)進(jìn)行了一番詳細(xì)的評(píng)測(cè)，通過這次評(píng)測(cè)，我們可以看出目前民用級(jí)的3D打印技術(shù)究竟達(dá)到了怎樣的水準(zhǔn)，3D打印還有多遠(yuǎn)的路要走。

3D打印技術(shù)對(duì)比

    3D打印技術(shù)實(shí)際上是一系列快速原型成型技術(shù)的統(tǒng)稱，其基本原理都是疊層制造，由快速原型機(jī)在X-Y平面內(nèi)通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z坐標(biāo)間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維制件。目前市場(chǎng)上的快速成型技術(shù)分為3DP 技術(shù)、FDM熔融層積成型技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié)、DLP激光成型技術(shù)和UV紫外線成型技術(shù)等。

    3DP技術(shù)：采用3DP技術(shù)的3D打印機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印技術(shù)，通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末薄層上，以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件，創(chuàng)建三維實(shí)體模型，采用這種技術(shù)打印成型的樣品模型與實(shí)際產(chǎn)品具有同樣的色彩，還可以將彩色分析結(jié)果直接描繪在模型上，模型樣品所傳遞的信息較大。

    FDM熔融層積成型技術(shù)：FDM熔 融層積成型技術(shù)是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截 面。一層成型完成后，機(jī)器工作臺(tái)下降一個(gè)高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個(gè)實(shí)體造型。其成型材料種類多，成型件強(qiáng)度高、精度較高，主要適用于 成型小塑料件。

    SLA立體平版印刷技術(shù)：SLA立 體平版印刷技術(shù)以光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制激光按零件的各分層截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固 化，形成零件的一個(gè)薄層。一層固化完成后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離，然后在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，直至得到三維實(shí)體模型。該方法 成型速度快，自動(dòng)化程度高，可成形任意復(fù)雜形狀，尺寸精度高，主要應(yīng)用于復(fù)雜、高精度的精細(xì)工件快速成型。

    SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)：SLA立 體平版印刷技術(shù)是通過預(yù)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末），然后讓激光在計(jì)算機(jī)控制下按照界面輪廓信息對(duì)實(shí)心部分粉末進(jìn)行燒結(jié)，然后不 斷循環(huán)，層層堆積成型。該方法制造工藝簡單，材料選擇范圍廣，成本較低，成型速度快，主要應(yīng)用于鑄造業(yè)直接制作快速模具。

    DLP激光成型技術(shù)：DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似，不過它是使用高分辨率的數(shù)字光處理器(DLP)投影儀來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進(jìn)行光固化，由于每層固化時(shí)通過幻燈片似的片狀固化，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù)速度更快。該技術(shù)成型精度高，在材料屬性、細(xì)節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。

    UV紫外線成型技術(shù)：UV紫外線成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似類似，不同的是它利用UV紫外線照射液態(tài)光敏樹脂，一層一層由下而上堆棧成型，成型的過程中沒有噪音產(chǎn)生，在同類技術(shù)中成型的精度最高，通常應(yīng)用于精度要求高的珠寶和手機(jī)外殼等行業(yè)。

    編注：從各3D打印技術(shù)的原理、3D打印設(shè)備體積及3D打印成本來看，對(duì)于個(gè)人消費(fèi)者來說采用FDM熔融層積成型技術(shù)的設(shè)備是整體成本最低且占用空間最小的，因此我們可以看到目前市面上面向普通消費(fèi)者銷售的3D打印機(jī)都是基于FDM熔融層積成型技術(shù)的。我們本次測(cè)試的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)就是基于該技術(shù)的。

3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)分析

    和通常我們見到的打印機(jī)一樣，3D打印機(jī)也是由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)處理電路、電源及輸入輸出模塊這幾個(gè)部分構(gòu)成。我們?cè)谥貞c大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室將閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)拆解開來，對(duì)其主要元器件逐個(gè)進(jìn)行分析。

    從外觀來看，采用FDM熔融層積成型技術(shù)面相的個(gè)人消費(fèi)者的3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，甚至有點(diǎn)簡陋，不過也正是這樣的原因才能夠?qū)?D打印機(jī)的價(jià)格從幾萬甚至幾十萬美元降低到幾千元人民幣。目前，消費(fèi)級(jí)的3D打印機(jī)主要都由PC電源、主控電路、步進(jìn)電機(jī)及控制電路、高溫噴頭和工件輸出基板這幾個(gè)部分組成，外面用木板來固定，采用非密閉式鑄模平臺(tái)。我們測(cè)試的這款閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)相對(duì)比較高端，不僅能夠通過USB連接線連接電腦進(jìn)行打印控制，還能夠插入儲(chǔ)存有3D模型文件的SD卡，通過LCD打印控制界面來進(jìn)行控制打印。

    我們可以看到其核心是一塊采用ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微處理器的主電路板，通過這塊主電路板將處理后的3D模型文件轉(zhuǎn)換成X、Y、Z軸和噴頭供料的步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)，交給4個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制電路進(jìn)行控制，然后讓步進(jìn)電機(jī)控制電路控制工件輸出基板的X-Y平面移動(dòng)、噴頭的垂直移動(dòng)和噴頭供料的速度，比較精確地讓高溫噴頭將原料（ABS塑料絲）融化后一層一層地噴在工件輸出基板上，形成最終的實(shí)體模型。

    從硬件結(jié)構(gòu)上來說，閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)并不復(fù)雜，成本也并不是太高，據(jù)重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副院長林景棟教授介紹其主控制電路成本也就100元左右，一套步進(jìn)電機(jī)和控制電路的成本也在100元左右，可加熱的工件輸出基板和噴頭成本也不是太高。在得知它配備的航嘉磐石355電源售價(jià)超過200元后，自動(dòng)化學(xué)院的廖孝勇老師笑著對(duì)我們說，這個(gè)電源可能是這款打印機(jī)里面硬件成本最高的配件。

工作中的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)，其X軸和Y軸采用皮帶傳動(dòng)，Z軸為精度更高的螺桿傳動(dòng)，左側(cè)的白色塑料絲就是3D打印的原材料

原本直徑為1.7mm的ABS塑料絲經(jīng)過溫度高達(dá)225℃的高溫噴頭，噴出直徑為0.4mm的細(xì)絲

步進(jìn)電機(jī)控制高溫噴頭將融化后的ABS塑料絲噴在110℃輸出基板上，將輸出模型的底板固定，然后開始逐層打印

閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)由主電路板、4個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制電路板、1個(gè)噴頭控制電路板構(gòu)成

主電路板采用標(biāo)準(zhǔn)的PC電源接口，所有步進(jìn)電機(jī)控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號(hào)都由主電路板發(fā)出

以ATmega1280-16AU 8位AVR微處理器為核心的主電路板

單芯片的步進(jìn)電機(jī)控制電路，結(jié)構(gòu)也非常簡單

實(shí)測(cè)3D打印機(jī)

    我們通過一系列模型的實(shí)地打印來測(cè)試閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)的打印效果、精細(xì)度、打印時(shí)間及工作噪音。首先打印的是結(jié)構(gòu)非常簡單的玩具小豬模型，然后打印結(jié)構(gòu)和表面紋理略為復(fù)雜的冰激凌模型，最后打印結(jié)構(gòu)和表面紋理相當(dāng)復(fù)雜的雕塑。

閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)性能參數(shù)表
特征
定位精度	0.02mm
層厚	0.1～0.5 mm
打印精度	0.2mm
垂直構(gòu)建速度	15cm3/h
構(gòu)建尺寸	120mm×120mm×115mm
材料
材料種類	ABS／PLA細(xì)絲
材料顏色	12色
材料規(guī)格	直徑1.7mm
規(guī)格
打印頭數(shù)量	1個(gè)
最大溫度控制	260℃
設(shè)備尺寸	30cm×30cm×40cm
設(shè)備重量	8.5kg
電源要求	220V交流輸入，功率350W
打印文件格式	STL文件
操作系統(tǒng)	Windows XP／Vista／7、Linux、Mac OX

    實(shí)際上，采用FDM熔融層積成型技術(shù)的3D打印機(jī)操作還是非常簡單的，導(dǎo)入畫好的3D模型（當(dāng)然，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上也有不少現(xiàn)成的模型文件提供下載），選擇合適的大小比例，生成G代碼后即可進(jìn)行打印。由于閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)噴頭噴出的細(xì)絲直徑在0.4mm，因此我們?cè)谏�成G代碼時(shí)設(shè)置層高為0.3mm（追求最高精度的話，可設(shè)置為0.1mm）設(shè)置不同的填充率進(jìn)行打印測(cè)試。

    從打印成品模型來看，打印出的產(chǎn)品和輸入的3D模型的吻合度還是非常高的，基本上能夠達(dá)到打印產(chǎn)品的目的。不過從打印的精細(xì)度來看，由于層高為0.3mm，各打印模型的精度并不是特別高，肉眼可見明顯的分層，通過這款打印機(jī)打印出的模型只適合遠(yuǎn)觀，而不可“褻玩”。對(duì)于這類打印機(jī)打印出的產(chǎn)品，我們還是建議在模型打印完成后對(duì)邊沿進(jìn)行打磨，只有這樣才能夠進(jìn)一步提高打印模型的外表面精度。

    由于其打印速度為15cm3/h，因此填充率稍高的模型打印時(shí)間都會(huì)相當(dāng)長，高度為6.7cm，填充率15％的冰激凌打印時(shí)間為1小時(shí)5分，而高度為8cm，填充率為40％的雕塑打印時(shí)間長達(dá)3小時(shí)28分，只有空心的模型玩具豬打印時(shí)間最短，22分鐘即可打印完成。雖然從打印時(shí)間來看，耗時(shí)相當(dāng)長，不過若要通過其他方式來構(gòu)建模型花的時(shí)間可能更長，所以相對(duì)來說打印速度還是不錯(cuò)的。

    由于閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)擁有4個(gè)步進(jìn)電機(jī)，采用的還是PC電源，因此其工作噪音相當(dāng)大，單層打印時(shí)，工作噪音在65dB，而一旦噴頭在Z軸方向開始移動(dòng)，噪音就提升到80dB以上，還好Z軸方向的移動(dòng)要待每一層打印完畢才會(huì)發(fā)生，否則光是打印噪音就能讓用戶崩潰。

    另外，由于閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)采用的時(shí)單噴頭，無法噴出支撐料，因此在打印某些缺乏支撐的部分會(huì)出現(xiàn)鏤空或形變，也就是說對(duì)于這類打印機(jī)來說，并不是什么形狀的模型都能夠打印的。如果需要打印有缺乏支撐部分的模型必須要使用雙噴頭的3D打印機(jī)，一個(gè)噴頭噴出鑄模材料，而另一個(gè)噴頭則噴出可溶性的支撐料，再打印結(jié)束后，通過溶解液將支撐料溶解，才能得到最終的模型。

打印開始前，生成G代碼時(shí)可選擇層高、填充率和進(jìn)給速度，通過調(diào)整這些參數(shù)能夠部分提高打印精度

高度為8cm的雕塑，預(yù)計(jì)打印時(shí)間長達(dá)3小時(shí)20分，實(shí)際打印時(shí)間為3小時(shí)28分

打印模型前，首先需要打印模型的底板，以保證模型能夠穩(wěn)穩(wěn)地粘在基板上，否則會(huì)因?yàn)槟Ｐ鸵苿?dòng)而導(dǎo)致大印失敗

打印完成后，基板會(huì)移動(dòng)到打印機(jī)邊沿，待基板冷卻后模型即可取下

打印作品分析
實(shí)際打印作品

空心的玩具豬模型，由于填充率較小，內(nèi)部缺乏支撐，玩具豬的頭部不能封閉，有多個(gè)缺口

填充率15％的冰激凌模型，由于結(jié)構(gòu)比較簡單，打印精度要求不高，“蛋筒”部分的菱形紋路和上半部冰激凌的螺旋狀層疊比較清楚

填充率40％的人像雕塑，外觀和和模型文件基本吻合，不過由于層高為0.3mm，精細(xì)度明顯不夠，只有通過后期的打磨才能讓它的表面變得光滑

立體的“電腦報(bào)”三個(gè)字算是打印難度較低的模型，精度要求也并不太高，打印效果還是相當(dāng)不錯(cuò)的

工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)打印作品

整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的模型，必須加注支撐料，否則各懸空部分均無法完成，從打印精度來看，其精細(xì)程度明顯超過我們測(cè)試的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)這種消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)

整體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的模型，需要大量的支撐料，而且對(duì)精度要求極高，從實(shí)際效果來看，這至少是數(shù)十萬元級(jí)的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)打印出來的產(chǎn)品，目前個(gè)人用的消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)完全無法打印這類模型

工程師總結(jié) 王宇
消費(fèi)級(jí)3D打印未成熟

    從我們測(cè)試閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)這款消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)來看，這類3D打 印機(jī)打印能夠打印外形不是特別復(fù)雜的模型，但耗時(shí)較長，模型精細(xì)化程度相對(duì)較低，只能滿足部分個(gè)人設(shè)計(jì)師和模型愛好者的使用需求，并不能真正達(dá)到精細(xì)化制 造的水平。當(dāng)然，其售價(jià)不高，打印耗材的成本也比較低，打印模型還是比較方便的，如果對(duì)模型的精度要求不高，或者有能力通過后期的手工打磨來提升模型精 度，那么這樣的消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)不失為一個(gè)選擇。對(duì)于動(dòng)手能力不強(qiáng)的普通用戶來說，由于并不具備購買工業(yè)級(jí)高精度3D打印機(jī)的條件，要想獲得高精度的打印模型，要么付費(fèi)讓專業(yè)的3D打印機(jī)構(gòu)幫你打印模型，要么等待技術(shù)的發(fā)展帶來成本更低，精度更高的消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)。

3D打印帶來的制造業(yè)革命還很遙遠(yuǎn)

    3D打印機(jī)從上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)展到今天，走過了20多年，目前的技術(shù)確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的3D打印，不過對(duì)于這種大眾夢(mèng)想中的高精度打印來說，設(shè)備成本和材料的成本非常高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了個(gè)人用戶能夠承受的范圍。所以，即便我們看到有人通過3D打印機(jī)制造了搶支（還用不了多久），有人通過3D打印機(jī)打出了汽車，但那至少是通過DLP激光成型技術(shù)或UV紫外線成型技術(shù)來實(shí)現(xiàn)了，而這種技術(shù)還不是個(gè)人用戶玩得起的。

    從3D打印技術(shù)的前景來看，3D打印確實(shí)有非常好的應(yīng)用前景，我們甚至看到有科學(xué)家在嘗試通過3D打印機(jī)復(fù)制皮膚和血管組織來修復(fù)人體創(chuàng)傷，不過對(duì)于普通用戶和制造業(yè)來說，3D打印的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時(shí)機(jī)還沒有成熟。雖然現(xiàn)在航空業(yè)和汽車制造業(yè)在部分地采用3D打印技術(shù)，但其成本依然居高不下，還不能一統(tǒng)制造業(yè)的“江湖”。

    傳聞中3D打印帶來的制造業(yè)革命，離我們還有相當(dāng)長的一段距離。

秀出你的3D打印夢(mèng)想

    8月24日，我們?cè)谖⒉┥祥_展了“秀出你的3D打印夢(mèng)想，電腦報(bào)幫你實(shí)現(xiàn)”的活動(dòng)，一周來我們收到了200多個(gè)打印夢(mèng)想，由于技術(shù)和設(shè)備精度有限，很抱歉我們不能滿足所有讀者的心愿，下面我們將部分讀者的3D打印夢(mèng)想展示出來，隨機(jī)抽取的3名“夢(mèng)想成真”的讀者名單我們將在微博上公布，敬請(qǐng)留意。

讀者易燃易爆易碎品說：“打印我錯(cuò)過的電腦報(bào)。”
多么忠實(shí)的讀者啊，不過按《電腦報(bào)》的體積來看，再加上需要先打印固定在基板上的底板，為了讓我們的讀者看清楚，還得打印立體的字，估計(jì)一份《電腦報(bào)》得打個(gè)把月，而且打出來的“紙”和“文字”都是白色的，貌似你還是購買我們的合訂本靠譜一點(diǎn)。

讀者溫熙霖說：“我想打印一個(gè)水晶工藝品（其實(shí)我還沒想好要什么工藝品）�！�
這個(gè)……我們的打印原料是ABS塑料，你想多了，要不然我們打印的雕塑送給你行不？

讀者Snow閃狐說：“打印一個(gè)床上電腦桌~~好吧，其實(shí)我更想打印一個(gè)別墅住進(jìn)去�！�
從現(xiàn)有的設(shè)備來看，床上電腦桌只能打袖珍的，因?yàn)槲覀兡艽虻某叽缱畲鬄?20mm×120mm×115mm，至于別墅，實(shí)心或半實(shí)心的大概也可以，同樣因?yàn)槌叽鐔栴}，抱歉你沒法住進(jìn)去。

讀者TC小林子說：“要個(gè)什么呢？還是簡單一點(diǎn)的，來一個(gè)馬克杯吧！比較容易實(shí)現(xiàn)！”
確實(shí)是很容易實(shí)現(xiàn)的，不過這個(gè)被子不是陶瓷的，是塑料的喲。

讀者微薄陽光2010說：“打印一個(gè)ATM取款機(jī)給媳婦�！�
巴掌大的可以嗎？

讀者陳二恩說：“缺個(gè)枕套。你幫我打個(gè)枕套或者枕巾吧。要厚的哦�！�
可以，不過有點(diǎn)硬，不知道會(huì)不會(huì)硌到你的頭？

讀者Touch_Pro_2說：“打印一堆3D打印機(jī)，然后賣掉，循環(huán)下去就是世界首富了�！�
子又生孫，孫又生子，子又有子，子又有孫，子子孫孫無窮匱也……

本文出自2012-09-03出版的《電腦報(bào)》第35期 B.評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)室