打印机发展历史

从雕版印刷到活字印刷，人们在复制知识的道路上迈出了重要一步。文字不再是以“页”为单位，而是转化成了更小的单位“字”。

切斯特•卡尔森在1938年发明了静电复印技术，20年后的施乐公司以此为基础开发出商用静电复印机，这可以算是今天激光打印机的鼻祖。在工作前，激光打印机的硒鼓表面会均匀地布上一层电荷。计算机发来的文字或图像会转化成激光束，照射到的电荷会流走，剩下的电荷在经过墨粉盒时会吸引极性相反的墨粉，再把这些墨粉压在带电的打印纸上。最后对纸张加热让墨粉溶化渗入纸张，一张打印件即告完成。

从发明第一台激光打印机到现在的三十年间，这种打印机从当年一组四个柜子组成、往往要用一个单独的房间来摆放的庞然大物变成了今天办公桌上的小盒子。虽然它一般不能打印彩色——彩色激光打印机太过昂贵且受到严格控制——但是这部分的市场缺口已经被喷墨打印机完美地填充好了。

早在1867年，英国物理学家开尔文男爵就申请了连续喷墨打印机的专利。但是他设想的连续式喷墨打印直到1951年才由西门子的工程师变成现实，到今天，连续式喷墨打印已经成为大型喷绘机的标准技术。在家庭中，则往往使用另外的两种喷墨技术：1978年，惠普和佳能公司的两个研究小组分别独立发明的按需喷墨打印技术。惠普公司的工程师约翰•沃特用施加电流时会变形的压电材料覆盖在喷头上，通电就能从喷头里挤出一小滴墨水；而佳能的工程师远藤一郎从一件小事中得到了启发，开始考虑加热打印喷头的可能性。结果我们就有了两种不同原理的按需式喷墨打印机，而且直到今天还是这样。

今天的打印机成本已经低到可以自己在家制作书籍，如果方法得当，质量堪比印刷厂的产品。但是，打印机依然可以有更多的用途：比方说，打印一双拖鞋，或者一把牙刷。

在家中制造小产品是3D打印机的目标。这种可以看做由喷墨打印机脱胎而来的新型制造技术实际上已经有了二十年的历史，已经广泛用于工业设计领域。它可以被视为一系列平面喷墨打印的叠加，墨水喷头不仅能在平面上移动，还能上下运动。于是，在平面上打印一层，用某种方法把固定住，然后打印头升高一点，再打印下一层，周而复始，就可以获得立体的结构。当然，它使用的材料往往是粉末或者粘稠的液体，而把打印材料固化的方式则可能是加热、降温、紫外线，或者激光烧结。

技术原理

3D打印并非是新鲜的技术，这个思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。三维打印通常是采用数字技术材料

打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，其价格也正逐年下降。

使用打印机就像打印一封信：轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台

喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。

堆叠薄层的形式有多种多样。有些3D打印机使用“喷墨”的方式。例如，一家名为Objet的以色列3D打印机公司使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。另外一家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。

还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。它也可以使用一种叫做“激光烧结”的技术熔铸成指定形状。这也正是德国EOS公司在其叠加工艺制造机上使用的技术。而瑞士的Arcam公司则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒。以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。如今可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。

工作步骤

3D打印机工作步骤是这样的：

先通过计算机建模软件建模，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人物、

或者微缩建筑等等。

然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来，其工作结构分解图如下。

3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后再进行打印输出。

3D打印与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。

然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

三维设计

三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PL Y是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

打印过程

打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如Objet Connex 系列还有三维Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

制作完成

三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。3D打印技术对比

3D打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。目前市场上的快速成型技术分为3DP 技术、FDM熔融层积成型技术、SLA 立体平版印刷技术、SLS选区激光烧结、DLP激光成型技术和UV紫外线成型技术等。