1.3.1 3D打印机的性能指标
我们讨论3D打印机的时候，经常会听到打印体积、打印层厚、喷嘴直径等专业术语，而这些也是3D打印机的重要性能指标之一。下面将介绍一下3D打印机的各项性能指标。
结构与运动方式：在介绍运动结构之前，我们先引入数学中的一个概念——空间直角坐标系。如图1-11左边的空间直角坐标系，过空间任意一定点O，作三条具有相同单位长度且互相垂直的数轴（x、y、z），这就构成了一个直角坐标系，其中O为坐标原点，x、y、z为坐标轴，由坐标轴确定的平面叫坐标平面。举一个更直观的例子以便大家理解：如图1-11右边的直观示意图，人直立在平地上，如果把自己看作是原点O，那么其左右方向就是x轴，前后方向就是y轴，上下方向就是z轴。
图1-11 空间直角坐标系与直观示意图
桌面级3D打印机虽然结构类型众多，但大致可以分成三种。第一种是打印台作y方向运动，喷头装在立柱龙门架上作x方向运动，立柱龙门架作z方向运动，比如Mendel Prusa i3与UP Plus 2就是采用这种结构。该结构的优点是三轴独立便于安装与维护，但平台水平调节较难，而且打印过程中模型不断作y方向运动，因此打印件越大移动速度就越低，否则影响到打印件的表面质量。第二种是打印台作z方向运动，喷头装在机架顶部做x、y方向运动，比如MakerBot与Ultimaker就是采用这种结构。该结构在打印过程中打印平台仅做打印层厚运动，单层打印时打印件静止仅喷头运动，因此稳定性更高打印质量更好。第三种是并联打印结构，打印平台固定，喷头通过三组刚性连杆分别连接到三根立柱上，连杆与立柱的连接器可在立柱上做z方向不等距离的独立运动。使喷头可同时做x、y、z三轴联动，比如STORM+就是采用这种结构。该结构打印平台固定，仅喷头做三轴运动，虽然结构复杂安装较难，但打印稳定且速度快。前面两种结构的成型体积是立方体，而该结构的成型体积是圆柱体，因此更适合打印花瓶之类纵向尺寸较大的产品。
送丝机构：步进电动机与齿轮组构成了送丝机构，负责控制材料的输送以及熔融状态材料的挤出量。送丝机构分为两种：近端送丝通常把送丝机构与喷头组合到一起，减少了输送的距离，因此可以输送软硬两种塑料丝，MakerBot就是采用这种结构。远端送丝通常把送丝机构装到机器的后方，由于输送距离长，软性塑料丝会由于自身的弹性变形而导致输送量不准确，因此并不适合打印软性材料，Ultimaker采用的就是远端送丝机构。不过送丝机构与喷头分离，降低了喷头的重量，所以即便是相同的结构与运动方式，Ultimaker的打印速度比MakerBot更高。
喷头：3D打印机的喷头主要用于熔化并储存打印材料，一般分单头与双头两种。喷头通常都是安装固定好的，出故障的时候需要拆卸检修，过程较为复杂，不过MakerBot的某些机型有可拆卸喷头，整个喷头模块化，可以免工具直接拆卸。
打印平台：在打印的过程中，打印件所附着的就是打印平台。打印平台表面材质有塑料、玻璃等，有的平台带加热功能，适合打印ABS等成型温度较高的材料，而带加热功能的平台表面通常选用耐热材质。平台的水平调整也很重要，通常是手动调整或者软件调整，不过有些机器带自动调平功能，比如UP Plus 2与STORM+。
机壳类型与功能：机壳主要作用是组立并保护机器核心部件使其正常工作。采用的材料通常是复合木板、亚克力塑料、铝合金、铝塑板等。一般分为开放式、半封闭式以及全封闭式三种。开放式机型基本外露，打印过程受机器放置环境的温湿度影响较大，如UP Plus2。半封闭式机型最常见，一般是前面与顶面开放，如Ultimaker与MakerBot等机型，在冬天温度较低的时候起到一定的隔热保温作用。全封闭式机型多见于工业级3D打印机，通常带恒温系统以及空气循环过滤系统。
打印体积：打印件能达到的最大空间尺寸（长宽高）即为打印体积，也称为成型体积，通常分为立方体与圆柱体两种形状。(https://www.daowen.com)
喷头移动速度：是指喷头空载时的移动速度，通常以mm/s（毫米/秒）为单位，是衡量打印速度的一个标志。机器结构相同时，喷头重量越轻则移动速度越快。
喷嘴直径：喷头下方用于出丝的可拆卸发热管道就是喷嘴，底部有一小孔，其直径就是喷嘴直径。通常有直径0.25mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm四种，直径越小喷出来的塑料丝就越细，相同层厚打印出来的表面越光滑，但打印时间也相应加长。喷嘴直径是影响打印精度的重要参数之一。
打印层厚：每一个打印层的厚度称为打印层厚，是影响打印精度的重要参数之一。层越薄打印件表面越光滑细腻，打印时间也越长。喷嘴直径与打印层厚的关系密切而且互相配合，层太厚会导致层与层之间黏结不良容易断层，层太薄会导致喷头出料困难甚至不能出料。下面以Ultimaker2+标配的四款喷嘴为例，用表格的方式列出官方提供的四种喷嘴直径相对应的打印层高范围数据（表1-2）。
表1-2 Ultimaker2+标配喷嘴规格及相应打印层高范围
喷嘴温度：塑料丝通过喷头加热成熔融状态，并通过喷嘴喷出来。由于不同材料的熔化温度范围不一样，所以喷嘴温度会影响到塑料熔化与固化的效果，温度过高塑料容易碳化，温度过低塑料会挤不出来。因此喷嘴温度有两个要点：一个是温度范围要大，以适合多种3D打印材料；另一个是恒温精准，而且加热速度快。
热床：对于带加热功能的打印平台，通常称之为热床。与喷头相比，热床的受热面积大很多，所以加热速度慢。恒温精准、加热速度快是衡量热床性能的一个重要指标。
打印模式：3D打印机获取程序进行打印的方式称为打印模式。常见的打印模式有USB、SD卡、以太网（Ethernet）与WiFi四种。USB与以太网模式属于联机打印，SD卡模式属于脱机打印，WiFi模式属于无线打印，如配合手机、平板电脑等移动终端的客户端程序，可智能化地同时控制多台设备进行打印。