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3D 打印产品设计论文

13D 打印概念及特点

首先，随着3D 打印技术的进步，可循环材料和多材料打印成为

可能；其次，扫描技术和3D 技术将共同提高实体世界和数字世界之间

形态转换的分辨率，我们可以扫描、编辑和复制实体对象，创建精确

的副本或优化元件。

2 桌面3D 打印技术发展现状

2.1 桌面级与工业级3D 打印的区别

2.1.1 成形技术不同

目前桌面3D 打印大多采用的是FDM（熔融沉积造型）技术，即

FDM 加热头把热熔性材料加热到半流体性质的临界状态并挤出，在

计算机控制下沿确定的二维几何轨迹运动，凝固成轮廓形状的薄层。

当一层完成后，通过垂直升降系统进行下一层，这样层层堆积粘结，自

下而上就形成了一个三维实体。而工业级3D 打印技术根据材料的不

同采用的技术更加多变，除了FDM 技术，主要还有SLA（光固化立体

造型）；SLS（选择性烧结）和3DP（三维打印）等技术。

2.1.2 打印精度不同

一般而言，桌面3D 打印采用的FDM 技术最高精度为0.1mm，

而工业3D 打印所采用的SLA 技术精度可达0.025mm，做到了微米级

别。可以说，3D 打印机的价格与其打印精度是成正比的。桌面3D 打

印机便携化的尺寸和大众化的价格在一定程度上限制了其打印精度，

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使桌面3D 打印产品精度无法与工业级相媲美。然而，随着技术的进

步，桌面3D 打印机也在成熟起来：全彩的、多功能的、专业的桌面级

3D打印机不断地出现。比如，颇受欢迎的桌面打印机Form1采用了逐

层堆叠和光固化成型组合的技术而大大提升其打印产品的质量，但其

材料光敏树脂较为昂贵。

2.1.3 运用材料不同

虽然目前已经有很多打印耗材出现在人们的视野中：塑料、金属、

尼龙等等，甚至食品或者医学上的人体器官都通过3D 打印的方式发

挥自身的价值，但真正能够普遍运用在桌面3D 打印中使用的材料仅

限于塑料，最常见的是ABS 和PLA，这也在一定程度上限制了桌面

3D 打印产品的应用领域。工业级的3D 打印用材更广，除了塑料，尼

龙、金属、陶瓷、树脂等等的材料都在尝试或者已经成熟地被使用到

制造中。

2.2 桌面3D 技术的材料特点

PLA（环保塑料）和ABS（工程塑料）是目前最为常见的两种桌

面3D 打印耗材。针对几个要素，笔者对它们进行了对比：

2.2.1 综合性能

PLA 是一种环保再生材料，生物可降解，表面光泽，色彩鲜艳，

气味好闻。ABS 呈亚光、无毒、具有刺鼻的气味，但具很好的冲击强

度、化学稳定性、抗腐蚀性；电性能良好、耐热耐磨、机械加工性能好。

3 适合桌面3D 打印产品设计新思维

3.1“+”思维

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“+”思维是指针对桌面3D 打印的特点对设计的产品造型与结构

进行优化，合理设计打印过程，提升产品的质量。设计与打印时有以

下几点建议：

3.1.1 做加法设计

3D 打印是一种累加的成形技术，它要求设计师去用“+”的思维去

创新、做设计。3D 打印更适合一些累加、镂空、扭曲、生长等复杂造

型的产品。

3.1.2 优化产品结构

尽可能避免大块实体、平面的造型；同时由于桌面3D 打印精度

的限制，细节与薄壁结构处理时要合理，以免打印失败。

3.1.3 合理选择分层方向

分层方向即打印时产品生长的方向，如果分层方向选择不当，会

影响模型的表面质量、强度、成形时间、支撑材料使用量以及剥离支

撑的难易程度。选择时遵循以下原则：

（1）表面质量：水平面好于垂直面，垂直面好于斜面，重要的表面

要选为上表面；

（2）精度：水平方向好于垂直方向，如圆孔轴线垂直工作台可以

提高圆的精度；

（3）强度：水平方向好于垂直方向，如强度高的方向设置为水平

方向；

（4）支撑：支撑面积越小越好，支撑高度越低越好，但需避免投影

面积小，高度高的支撑面出现。

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3.2“-”思维

“-”思维是指减少打印过程中的影响因素，提升打印效率。

（1）减少台阶效应：尽可能地使零件具有较少的斜面；以减少零件

的台阶效应。

（2）减少打印支撑：使零件具有较少的悬臂结构；在设计时尽量确

定好产品的打印方向，优化结构，减少或者避免支撑。

（3）减少打印时间：减少支撑和优化结构都可以减少打印时间。同

时还要合理设计产品的尺寸。因为3D 打印满足所谓的“三次方增加规

律”。如果我们需要2 倍大的东西，我们就需要花8 倍的时间和材料来

打印。

4 结语

3D打印技术正在飞速发展，桌面3D打印机也越来越普及，我们

应该根据桌面3D 打印自身的特点去设计桌面3D 产品，遵循3D 技术

的成形规律；优化产品造型与结构；提高设计效率。