3D打印技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

摘 要：當(dāng)前在信息化數(shù)字技術(shù)的深入影響下，制造業(yè)所面臨的最具發(fā)展?jié)摿Φ囊淮蠹夹g(shù)革新就是3D打印技術(shù)。其發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。作者結(jié)合自身搜集的相關(guān)資料，立足于自身所處的社會(huì)生活環(huán)境角度，通過文章著重圍繞著介紹3D打印技術(shù)的定義，以及其包括的主要技術(shù)工藝，分析討論其具有的技術(shù)應(yīng)用空間，并結(jié)合其應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展來談3D技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；應(yīng)用

我國(guó)是全球領(lǐng)先的制造業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，在傳統(tǒng)的制造業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域據(jù)有全球最大的生產(chǎn)單量。發(fā)展3D打印技術(shù)，將為我國(guó)制造行業(yè)帶來產(chǎn)業(yè)技術(shù)革新的相關(guān)發(fā)展動(dòng)力，推進(jìn)我國(guó)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)革新和催生內(nèi)在發(fā)展動(dòng)力，因而3D打印技術(shù)在我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中將有著非常良好的發(fā)展空間。

1 3D打印技術(shù)概述

1.1 3D打印技術(shù)

當(dāng)前我們所說的3D打印技術(shù)，在相關(guān)的學(xué)術(shù)領(lǐng)域被稱作“添加制造”，一定范圍中也被稱為增量制造，當(dāng)前學(xué)術(shù)界對(duì)3D打印技術(shù)的定義中，較為廣泛的被認(rèn)同的一種定義是，基于三位數(shù)據(jù)模型利用一定技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)材料的逐層制造。其原理上是基于三維物理實(shí)體模型而進(jìn)行的數(shù)據(jù)還原，并且是通過材料組合技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的塑形再造。

1.2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3D打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)的制造技術(shù)來說，具備明顯的數(shù)據(jù)模型制造的優(yōu)勢(shì)，其突出表現(xiàn)為在制造工藝上集中表現(xiàn)出的數(shù)字制造特點(diǎn)、在制造流程上突出表現(xiàn)出的分層制造特點(diǎn)、以及集中表現(xiàn)在制造環(huán)節(jié)上利用堆積方式體現(xiàn)出的堆積制造特點(diǎn)。另外，3D打印技術(shù)還由于其在數(shù)據(jù)處理方式上實(shí)現(xiàn)3D數(shù)據(jù)建模來形成快速直接制造，這一特點(diǎn)使得3D打印技術(shù)突破了制造環(huán)節(jié)上模具的環(huán)節(jié)束縛，實(shí)現(xiàn)了一次成型的直接制造。

1.3 3D打印技術(shù)的制造流程

簡(jiǎn)單地說，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的3D打印技術(shù)無論是采取哪一種具體實(shí)踐的方法，都是基于數(shù)字化三維技術(shù)建模來實(shí)現(xiàn)的。在制造流程上，一般是基于三維設(shè)計(jì)、切片處理、實(shí)現(xiàn)打印制造的總體流程來完成制造的。在這個(gè)制造流程上，首先是實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)環(huán)境下通過建模軟件實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的相關(guān)建模，將三維模型轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)切片，指導(dǎo)逐層打印。而后是采取數(shù)字化分析，將截面信息轉(zhuǎn)換成制造模塊的相關(guān)指令。在完成打印制造的過程中，是配合相關(guān)的材料技術(shù)實(shí)現(xiàn)將構(gòu)件分層打印制造出來。因此，從其制造流程上來看，3D打印技術(shù)都是數(shù)據(jù)建模、材料科、數(shù)字制圖等技術(shù)的綜合應(yīng)用配合完成的。

2 3D打印技術(shù)的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

2.1 具有全球商業(yè)化發(fā)展的特點(diǎn)

在當(dāng)前，不僅是產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)銜的美國(guó)，更是在全球范圍內(nèi)，已經(jīng)有較多的國(guó)家積極參與到3D打印技術(shù)的商業(yè)開發(fā)和技術(shù)應(yīng)用上來，其發(fā)展上也具有全球性商業(yè)化的發(fā)展特點(diǎn)。首先是在3D打印技術(shù)的市場(chǎng)增長(zhǎng)率上，我們可以明顯看到相關(guān)產(chǎn)業(yè)上集中體現(xiàn)出的產(chǎn)業(yè)技術(shù)市場(chǎng)增長(zhǎng)情況，其市場(chǎng)規(guī)模正在不斷擴(kuò)大。在其應(yīng)用領(lǐng)域上，正在不斷拓展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在航空航天技術(shù)、軍事技術(shù)、汽車制造和建筑制造領(lǐng)域，另外并伴隨著相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新，在科研用途、醫(yī)療用途和工業(yè)機(jī)械化方面正在積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用。特別是在全球商業(yè)化發(fā)展的過程中，形成歐美和亞洲兩大集中的發(fā)展市場(chǎng)[1]。

2.2 在當(dāng)前制造行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

從當(dāng)前所了解的相關(guān)資料來看，目前3D打印技術(shù)主要集中應(yīng)用在相關(guān)的工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、醫(yī)學(xué)科學(xué)研究等領(lǐng)域，其中較為突出的幾項(xiàng)成熟應(yīng)用途徑首先是工業(yè)設(shè)計(jì)方面上能夠利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型模具制造和樣板制造，形成快捷便利的實(shí)物參考。其次是再制造工藝和制造流程以及裝配檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，3D打印技術(shù)能夠直接通過構(gòu)建制造為相關(guān)的分析檢驗(yàn)提供現(xiàn)實(shí)的分析條件。再者是，3D打印技術(shù)能夠在功能樣件制造上，或者是工業(yè)機(jī)械性能測(cè)試上實(shí)現(xiàn)特殊構(gòu)建制造，形成有針對(duì)性的精準(zhǔn)測(cè)試[2]。最后是在科學(xué)探究以及醫(yī)療應(yīng)用上，能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵性的結(jié)構(gòu)復(fù)制和實(shí)體模擬?？梢哉f，在當(dāng)前相關(guān)的制造行業(yè)的研究中，3D打印技術(shù)能夠成為產(chǎn)業(yè)制造的試金石，形成量產(chǎn)環(huán)節(jié)前的集中精準(zhǔn)的測(cè)試分析和科學(xué)對(duì)比。

2.3 3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3D打印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，能夠?yàn)楣I(yè)化生產(chǎn)提出一個(gè)發(fā)展新思路，不必束縛于生產(chǎn)成本和模具制造的相關(guān)環(huán)節(jié)，將生產(chǎn)活動(dòng)從量產(chǎn)車間分流出來，形成一個(gè)集中精準(zhǔn)制造、實(shí)體分析、結(jié)構(gòu)還原、應(yīng)用性探究為綜合目的的實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)或者定制生產(chǎn)。這一思路也其發(fā)展趨勢(shì)也必將是走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)生產(chǎn)車間，走進(jìn)日常的家居生活，或者占領(lǐng)文化娛樂領(lǐng)域，成為數(shù)據(jù)信息化領(lǐng)域下的現(xiàn)代生活中應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)實(shí)技術(shù)。其在發(fā)展上，正在嘗試結(jié)合實(shí)體性教學(xué)形成教學(xué)應(yīng)用；結(jié)合文化藝術(shù)創(chuàng)作形成在影視拍攝、動(dòng)漫制作評(píng)估上的相關(guān)應(yīng)用；也嘗試結(jié)合相關(guān)生產(chǎn)性服務(wù)型領(lǐng)域，結(jié)合用戶配件定制的相關(guān)思路展開發(fā)展[3]。在其發(fā)展前瞻上，對(duì)于其發(fā)展趨勢(shì)可以簡(jiǎn)單總結(jié)為以下三個(gè)具體方面的發(fā)展中心：

（1）圍繞發(fā)展開源性三維數(shù)字建模技術(shù)

形成數(shù)據(jù)共享、信息資源共享，更多的為3D打印技術(shù)所需的數(shù)字建模發(fā)展相應(yīng)的便捷應(yīng)用，使得一般人群都能接受和采用相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用。

（2）圍繞發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域上的材料技術(shù)

結(jié)合材料技術(shù)，將醫(yī)學(xué)醫(yī)療、首飾手工藝、建筑設(shè)計(jì)等不需要量產(chǎn)車間思路的定制化生產(chǎn)擺上現(xiàn)實(shí)的發(fā)展議程上。并且在一定環(huán)節(jié)上，能夠?qū)拥较嚓P(guān)的小批量生產(chǎn)和相關(guān)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、分析環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)、藝術(shù)文化領(lǐng)域的實(shí)體性操作。

（3）圍繞發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域上的終端開發(fā)

3D打印技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一項(xiàng)制造技術(shù)，可以充分同相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域上的工業(yè)設(shè)計(jì)思路結(jié)合起來，形成相關(guān)的終端開發(fā)，例如結(jié)合數(shù)字通信，形成遠(yuǎn)程傳輸復(fù)制的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用；或者結(jié)合數(shù)字建模形成零配件售后維修體系中的零配件重配重制的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用?？傊窈?D打印技術(shù)應(yīng)當(dāng)是在終端開發(fā)上，結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)用需求設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用終端。

綜上所述，3D打印技術(shù)將深刻改變傳統(tǒng)行業(yè)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)模式，帶來相應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新和智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新生動(dòng)力。當(dāng)前我國(guó)制造業(yè)也只有積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)，重點(diǎn)研究3D打印技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)應(yīng)用，才能扎實(shí)推進(jìn)“中國(guó)制造”走向“中國(guó)創(chuàng)造”，形成引領(lǐng)制造行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的良好發(fā)展局面。

參考文獻(xiàn)

[1]王文濤，劉燕華.3D打印制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)我國(guó)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的影響[J].科技管理研究，2014，06：22-25+30.

[2]王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012，26：3-5.

[3]張楠，李飛.3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)未來產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013，07：97-99.