便携式3D 解密3D打印笔

技术宅

时下流行的三维立体打印技术，让我们通过3D打印机即可打印出各种逼真实用的3D物件。但是传统3D打印机成本高、使用困难、便携性差，这严重限制了3D打印的普及（图1）。近日Future Make Technology公司开发出了可以随身携带的3D打印笔——Polyes Q1。那么什么是3D打印笔？它又是怎样实现3D打印的呢？

知识扫盲——了解3D打印

3D打印顾名思义就是可以打印出和现实生活中的物体一样的打印技术，它实际上是添加剂制造技术的一种形式。3D打印首先在电脑上预先建立打印物体的3D模型（可以通过3D扫描，或者内置模型建立），接着电脑会将打印指令传输到打印机，3D打印机接收到指令后就会根据模型参数，使用打印机内置的胶管喷嘴将打印材料（包括耗材和介质，如胶水和粉末）按照模型的架构一层层打印并固化，最终形成3D实物（图2）。

让3D随时实现——Polyes Q1打印原理探秘

通过上面的介绍我们知道，传统3D打印主要是由电脑、打印机、耗材组成，在打印之前需要建模，然后再分层打印。而Future Make Technology公司开发的Polyes Q1打印笔外形就像一支大号钢笔，无论是体积还是结构都和传统3D打印机大相径庭（图3）。那么3D打印笔是怎么实现3D打印的呢？

首先来了解一下3D打印笔的组成，通过对3D打印笔的拆解可以看到，常见的3D打印笔的内部结构其实十分简单，主要就是由挤出头（负责将打印材料挤出）、控制马达（调整出料转速），还有温控（负责将材料融化）组成，它的结构和我们日常使用的热胶枪非常类似（图4）。

不过Polyes Q1的结构和一般打印笔略微不同，因为它使用的材料是液体的感光树脂，通过光固化技术实现材料的固化，因此在内部增加了保存液体材料的导管和可以实现光照的LED光源或 UV 光源。

那么Polyes Q1怎么来实现3D打印？如上所述，3D打印实际上是添加剂制造技术的一种形式，打印出来的三维对象是通过连续的物理层建出来的。3D打印笔的工作原理和3D打印机是一样的，它也是通过挤压出特定的耗材，然后在三维空间依次分层涂抹形成三维物体。

因此，Polyes Q1的具体操作就像是我们使用毛笔在空中“画”3D物体，不同的是这根“笔”不用沾墨汁，而是用可以快速成型的感光树脂，当我们“画”出某种形状的物体后，通过感光树脂固定就形成了3D物体。下面以Polyes Q1宣传视频中打印蝴蝶标本为例。

首先要在脑海中规划好这只蝴蝶的形状，接着开启Polyes Q1挤出装置，Polyes Q1里面的感光树脂就会自动流出。由于它使用光固化技术（SLA），当流出的打印液体在内置的LED光源或UV光源照射后，感光树脂会迅速固化成型（图5）。

这样我们可以先“画”出蝴蝶的的支撑，然后按照蝴蝶的形状依次分层涂抹（这个操作就类似3D打印机的分层打印），每次挤出的液体在光照的作用下都会迅速成型（图6）。

这样大家只要按照自己的意愿就可以“打印”出任意3D物体，当然如果是复杂的三维物体，操作者就需要一定的绘画功底，否则可能“打印”出来的就是一些四不像的产品。而且打印的时候一定要根据物体的实际形状规划打印顺序，这样才能打印出完整而且好看的3D物品（图7）。

从上面的操作可以看到，3D笔的打印和传统3D打印非常类似。不同的是，它无需建模（模型存在于用户脑海中，你想打印什么就在脑海中规划什么），打印指令则是你的手势，想打印什么就具体画什么。只要你发挥想象，几乎可以随意“打印”出任何你想要的东西（图8）。

3D打印笔不仅仅是好玩

显然3D打印笔的产品打印由于使用非常简单，而且结构简单、体积小巧，任何人都可以按照自己的意愿去打印任何东西。这对于培养孩子们的创造力当然有很大的帮助，可以让爱动手的每一个孩子都成为创客。

不过3D打印笔并非仅仅好玩。比如对于很多产品设计者来说，他们脑海中经常会闪出各种新奇的创意，如果按常规的思路是按部就班画平面图、生成实际效果图，然后再和自己的创意进行比较。现在如果有了3D打印笔，他们就可以立刻将自己的创意打印出来，看看实际的3D效果是怎么样的。

当然，随着3D打印技术的进步，会有更多实用的3D打印笔出现。比如澳大利亚科学家就研发出3D生物打印设备“骨画笔”，直接在伤骨“画”出新细胞，一旦投入临床应用，可以提高骨头重建手术成功率。中国自主研发的生物材料3D打印机也已经成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织和肝脏单元等。3D打印科技的进步必然会给我们的生活带来更多的便利。