如何看待西安交通大学 3D 打印专业？ 第1页

个人讲授3D打印课程已有3年（不是在西交大）。

3D打印有很多值得深入了解的地方，并非简单的操作而矣。简单地讲几个方面。

1、从结构上看，同一个物体以不同的方式打印出来，获得的强度完全不一样。

比如打一个圆柱体，竖着打、横着打，在轴向的拉伸强度具有天差地别。（什么是轴向？圆柱中心的那根旋转对称的轴线方向，即下面左图的上下方向，右图的左右方向）。下图大家可以直观看出区别来。沿着轴向拉，左边的圆柱体很容易拉断，右边的则不会。

这只是一个简单的例子，对于复杂的结构，必须设计出合理的打印路径。

（什么是打印路径？3D打印机打印过程由gcode控制，gcode是一系列时间、空间和速度坐标，可以编码）

绝大多数人打印物体的时候，一般是用软件建模，然后自动分层切割，生成gcode，然后打印。

我打印的时候是按照经验直接手写gcode。如果从公开的文献来看，全世界像我这么玩的人，可能不会超过30个。

2、打印精度。在不同的人手上，同样的打印机，可以玩出不同的打印精度。

通过线材打印，1毫米以上的精度基本可以做到。

通过紫外固化，200微米以上基本可以做到（有些打印机标称可以实现39微米，实际200微米以内基本无法实现）。

通过双光子固化，1微米以内的精度可以做到，但最终的样品大小，只能几毫米。

所以，10微米到100微米，目前来看仍然是一个禁区。如何精度高、又能打印出大样品，目前还是一个无法逾越的技术难题。

目前只有MIT华人教授方绚莱在深圳开了一家公司，有解决的办法。但是目前能够打印的材料十分单一，而且价格昂贵。

但是，我用100微米精度的线材打印机，可以实现过50微米精度的打印。我的方法是就是实时控制打印头的运行速度，打丝拉得很细（同时要注意适当提高温度和线材入口挤压量），走得很快。我还可以利用39微米紫外固化真正打印出39微米的精度。

3、打印材料。

在紫外固化中，需知紫外线并不是精确地集中在焦点。由于任何边缘都会发生衍射效应，任何焦点的边界都是不清晰的。

如果材料是透明的，则衍射的紫外在树脂中的穿透性很好，导致固化点（焦点处）的周边也被部分固化了，打印精度会比较差。

如果材料中加入一些色素，就可以阻碍衍射紫外线在树脂中的随意穿透，固化点周边的衍射紫外线就会大为减少，打印精度就会提高。

但用色素用多了的话，就可能导致曝光不足、树脂固化性能变差、且不透明。

这些都是需要精心调节的。

用过量曝光，可以获得更结实的物体，但精度会下降；用欠量曝光，可以获得更精确的物体，但得到物体打印过程中容易出现损坏。这些都只是常规技巧。

4、讲几个最近的动态。

3D打印头的挤出液体的直径大小与挤出头和挤出口的直径，其实并不严格无关，还和液体的表面张力有关。

比如你挤的是水，就决定了在那个环境下，由于水的表面张力，决定了水滴的直径必然是多大。

树脂也是如此。

而这个直径，又直接影响了打印精度，怎么办？

有人提出了一种在挤出口施加超声的方法，破坏液体的表面成形，使其直径不再受表面张力的影响。相关成果一下子好几倍促进了挤出式3D打印机的精度。

我举这几个例，只是希望大家明白，3D打印是一门集机械、力学、物理、材料等诸多学科知识于一体的综合性学科。

普通学生只是希望上一门实验课（不像理论课一样枯燥，不是？），了解点打印过程，然后操作一把，还可以带带女生，然后获得学分。

我上面说的这么多细节的东西，我在课堂上都讲过。最后让学生做PPT自己报告10分钟总结的时候，只有极少数人能够留心。

我上这门课，一般60个学生左右，大概有4-6个学生会主动要求加入我们实验，做一些小项目。我们会给他们提供这种机会，用大概半年的时间，让这4-6个学生知道3D打印有很多窍门，以及会涉及到哪些学科的知识，真正了解3D打印这门课程的全貌。注意，只是了解。

这4-6个学生最终大概会有2个左右，最后加入我们实验室做研究（另外的可能去别的实验室了），继续在打印技术上进行深入研究，或者结合自己掌握的3D打印技术，在自己的课题上做出漂亮的实验样品。

从教师的角度来说，从这门课程中能捞出几个有潜质的学生，还是很不错的。

西交大是我们敬仰的理工科大学，在这方面应该也是很有建树的。