在2018年全國科技活動周暨北京科技周活動主場，科技創新“惠民生”的智造生活展區，一臺正在工作的3D打印設備引起許多觀眾圍觀。

　　這臺智能3D打印設備的研發團隊帶頭人是北京工業大學信息與通信工程學院的毋立芳教授，她詳細講解道：“3D打印又稱增材制造，是一種由三維模型直接得到實物的制造方式，實現過程就是把模型進行分層，然后逐層累積打印完成產品制造。3D打印有不少優點，最主要的兩點一是增材制造，所以材料浪費很少；二是由模型直接到實物，非常適合個性化制造。當然，它也存在一些問題，比如打印速度慢、打印質量不穩定、制造成本高、打印方向單一，等等，我們團隊的工作就是針對如何改善這些問題開展研究的。”

國內領先的視覺監視下的多自由度FDM 3D打印機

　　現場正在工作的這臺設備便是視覺監視下的多自由度FDM 3D打印機。團隊成員高屹崧告訴記者：“它將PLA塑料絲熱融，通過噴嘴擠出，逐點打印，精度可以達到0.1毫米。市面上常見的FDM 3D打印機是三軸的、單向的，而這臺設備多加了2個旋轉軸，可以實現底面轉臺轉動，從不同方向進行打印，所以稱為‘多自由度’。” 

　　據了解，這臺視覺監視的多自由度3d打印機不但使用了3個平移軸和2個旋轉軸組成的五軸機械系統，控制打印平臺平移及旋轉，還與自主研發的模型分割算法以及路徑規劃算法相配合，把模型自動分割為多個獨立模塊，每個模塊打印方向可以不同、也無需支撐，并以廣度優先的原則規劃出各模塊的最優打印順序。

　　毋立芳教授拿起展位上3D打印生成的米老鼠頭部作比劃，“你看這個米老鼠的耳朵部分，如果用傳統的3D打印機打印，需要在耳朵懸空的地方加上支撐，等于說得先多打印出支撐的那一部分、最后還得把它去掉，不僅浪費了打印材料和時間，去除冗余支撐部分時，還會造成表面粗糙的問題，這樣打印質量就下降了。而如果采用這臺視覺監視的多自由度3D打印機，便不需要打印支撐部分，通過打印平臺旋轉及平移，便可以在合適的地方繼續打印米老鼠的耳朵部分了，自然就節省了材料，也縮短了打印時間，”她指著展位上放播放的視頻繼續說道，“不用擔心旋轉的精度問題，我們為它配上了同樣自主研發創新的偽雙目視覺視覺監視系統，可以檢測并控制平臺旋轉到準確位置。” 

　　國際先進的多源大尺度面曝光3D打印機

　　團隊成員于淼還為記者介紹了另一種3D打印技術，“面曝光3D打印采用的是一次成型一個平面的打印方式，因此速度比較快。原材料為中科院化學所自主研發的光敏樹脂，空間精度和投影光源的分辨率有關，最小成型厚度可以達到0.02毫米。但受DLP投影光源中的核心部件DMD芯片以及成型速度要求，單光源能打印的物體尺寸比較有限，就采用市面上常用DLP投影光源的打印機來說，目前最大可曝光平面是140毫米*110毫米。”
　　“我們研發出了多源大尺度面曝光3D打印機，可以解決打印物體尺寸受限的問題，”毋立芳教授自豪地說，“光源組合可以形成更大成型平面，并且通過我們自主研發的圖像處理算法保證成型平面的光照均勻度，從而保證成型精度以及打印質量。目前，也采用市面上常見DLP光源的話，通過兩光源組合，可打印的最大尺寸為140毫米*210毫米。我們正在研發四光源組合，理論上來說，通過更多光源組合，可以打印更大尺寸物體。” 

　　據記者了解，打印上圖大尺寸產品，大約需要兩個小時。

　　關于3D打印的應用，高屹崧說：“3D打印主要用于個性化定制、快速原型制造等領域，能夠打印出一些傳統制模無法制造的模型，比如空心的模型，并不適合大批量生產。”毋立芳教授補充道：“3D打印是傳統制造工藝的很好的補充，隨著相關打印工藝的日益成熟，在醫療健康、創意設計、模具制造、航空航天等領域有很好的應用前景。”

便捷易用的桌面3D打印設備

　　2018年全國科技活動周暨北京科技周活動主場還展出了另兩項3D打印相關產品。一是創客基地科技孵化器（北京）有限公司的桌面3D打印機，位于科技創新“加速度”的科技服務業展區。據實驗室負責人秦義坤介紹，這臺3D打印設備是創客實驗室的智能硬件產品之一，具有簡單易用的特點，“它不需要連接電腦，直接把程序拷貝在SD卡里便可以使用。” 

　　“因為打印時設備會來回晃動，如果結構不夠強，會因為振動造成誤差，”秦義坤說道，“這臺設備采用鈑金的結構，并且選用了方軌，可以達到0.01毫米的精度。”

　　據悉，桌面3D打印機可應用于三維加工、模型制作、模具驗證、產品樣機制作等，主要采用的是PLA塑料——“這是一種由玉米淀粉萃取的環保材料，是可以降解的。”

　　他還為記者介紹了升級版的桌面3D打印機，“新款設備保留了鈑金結構，但增加了一塊3寸觸摸屏，中文顯示，使用起來非常方便。”

　　據記者了解，新款設備的售價比展區陳列的舊款大約提高了人民幣2000元左右。

開啟想象創造的3D打印筆

　　另外，科技創新“惠民生”的創意生活展區還有一支充滿童趣的3D打印筆，是從事工業設計與智造業務的北京樂品樂道科技有限公司的產品。據市場總監謝婷介紹，利用PLA、ABS塑料，3D打印筆可以在任何表面“書寫”，擠出熱融的塑料，然后在空氣中迅速冷卻，最后固化成穩定的狀態。“它主要適合中小學校、培訓機構上課使用，可以提升學生的創造力和想象力；用法非常簡單，比如小朋友畫一條魚，只需要給筆充電、加熱放進的材料就可以了，畫出來的就直接是材料冷卻成型的立體的魚。”

　　據記者了解，一套3D打印筆、材料加上課程的價格在人民幣兩百元左右。 

　　“打印筆本身沒有技術壁壘，我們的3D打印筆與市場上同類產品的區別主要在于增加了工業設計，產品外觀特別，物廉價美，十分適合中小學校教學課程使用，”3D打印筆設計師、樂品樂道負責人詹思遠表示，“這類產品只能使用熔點低的材料，且存在溫度控制方面的缺陷，無法大量普及。我們目前正在研發低溫3D打印筆，現處于測試階段，計劃年底推出，希望更新換代后的產品能夠避免出現燙傷小朋友等安全隱患。”