摘 要：文章在簡要概述3D打印技術的歷史和特點后，通過分析國內桌面級3D打印機兩種主流結構設計形式，對目前國內桌面級3D打印機的設計現(xiàn)狀做出評價，探究存在的問題及可參考的解決方案。

關鍵詞：3D打??；桌面3D打印機；設計評價

1 3D打印技術概述

快速成型技術，即3D打印技術，最突出的特點在于無需機械加工或者模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體，這極大地縮短了產(chǎn)品的研制周期，提高了生產(chǎn)率、降低了生產(chǎn)成本。

21世紀初期，3D打印技術主要用于企業(yè)產(chǎn)品原型的制造，以及大學和研究機構的教學和研究。由于機體龐大，操作和維護復雜，價格昂貴，普通消費者鮮有機會體驗。隨著技術的發(fā)展，以FDM（Fused Deposition Modeling工藝熔融沉積制造）成型技術為基礎的3D打印機因其技術開源、結構簡單，能夠實現(xiàn)較低的售價和較小的機身尺寸，慢慢進入了個人消費者的視野。由于這類打印機占地面積小，可以方便地放置在桌面完成打印工作，因而被稱為桌面級3D打印機。近幾年來，國內3D打印市場火熱，尤其是國產(chǎn)桌面級3D打印機市場正變得日益繁榮，得益于此，3D打印技術正在逐漸走向普通消費者的日常生活。

2 國產(chǎn)桌面級3D打印機的分析與評價

國產(chǎn)3D打印機多以FDM打印方式為主，在這種打印方式的基礎上又衍生出了幾種不同的結構形式。在國內，三角洲式和矩形盒式是市場上主流的兩種結構形式，下面將以這兩種結構為主，對其設計進行分析與評價。

2.1 三角洲式

三角洲式3D打印機（如圖1）其基本特征是機身上下由兩個三角形框架組成，三角形底部的XY軸平面是打印平面，Z軸與機身的三角形垂直中線重合。三角洲式打印機的結構簡單，組裝和維修都比較容易，加工精度的要求不高，普遍售價在5000元以下，但由于加工精度不高，打印精度和穩(wěn)定性也不高。值得一提的是，這種結構的打印機具有極大的改裝可能性，通過適當?shù)母难b可以得到非常大的打印尺寸或具有打印多種材料的能力。由于這種打印機采用開放式結構，導線往往裸露在外，影響美觀?，F(xiàn)階段，國產(chǎn)三角洲式3D打印機還停留在工程設計層面，其結構、固件、適配軟件往往直接沿用國外3D打印機的設計方案，缺少創(chuàng)新。

2.2 矩形盒式

矩形盒式（如圖2）是目前國內3D打印機廠商所采用的主流結構形式，商業(yè)化程度較高。這種結構的基本特征是打印平面沿著Z軸垂直移動，打印中模型固定在打印平面上不會沿著XY軸方向移動，因此無需擔心模型在打印過程中出現(xiàn)位移而導致打印失敗。由于安裝精度高，機身穩(wěn)定，打印過程中出現(xiàn)的拉絲、位移等問題往往可以在一定程度上避免，采用這種結構的3D打印機精度和速度較三角洲式都有提高，電源電線可以很好地隱藏在機體內，產(chǎn)品外觀可以做到統(tǒng)一美觀。矩形盒式3D打印機結構較為復雜，安裝和維修往往比較困難，不僅如此，較高的加工精度要求也提高了成本，因此國產(chǎn)矩形盒式結構的3D打印機價格往往在萬元以上。國內廠商在這種結構的3D打印機設計上做了不少努力，在注重更有人情味的外形設計的同時，還提供了多種多樣的人性化的功能，如：脫機打印、Wifi無線打印等，讓非專業(yè)人士很容易的上手進行模型的打印，不少廠家還對打印機地固件和軟件進行了重新設計，提供了全中文的操作系統(tǒng)、更加友好的界面設計，方便國內用戶使用。

3 面對的問題

從技術角度來講，國內桌面級3D打印機已經(jīng)達到了一個相對較高的水平，但國產(chǎn)桌面級3D打印機還面臨著一些問題。

首先，桌面級打印機的成型尺寸有限，只能打印玩具和一些較小尺寸的零件；受到精度和材料的限制，打印出的模型難以滿足實際使用需要。另一方面，設計公司、學校、工廠等不同客戶對3D打印機有著不同的設計訴求，如何滿足消費群體的設計訴求是國內廠商亟待解決的問題。更為重要的一個問題是，3D打印數(shù)據(jù)來自于三維數(shù)字模型，沒有三維數(shù)字模型，3D打印機就無用武之地了?，F(xiàn)在主流的三維模型制作軟件對普通用戶而言有較高的學習成本，因此3D打印機的使用群體受到很大的限制。對于這個問題，國外3D打印行業(yè)尋求了兩種解決方式，一種以美國創(chuàng)新制造公司Shapeways為例，通過建立線上模型交易平臺，用戶提出模型需求，由設計師來完成，用戶付款下載三維模型后在自己的打印機上進行打印。另一種以谷歌公司的Sketchup為例，研發(fā)更加方便易用的建模軟件，通過設計更加人性化的建模方式，讓用戶在最短的時間內制作出自己需要的三維模型。第一種解決方式大大減少了廠商的研發(fā)成本，但卻增加了用戶的成本。第二種解決方式由于成本和技術限制，很少有廠商有能力獨立研發(fā)自己的建模軟件，一款方便易用的建模軟件往往需要多個版本的不斷研發(fā)升級，需要大量的時間和資金的投入。

4 結束語

通過對兩種桌面級3D打印機的對比分析可以得出如下結論：（1）三角洲式打印機結構簡單、易于改裝、價格相對較低。但存在著加工精度低、打印穩(wěn)定性差的問題，市場上的機型普遍缺少人性化的設計考慮。（2）矩形盒式打印機結構相對復雜、價格較高。但加工精度高、打印穩(wěn)定性好，商業(yè)化程度高，不少廠家開始在3D打印機上嘗試更加人性化的設計。（3）國產(chǎn)桌面級3D打印機受限于技術與成本在打印精度、可選材料限制較大，對普通用戶而言，實用價值不高；另一方面，由于現(xiàn)階段建立三維數(shù)字模型存在較高的學習成本，因此難以提供給消費者持續(xù)、有意義的使用體驗。對國外3D打印廠商一味地模仿和功能升級，并不能為國產(chǎn)3D打印機行業(yè)帶來質變。以用戶為中心，為普通消費者提供有價值、可持續(xù)的使用體驗，才是未來國內3D打印機廠商在眾多品牌中脫穎而出的關鍵。

參考文獻

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[3]Hod Lipson，Melba Kurman.3D打印：從想象到現(xiàn)實[M].中信出版集團，2013.

作者簡介：鄭鯤（1990-），男，漢族，山西陽泉人，景德鎮(zhèn)陶瓷大學碩士研究生，主要從事工業(yè)設計方面的研究。