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法律研究多材料3D印表機的工作原理是什麼？
3D列印，也稱為增材製造，是一種從數字檔案製造三維實體物體的方法。由於其在科學和技術領域的巨大潛力，3D列印如今越來越受歡迎。
什麼是多材料3D列印？
在3D列印中，三維物體是由一層層極薄的材料堆疊而成，使其成為原始物體的精確克隆或視覺複製品——與普通的高畫質列印相同，但具有深度感知。
3D列印是如何工作的？
工程師首先確定要建立哪個物體，可以透過網際網路搜尋或在計算機上設計。然後，藉助3D建模應用程式或3D掃描器建立CAD（計算機輔助設計）檔案，3D掃描器的作用是拍攝要複製物體的3D掃描圖。
什麼是3D掃描器？
3D掃描器用於生成3D模型，例如飛行時間法、調製光、體積掃描等等。微軟和谷歌等公司已經開始了一系列產品，其中各種3D掃描技術已被整合到他們的產品線中。例如，微軟最近在其Kinect中集成了3D掃描器。這些3D掃描器的價格從用於工業用途的昂貴專業裝置，到只需30美元或約20000盧比的超實惠DIY掃描器，任何人都可以擁有！
什麼是3D建模軟體？
有很多3D建模應用程式，既有開源的也有付費的，可以用來製作複製品。例如，Blender就是一個開源的3D建模應用程式。這些模型可以藉助3D列印機制作出相同的真實模型。
工藝和技術
根據用於列印的3D印表機，使用了七種不同的技術，這些技術已由美國材料與試驗協會（ASTM）進行了分類。該機構的工作是確定分類所需的各種規範，並最終確定增材製造工藝的分類標準。
這些工藝包括：
- 光固化成型（Vat Photopolymerization）
- 材料噴射成型（Material Jetting）
- 粘結劑噴射成型（Binder Jetting）
- 熔融沉積成型（Material Extrusion）
- 粉末床熔融成型（Powder Bed Fusion）
- 疊層製造（Sheet Lamination）
- 定向能量沉積（Directed Energy Deposition）
光固化成型（Vat Photo Polymerisation）
在這種3D列印方法中，使用了名為立體光刻（SLA）的技術，該技術採用紫外線來硬化光敏聚合物樹脂。使用一桶液態紫外線可固化光敏聚合物樹脂和紫外線雷射器來切割和鋪設一層微米級的厚度。
這項技術是由查爾斯·胡爾於1986年發明的，他當時還創立了3D Systems公司。光固化成型是一種非常適應性強且看似簡單的技術，這就是為什麼即使是新的技術，如新的超快速連續液介面生產（CLIP）、薄膜轉移成像（FTI）和固態固化（SGC）仍然使用這種光固化成型技術的原因。
材料噴射成型（Material Jetting）
在材料噴射成型中，列印材料以微小的液滴形式透過非常小直徑的強大噴嘴噴射到打印表面，這一過程有點類似於傳統噴墨印表機的功能。然而，不同之處在於——在這種情況下，它不是將液體噴射到打印表面上，而是噴射到自身上，形成逐層堆疊的3D結構模型。然後，這種膠狀物質透過紫外線照射硬化，製成成品。
粘結劑噴射成型（Binder Jetting）
粘結劑噴射成型是一種技術，它涉及使用兩種材料，一種是粉末基材，另一種是液體粘結劑。粉末基材在構建室中一層一層地鋪展在彼此之上，然後液體粘結劑透過噴射噴嘴鋪展，重新校準原始產品的形狀並結合粉末顆粒，形成程式化的3D物體。
然後，成品由構建室中剩餘的粘結劑液體和粉末基材固化。這項技術最早於1993年在麻省理工學院開發，1995年Z公司獲得獨家許可。
熔融沉積成型（Material Extrusion）
在這個3D建模過程中，使用了熔融沉積成型（FDM）。這項技術是Stratasys公司註冊的商標，並被他們廣泛使用。FDM技術涉及使用塑膠長絲或金屬絲，這些長絲或金屬絲從印表機內部的線圈中展開。供應材料透過一個擠出噴嘴排出，該噴嘴可以控制供應材料的通斷。
然後加熱噴嘴以熔化材料。這種熔融材料然後由數控機構根據計算機輔助製造（CAM）軟體包傳輸的校準進行水平和垂直移動。透過使用這種熔融材料形成層來生產物體，因為這種材料在從噴嘴排出後會立即硬化。
許多材料被用來製造這種熔融物質。其中常見的包括木質檔案、導電材料、柔性材料等，然而，最廣泛使用的材料有兩種塑膠長絲材料：ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）和PLA（聚乳酸）。
粉末床熔融成型（Powder Bed Fusion）
在這個3D列印過程中，最常用的技術是選擇性雷射燒結（SLS）。這項技術涉及使用高功率雷射將塑膠、金屬、陶瓷或玻璃粉末的小顆粒熔合成可塑性物質，然後可以根據用途重新構造和重新設計。
在掃描並將3D建模程式生成的橫截面（或層）放置在粉末床表面後，雷射器會選擇性地熔化粉末材料。每個橫截面掃描完成後，粉末床會降低一層厚度。
然後在頂部新增一層新的材料，並重復此過程，直到物體完成。SLS是由卡爾·德卡德博士在20世紀80年代中期在德克薩斯大學開發和獲得專利的，在DARPA的資助下。
疊層製造（Sheet Lamination）
此過程涉及將以薄片形式存在的材料透過外力粘合在一起。這些薄片可以是金屬、紙張或某種聚合物。金屬薄片透過超聲波焊接逐層焊接在一起，然後用數控銑床銑削成合適的形狀。也可以使用紙張，但它們是用膠水粘合在一起的，並用精確的刀片切割成形狀。
定向能量沉積（Directed Energy Deposition）
這種3D列印工藝主要用於高科技金屬行業和快速製造應用中。3D列印裝置連線到一個多軸機械臂，該機械臂包含一個沉積金屬粉末或金屬絲的噴嘴和一個熔化金屬粉末或金屬絲的能源（雷射、電子束或等離子弧），形成一個實體物體。
3D列印是一項偉大的發明，它為汽車工業、航空工業、醫療行業等多個行業帶來了新的視野。這些裝置準確地描繪了人們想要分享的資訊，而且是在3D平面上。我們期待著隨著這項驚人發明的出現，這些領域將取得更多進步。
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