随着10万多日元的低价格机型亮相，3D打印机已经成为非常贴近生活的设备。今后，制造业也许会迎来“设计人员人手一台（3D打印机）”的时代。不过，与已经普及的家用喷墨打印机不同，3D打印机需要进行一定程度的事前准备和事后处理，模型的品质也会因设置而异。笔者亲自试用了3D打印机，下面就来介绍一下。

　　首先用样本数据造型

　　笔者此次挑战的是美国3D Systems公司的“CubeX”（图1）。CubeX是2013年6月刚刚在日本上市的新产品，售价约为40万～50万日元，个人购买的话并不算便宜，但订购者依然很多。笔者从3D Systems的销售代理商之一的武藤工业公司借来了实机，用3D打印机制作了模型。

图1：笔者试用的3D打印机“CubeX”

　　从包装中取出打印机后要做一些准备工作，比如去掉防止产品在运输途中损坏的缓冲材料、安装材料墨盒和造型台（放置模型的板）等部件。该产品附带工具箱，准备工作中有不少都需要使用工具（图2）。

图2：附带的工具 不仅有从造型台上剥离模型和切断线材的造型工序要使用工具，

设备的调整等也必须要使用工具。

　　制作模型必须要有3D数据。附带的U盘中保存了很多测试数据，笔者首先试制了其中之一（螺旋桨）。尺寸为直径约34mm，高约29mm。

测试数据以STL格式保存，3D打印机无法直接读取，必须转换为控制机器动作的代码。因此，在个人电脑上安装附带的转换软件后启动软件，读取目标STL文件。U盘中有安装程序。还可以从3D Systems公司的网站“Cubify”下载。

　　之后，就能在屏幕上看到一个放在与造型台形状相同的台子上的红色的3D模型（图3）。方向和位置可以自动调整，想改变方向、位置以及尺寸时，利用位于界面上部的菜单进行平行移动、旋转、放大或缩小即可。

图3：转换软件的界面 读取STL文件，设置使用的材料和层厚等条件后，

就会生成控制3D打印机的文件。

　　如果方向和尺寸没有问题，点击“Build”按钮，会弹出一个窗口。在弹出的窗口中选择层厚、密度、是否带底座（raft）、材料等。笔者此次选择的是层厚为0.1mm，密度为最高级别的4级、不带底座。

　　设置完成后，点击弹出式窗口右下方的“Build”按钮，就会通过STL数据根据刚刚设定的条件计算模型截面形状，然后转换成控制实际打印头动作的数据。该数据以扩展名为“.cubex”的印刷文件的形式被保存到U盘中。 STL数据只具备表示3D形状表面（边界）的信息。要想运行3D打印机，在把3D形状作为截面形状（切片数据）的集合体表现的同时，还需要其他信息，比如如何用材料填充各截面形状等。具体来说就是以何种路径和速度驱动喷头，如何控制喷出时的树脂温度和喷出量等。

　　开始造型

　　把准备好的U盘插入3D打印机机身前面左下方的插口，然后选择目标文件就开始造型了，不过在此之前还需要一项准备工作，那就是为了使第一层树脂粘牢，用附带的胶棒在造型台上涂一层胶。之前转换数据时已经显示了在造型台上的哪个位置制作模型，因此只需在大概的位置上涂抹差不多的范围即可。

　　完成造型台的准备后，在装置前面上部的触摸面板上，从“Print”菜单选择目标文件就开始造型了。喷头的温度慢慢上升到目标温度后，喷头就会移动到造型区，一点一点层积红色树脂（图4）。

图4：开始造型的3D打印机（俯视图） 中央为喷头部分，喷头可前后左右移动。笔者此次设置的是最小层厚、最大密度，因此造型用了约1个半小时。图5是以大约10分钟为间隔拍摄的模型层积的过程。喷头基本上是先形成截面形状的轮廓线，然后再全面填涂其内部。截面面积小的话，打印一层所需的时间也较少。

图5：正在层积的模型 以大约10分钟为间隔拍摄，可以看出在逐步层积。

　　在刚刚开始造型时（底部）和即将结束造型时（顶部），喷头的动作比较有特点。打印底部时，可能是为了与造型台贴紧，温度较高。然后暂时移开喷头，等温度稍微降低再继续打印。#p#分页标题#e#

　　打印顶端时，每制作一层就要移开一次喷头。这可能是因为截面面积小、刚刚喷出的树脂的温度还没有降下来，所以要等一会儿再打印下一层。

　　从造型台上取下模型

　　制作完成后，造型台向下移动，然后停止工作。把固定有模型的造型台从打印机上卸下，准备分离模型（图6）。虽然取决于造型台与模型的接触面积以及用胶棒涂胶的方法，不过有时用手就能轻松取下来。但如果强行用手掰，会损坏好不容易制作的模型。

图6：从造型台上剥离模型 用金属刮刀插入造型台与模型之间，取下模型。

如果粘的比较牢固，一边用温水溶解粘合剂一边剥离会比较容易。

笔者此次谨慎行事，用附带的刮刀来分离模型。把工具顶端插入造型台与模型之间，慢慢向里推，到差不多的位置就能轻松取下来。如果用力过大，模型在离开粘接面的瞬间会趁势飞出去，所以需要注意。

　　使用手册中推荐的模型分离方法为，把整个造型台浸入温水中使胶溶解，然后再用工具铲。还有就是，每次完成造型后，都要用水清洗造型台上残留的胶（图7），这个工作并不麻烦。

图7：用温水清洗造型台 造型后，把造型台表面附着的胶水冲洗干净。

只需用温水冲洗并用手轻轻擦拭就能轻松去除。

　　试着改变层厚

　　通过以上步骤完成的模型虽然顶端部分的形状看起来像是有点损坏，但基本上如实再现了3D模型数据。螺旋状的叶片有悬空的部分，但没有支撑也能完成造型。接下来，笔者试着改变造型条件，继续制作同一模型（图8）。这次把层厚由之前的0.1mm扩大到了0.5mm。

图8：以不同层厚制作的同一模型 左侧是以0.1mm的层厚制作的模型，

右侧是以0.5mm的厚度制作的。

　　乍一看感觉形状基本相同，但仔细看就会发现层厚为0.5mm的模型的积层间隔变大了，顶部的再现性也不如层厚为0.1mm的模型，但造型时间由约一个半小时大幅缩短到了16分钟。在设定中还可以选择0.25mm的层厚，选择哪种层厚取决于想以何种精度和再现性制作什么样的形状，要求用户具备一定的经验。

　　制作自创的形状

　　只根据样本数据制作模型太乏味了，于是笔者决定制作自创的形状。CubeX附带3D建模软件“Cubify Invent”，可以从零开始制作3D模型，不过这需要具备一些建模知识。笔者试着挑战了一下，无奈怎么也做不好，只好放弃制作完全独创的形状。

　　于是，笔者决定利用“Cubify”网站上公开的用来制作3D模型数据的Web应用。具体来说，就是定制行李牌的应用。在保存数据之前的阶段任何人都可以自由使用，但保存数据时需要登录Cubify。选择基本形状后，在上面追加各种装饰。

　　基本形状笔者选择了传统的长方形，在上面添加了字母“NIKKEI MONOZUKURI”（图9）。虽然可以选择文字大小，但由于范围有限，无法将“MONOZUKURI”放在一行，只好改为两行。将该数据保存为STL格式，用前面提到的转换软件读取，接下来就是用3D打印机打印（图10）。

图9：可制作3D模型的Web应用 可以在该应用准备的形状上自由配置文字等。

图10：制作完成的原创行李牌 “NIKKEI MONOZUKURI”的文字部分也基本准确地完成了造型。

　　字母部分也制作得相当清晰，而且充分确保了文字间的间隙。实际上，照片中的行李牌是在转换软件读取了STL文件后，把尺寸放大了1倍制作的，即把长50×宽25×厚4.5mm放大为长00×宽50×厚9mm。

　　笔者开始是按照STL文件直接制作，但发现文字部分模糊不清。把层厚改为0.1mm后依然如此，看来，分别考虑造型台平行方向（XY方向）的分辨率与积层方向（Z方向）的分辨率比较好。#p#分页标题#e#

慎重调整

　　笔者不断改变设置条件进行了多次尝试，观察其中的差异，造型失败的次数也不少。回顾造型失败的例子，笔者觉得关键在于喷头的移动平面与造型台的平行度，以及造型台与喷嘴之间间隔的调整。虽然使用手册中写着要在最初做这些调整，但经历失败后才切身体会到了调整的重要性。

　　首先是喷头的移动平面与造型台的平行度。喷嘴在XY方向移动时，要保持造型台表面与喷头（喷嘴顶端）之间的间距不变。如果这项调整失败，截面形状不同位置处的厚度就会不一样。

　　3D打印机配备了确认该平行度的功能。在触摸面板中选择这项功能后，喷头部分会移动到造型台的四角停一会儿再移动到下一个角。停下时用户可观察喷头在四角与造型台之间的间距，确认是否倾斜。如果倾斜，转动支撑造型台的螺栓进行调整即可。

　　水平方向调整好后，再对造型台与喷头部分之间的间隔进行微调。如果间隔过大，第一层树脂无法固定在造型台上，导致造型无法继续，而间隔过小，喷嘴顶端会碰到好不容易造型好的树脂上。

　　这项调整通过手动上下移动3D打印机的造型台即可完成。首先慢慢抬高造型台，在刚刚接触喷头时停下来。然后使造型台降低0.1mm，确保二者之间的间隔。

　　当然，笔者此次也先进行了这项调整，但好像做的有点不到位。实际上，笔者在尝试的过程中多次遇到问题，比如第一层的材料没有落到造型台上、层积好的树脂被喷头碰到损坏，等等。

　　由于是在这样的“艰苦奋战”下体验的，因此最初计划的造型未能全部完成。其实，笔者还准备了钥匙扣的3D扫描数据，但因过于复杂，而笔者只是个初学者，最后不得不放弃。去除支撑体的作业也是笔者想挑战的项目之一。

　　虽然条件设置并不复杂，但设备的调整等会大大影响到造型能否成功以及品质高低。通过此次体验，笔者觉得3D打印机必须积累丰富的经验才能熟练使用。