3D打印技術(shù)，一個(gè)你不陌生而又陌生的詞匯。不陌生的是你也不知道從哪里學(xué)來的這個(gè)詞，突然就從嘴里冒了出來，一下子變的朗朗上口。陌生的是當(dāng)你想要向朋友解釋什么是3D打印技術(shù)時(shí)，你卻發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)不時(shí)從自己嘴里蹦出、為自己跟上時(shí)代步伐而引以為傲的詞，完全不知從何說起。
這的確不能怪你，因?yàn)槲覀兌家粯樱瑢@項(xiàng)老舊的新技術(shù)始終知之甚少。稱之為老舊，因?yàn)樵缭趲资昵八礊槭廊怂l(fā)明，只不過在最近才因?yàn)椴牧?、工藝、成本等原因被從行業(yè)邊緣拉回了主流市場。
那到底什么是3D打印技術(shù)？1984年該技術(shù)的創(chuàng)始人查爾斯•W•赫爾定義了專利術(shù)語“Stereolithography”即“立體光刻造型技術(shù)”，通俗的說法是“系統(tǒng)通過創(chuàng)建多個(gè)截面的方式生成三維物體對象”。
1-鞋底的打印
3D打印的設(shè)計(jì)過程是：先通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。通俗的講，就是每個(gè)截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT像片；整個(gè)制造進(jìn)程能夠比喻為一個(gè)“積分”的進(jìn)程。然后整個(gè)進(jìn)程在電腦的操控下，由3D打印機(jī)體系主動(dòng)完結(jié)。
目前的3D打印已經(jīng)擁有了許多不同的技術(shù)，其中比較成熟的有UV、SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其中：
SLA是“StereolithographyAppearance”的縮寫，即立體光固化成型法。用特定波長與強(qiáng)度的激光聚集到光固化材料表面，使之由點(diǎn)到線，由線到面次序凝結(jié)，完結(jié)一個(gè)層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺在筆直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度，再固化另一個(gè)層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體。SLA技術(shù)首要用于制造多種模具、模型等，還能夠在制造過程中通過摻加其他成分，SLA用原型模替代熔模精細(xì)鑄造中的蠟?zāi)?。SLA技術(shù)成形速度較快，精度較高，但因?yàn)闃渲袒M(jìn)程中發(fā)生短縮，不可避免地會發(fā)生應(yīng)力或?qū)е滦巫儭Ｒ蚨m用于開發(fā)短縮小、固化快、強(qiáng)度高的光敏材料。
SLS技術(shù)，挑選性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS——SelectiveLaserSintering）是選用激光有挑選地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。其整個(gè)技術(shù)進(jìn)程包含CAD模型的樹立及數(shù)據(jù)處置、鋪粉、燒結(jié)以及后處置等。整個(gè)技術(shù)設(shè)備由粉末缸和成型缸組成，作業(yè)時(shí)粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞（作業(yè)活塞）上均勻鋪上一層，機(jī)核算機(jī)依據(jù)原型的切片模型操控激光束的二維掃描軌道，有挑選地?zé)Y(jié)固體粉末材料以構(gòu)成零件的一個(gè)層面。粉末完結(jié)一層后，作業(yè)活塞降低一個(gè)層厚，鋪粉體系鋪上新粉。操控激光束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。結(jié)尾，將未燒結(jié)的粉末收回到粉末缸中，并取出成型件。
3D打印機(jī)技術(shù)中，金屬粉末SLS技術(shù)這些年最為熱議與追捧。運(yùn)用高熔點(diǎn)金屬直接燒結(jié)成型零件，對用傳統(tǒng)切削加工辦法難以制造出的高強(qiáng)度零件，對急速成型技術(shù)更廣泛的運(yùn)用具有重要的意義。
LOM技術(shù)，分層實(shí)體制造法（LOM——LaminatedObjectManufacturing），LOM又稱層疊法成形，它以片材（如紙片、塑料薄膜或復(fù)合資料）為原資料，其成形原理為激光切開體系依照核算機(jī)提取的橫截面概括線數(shù)據(jù)，將反面涂有熱熔膠的紙用激光切開出工件的表里概括。切開完一層后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層紙疊加上去，運(yùn)用熱粘壓設(shè)備將已切開層粘合在一起，然后再進(jìn)行切開，這樣一層層地切開、粘合，結(jié)尾變成三維工件。LOM常用資料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此技術(shù)除了能夠制造模具、模型外，還能夠直接制造構(gòu)件或功用件。
未組裝的3D打印鞋
該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)牢靠、模型支撐性好、成本低、效率高。缺陷是前、后處置費(fèi)時(shí)吃力，且不能制造中空布局件。
FDM技術(shù)，熔積成型（FDM——FusedDepositionModeling）法，該辦法運(yùn)用絲狀資料（白臘、金屬、塑料、低熔點(diǎn)合金絲）為材料，運(yùn)用電加熱辦法將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點(diǎn)高1℃），在核算機(jī)的操控下，噴頭作x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的資料涂覆在作業(yè)臺上，冷卻后構(gòu)成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積構(gòu)成三維工件。該技術(shù)污染小，材料能夠回收，主要用于中、小型工件、塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?/div>
打印可替換的鞋跟
眾多集中技術(shù)中，它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。有些技術(shù)利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”，例如：選擇性激光燒結(jié)和熔融沉積式，還有一些技術(shù)是用液體材料作為打印的“墨水”的，例如：立體平板印刷、分層實(shí)體制造。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。一般來說，主要的考慮因素是打印的速度和成本、3D打印機(jī)的價(jià)格、物體原型的成本、還有材料以及色彩的選擇和成本。就目前來看，可以直接打印金屬的打印機(jī)價(jià)格最為昂貴，所以很多時(shí)候人們會先使用普通的3D打印機(jī)來制作模具，然后用這些模具制作金屬部件。
隨著多種3D打印技術(shù)的日趨完善，3D打印技術(shù)所帶來的技術(shù)優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)在我們面前。若干年前，3D打印鞋是種毫無意義的想法。尤其是當(dāng)技術(shù)仍處于熔絲制造法為主的桌面級3D打印機(jī)時(shí)。近來，隨著大量可使用于3D打印的新材料涌現(xiàn)，我們看到了3D打印技術(shù)的更多新應(yīng)用。
可更換鞋跟
無論是本刊或是其他媒體都曾報(bào)道過關(guān)于企業(yè)或個(gè)人利用3D技術(shù)打印衣服、配飾的實(shí)例，比如錢包，手機(jī)殼，甚至完全的3D打印鞋?，F(xiàn)在，來自臺灣的一家名為朗朗設(shè)計(jì)的企業(yè)，則希望在3D技術(shù)上走得更遠(yuǎn)。
陳敏杰（音譯），朗朗設(shè)計(jì)的聯(lián)合創(chuàng)始人之一，生活中癡迷于設(shè)計(jì)和構(gòu)造，對數(shù)字化制造有著強(qiáng)烈的興趣。陳敏杰是一名擁有建筑學(xué)學(xué)歷的設(shè)計(jì)師，喜歡挑戰(zhàn)數(shù)字化制造的極限。通常每一年他都要針對一種技術(shù)建立一個(gè)大項(xiàng)目，比如CNC、激光切割、高速切割機(jī)床以及3D打印。他認(rèn)為能夠自己動(dòng)手設(shè)計(jì)和操作是一件很美妙的事情。
陳敏杰從2012年開始擁有一臺閃鑄3D打印機(jī)，并不斷進(jìn)行創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)。去年他的3D打印換裝十六進(jìn)制系列，這是他在Thingiverse網(wǎng)站上發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)混合設(shè)計(jì)。隨后，他用他的3D設(shè)備為一只受傷的鴨子成功制作出復(fù)健輔具，幫助鴨子恢復(fù)行走，從而獲得不少關(guān)注。這只鴨子遭到野狗攻擊，左腳受到嚴(yán)重傷害，雖然經(jīng)過動(dòng)物醫(yī)院手術(shù)治療后，但左腳掌向內(nèi)蜷縮無法自由行走。動(dòng)物醫(yī)院獸醫(yī)希望有人能幫忙制作專用的復(fù)健輔具。
朗朗設(shè)計(jì)接下這項(xiàng)請求，先建立輔具的3D模型，再利用3D打印機(jī)制作輔具，成功幫鴨子量身打造復(fù)健專用輔具，為國內(nèi)3D打印創(chuàng)下新的應(yīng)用實(shí)例。
陳敏杰表示要幫鴨子量身打造輔具并不容易，使用 3D掃描儀為受傷的鴨腳建立模3D模型，但很快的就發(fā)現(xiàn)3D掃描儀以紅外線建模有其限制，掃描的物體表面如有油脂或反光就會使模型出現(xiàn)破面，無法建立完整 的3D模型，加上鴨子是活生生的動(dòng)物，細(xì)微的震動(dòng)也會影響到3D掃描。
朗朗設(shè)計(jì)利用紙黏土為傷腳建模，再透過逆向工程修改3D模型，經(jīng)過不斷的修正、打印、試穿，最終成功。
輔具在設(shè)計(jì)上包括4個(gè)組件，包括下底板、上束帶、前肢左右固定器及轉(zhuǎn)軸，可以想見制作上過程繁復(fù)，且需要耐心不斷修改。為了克服3D掃描儀的限制，朗朗以紙黏土為鴨子的腳掌、踝關(guān)節(jié)等處制作陰模、陽模，再透過逆向工程修改調(diào)整3D模型。
整鞋效果
國外曾有利用3D打印技術(shù)制作義肢的案例，陳敏杰表示，制作義肢是依照想象設(shè)計(jì)制作，但鴨子受傷的左腳仍然存在，必需為傷腳量身設(shè)計(jì)制作輔具感覺要比義肢更困難，例如輔具必需考慮傷腳的踝關(guān)節(jié)、彎曲的自由度等等。
有了這個(gè)成功的案例，今年陳敏杰想做一些新的嘗試，一些關(guān)于定制鞋以及更進(jìn)步的嘗試。為此，他想到了具有可換鞋跟特點(diǎn)的3D打印鞋。想到此，尤其是針對女鞋而言，這真是一個(gè)相當(dāng)出彩的主意。
陳敏杰說有時(shí)候女士們需要為日常活動(dòng)準(zhǔn)備不止一雙鞋子，比如工作時(shí)候穿的、社交活動(dòng)時(shí)穿的，以及散步時(shí)候穿的。有時(shí)候好看的鞋不一定適宜散步。為什么不設(shè)計(jì)一種可更換鞋跟的裝置？攜帶起來也沒有任何問題，因?yàn)槿魏稳硕伎梢造`活而簡便地自行打印可更換鞋跟。
隨著可使用的彈性纖維絲材料的增加，鞋子已經(jīng)能夠通過3D打印制造舒適的鞋子，同時(shí)彈性度使鞋子易于彎曲和壓縮從而適合放進(jìn)小空間中，比如，女士的手提包。
陳敏杰開始這個(gè)項(xiàng)目前，為完善源自拔佳鞋業(yè)所設(shè)計(jì)鞋模，陳敏杰便花費(fèi)了三個(gè)迭代。然后3D掃描被用于穿著者腳的測試，以確保腳部尺寸完美無暇的精準(zhǔn)。鞋被分成獨(dú)立的四個(gè)部分打印，包括鞋尖部，鞋跟萼、鞋底和鞋跟。鞋可以是未組裝狀態(tài)的。穿鞋的人可以選擇去掉鞋跟部分，用另外的尺寸替代，說不定女士們更愿意在晚上外出之時(shí)穿更高跟的鞋子，在白天到處走動(dòng)時(shí)換回矮的鞋跟。朗朗設(shè)計(jì)的創(chuàng)意可以提供這樣的選擇。若陳敏杰繼續(xù)致力于這個(gè)設(shè)計(jì)以及其他新的、趣味的新式鞋，驚喜的成果可以預(yù)見。
可以說，3D打印技術(shù)為企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)人員帶來了一種全新的產(chǎn)品開發(fā)模式。運(yùn)用3D打印技術(shù)能夠急速、直接、準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)思維轉(zhuǎn)化為具有必定功用的產(chǎn)品模型（樣件），這不但縮短了開發(fā)周期，并且降低了開發(fā)費(fèi)用，更激發(fā)了無數(shù)創(chuàng)意。隨著技術(shù)的日臻成熟，相信在制鞋業(yè)將會出現(xiàn)更多3D技術(shù)之下的驚喜之作。
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