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3D掃描技術有哪幾種？

31/3/2017

image credit：neomatrix

大家一定聽過 3D 掃描器，但大家又知不知 3D 掃描技術其實也分了好幾種，認識這些技術後選購 3D 掃描器時也容易些。今天就為大家介紹一下。

在使用形式上，3D 掃描器一般分為手提式和坐檯式的，而每一種形式都可能利用到不同的 3D 掃描技術。

第一款比較入門式的就是利用紅外線的 3D 掃描技術。紅外線 3D 掃描器利用紅外線投射到被 3D 掃描的物件上從而獲得那個物件的立體數據。市面有些入門級手提式 3D 掃描器就使用了紅外線 3D 掃描技術。雖然利用紅外線的 3D掃描器相對比較便宜很多，但它們的 3D 掃描的精度和質素不太高，很多物件的仔細度都不能夠被掃描到。

如果想 3D 掃描到一個細緻的物件，那就要使用結構光（structured light，也有人叫白光）的 3D 掃描技術。利用結構光技術的 3D 掃描器有手提式的也有坐檯式的。這種結構光技術的 3D 掃描質素比紅外線的高很多。結構光 3D 掃描器會把有條紋的光線圖像投射到被掃描的物件上，根據圖像的變化情形，分析出物件的表面形狀，從而獲得那個物件的立體數據。由於有條紋的光線圖像會在物件表面上持續投射好幾次，結構光 3D 掃描技術能夠獲得更準確及精緻的3D模型，所以會比以下介紹的激光3D掃描技術會有更佳的掃描質素效果。注意的是，利用結構光 3D 掃描器時，環境的光線需要比較暗，這樣 3D 掃描器才能有效地探測到投射出去的結構光。

以下是利用結構光 3D 掃描技術的示範：

另一款較常用的就是激光 3D 掃描技術，這種技術在 3D 掃描質素和精度上當然也是比紅外線的高很多。激光 3D 掃描技術一般都是透過三角測距（Triangulation）的方式來3D掃描物件，當物件轉動時，激光3D掃描器會投射一道激光線到物件的表面上，從而獲取到物件的立體數據。激光 3D 掃描技術的好處是即使在室外光線比較猛烈的情況下仍然可以進行 3D 掃描工作。不過，在安全上，激光比較危險，因為激光會對眼鏡造成傷害，所以使用時要注意。

以下是利用激光 3D 掃描技術的示範：

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3D打印檔案格式知多點

29/3/2017

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image credit：3dwarehouse.sketchup.com

很多人都搞不清其實3D模型檔案與3D打印檔案的格式並不是一樣的，而就算 3D打印檔案格式也有兩種，今次就為大家簡單講解一下。

首先，市面上有很多不同種類的3D建模軟件，有些甚至是讓用家免費下載，而每一種3D建模軟件都有它自己的3D模型檔案格式。無論是哪一種3D建模軟件，如果想將3D模型進行3D打印，那就要在建模軟件中把3D模型export為3D打印檔案格式。3D打印檔案格式有兩款選擇，一是STL格式，另一款是OBJ格式。所以日後你在建模軟件中製作完一個3D模型後，你就要把3D模型export為 STL或OBJ 3D打印檔案格式了。另一方面，如果你不是自己設計或下載3D模型，而是透過3D掃描器獲取3D模型的話，那個3D模型也需要轉成STL或OBJ格式後才能進行打印。

那麼，又有人會問STL和OBJ 3D打印檔案格式在用途上有什麼分別呢？

如果利用FDM/ DLP/SLA 3D打印機進行3D打印時，一般來說用STL格式或用OBJ都無所謂，STL（全名叫STereoLithography）本身沒有包含顏色數據，而STL使用上比OBJ更為普遍。至於如果要用一些3D彩色打印機打印彩色的3D模型的話，那麼就需要用到OBJ了,因為OBJ這種3D打印檔案格式還可以儲存跟顏色和材質有關的編碼（進行彩色3D打印的話，除了OBJ外，還需要多一個叫MTL（Material Library）的檔案）。

而近來，Microsoft推出了一款全新的3D打印檔案格式3MF，這種全新的格式還在推廣中，我們可以拭目而待。

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要打印ABS打的得好3D打印軟件中要怎樣設定呢？　

24/3/2017

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Image credit：csc

ABS是其中一款好普遍的3D打印物料，但由於它的收縮率比較高，所以要打印得好的話，在3D打印軟件上的設定就需要注意一下了。

1.加Raft或Brim
3D打印比較大或長型的ABS模型時，最好加上Raft 或Brim 以增強ABS物料粘貼在打印平台上的力度，這樣可以減少ABS收縮率對3D打印品質的影響。在3D打印軟件上設定Raft 或Brim 很簡單，例如在Cura軟件中如下圖所示去設定就可以：

2.3D打印ABS的溫度
ABS的打印溫度一般位230ºC，不要設置得太高或太低。

3.打印平台的加熱溫度
加熱打印平台的溫度一般為110ºC，溫度太低的話，3D打印沒多久之後ABS模型就會有可能出現翹邊情況。

4.填充密度
3D打印ABS時經常遇到的是因收縮率高而產生的翹邊問題，而減少填充密度能有效地減少這個問題，當然填充密度不能過低。在Cura軟件中很容易就可以設定到填充密度：

5. 3D打印ABS的速度
打印第一層Layer時，如果打印速度慢一點的話，可以讓ABS物料更有效地粘貼在列印平台上，改善翹邊情況。

除了在如Cura的3D打印軟件中作設定外，以下方法對打印ABS也有幫助：

1.封閉式的3D打印環境
如果你的3D打印機本身有蓋或門的話，打印ABS時，最好把蓋和門關上，讓3D打印機內有一個封閉式的打印境，這樣可以讓打印環境內的溫度得以穩定。由於ABS收縮率比較高而容易導致翹邊問題，穩定的打印環境溫度可讓ABS 3D打印時減少翹邊情況。

2.打印噴頭的風扇
3D打印噴頭的的風扇在打印ABS時要把它關上，減少ABS收縮帶來得影響。

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利用DLP光固化3D打印機可製作戒指？

22/3/2017

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image source：pinterest

DLP光固化3D打印機的打印精度極高，所以可以應用的行業及範疇很廣。今次就看看DLP怎樣幫忙應用到製作戒指上。

DLP光固化3D打印機在珠寶行業中一般應用在製作戒指上。製作戒指的過程中都涉及到鑄造過程。而這個戒指製作鑄造過程中DLP 3D打印機就可以扮演了一個很重要的角色。

戒指製作鑄造過程叫脫蠟法 (Lost-wax casting)，就是戒指形狀的蠟膜經高溫溶解後，再倒熱熔了的金屬進去鑄造金屬戒指。而當中的蠟膜現在已經可以利用DLP 光固化3D打印機把戒指形狀的蠟膜輕鬆及快捷地3D打印出來，不再需要用人手方式的把蠟膜雕琢出來。DLP 光固化機3D打印蠟膜時需要用到可鑄造的光敏樹脂（castable resin）作打印物料，這些castable resin 固化成戒指形狀後再經加熱就會燒掉完全消失，之後加入之前所說的金屬進去就來鑄造出金屬戒指。

image source：pinterest

以下就是採用了蠟膜的戒指鑄造製作過程：

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STEM教學讓學生學懂仿生學機械人製作原理

20/3/2017

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image credit：Grayson Galisky

所謂仿生學機械人就是模仿生物的結構和功能原理製作機械人，有學生就透過STEM教學自己製作了一個很厲害的仿生學原理的機械件。

image credit：Grayson Galisky

這位來自美國高中的 Grayson Galisky最近以仿生學原理在STEM中製作並3D打印了一隻機械手。這隻機械手總共由５４個３Ｄ檔案及機械零件組成，當中包括２０個３Ｄ打印的手的關節，摩打等等。

image credit：Grayson Galisky

Grayson 表示說由於這隻仿生學原理的機械手就是要模仿真手一樣活動，所以他在STEM中透過了解真手的活動方式應用在這隻機械手上。

以下就是 Grayson 和其他人所做的仿生學機械手：

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如何在3D打印軟件中設定去解決模型翹邊問題呢？

17/3/2017

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3D打印時，無論打印PLA，ABS或甚至是其他打印物料，都會有可能出現模型底部翹邊的情況。要避免或減少翹邊問題，就要學懂怎樣在3D打印軟件中作適當的設定。

1. 3D打印時加raft　
Raft這個功能一般在3D打印軟件中都會有，raft功能就是在3D模型底部多打印一層“地基”，讓打印品更牢固地貼在打印平台上避免翹邊出現。

2. 使用加熱床
如果你的3D打印機有加熱床的話，請根據你的3D打印物料調校到合適的溫度，加熱床的熱力能有效地減少翹邊情況。例如PLA的話，一般可以把加熱床的溫度加到60-65度。

3.減少模型內的填充密度（fill density）
模型內的填充密度越高，翹邊的機會就越大，因為填充密度高代表著模型內部有更多膠料，內部越多膠料冷卻時就會產生越大的收縮力，讓模型翹邊得更嚴重，所以減底填充密度能有效地減少翹邊問題。在Cura 3D打印軟件中，一般fill density 20%就可以。

4. 調慢3D打印速度
調慢打印速度能讓噴頭更精細地把打印物料擠出到打印平台上，提高打印平台對打印物料的黏貼力。

5. 把第一層層厚（initial layer thickness/ first layer height）的值調高
增加first layer height的值的話，在3D打印模型的第一層時，會有更多膠料被擠壓到打印平台上，從而提升黏附力，改善模型底部翹邊。一般第一層層厚的值要比層厚的值為大。

除了在3D打印軟件中作適當的設定能有效地減少翹邊，以下的一些方法也有幫助。

1.打磨一下Kapton膠紙
假如你用Kapton膠紙來加強打印平台的黏貼力，不妨嘗試把Kapton膠紙磨一下，這樣可增加Kapton膠紙的表面面積，提高Kapton膠紙的黏貼力。

2.使用漿糊筆
使用漿糊筆把漿糊塗在打印床的表面上可以增加黏貼力，減少翹邊情況。3D打印工作完成後，需要把漿糊從打印床的表面上清潔掉。
3.清潔打印床
定時清潔一下打印的表面，因為打印床上的塵埃和污垢會影響打印模型黏貼在3D打印床的強度，從而怎加了模型翹邊的機會。
4.調整一下bed levelling（調平）
如果調平調不好，使打印平台與打印噴嘴的距離過大，打印物料就會無法牢固地黏在打印平台上，這樣就會有機會3D打印時令模型出現翹邊。

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讓學生變成編程繪圖高手的STEM 機械人教材？

13/3/2017

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為了讓更多學生學習到編程,有一班學術團隊人員利用3D打印製作了個小小STEM機械人教材。

image source: ROOT

這3D打印機械人叫ROOT,專用作為STEM教材,教導由幼稚園到中學的學生掌握到編程的知識。它能透過學生的編程去繪製及感應各種圖畫，鼓勵學生不斷思考怎樣編程去畫出獨特圖案

由於作為STEM教材,研發人員將ROOT的活動地方為課室內的白版上,讓老師更容易教學及講解。這ROOT機械人能夠在白版上自由行走,行走的路徑由編程時設定好,在行走的過程中,它能夠根據路徑繪畫出不同的獨特圖案,並透過感應圖案的顏色作出不同反應

image source: ROOT

研發人員表示,這ROOT的STEM機械人教材分了不同的編程的困難程度，,讓學生逐步逐步地學習編程。
我們一起看看怎樣操作這個STEM機械人吧

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7個你要學懂的3D打印基本設定

10/3/2017

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想用3D打印機成功打印一個模型，就要學懂3D打印軟件中最重要及基本的3D打印設定。究竟這些設定是什麼及怎樣在3D打印軟件中調校呢？我們今次會用Cura 3D打印軟件作3D打印設定示範。

3D打印軟件，即 Slicing software 或slicer，將3D模型分層切割處理（slicing)後才能讓3D打印機進行打印。而3D打印軟件的設定會影響到3D打印機能否成功打印一個有質素物件。首先要理解的是那些slicing 設定會由於模型的形狀大小和打印物料而不同，所以沒有一個絕對的3D打印設定。只要理解到每個3D打印設定的意思後，就會更容易成功打印到一個有質素的物件出來。

1.層厚（Layer Height）
層厚就是物件的打印質素，3D打印軟件會把3D模型分層切割，而層厚就是每一分層的高度。層厚的3D打印設定越大模型的質素就越低，但打印所需的時間就越短，相反層厚的3D打印設定越小，打印就越細緻，但打印時間越長。一般來說，0.1-0.15mm （100 -150microns）的層厚設定是已經屬於高質素，而0.2mm （200 microns）就算屬於中級質素。這設定在Cura 3D打印軟件中很簡單：

2. 殼厚（Shell Thickness）

Shell thickness 就是模型的外殼的厚度，而Shell thickness的3D打印設定要是噴嘴（nozzle）直徑的倍數，而一般Shell thickness是噴嘴直徑的兩倍，所以假如噴嘴直徑是0.4mm，Shell thickness的設定就是0.8mm。這3D打印設定在Cura 中也很簡單：

3. 填充密度（Fill Density/ Infill）

image credit: triplaxis.deviantart.com

Fill Density 就是3D打印物件裡面的填充密度，假如填充密度是100%，那麼模型就會被打印成實心，而0%的話模型就會是空心，而填充密度太低有可能導致模型出現穿崩（pillowing）。一般來說，為了令模型堅硬一些，填充密度的 3D打印設定在Cura中一般為20%：

4. 打印速度 （Print Speed）
3D打印速度（以mm/s 為單位）是指當噴嘴擠出打印物料時，打印噴頭所移動的速度。一個最合適的打印速度是基於模型的形狀及大小，以及層厚等因素所決定。所以用家有時要不斷嘗試及根據以往3D打印經驗才能獲得一個最合適的打印速度。打印速度設定在Cura 的Basic菜單已可設定：

5. 支撐（Support）

支撐 Support (image credit:image credit：errantscience.com)

支撐設定也是在3D打印軟件中一定有的3D打印設定，當打印的物件有懸空部分時，用家就可能需要加支撐用來承托懸空的部分。一般來講，當3D模型某部分的傾斜度超過45度，就需要在Cura中設定支撐。

6. Platform Adhesion Type
這個3D打印設定決定了你怎樣把模型粘貼在打印床上。當你發現打印模型時出現翹邊的情況時，又或者模型與打印床的接觸點太小，你就可以在Cura或3D打印軟件中啟動這個3D打印設定。啟動這個設定後面，用家一般有兩個選擇 - Raft 和 Brim。
Brim：選擇這個的話，便會在在模型底部產生延伸的邊緣，這個延伸的邊緣會增加物件粘在打印床的強度，減低翹起的情況。
Raft ：會在模型底部多打印一個底座，在打印一些與打印床的接觸點小的模型時加上Raft會有很大幫助。
Cura 中有一個叫Platform Adhesion Type的欄目讓用家選擇Raft 及Brim：

Brim (image credit: manual.slic3r.org)

Raft (image credit: manual.slic3r.org)

7. 噴嘴加熱溫度（Printing Temperature ）
每種打印物料例如PLA 或ABS都有一個可適合打印的溫度範圍。噴嘴加熱溫度太高或太低會影響打印質素。ＰＬＡ的加熱溫度一般約210度到２２５度。而ＡＢＳ則是２３０-245度左右。

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從STEM活動中小朋友學會編程及設計3D打印智能手錶

8/3/2017

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image source： KidArduino

在STEM活動中小朋友能夠學習到編程及3D打印技術知識。外國就有位8歲小朋友Omkar 自己編程及設計了一隻3D打印智能手錶 O Watch。

O Watch本身由Arduino驅動,小朋友Omkar利用Sketchup 3D設計軟件花了約6個月時間完成了這個O Watch 設計。這隻3D打印手錶專為小朋友而設,設計這隻手錶的目的是希望讓小朋友體驗及學習如何編程。而手錶殼3D檔案亦可讓小朋友下載下來,讓他們在家中或STEM課程活動中自己去更改3D設計,創作一個個人化的手錶殼。

另外,O Watch有4個按鈕,除了用來設定時間和測量溫度外,小朋友可以利用按鈕來設計一些簡單的程式。

image source： KidArduino

由於這隻手錶讓小朋友學習寫程式,3D打印,及認識電子手錶零件,所以非常適合STEM 教學活動用途。
我們一起看看這只手表的操作示範:

編輯: 3D Printing Lab
(本文希望能分享3D 打印科技資訊的點滴，如需轉載，請註明原文連結或本站URL 即可。)
相偏及資料來源: http://theowatch.com/

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怎樣在3D打印軟件中作設定去打印懸空(overhang)部分

3/3/2017

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image credit：pinshape.com

好多時3D模型都有懸空部分(overhang)，要成功打印到這些模型就需要在3D打印軟件中作正確的設定，那麼怎樣設定呢？

由於熔絲製造技術FFF (Fused Filament Fabrication)的打印原理是利用熱膠絲一層一層從下而上把3D模型打印出來，所以上一層的膠絲一定要由下層的膠絲作承托才能夠把模型打印出來。所以一般來說上，如果模型外傾斜的面超過４５度（其實一般可以去到55度）的話，就會開始有下墮的問題。

如果要成功把有overhanag懸空部分的3D模型打印出來，就要在3D打印軟件中為3D模型懸空部分的底部加上支撐物料（Support）。以下就示範了怎樣利用3D打印軟件Cura 加上 Support：

Cura 在support方面有2個選擇給用家，一個是everywhere，另一個是touching build plate。選擇Everywhere的話，3D模型上所有overhang部分的底部都會加上支撐作承托。而選擇touching build plate的話，懸空部分往下的地方直接是打印平台才會加上支撐。