3D打印核心技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀研究

張玉福

摘要：3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，是科技進(jìn)步、造福民眾的一項(xiàng)重要體現(xiàn)。3D打印實(shí)現(xiàn)了多材質(zhì)、多梯度、多文理的直接制造，而且應(yīng)用范圍非常廣泛。本文將針對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行分析闡述，重點(diǎn)針對(duì)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用途徑進(jìn)行分析，從而系統(tǒng)系的梳理3D打印技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：3D打??；多尺度工藝結(jié)構(gòu)；技術(shù)應(yīng)用

近年來(lái)，3D打印技術(shù)引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，以美、德兩國(guó)為代表的3D打印正在風(fēng)靡全球。該技術(shù)以前言科技為依托，改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式，并且正在成為觸發(fā)第三次工業(yè)革命的推助力。3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用與航天、醫(yī)學(xué)、制造、考古、時(shí)尚等多個(gè)領(lǐng)域，成為不同領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的引爆點(diǎn)。

一、3D打印概述

3D打印技術(shù)的核心特征在于快速成型，通過(guò)3D打印機(jī)利用三維數(shù)字模型建立打印模板，通過(guò)金屬粉末、塑料粉末、樹脂粉末等不同類型的粉末物質(zhì)進(jìn)行粘合，并通過(guò)逐層打印以形成實(shí)物構(gòu)架。通過(guò)3D打印不但能夠具備高度精準(zhǔn)性，同時(shí)打印厚度最薄能夠?qū)崿F(xiàn)0.025mm，這一特點(diǎn)決定了即使低性能的3D打印機(jī)也能夠完成高質(zhì)量實(shí)物打印。

二、3D打印的優(yōu)勢(shì)分析

（一）簡(jiǎn)便高效，打印精準(zhǔn)

3D打印無(wú)需考慮打印物體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，打印物體的大小決定了3D打印的時(shí)間、技術(shù)應(yīng)用、材料選擇等因素，但是與事物本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜沒有關(guān)系。同時(shí)也不需要考慮打印物體的多樣性，通常來(lái)說(shuō)，采用3D打印無(wú)需考慮規(guī)模經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，在3D打印技術(shù)下，生產(chǎn)100個(gè)同種產(chǎn)品和生產(chǎn)100個(gè)不同種類的產(chǎn)品成本是一樣的，這一模式改變了傳統(tǒng)制造業(yè)以規(guī)模求效益的特點(diǎn)，因此3D打印技術(shù)具有免費(fèi)、多樣性技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但這并不意味著3D打印是完全免費(fèi)的，而是從成本價(jià)值來(lái)說(shuō)更有利于品種多樣化生產(chǎn)。3D打印無(wú)需投入大量人力物力進(jìn)行組裝，通過(guò)打印能夠一次性成型，從而減少了生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性和繁瑣性，生產(chǎn)成本更低，生產(chǎn)誤差更小。

（二）沒有專業(yè)技能門檻限制

3D打印對(duì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品沒有復(fù)雜度要求，這一點(diǎn)往往是傳統(tǒng)制造業(yè)所不具備的。例如通過(guò)3D打印機(jī)能夠鼻部的可植入金屬假體，這一假體在傳統(tǒng)制造中工藝及其復(fù)雜，操作流程繁瑣，但是通過(guò)3D打印則能夠高效率、高精準(zhǔn)度的完成假體打印。同時(shí)3D打印操作沒有專業(yè)技術(shù)限制，及時(shí)是沒有經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的普通人，也能夠使用3D打印機(jī)完成精密零件制造。而專業(yè)人士則能夠利用3D打印進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用價(jià)值。

（三）綠色環(huán)保，生態(tài)價(jià)值顯著

隨著3D打印技術(shù)的不斷完善，在尺寸方面已經(jīng)沒有任何限制，不但能夠打印與打印機(jī)規(guī)模相當(dāng)?shù)奈矬w，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)微型和大型物體的打印，如微小至沙?；蛘啐嫶蟮浇ㄖ铩?D打印所產(chǎn)生的肥料很少，特別是金屬打印材料應(yīng)用更加充分，無(wú)需進(jìn)行材料雕刻，而是通過(guò)材料堆積形成成品，耗材總量與產(chǎn)品實(shí)際材料用量相當(dāng)。而且3D打印對(duì)于材料色度沒有限制，通過(guò)顏色組合能夠形成新顏色，也能夠通過(guò)基質(zhì)材料融合形成新的打印材料。

三、3D打印技術(shù)的應(yīng)用前景

（一）高科技領(lǐng)域的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在高科技領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面，通過(guò)3D打印能夠制作出人體器官替代品，如骨骼。通過(guò)3D打印能夠制造出與人體骨骼相同的替代品，植入體內(nèi)之后能夠起到良好的支撐作用，有利于人體骨細(xì)胞恢復(fù)生長(zhǎng)，修復(fù)破損，在人體骨骼修復(fù)正常之后，3D骨骼會(huì)自然溶解，不會(huì)對(duì)人體造成不良影響。在航天領(lǐng)域3D打印技術(shù)的應(yīng)用能夠生產(chǎn)出更精密的零部件，從而改變傳統(tǒng)工業(yè)制造精準(zhǔn)度不達(dá)標(biāo)的缺陷。美國(guó)曾在2013年利用3D打印技術(shù)制造出火箭噴射器，并且實(shí)驗(yàn)圓滿成功，不斷縮短了發(fā)射器研發(fā)生產(chǎn)周期，同時(shí)也有效降低了精密部件的制造成本?？脊蓬I(lǐng)域?qū)τ?D打印技術(shù)也有廣泛應(yīng)用，例如在修復(fù)破損古文物方面已經(jīng)取得了良好成效。通過(guò)3D打印復(fù)原古文物，通過(guò)3D掃描建立數(shù)據(jù)模型，從而使古文物復(fù)原更加精準(zhǔn)。

（二）在生產(chǎn)制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

3D打印技術(shù)應(yīng)用與制造業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景，以食品行業(yè)為例，3D打印能夠打印出任何食物，這些打印食物不但造型美觀、口感良好，而且還能減縮食品制造過(guò)程。食物打印機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接，用戶能夠自主制作食譜，而且能夠制造出面包、餃子、巧克力等多種事物。在制造業(yè)方面，3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模型高效生產(chǎn)模式，提高產(chǎn)品精密度的同時(shí)，還有利于降低制作成本。3D打印已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)概念向?qū)嶋H產(chǎn)品有效轉(zhuǎn)化，3D打印皮劃艇、3D汽車等已經(jīng)相繼投入生產(chǎn)，為造福社會(huì)、發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約人力資源拓展出一條新途徑。

（三）在日常生活中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)應(yīng)用于日常生活中能夠提高個(gè)性化生活品質(zhì)，譬如在生活日用品制造上采用3D打印，能夠制造出個(gè)性化的打火機(jī)、筆筒以及各種飾品等。通過(guò)3D打印還能生產(chǎn)各類電線、擴(kuò)音器磁體等，這些物品屬于集成系統(tǒng)，具有一定的市場(chǎng)消費(fèi)價(jià)值。

近年來(lái)，3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域也嘗試引進(jìn)，不少教育機(jī)構(gòu)正在著力探索3D打印技術(shù)應(yīng)用與現(xiàn)代教育的愚孝手段。屆時(shí)，學(xué)生不但能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程中體驗(yàn)到3D打印技術(shù)的便捷性，同時(shí)還有利于激發(fā)學(xué)生的探索創(chuàng)新熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

結(jié)語(yǔ)

在3D打印技術(shù)不斷發(fā)展的今天，制作成本持續(xù)下降，而技術(shù)精準(zhǔn)度逐步提高，可以預(yù)見，3D打印技術(shù)講述未來(lái)生產(chǎn)創(chuàng)新的核心要素。3D打印機(jī)具有可移動(dòng)、便捷靈活的操作特點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行指揮，并為不同地點(diǎn)的客戶提供完備的配送服務(wù)，是“云制造”發(fā)展應(yīng)用的主流趨勢(shì)，為公眾生產(chǎn)生活質(zhì)量的提高創(chuàng)造了更優(yōu)越的技術(shù)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳建，雷爭(zhēng)軍.3D打印行業(yè)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀[J].制造技術(shù)與機(jī)床.2015（03）

[2]郭日陽(yáng).3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)前景[J].自動(dòng)化儀表.2015（03）

[3]李堅(jiān)，許民，包文慧.影響未來(lái)的顛覆性技術(shù)：多元材料混合智造的3D打印[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2015（06）endprint