李寒東

利用智能手機進行的3D打印

說到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、房子都有過報道，打印的范圍涵蓋了人們身邊的各種領(lǐng)域，可以說3D打印是人類未來生活的革命性技術(shù)。而3D打印機在人們的印象中往往都是龐然大物，至少不會覺得像手機這般小巧。但人們有沒有想過把3D打印技術(shù)與我們寸不離手的智能手機聯(lián)系起來，在手機里生成的小模型就可以通過3D打印的方式打印出實物來。試想一下，我們可以把小禮物通過信息的方式發(fā)送給朋友，朋友就可以利用手機將收到的禮物打印出實物，這樣的禮物是不是很有創(chuàng)意。

日前，一家來自意大利快速原型設(shè)計和數(shù)字化制造公司Solido 3D帶來了一款基于智能手機App的3D打印機，與手機盒差不多大小，預(yù)計會在今年9月份發(fā)售。近期，臺灣科技也成功研發(fā)出了與之相類似的3D打印機。其工作原理和打印材料不同于普通的3D打印機，大多數(shù)的3D打印機是通過控制噴嘴，將打印材料噴射到指定的點上，通過許多點形成一個面，再由下至上一層一層的打印，最終打印出一個立體結(jié)構(gòu)。而這項基于手機的3D打印技術(shù)，只需要先通過手機中配套的App設(shè)置好要打印的物體，將手機放入打印機的底座，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里設(shè)置的打印物體。并且，因為材料和技術(shù)的不同，這種基于手機的3D打印機售價約為99美元，相比傳統(tǒng)的平臺式3D打印機便宜很多。并且，Solido 3D公司開發(fā)的基于智能手機的3D打印機同時兼容Android、iOS或Windows系統(tǒng)，幾乎涵蓋了所有智能手機端。所以，只要擁有這樣的設(shè)備就可以將手機里虛擬的模型打印成現(xiàn)實的物體。

打印技術(shù)與原理

這種基于智能手機的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，以一定強度的激光作為光源聚焦到打印材料上，被照射到的部分會發(fā)生固化，由每一個固化點組成一個面，再一層一層地進行固化，最終得到一個立體結(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為一個激光點，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)。而這種基于手機的3D打印機所使用的光源為手機屏幕，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，并且針對手機顯示屏光源進行了優(yōu)化，使其與手機屏幕光源相匹配，在一定亮度的手機顯示光源條件下液態(tài)感光樹脂材料就可以發(fā)生固化。

這種基于手機的3D打印機基本可以分為4個部分，位于設(shè)備的最底部是用于放置智能手機的凹槽，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打印原料的儲液池，用于盛放感光樹脂溶液，設(shè)備的頂蓋是動力系統(tǒng)，內(nèi)置電源，能按照一定的頻率向上提升經(jīng)過手機顯示屏光源照射而固化的感光樹脂材料部分，以實現(xiàn)逐層打印。

對于打印機來說，第一步是模型的生成，在這種打印機所對應(yīng)的手機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屏幕，這就完成了模型的生成。還有一種方法，在手機App中還可以連接手機攝像頭進行三維掃描，用手機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手機3D打印機打印出來。

第二步，在手機App中生成的模型會被轉(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，如果手機屏幕中的某個像素點表示該層模型上的一點則點亮該像素點，相反，手機屏幕上的某個像素不在該層模型上則不點亮該像素點。所以，在手機進行3D打印過程中，手機屏幕發(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放到設(shè)備底部的凹槽中，將液態(tài)感光樹脂材料倒入儲液池中，感光樹脂原料與手機顯示屏中間是一塊偏光玻璃隔板。打印時，手機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，光源通過中間的偏光玻璃，過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應(yīng)模型中的某一層；接著手機屏幕顯示下一層的模型信息，同時，打印機的上部分動力系統(tǒng)聯(lián)動打印模型向上提升，用同樣的方式進行下一層的打印。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”出來。但需要說明的是，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手機屏幕的大小。

隨著3D打印技術(shù)更多地融入人們生活，也越來越多地被人們所了解，在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代背景下，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，智能手機成為了人們的必需品，但誰又想過手機也能成為一臺3D打印機？這顛覆了我們對3D打印機的印象，3D打印機開始走進人們生活?？萍荚从谏睿萍纪苿由?。這樣一臺小巧的3D打印機，設(shè)計師們不再只能對著電腦屏幕進行研究，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。無論你是什么樣的職業(yè)，什么樣的年齡，這樣一臺3D打印機總能增添你生活的色彩。