王二盟　吳晨　王鈞　李舉　王旭鵬

摘要：近年來(lái)高校的藝術(shù)類專業(yè)越來(lái)越多的建設(shè)了3D打印實(shí)驗(yàn)室，確實(shí)3D打印設(shè)備可以快速、高效、準(zhǔn)確的將學(xué)生的創(chuàng)意想法，變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)中可以觸摸到的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)“所想即所得”。學(xué)生也從這種“做中學(xué)”里得到了鍛煉，不僅鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，更激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新精神。本文論述作者在高校藝術(shù)類3D打印實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行總結(jié)梳理，希望能為高校的藝術(shù)類3D打印實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及實(shí)踐應(yīng)用提供一些參考借鑒。

關(guān)鍵詞：3D打印;FDM;熔積成型

3D打印技術(shù)，由于其操作的便捷性，快速性，在高校藝術(shù)類專業(yè)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中被越來(lái)越多不同專業(yè)的學(xué)生作為模型由圖紙到實(shí)物的制作中最常用的方式。這種打印方式并不局限于工業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè);視覺(jué)傳達(dá)專業(yè)同學(xué)開(kāi)始用3D打印制作包裝模型，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的同學(xué)開(kāi)始用3D打印制作一些創(chuàng)新家具模型，動(dòng)畫(huà)系學(xué)生開(kāi)始用3D打印制作動(dòng)畫(huà)人物形象，雕塑系學(xué)生開(kāi)始用3D打印制作雕塑作品，服裝設(shè)計(jì)系學(xué)生開(kāi)始用3D打印制作服裝及相關(guān)飾品。那么3D打印是什么、又包含哪些成型技術(shù)方式，筆者將逐一進(jìn)行介紹。

一、3D打印的相關(guān)介紹及常見(jiàn)成型方式：

3D打?。河址Q為快速成型（Rapid Prototype簡(jiǎn)稱RP）、快速制樣或?qū)嶓w自由形式制造，是一種由材料加法成型、逐層堆積出制件的制造方法。目前常見(jiàn)的3D打印技術(shù)成型方式有以下三種：

1.FDM（熔積成型）技術(shù)：3D打印機(jī)采用低熔點(diǎn)材料，一般多用PLA、ABS等材料，采用噴頭電加熱使得噴頭中原處于固體狀態(tài)的PLA或ABS等材料呈熔融狀態(tài)，然后由計(jì)算機(jī)控制打印機(jī)噴頭做XY軸方向工作，同時(shí)加壓使3D打印機(jī)噴頭中呈熔融狀態(tài)的材料被擠出，3D打印機(jī)噴頭根據(jù)電腦對(duì)三維模型切片數(shù)據(jù)路徑工作，將呈熔融狀態(tài)PLA或ABS等材料涂覆在底板上，構(gòu)成為模型的一個(gè)橫截面（層），然后噴頭上升，逐層加工，反復(fù)成型。

2.SLA（光固化）技術(shù)：將建立好的三維模型經(jīng)過(guò)電腦離散分層處理后的信息，按照模型設(shè)計(jì)掃描分層后數(shù)據(jù)得出工作路徑，3D打印機(jī)設(shè)備將紫外激光束投射到液態(tài)光敏樹(shù)脂材料表面，紫外激光束和光敏樹(shù)脂發(fā)生發(fā)應(yīng)，使原處于液態(tài)的光敏樹(shù)脂固化。從而生成零件的一個(gè)橫截面（層），然后3D打印機(jī)平臺(tái)下降一層，以此類推，逐層反復(fù)，最終成型。

3.SLS（粉末燒結(jié)成型）技術(shù)：將三維模型經(jīng)過(guò)電腦離散分層處理后的信息，按照設(shè)計(jì)掃描路徑，用3D打印機(jī)設(shè)備將激光束投射到燒結(jié)金屬粉末表面，金屬粉末顆粒因燒結(jié)而成為金屬面，也就是零件的一個(gè)橫截面（層），然后3D打印機(jī)平臺(tái)下降一層，以此類推，逐層反復(fù)，最終成型。

二、3D打印在實(shí)踐環(huán)節(jié)的打印技巧

由于SLA（光固化）技術(shù)的液體的成型材料不易儲(chǔ)存、加工流程相對(duì)復(fù)雜，SLS（金屬粉末燒結(jié)成型）技術(shù)的金屬3D打印設(shè)備成本高昂，所以，目前高校藝術(shù)類3D打印實(shí)驗(yàn)室，基本的桌面級(jí)3D打印機(jī)大多都是基于FDM（熔積成型）技術(shù)的設(shè)備。相比較而言采用FDM技術(shù)的3D打印機(jī)采用的是PLA或ABS等加工材料，操作更加簡(jiǎn)單、方便、且低成本。FDM技術(shù)類型的3D打印的原理決定了它的打印特性，掌握了這些特性才能更好的打印出理想的模型產(chǎn)品，主要包括以下幾點(diǎn)：

1.3D打印機(jī)調(diào)平，確保機(jī)器平臺(tái)與噴嘴距離較佳：如果出來(lái)的絲是呈鋸齒狀，說(shuō)明平臺(tái)和噴嘴距離過(guò)大，絲是從噴嘴甩下來(lái)而不是剛好貼緊的，打印模型會(huì)出現(xiàn)模型的起翹或者位移現(xiàn)象，這時(shí)稍微順時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺母，使平臺(tái)向上，直到現(xiàn)象消失，出現(xiàn)貼緊的線條為止。如果發(fā)現(xiàn)出絲過(guò)細(xì)或者出絲不連貫，說(shuō)明噴嘴與平臺(tái)的距離過(guò)小，導(dǎo)致噴嘴出絲量過(guò)小。模型打印過(guò)程會(huì)出現(xiàn)材料堵塞噴頭現(xiàn)象。這時(shí)稍微逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺母，使平臺(tái)向下，直到出絲量飽滿順暢為止。如果發(fā)現(xiàn)打印時(shí)，噴嘴跟平臺(tái)距離過(guò)大或者過(guò)小，請(qǐng)停止打印，重新調(diào)整平臺(tái)直到平臺(tái) 跟噴嘴距離合適為止。多數(shù)情況下的打印失敗都是由于平臺(tái)沒(méi)調(diào)好造成的，應(yīng)按照要求反復(fù)調(diào)試，確定平臺(tái)高度已調(diào)到較佳。并且在打印第一層的是時(shí)候，最好看著機(jī)器打印，確認(rèn)機(jī)器打印正常后才離開(kāi)。3D打印機(jī)平臺(tái)與噴嘴的最佳距離大概是一張紙的間隔。

2.選擇好的切片軟件：好的切片軟件是3D打印的核心，現(xiàn)在的切片軟件也非常多。目前使用比較廣泛且操作便捷的切片軟件有MakerBot Desktop、ideaMaker、Cura等。切片軟件的好壞，會(huì)直接影響到打印物品的質(zhì)量。簡(jiǎn)單的說(shuō)，切片軟件就是將3D模型轉(zhuǎn)化為機(jī)器可以識(shí)別的語(yǔ)言，所以切片軟件的選擇，就好比翻譯官的好壞，直接影響模型制作最終效果。

3.模型底部平坦：打印的時(shí)候，應(yīng)該選擇底部是平坦的一面，由于打印機(jī)是從底部開(kāi)始逐層打印，所以底層決定了整個(gè)打印物體的質(zhì)量。所以，打印底層是最為重要的，選好一個(gè)平坦的底部作為底層打印是打印成功的關(guān)鍵。

4.模型避免懸空：由于打印的時(shí)候噴嘴擠出的絲是流體，在重力的作用下會(huì)往下垂，如果打印的圖形有懸空的地方，打印的絲就會(huì)往下垂。所以，打印的時(shí)候就需要使用軟件生成支撐，打印結(jié)束后再把支撐進(jìn)行去除。類似于蓋房子的時(shí)候，由于混凝土是流體，會(huì)往下掉，所以，需要先打好木樁才能蓋房子，等混凝土凝固了再拆去木樁。跟建筑一樣，拆去木樁以后會(huì)留下木樁的痕跡，打印完畢以后也會(huì)留下支撐的一些痕跡，所以，如果想提高打印品質(zhì)，就需要盡量避開(kāi)懸空的地方，具體是在3D打印所自帶的切片軟件中對(duì)三維模型的角度進(jìn)行調(diào)整，避開(kāi)懸空。

5.設(shè)好溫度，避免起翹：FDM技術(shù)類型的3D打印在模型制作環(huán)節(jié)，由于其技術(shù)本身屬于熔積成型，所以由于冬季、夏季溫差原因會(huì)造成模型成型過(guò)程溫度變化不均，導(dǎo)致液體的材料在成型過(guò)程中冬季較快凝固，而夏季則凝固較慢，最終造成模型的起翹現(xiàn)象，模型在地板黏貼不夠牢固，導(dǎo)致模型掉落移位，打印失敗。所以，對(duì)于開(kāi)放式的桌面級(jí)3D打印盡量定制透明防護(hù)罩進(jìn)行溫度控制。另外，對(duì)于PLA及ABS等材料的差異，PLA材易發(fā)生堵塞噴頭現(xiàn)象，ABS容易發(fā)生翹邊現(xiàn)象，所以，對(duì)于打印機(jī)底板及噴頭溫度的調(diào)節(jié)也有差異;不同季節(jié)，不同材料，對(duì)于打印機(jī)底板和噴頭的溫度也應(yīng)該相應(yīng)的調(diào)整。PLA推薦噴頭溫度設(shè)置為190-220℃，底板溫度設(shè)置為60-70℃;ABS噴頭溫度推薦設(shè)置為210-230℃，底板溫度設(shè)置為90-100℃最佳。

6.組裝匹配圖形公差：如果打印的物體是需要進(jìn)行組裝的圖形，例如螺絲和螺母、齒輪的匹配這些圖形，由于 打印過(guò)程塑料的熱脹冷縮以及底層打印產(chǎn)生膨大的邊緣，所以需要把公差放大一點(diǎn)，一般公 差設(shè)置為 0.4mm，具體根據(jù)實(shí)際圖形進(jìn)行設(shè)置。

7.大體積圖形的打印：如果打印的體積比較大，必須使用 PLA 耗材，ABS 耗材本身特性決定了它不適合用于大 體積的圖形，容易裂開(kāi)和變形，所以體積大的圖形需要使用 PLA。 如果大體積的圖形打印過(guò)程還是容易翹邊，可以用點(diǎn) 502 膠水把圖形底部黏住，但是切 記不要讓 502 把噴嘴堵死。

隨著3D打印技術(shù)的普及，幼兒園、小學(xué)、初中、高中以及各種創(chuàng)客營(yíng)也都在讓學(xué)生更早的接觸到這種新的產(chǎn)品加工技術(shù)。通過(guò)這種技術(shù)將各年齡段、不同知識(shí)層、不同的創(chuàng)意想法，變成現(xiàn)實(shí)。學(xué)生也從整個(gè)教學(xué)、制作的參與過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。但是由于材料及設(shè)備成本問(wèn)題，目前3D打印教學(xué)基本采用的是FDM技術(shù)大3D打印設(shè)備，教學(xué)過(guò)程種對(duì)于SLA（光固化）技術(shù)、SLS（粉末燒結(jié)成型）技術(shù)基本采用圖文或視頻進(jìn)行展示，學(xué)生缺少了實(shí)際打印環(huán)節(jié)參與的過(guò)程和體會(huì)。相信科技的發(fā)展，3D打印設(shè)備及材料的不斷發(fā)展，設(shè)備成本及材料成本也會(huì)也會(huì)越來(lái)易被接受，我們3D打印的成型技術(shù)方式也會(huì)更加多元。

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