3D打印并不神秘：它只是一種新型的制造和加工工藝

   3D打印技術(shù)出現(xiàn)在上世紀(jì)80年代末至90年代初（也稱為快速成型技術(shù)），至今也就30年不到的時(shí)間。其原理很簡(jiǎn)單：以3D數(shù)字模型文件為輸入，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。    由于3D打印是將材料一層一層堆積而成，因此也稱為增材制造工藝。3D打印并不神秘，相對(duì)于具有千年的等材制造工藝和具有百年的減材制造工藝，它只是一種制造成型的新工藝，只有30年不到的歷史。

三、比較：3D打印區(qū)別于其他制造工藝有哪些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)？

   相對(duì)于等材制造工藝與減材制造工藝，3D打印具有許多的優(yōu)勢(shì)，已有很多文章進(jìn)行了詳細(xì)的分析與闡述。筆者認(rèn)為，相對(duì)于傳統(tǒng)的制造工藝，3D打印具有如下三個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)：

   1. 設(shè)計(jì)空間。對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜物品（比如內(nèi)部有非常復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或空腔結(jié)構(gòu)的物品），傳統(tǒng)的制造工藝是無(wú)法進(jìn)行加工的，需要將物品進(jìn)行分解分別加工再組裝。而3D打印將物體分解成一層一層的2D區(qū)域，因此加工任意復(fù)雜的物體都沒(méi)有問(wèn)題，加工精度只是取決于打印機(jī)所能輸出的小材料顆粒。這是3D打印帶給我們大的優(yōu)勢(shì)，能讓設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)任意復(fù)雜的幾何形狀，設(shè)計(jì)空間。正是這個(gè)優(yōu)勢(shì)，給了我們?cè)趲缀卧O(shè)計(jì)與優(yōu)化方面大量需要解決的問(wèn)題，后面會(huì)詳述。



   2. 立體光固化成型工藝（SLA）：以光敏樹脂作為材料，在系統(tǒng)控制下紫外激光將對(duì)液態(tài)的光敏樹脂進(jìn)行掃描從而讓其逐層凝固成型。液槽中會(huì)先盛滿液態(tài)的光敏樹脂，氦—鎘激光器或離子激光器發(fā)射出的紫外激光束在計(jì)算機(jī)的操縱下按工件的分層截面數(shù)據(jù)在液態(tài)的光敏樹脂表面進(jìn)行逐行逐點(diǎn)掃描，這使掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應(yīng)而固化從形成工件的一個(gè)薄層。



   3. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題：由于設(shè)計(jì)師缺乏一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與力學(xué)知識(shí)，會(huì)導(dǎo)致其設(shè)計(jì)結(jié)果因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)問(wèn)題不能正常打印或在3D打印后會(huì)存在一些結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題。強(qiáng)度不足可能會(huì)使3D模型在打印、運(yùn)輸或日常使用過(guò)程中受到破壞。這種問(wèn)題我們稱其為結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化問(wèn)題；這時(shí)就需要通過(guò)力學(xué)與物理的計(jì)算（有限元方法--FEM）來(lái)優(yōu)化模型的結(jié)構(gòu)來(lái)滿足需求； 筆者對(duì)于近年來(lái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的工作做了一個(gè)綜述，發(fā)表在2017年的《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》上（PDF）。