3D打印技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及其在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展前景

馬曉偉　劉彩霞　陳小文　姚淑姣　張?zhí)熘?/p>

摘要 隨著科技日新月異的發(fā)展，3D打印技術(shù)的重要性逐漸顯現(xiàn)，無論是在工業(yè)、建筑業(yè)還是在醫(yī)學(xué)、食品業(yè)方面都已經(jīng)開始展現(xiàn)出其省時省力、精確度高的技術(shù)特點，預(yù)計3D打印在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中將會產(chǎn)生巨大的推動作用。本文在分析3D技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從農(nóng)業(yè)會展、農(nóng)業(yè)機械研發(fā)2個方面闡述了3D打印技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，并對3D打印技術(shù)未來的發(fā)展趨勢以及在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展前景進行了展望，以期為進一步促進我國農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞 3D打印技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀；農(nóng)業(yè)；發(fā)展前景

中圖分類號 TP391.7 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）20-0253-02

Abstract With the rapid development of science and technology in the world，3D printing technology has also begun to occupy more and more weight.Whether in industry，construction industry or medicine，food industry，3D printing technology has begun to show its time-saving and high precision technical characteristics.It is expected that 3D printing technology will have a huge impetus in the future development of agricultural production.Based on the analysis of the application status of 3D printing technology，this paper expounded the application of 3D printing technology in agriculture from two aspects of agricultural exhibition and agricultural machinery research，and forecasted the future development trend of 3D printing technology and the prospect of its development in agriculture，in order to provide necessary reference for further improving the sustainable development of China′s agriculture.

Key words 3D printing technology；application status；agriculture；development prospect

3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。與傳統(tǒng)的去除型制造不同，3D打印無需原胚和模具，能直接根據(jù)計算機圖形數(shù)據(jù)，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化產(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)品的研制周期，滿足個性化需求[1]。中國自古以來就是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)在我國生產(chǎn)力發(fā)展中也一直發(fā)揮著非常重要的作用，如果將3D打印技術(shù)與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，不論是農(nóng)業(yè)展覽還是農(nóng)業(yè)的科學(xué)專利研發(fā)，都將會迎來一場前所未有的大革命，3D打印在未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中將會產(chǎn)生巨大的推動作用。將3D打印技術(shù)運用到現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不僅提高了農(nóng)業(yè)會展上建筑設(shè)施模型的呈現(xiàn)質(zhì)量，還進一步加快了農(nóng)業(yè)機械的研發(fā)和制造，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了很大的動力[2]。

1 3D打印技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印實質(zhì)上就是一種快速成型技術(shù)，它以三維數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。

目前，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)可以按患者要求來提供相應(yīng)部位的打印器官，在生活中，3D打印義肢技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。美國生物科技公司Orga-novo曾利用細(xì)胞3D打印技術(shù)，在細(xì)胞培養(yǎng)基座中打印出肝臟所需的細(xì)胞組織，但是這個肝臟細(xì)胞在經(jīng)過打印后會失去活性，變成死細(xì)胞。

文物對于國家來說是悠久歷史文明的象征，但古老的文物也是非常珍貴且很容易受到損害的。為了確保歷史文物的完好性，利用3D打印技術(shù)可以制作出與其外貌特征幾乎一致的實體模型以供參觀展覽。蜂鳥發(fā)現(xiàn)（北京）科技有限公司成立于2017年4月，是一家專門致力于提供3D打印服務(wù)的企業(yè)，他們的產(chǎn)品曾參加過多個文物展覽活動和節(jié)目，用3D產(chǎn)品代替文物從而達到保護文物的目的，當(dāng)然這與他們高超的后期打磨噴色以及細(xì)節(jié)處理技巧都是分不開的。

在建筑業(yè)的應(yīng)用可以算是3D打印技術(shù)使用最大化的表現(xiàn)，用3D打印技術(shù)建造房屋等建筑，不僅省時省力，建筑規(guī)格的精確度也進一步得到了提高。2014年8月24日，上海張江高新青浦園區(qū)內(nèi)交付使用了10幢3D打印建筑。該建筑是按照電腦設(shè)計的圖紙和方案，經(jīng)1臺大型的3D打印機層層疊加噴繪而成，10幢小屋的建筑過程僅花費24 h，建筑墻體則是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”噴繪而成。

盡管目前我國3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得了長足發(fā)展，形成了一批具有較強競爭力的優(yōu)勢企業(yè)、高校和院所，但在推動產(chǎn)業(yè)高端化發(fā)展進程中，仍然存在一些不容忽視的問題，如整體市場容量尚小、缺少原創(chuàng)性的3D打印新技術(shù)及裝備、應(yīng)用寬度和深度不足等。

2 3D打印技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

2.1 農(nóng)業(yè)會展方面

2018年5月，北京軍事博物館舉辦了科技周展覽節(jié)，在眾多的科學(xué)技術(shù)展覽中，3D打印占據(jù)了一席之地。例如，中國海洋研究所戰(zhàn)士的深遠(yuǎn)海探測體系與研究平臺、世界首套單體最大煤制油師范裝置和中集來福士“藍鯨1號”海洋可燃冰采集平臺等多項科研技術(shù)的展示都應(yīng)用到了3D打印技術(shù)，這才能夠?qū)⒚總€研究項目的科學(xué)構(gòu)造和運行原理清晰地展示給人們。此外，凌云臨近空間高超聲速通用試飛平臺也是通過3D打印模型組合起來的沙盤，把我國超音速飛機從生產(chǎn)到試飛運行的各個研發(fā)階段十分詳細(xì)地展現(xiàn)出來，在促進軍民科技一體化的同時，也激發(fā)了更多科學(xué)愛好者學(xué)習(xí)和研發(fā)的動力。

目前，我國農(nóng)業(yè)會展業(yè)仍處于起步階段，其數(shù)量、規(guī)模、水平及技術(shù)應(yīng)用等都非常滯后[3]，加之農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)周期長、不易保鮮和運輸，以及農(nóng)業(yè)技術(shù)成果涉及環(huán)節(jié)多、效果難以現(xiàn)實展示等，而針對此現(xiàn)象，3D打印技術(shù)就起到了很大的作用。利用3D打印快速成型的特點，可以將農(nóng)業(yè)會展上所需的模型建筑設(shè)施等進行等比例縮放，然后打印出實體模型，再通過沙盤模型組給人們帶來一攬全局的視覺感受。

2.2 農(nóng)業(yè)機械研發(fā)方面

先進的農(nóng)業(yè)機械在研發(fā)時常常遇到一次性樣品生產(chǎn)、單件制造和零件種類多等高成本難題，以及關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大等技術(shù)難題。對傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造而言，數(shù)量與成本成反比是在研發(fā)中亟須解決的問題。農(nóng)業(yè)機械樣機試制中有許多一次性樣品生產(chǎn)、單件制造以及形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件需要做鍛?；蜩T模，模具費用相當(dāng)高，尤其是精密鑄造件開一次爐要求具備成千上萬件的數(shù)量規(guī)模。而3D打印應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械研發(fā)中，可以使設(shè)計模型更加簡明扼要；可以使研究中零件的三維實體設(shè)計更容易變?yōu)閷嵨?；可以有效縮短樣機試制周期；可以在短時間內(nèi)改進、制造、替換田間試驗故障零件；可以快速更改技術(shù)細(xì)節(jié)，提高生產(chǎn)效率[4]。

精密播種機是農(nóng)業(yè)機械中要求制造精度較高的一種機具。氣吹式精密播種機的風(fēng)嘴曲面形狀、尺寸直接影響精密播種的效果。在研究設(shè)計中，通過比較敞口式、三段式和柵欄式出風(fēng)口對風(fēng)速的影響，得出柵欄式出風(fēng)口的軸向風(fēng)速分布比較均勻的結(jié)論。但是傳統(tǒng)的加工制作需要制作二維圖，并標(biāo)注詳細(xì)的1萬件以上的數(shù)量規(guī)模，既不現(xiàn)實，難度也非常大。因此，山西省農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院利用3D打印輔助制造技術(shù)實驗室的HTS-400型快速成型機，對風(fēng)嘴進行設(shè)計和制造（成形材料為ABS塑料），僅用時3 h，成本7.2元，便將風(fēng)嘴零件打印出來，形狀、精密度都十分完美[5]。

3 3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢及在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展前景

3.1 提高市場競爭力，促進生產(chǎn)力發(fā)展

應(yīng)用3D打印技術(shù)不僅能擴大市場規(guī)模，提高銷售總額，還能滿足人們的個性化需求和企業(yè)的低成本需求。該項技術(shù)的引入不僅能夠縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險、提高產(chǎn)品質(zhì)量，還能讓材料進行無限組合，為公司生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、美觀、個性的產(chǎn)品，甚至顛覆商品市場的應(yīng)用和規(guī)模，大大提升產(chǎn)品的市場競爭力[6]。

3.2 為農(nóng)業(yè)發(fā)展注入新的活力

3D打印的興起為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展注入新的活力，但是人人都了解3D打印是一種增材制造技術(shù)，卻并不知道3D打印技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)的銜接點，以及對軟件、材料、精度的標(biāo)準(zhǔn)與要求。這就需要加大專業(yè)人才的培訓(xùn)力度，普及3D打印在行業(yè)中的應(yīng)用，創(chuàng)新教育培訓(xùn)，為客戶提供3D打印實驗室的建設(shè)、課程開發(fā)和教育培訓(xùn)；提供3D打印技術(shù)在一體化制造上的應(yīng)用與培訓(xùn)；提供3D打印技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合方面的教育培訓(xùn)；提供3D打印技術(shù)在農(nóng)業(yè)科普教育，如農(nóng)業(yè)科學(xué)知識、農(nóng)業(yè)科技、農(nóng)用工具等創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用方面的培訓(xùn)，包括軟件、硬件、應(yīng)用、材料及質(zhì)量體系等一系列創(chuàng)新發(fā)展。

3.3 設(shè)計空間無限

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和研發(fā)受制于傳統(tǒng)的制造能力。3D打印可以突破極限，開辟巨大的設(shè)計研發(fā)空間。3D打印不僅可以創(chuàng)新農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計研發(fā)，而且可以擴展設(shè)計者的創(chuàng)造性思維[7-8]。3D打印行業(yè)在兼顧職業(yè)領(lǐng)域的同時，更要追隨科學(xué)發(fā)展的前進步伐，應(yīng)該多與虛擬現(xiàn)實、AI等新興科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，在不久的將來一定能取得更多、更高的成就。

4 參考文獻

[1] 劉紅光，楊倩，劉桂鋒，等.國內(nèi)外3D打印快速成型技術(shù)的專利情報分析[J].情報雜志，2013，32（6）：40-46.

[2] 張麗.化工材料在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展[J].化學(xué)工業(yè)，2017，35（2）：37-41.

[3] 李莉.淺談農(nóng)業(yè)會展對發(fā)展農(nóng)業(yè)的積極意義[J].河南農(nóng)業(yè)，2011（7）：63.

[4] 孫聚杰.3D打印材料及研究熱點[J].絲網(wǎng)印刷，2013（12）：34-39.

[5] 王宏儀，托婭.關(guān)于3D打印機制作小尺寸建筑模型中存在問題的一些思考[J].中小企業(yè)管理與科技，2014（1）：226.

[6] 王忠宏，李揚帆.3D打印產(chǎn)業(yè)的實際態(tài)勢、困境擺脫與可能走向[J].改革，2013（8）：29-36.

[7] 基于3D打印技術(shù)的農(nóng)業(yè)機械研發(fā)及應(yīng)用[EB/OL].（2015-07-24）[2018-06-02].https：//wenku.baidu.com/view/d20396ae2f60ddccda38a0

e5.html.

[8] 黃賢頁，郝彥琴.3D打印技術(shù)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機，2017，48（2）：188.