李寒東

利用智能手機(jī)進(jìn)行的3D打印

說(shuō)到3D打印，大家都并不陌生，當(dāng)前有關(guān)于3D打印的科技新聞也越來(lái)越多，打印的種類也趨于多樣化。小到微小零部件、模具、衣服、各種生活用品甚至身體器官，大到汽車、房子都有過(guò)報(bào)道，打印的范圍涵蓋了人們身邊的各種領(lǐng)域，可以說(shuō)3D打印是人類未來(lái)生活的革命性技術(shù)。而3D打印機(jī)在人們的印象中往往都是龐然大物，至少不會(huì)覺得像手機(jī)這般小巧。但人們有沒有想過(guò)把3D打印技術(shù)與我們寸不離手的智能手機(jī)聯(lián)系起來(lái)，在手機(jī)里生成的小模型就可以通過(guò)3D打印的方式打印出實(shí)物來(lái)。試想一下，我們可以把小禮物通過(guò)信息的方式發(fā)送給朋友，朋友就可以利用手機(jī)將收到的禮物打印出實(shí)物，這樣的禮物是不是很有創(chuàng)意。

日前，一家來(lái)自意大利快速原型設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造公司Solido 3D帶來(lái)了一款基于智能手機(jī)App的3D打印機(jī)，與手機(jī)盒差不多大小，預(yù)計(jì)會(huì)在今年9月份發(fā)售。近期，臺(tái)灣科技也成功研發(fā)出了與之相類似的3D打印機(jī)。其工作原理和打印材料不同于普通的3D打印機(jī)，大多數(shù)的3D打印機(jī)是通過(guò)控制噴嘴，將打印材料噴射到指定的點(diǎn)上，通過(guò)許多點(diǎn)形成一個(gè)面，再由下至上一層一層的打印，最終打印出一個(gè)立體結(jié)構(gòu)。而這項(xiàng)基于手機(jī)的3D打印技術(shù)，只需要先通過(guò)手機(jī)中配套的App設(shè)置好要打印的物體，將手機(jī)放入打印機(jī)的底座，蓋上外殼并倒入感光樹脂原料溶液，稍等幾分鐘就能打印出之前手機(jī)里設(shè)置的打印物體。并且，因?yàn)椴牧虾图夹g(shù)的不同，這種基于手機(jī)的3D打印機(jī)售價(jià)約為99美元，相比傳統(tǒng)的平臺(tái)式3D打印機(jī)便宜很多。并且，Solido 3D公司開發(fā)的基于智能手機(jī)的3D打印機(jī)同時(shí)兼容Android、iOS或Windows系統(tǒng)，幾乎涵蓋了所有智能手機(jī)端。所以，只要擁有這樣的設(shè)備就可以將手機(jī)里虛擬的模型打印成現(xiàn)實(shí)的物體。

打印技術(shù)與原理

這種基于智能手機(jī)的3D打印方式是利用光固化的3D打印技術(shù)，類似于常見的SLA和DLP 3D打印技術(shù)。SLA全稱為“立體光固化成型”，所使用的材料為液態(tài)感光樹脂，以一定強(qiáng)度的激光作為光源聚焦到打印材料上，被照射到的部分會(huì)發(fā)生固化，由每一個(gè)固化點(diǎn)組成一個(gè)面，再一層一層地進(jìn)行固化，最終得到一個(gè)立體結(jié)構(gòu)。DLP全稱為“數(shù)字光投影”，與SLA類似都采用相同液態(tài)感光樹脂材料，區(qū)別在于所用的光源不同，SLA為一個(gè)激光點(diǎn)，而DLP所使用的是數(shù)字投影光源，所以它是以面的形式照射到材料表面進(jìn)行固化，同樣逐層硬化感光樹脂得到立體結(jié)構(gòu)。而這種基于手機(jī)的3D打印機(jī)所使用的光源為手機(jī)屏幕，打印的原理與DLP一致，同樣是以面的形式固化成型，逐層進(jìn)行打印。使用的打印材料為Daylight Resins液態(tài)感光樹脂，不同于SLA和DPL打印使用的感光樹脂需要UV激光或投影光源進(jìn)行固化，這種特殊的合成液態(tài)感光樹脂在一定范圍可見光譜內(nèi)就能發(fā)生固化，并且針對(duì)手機(jī)顯示屏光源進(jìn)行了優(yōu)化，使其與手機(jī)屏幕光源相匹配，在一定亮度的手機(jī)顯示光源條件下液態(tài)感光樹脂材料就可以發(fā)生固化。

這種基于手機(jī)的3D打印機(jī)基本可以分為4個(gè)部分，位于設(shè)備的最底部是用于放置智能手機(jī)的凹槽，上面是一塊用偏光玻璃制成的透明隔板，在透明隔板上是一個(gè)打印原料的儲(chǔ)液池，用于盛放感光樹脂溶液，設(shè)備的頂蓋是動(dòng)力系統(tǒng)，內(nèi)置電源，能按照一定的頻率向上提升經(jīng)過(guò)手機(jī)顯示屏光源照射而固化的感光樹脂材料部分，以實(shí)現(xiàn)逐層打印。

對(duì)于打印機(jī)來(lái)說(shuō)，第一步是模型的生成，在這種打印機(jī)所對(duì)應(yīng)的手機(jī)App中預(yù)先制作了許多模型以及模型的局部組分，人們可以直接選擇已有的模型，或者是選擇一些局部結(jié)構(gòu)來(lái)拼接成整體模型，把模型尺寸調(diào)整到理想大小，當(dāng)然最大不可能超出手機(jī)屏幕，這就完成了模型的生成。還有一種方法，在手機(jī)App中還可以連接手機(jī)攝像頭進(jìn)行三維掃描，用手機(jī)攝像頭水平繞著物體旋轉(zhuǎn)一周，在App中就可以生成該物體的三維立體模型。這樣，身邊的物體都能用這樣一臺(tái)手機(jī)3D打印機(jī)打印出來(lái)。

第二步，在手機(jī)App中生成的模型會(huì)被轉(zhuǎn)換為G-Code代碼，用G-Code代碼記錄下模型上每一層的信息，表現(xiàn)的方式有兩種，比如以記錄的某一層模型信息為例，如果手機(jī)屏幕中的某個(gè)像素點(diǎn)表示該層模型上的一點(diǎn)則點(diǎn)亮該像素點(diǎn)，相反，手機(jī)屏幕上的某個(gè)像素不在該層模型上則不點(diǎn)亮該像素點(diǎn)。所以，在手機(jī)進(jìn)行3D打印過(guò)程中，手機(jī)屏幕發(fā)光的部分表示打印的模型部分，不發(fā)光的部分表示非模型部分。

第三步，開始打印。先將生成模型的手機(jī)放到設(shè)備底部的凹槽中，將液態(tài)感光樹脂材料倒入儲(chǔ)液池中，感光樹脂原料與手機(jī)顯示屏中間是一塊偏光玻璃隔板。打印時(shí)，手機(jī)屏幕可以顯示模型某一層的信息，發(fā)光部分為模型部分，不發(fā)光部分為非模型部分，光源通過(guò)中間的偏光玻璃，過(guò)濾掉其他頻譜的光線，將特定能使感光樹脂固化的頻率光源照射到其感光樹脂溶液表面使之固化形成所對(duì)應(yīng)模型中的某一層；接著手機(jī)屏幕顯示下一層的模型信息，同時(shí)，打印機(jī)的上部分動(dòng)力系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)打印模型向上提升，用同樣的方式進(jìn)行下一層的打印。這樣逐層打印的方式，最終，打印的模型就從感光樹脂溶液中“生長(zhǎng)”出來(lái)。但需要說(shuō)明的是，由于每次打印只能加入同一種顏色的感光樹脂溶液，所以每次打印出的模型為同一種顏色。另外，其模型的尺寸也不能超過(guò)手機(jī)屏幕的大小。

隨著3D打印技術(shù)更多地融入人們生活，也越來(lái)越多地被人們所了解，在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，打印方式變得多樣化，打印產(chǎn)品豐富化，更多的貼近了人們生活。如今，智能手機(jī)成為了人們的必需品，但誰(shuí)又想過(guò)手機(jī)也能成為一臺(tái)3D打印機(jī)？這顛覆了我們對(duì)3D打印機(jī)的印象，3D打印機(jī)開始走進(jìn)人們生活?？萍荚从谏睿萍纪苿?dòng)生活。這樣一臺(tái)小巧的3D打印機(jī)，設(shè)計(jì)師們不再只能對(duì)著電腦屏幕進(jìn)行研究，朋友間的消息也不再是枯燥的表情包，生活中的小靈感、創(chuàng)意，喜歡的汽車模型，需要的小工具，不如把它打印出來(lái)。無(wú)論你是什么樣的職業(yè)，什么樣的年齡，這樣一臺(tái)3D打印機(jī)總能增添你生活的色彩。