3D打印技術及應用趨勢研究

強邵雯

摘 要：3D打印技術是快速成形技術的一種，通常是運用數字材料打印機來實現。就目前的情況來看，該技術已經被運用到了產品的直接制造過程中，得到了不斷的發(fā)展和普及。本文主要從3D打印技術和3D打印機，3D打印技術的應用兩方面的內容進行了闡述。

關鍵詞：3D 打印技術 應用趨勢

中圖分類號：TG669 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（b）-0096-02

在短短的幾年時間內，3D打印機在我國已經取得了很大的發(fā)展進步，被廣泛地運用到飛機零件、珠寶、醫(yī)療行業(yè)等各類產品制造全過程中。目前，3D打印技術已經得到了國內外專業(yè)研究人員、知名企業(yè)的接受和認可。3D打印技術作為一項具有變革意義的新技術，它的出現和普及也許會引發(fā)第三次工業(yè)革命的到來，在各領域應用中發(fā)揮著更大的作用。

1 3D打印技術和3D打印機

單從字面意思上來看，3D打印技術和3D打印機并沒有多大的區(qū)別，但事實上它們兩者之間有著很大的區(qū)別。3D印刷是一種立體印刷，主要是對人眼間距進行模擬，從而出現空間差，然后把各角度、各層次的像素在感光材料上記錄下來，再通過光柵材料，將二維平面圖以三維立體的形式呈現出來，在這一過程中，人們不需要使用任何工具設備，直接用眼睛就可以觀察到立體的圖像[1]。而3D打印技術主要指的是使用光固化和紙層疊等技術，再借助電腦，將各種“打印材料”層層疊加，將電腦上的藍圖轉化為實物。3D打印技術最顯著的優(yōu)勢是，不需要任何的模具設備，也不需要經過任何機械的加工，各種形狀的零件都能夠直接從計算機數據中生成，大大減少了產品研制生產的時間，節(jié)約產品生產成本，提高產品生產質量和效率。3D打印技術的工作原理如下。

1.1 以三維打印技術為基礎的3D打印機

該技術在3D打印機的運用，首先需要原料存儲的地方提供一些原材料粉末，將這些原材料加工成很薄的一層，然后打印機會加工的區(qū)域推送一種私合藥品。這時，當原材料粉末和藥品相遇的時候就會牢牢連在一起。在加工的每一環(huán)節(jié)中，每一層完成加工之后，加工平臺就會自動下降，加工的時長、形狀等全部由切片控制，直到真實的物體被打印出來為止。三維打印技術的主要優(yōu)勢是，不一定要在工廠才能完成操作，人們可以根據自己的需要，隨時隨地進行放置。值得注意的是，當打印的全部工序被完成之后，應該將剩余的粉末清理干凈，只有這樣，才能夠獲得真實的立體物體[2]。

1.2 以熔融沉積制造技術為基礎的3D打印機

該技術的主要工作原理是：將由CAD生產的實物數據由控制軟件處導入，經過相應處理之后生產熱噴頭和支撐材料，接著熱噴頭會根據三維截面輪廓，在電腦軟件的控制下做相應的運動，熱塑性材料會經過供絲結構傳送到熱噴頭，在熱噴頭內被快速的加熱直至熔化，同時噴灑于工作平臺上，在工作平臺上使其冷卻，并形成0.1mm厚的薄片，即3D打印截面。通過這樣的方式，來獲取想要得到的物體[3]。

2 3D打印技術的應用

3D打印技術作為一種新型的模擬技術，同普通的機械加工技術存在著很大的不同，3D打印技術在很多領域都取得了很大的發(fā)展和應用，被國內外各界人士所接受。3D打印技術能夠制作出各種精密度高的各種產品，尤其是在歐美等等經濟發(fā)達地區(qū)已取得了很大的成效，能夠打印出的材料種類很多，包括燈罩、人體各器官組織、建筑物、汽車飛機零部件、手機、打印槍、小提琴、照相館、昆蟲標本、仿生耳、食品等。

2.1 航天和國防

3D打印技術在航天和國防領域得到了廣泛的運用，并取得了一定的成效。國防部人員使用3D打印機成功的將航空發(fā)動機的各種重要零部件“打印”了出來。同傳統(tǒng)的零部件制造業(yè)比較，該技術的運用不僅縮減了零部件的生產成本，而且也大大縮短了制造的時間。據國外相關媒體報道，英國皇家海軍將在15年之內推出表面無人小型3D打印戰(zhàn)艦[4]。

2.2 教育中的作用

3D打印技術在不斷地發(fā)展變化過程中已經取得了很大的發(fā)展，例如，將3D打印技術運用到教育行業(yè)，可以對各種事物進行更加具體、直觀的研究，而在以前的教育中是無法實現的。在實際教學的過程中，利用3D打印技術能夠制作出各種教學用具，豐富課堂教學的內容，吸引學生的注意，增加學生的立體感受，彌補傳統(tǒng)課堂知識傳授方式的不足。與此同時，3D打印技術的運用能夠使抽象的知識概念變得具體形象化，使學生解題思路更加明晰，利于學生更好地掌握和理解知識。從根本上改變教學體制，提高學生的學習效率，推動教育事業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展[5]。

2.3 醫(yī)學應用

雖然，利用3D打印技術打印人體器官還在不斷地實踐研究中，但是，就目前的情況來看，已經基本實現了一些頭骨替換、打印干細胞、仿生耳等基本替換工作。國外研究人員通過截取人類的小腿細胞聚合物與納米顆粒制成了可以重新代替人類聽覺的接收器，這種類似于無線電信號的“仿生耳”也就此誕生。

以干細胞為例，干細胞又叫起源細胞，是一類具備自我復制功能的多潛能細胞，在一定的條件下，能夠將其分為多種功能細胞。它是一種沒有經過充分分化，還不成熟的細胞，具備再生各類組織器官等的潛在功能[6]。雖然，3D打印技術在醫(yī)學領域中還未得到先進水平，但是科學家們依然在進行不斷地探索和實踐研究。

2.4 日常生活應用

在日常生活中，3D打印技術也有著非常重要的作用。以“3D食物打印機”為例，該打印機是由美國某大學開發(fā)研究的，主要是用于對各類食物進行制造。“3D打印機”和平時的打印機的工作原理有著一定的相似之處，屬于一種工作模式。當選擇好相應的食譜之后，就可以使用CAD軟件將各種各樣的美食“打印”出來，這樣的一種食物打印方式，能夠節(jié)省時間和支出成本，是傳統(tǒng)烹飪體制上的一大變革。“3D打印機”通過將各種不同的美食打印出來，更新了傳統(tǒng)的菜品樣式，滿足不同消費者的需求，給人一種美的視覺感受，吸引了廣大消費者的注意，推動了餐飲業(yè)的不斷發(fā)展。

3 結語

總而言之，3D打印技術的出現和普及，在各種領域都得到了廣泛的運用，但是，基于打印材料的有限性，產品一般都停留在對模型的制作上。換句話說，3D打印技術還未得到全面的優(yōu)化，只是初步實現了模型的制作，具有縮短設計時間節(jié)約生產成本的作用。在傳統(tǒng)的產品制造過程中，不管是什么領域，設計師在進行產品的設計時，都需要以設計圖紙為標準，將其拆分為各個元素之后去開模，再進行組裝。這樣需要花費很多的時間，增加了設計師的工作量，而將3D打印技術運用到產品設計中，就能夠將實體物體快速地制作出來，開模以及大規(guī)模地進行生產。經過不斷的發(fā)展研究過程中，相信在未來3D打印技術將會向更高層次的方向發(fā)展，成為時代發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻

[1] 劉厚才，莫健華，劉海濤.三維打印快速成形技術及其應用[J].機械科學與技術，2015（16）：256-259.

[2] 劉欣靈，張曉峰.3D打印機及其主要工作原理[J].網絡與信息，2015（25）：158-162.

[3] 潘巍，張明和，周萍萍.3D打印機的應用：進入主流指日可待[J].微電腦世界，2014（32）：95-99.

[4] 湯敏，張軍成，朱力楊.3D打印機將極大沖擊中國市場[J].上海企業(yè)，2016（19）：115-118.

[5] 江洪，康學萍，曾順偉.3D打印技術的發(fā)展趨勢分析研究[J].新材料產業(yè)，2017（16）：158-162.

[6] 李小麗，馬劍雄，李萍，等.3D打印技術及應用趨勢[J].自動化儀表，3014（11）：133-136.endprint