三維打印技術(shù)的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)及其在各行業(yè)中的應(yīng)用分析

張帆

摘 要：本文論述了三維打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及各種應(yīng)用，三維打印技術(shù)開(kāi)創(chuàng)數(shù)字制造時(shí)代。三維打印包含了大多數(shù)增量疊層制造技術(shù)，更加從宏觀上進(jìn)行系統(tǒng)思考，也便于公眾對(duì)新技術(shù)的理解。三維打印具有4大優(yōu)勢(shì)及材料日趨多樣化，應(yīng)用遍及各行各業(yè)，三維打印越來(lái)越有影響力。

關(guān)鍵詞：三維打?。蝗S打印服務(wù)；家居用品；建筑領(lǐng)域；創(chuàng)傷修復(fù)

中圖分類號(hào)：TP334.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2017）36-0270-02

一、前言

3D打印已發(fā)展成為一種具有無(wú)限可能的多用途技術(shù)，其作用將可與計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)媲美，其光明的前景吸引了眾多的設(shè)計(jì)師、工程師、業(yè)余愛(ài)好者和投資者參與其中，成為可能引發(fā)新工業(yè)革命的導(dǎo)火線。除了三維打印的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，這一高潮的出現(xiàn)還由于近年取得的成本突破、材料突破以及應(yīng)用領(lǐng)域的極具擴(kuò)大。與此同時(shí)孕育著和開(kāi)始隱現(xiàn)出新的商務(wù)、生產(chǎn)模式以及新的生活方式。

二、三維打印具有4大優(yōu)勢(shì)

首先，三維打印是直接數(shù)字化制造，從三維CAD模型直接制造出產(chǎn)品，而不僅是零件，減少或省略了毛坯準(zhǔn)備、零件加工、裝配等中間工序，且無(wú)需昂貴的刀具或模具

第二，三維打印制造的是完全定制的、個(gè)性化的獨(dú)特產(chǎn)品，可做到全球僅此1件，百分之百按訂單制造。在沒(méi)有售出之前，是數(shù)字儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里，無(wú)需實(shí)體倉(cāng)庫(kù)。

第三，三維打印產(chǎn)品在沒(méi)有售出之前是用數(shù)字發(fā)運(yùn)的，CAD文件在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸，費(fèi)用極微。此外，三維打印不僅是按需制造，而且是就地制造，即在使用地點(diǎn)制造，這種虛擬運(yùn)輸節(jié)約或舍棄了物流成本。

最后，三維打印能夠最大限度地發(fā)揮材料的特性，而不在意制品構(gòu)造是否復(fù)雜，僅把材料放在有用的地方，大大減少了材料的浪費(fèi)。

價(jià)格急劇下降，福特發(fā)明了流水線，使T型車(chē)的售價(jià)降到950美元，從而汽車(chē)進(jìn)入了家庭，拉開(kāi)了大量生產(chǎn)方式的序幕。今天，一臺(tái)數(shù)千元PC機(jī)的性能可與30年前上千萬(wàn)的計(jì)算中心相當(dāng)，所以PC機(jī)無(wú)所不在。因此，任何新技術(shù)只有在價(jià)格下降千百倍以后，才能得到真正普及，為大眾所接受，三維打印也不例外。10年前，三維打印機(jī)售價(jià)數(shù)萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)美元，今天，家用三維打印機(jī)僅售1，000-2，000美元。而低價(jià)的三維打印機(jī)可供家庭打印玩具、擺設(shè)、裝飾品、家庭用具和各種業(yè)余愛(ài)好物品?？梢灶A(yù)計(jì)，在未來(lái)3-5年內(nèi)，家用三維打印機(jī)完全可能降到300- 500美元，成為開(kāi)發(fā)兒童智力的機(jī)器。

材料日趨多樣化。過(guò)去，三維打印大多僅能打印樹(shù)脂或塑料一類的軟材料。而今天，不僅可以打印鈦合金一類的高強(qiáng)度材料，還可以打印陶瓷和玻璃，甚至打印混凝土制品、食品和生物細(xì)胞。零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理、重量更輕、材料更節(jié)省。對(duì)航天產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，每減少1千克，都將帶來(lái)產(chǎn)品性能的極大提高和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

三、三維打印的應(yīng)用

應(yīng)用廣泛，遍及各行各業(yè)，創(chuàng)意無(wú)限的家居用品。能夠進(jìn)入家庭的新技術(shù)，其市場(chǎng)前景無(wú)疑是巨大的。且由于沒(méi)有制造過(guò)程的限制，設(shè)計(jì)師可以充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)出獨(dú)一無(wú)二的藝術(shù)品、燈飾、夾具、首飾，使家庭具有充滿個(gè)性化的藝術(shù)氛圍。此外，借助家用三維打印機(jī)自己可以隨時(shí)打印所需的日常用品，包括鞋子、發(fā)夾、首飾、玩具等等，大大增加了生活的方便性和趣味性。

（一）快速運(yùn)行的機(jī)械產(chǎn)品

使用三維打印不僅可以制作固定不動(dòng)的產(chǎn)品，還可以制作有相互運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)或部件的物體，如軸承、嚙合齒輪或其他機(jī)構(gòu)。

（二）快速直接建造的房屋

在建筑領(lǐng)域，三維打印除用于制作復(fù)雜的、大型的、超現(xiàn)代創(chuàng)意的建筑模型外，還可用于房屋的快速直接建造。美國(guó)南加州大學(xué)和英國(guó)拉夫堡大學(xué)對(duì)陶瓷制品和混凝土構(gòu)件三維打印進(jìn)行了多年研究，并已用于房屋的快速建造。且不僅可以打印直線墻壁，還可打印任意弧線的墻體或抗震的拱形結(jié)構(gòu)。建造的速度很快，一天就能夠打印一幢小樓。

（三）骨科的創(chuàng)傷修復(fù)

三維打印在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。除口腔科用于制造齒冠外，骨科的創(chuàng)傷修復(fù)將成為熱點(diǎn)。目前的人體植入物是標(biāo)準(zhǔn)化的，而不是個(gè)性化的，在許多情況下并不適合每個(gè)患者的需要。三維打印人體植入物的另一優(yōu)點(diǎn)是能夠制作與骨骼結(jié)構(gòu)相似的植入物，即非實(shí)體的、具有層次結(jié)構(gòu)的人造骨骼。這種骨骼更容易與人體組織交融，縮短康復(fù)過(guò)程。此外，將患者的CT掃描文件傳輸給專門(mén)的人造骨骼專業(yè)公司，即可很快地獲得定制的骨骼，從而可及時(shí)為患者進(jìn)行手術(shù)，避免延誤。

除以上幾大應(yīng)用領(lǐng)域外，三維打印技術(shù)還可進(jìn)行生物打印，即打印人體組織和器官，以及其他許多新奇的應(yīng)用，例如打印可吃的蛋糕、可演奏的樂(lè)器、可發(fā)射子彈的手槍等等。未來(lái)，三維打印也必將在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

四、三維打印對(duì)各行業(yè)的影響

三維打印不僅正在改變物品制造的方法，而且還對(duì)人們的經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)和生活的各方面產(chǎn)生了強(qiáng)烈的沖擊，引起了一系列的變革，可能成為新工業(yè)革命的導(dǎo)火索。例如，三維打印改變了人們購(gòu)買(mǎi)物品的過(guò)程，人們不再走進(jìn)商店挑選有限款式的商品，而是在網(wǎng)上挑選接近你喜好的樣式，進(jìn)行修改，直到滿意為止。美國(guó) Freedom of Creation公司就是這樣一家三維打印創(chuàng)意物品的公司，他們?cè)诰W(wǎng)上出售創(chuàng)意的燈飾、家具、首飾等，但是沒(méi)有實(shí)體貨品，因而沒(méi)有物流和庫(kù)存。

此外，雖然三維打印機(jī)即將進(jìn)入家庭，但并非每個(gè)人都是設(shè)計(jì)師，能夠設(shè)計(jì)出有創(chuàng)意的物品。這種情況下，你可以向設(shè)計(jì)公司購(gòu)買(mǎi)創(chuàng)意產(chǎn)品的CAD文件，下載后在家里打印。反過(guò)來(lái)，你有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)，就可以掛到網(wǎng)上去銷(xiāo)售，供別人下載。然而，值得注意的是，有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)一旦成為網(wǎng)上商品，下載就能打印，就為知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)帶來(lái)新問(wèn)題，如何防止任意拷貝和無(wú)限傳播需要新的法律來(lái)保護(hù)。

三維打印的發(fā)展同時(shí)也為三維打印服務(wù)商帶來(lái)了無(wú)限商機(jī)。例如，你沒(méi)有三維打印機(jī)或者你的三維打印機(jī)不夠好，這時(shí)你就可以把你的創(chuàng)意產(chǎn)品的CAD文件，傳給專業(yè)的三維打印服務(wù)公司，委托他們打印。三維打印服務(wù)商會(huì)提供不同打印工藝和不同的材料供你選擇，不僅可以很快把打印好的物品送到你家里，而且可以代你向全世界銷(xiāo)售你的產(chǎn)品。美國(guó)Shapeways公司就是一家著名的3DP服務(wù)商，他的廣告用語(yǔ)是：“通過(guò)三維打印制作和分享你的產(chǎn)品”。

可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)三維打印的完整供應(yīng)鏈，不僅是設(shè)計(jì)一方。而更大的變化將是生產(chǎn)領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)大量提供CAD/CAM設(shè)計(jì)的公司，供最終用戶下載，在家打印產(chǎn)品或委托專業(yè)公司打印。endprint