3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析

摘要：3D打印技術(shù)也被稱為增材制造技術(shù)，其應(yīng)用范圍與蜂窩通訊產(chǎn)業(yè)一樣廣泛。3D打印已被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)針對(duì)任何領(lǐng)域所發(fā)生問題的快速的降低成本效益的解決方案。3D打印的應(yīng)用越來越多，這是一個(gè)非常令人興奮的技術(shù)期待。筆者在文中介紹了3D打印技術(shù)員如何運(yùn)用3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印工作、目前3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r以及分析了3D打印技術(shù)在未來的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；3D打印的原理；3D打印的發(fā)展及前景

引言

3D打印機(jī)打印的對(duì)象有數(shù)字模板和三維物理模板。印刷是用塑料、金屬、尼龍和一百多種其他材料一層一層地進(jìn)行的（增材制造）。3D打印技術(shù)已被發(fā)現(xiàn)并在制造業(yè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、珠寶、鞋類、建筑、工程和建筑、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程等許多領(lǐng)域運(yùn)用。然而，3D打印技術(shù)需要一個(gè)有能力的人來制作數(shù)字文件和進(jìn)行最終打印。

1. 3D打印技術(shù)

3D打印或增材制造是通過一個(gè)數(shù)學(xué)模型將不同形狀的材料層進(jìn)行連續(xù)鋪設(shè)從而轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實(shí)體的一個(gè)過程。傳統(tǒng)的加工技術(shù)依賴于通過切割或鉆孔等方法去除材料，而3D打印層是相繼添加的，因此，它使用分層技術(shù)，一層一層地構(gòu)造對(duì)象，直到生成完整的對(duì)象。這樣，3D打印使我們從大規(guī)模生產(chǎn)線轉(zhuǎn)向一次性定制生產(chǎn)?？梢赃@么說，你可以制作任何東西，無論是房子還是巧克力條。最初的3D打印機(jī)是在20世紀(jì)80年代進(jìn)行使用的，最早的3D打印機(jī)的使用是由計(jì)算機(jī)跟蹤浸沒在液體聚合物中的圖形，由于激光的作用，使追蹤到的圖案硬化成紫菜，這就是如何用塑料制造出一個(gè)物體的方法。從那時(shí)起，3D打印技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，現(xiàn)在使用的材料擠壓就是通過這種方法進(jìn)行的。

有趣的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，購(gòu)買3D打印機(jī)的成本一直在下降。國(guó)內(nèi)3D打印機(jī)的使用率一直在上升，平均一臺(tái)3D打印機(jī)的成本幾百美元不等。然而，一個(gè)主要的缺點(diǎn)是，打印3D實(shí)體需要專業(yè)的知識(shí)。也就是說，3D打印技術(shù)需要一個(gè)有能力的人來制作數(shù)字文件和進(jìn)行最終打印。

2. 3D打印技術(shù)的工作原理

進(jìn)行3D打印時(shí)首先對(duì)要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，虛擬設(shè)計(jì)用作要?jiǎng)?chuàng)建的物理對(duì)象的模板，這種虛擬設(shè)計(jì)可以使用三維建模程序如CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）從頭開始創(chuàng)建設(shè)計(jì)?；蛘?，3D掃描儀可以用于現(xiàn)有對(duì)象，掃描儀可以對(duì)物體進(jìn)行三維數(shù)字復(fù)制，并將其放入三維建模程序中。然后，模型被切成成百上千的臥式切片并準(zhǔn)備打印。這樣，這個(gè)準(zhǔn)備好的文件就被上傳到了3D打印機(jī)中，進(jìn)而3D打印員將看到打印機(jī)一層一層地創(chuàng)建3D對(duì)象。而且，打印機(jī)讀取每個(gè)切片（2D圖像），然后逐層創(chuàng)建對(duì)象，結(jié)果對(duì)象沒有可見分層的跡象，而是一個(gè)三維結(jié)構(gòu)。

3. 3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展及前景分析

3.1 3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展

3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。

（1）汽車工業(yè)和航空航天工程領(lǐng)域。3D打印機(jī)在該領(lǐng)域的商業(yè)用途也在不斷增加。例如，汽車和航空航天工業(yè)正在制造零部件[1]，從而提高了規(guī)模經(jīng)濟(jì)。3D打印正在改變工業(yè)生產(chǎn)線的工作方式，這使得一些分析師將3D打印機(jī)的出現(xiàn)稱為第二次工業(yè)革命。

（2）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。從仿生學(xué)到假肢再到數(shù)字牙科。不可避免地，這正積極地影響和改變著醫(yī)學(xué)的方方面面。雖然3D打印技術(shù)的大部分工作仍處于探索階段，但專家預(yù)測(cè)，3D打印工具的集成將給未來的醫(yī)學(xué)帶來革命性的變化。

（3）制造領(lǐng)域。3D打印技術(shù)使得現(xiàn)在的制造可以跳過原型階段，直接進(jìn)入最終產(chǎn)品。汽車和飛機(jī)零件制造公司正在使用3D打印技術(shù)以一種快速和有效的方式進(jìn)行汽車及飛機(jī)零件的打印。因?yàn)榭蛻艨梢跃庉嫈?shù)字設(shè)計(jì)文件并發(fā)送給制造商，所以定制的產(chǎn)品可以得到快速生產(chǎn)。諾基亞公司已經(jīng)率先在這一領(lǐng)域制造和發(fā)布其三維設(shè)計(jì)文件從而使得其最終用戶可以定制它的規(guī)格以及獲得特殊的3D打印產(chǎn)品。

（4）家庭使用。3D打印機(jī)可以在家里用來制作小物件，如裝飾品，如項(xiàng)鏈和戒指。小型塑料玩具也可以在家里打印。在未來，人們將能夠在家里打印自己的產(chǎn)品，而不是從商店購(gòu)買。

（5）服裝領(lǐng)域。時(shí)裝業(yè)也未能幸免，3D打印服裝正在制作中，時(shí)尚設(shè)計(jì)師正在嘗試使用3D打印機(jī)打印背帶褲、鞋子和連衣裙。耐克2012年推出的蒸汽激光鷹爪足球鞋和新百倫公司（New Balance）為運(yùn)動(dòng)員定制的運(yùn)動(dòng)鞋也是使用了3D原型進(jìn)行打印的，由此可見，這項(xiàng)生產(chǎn)是在商業(yè)規(guī)模上進(jìn)行的。

（6）3D打印技術(shù)現(xiàn)在正被納入學(xué)習(xí)課程。學(xué)生現(xiàn)在可以應(yīng)用印刷分子模型用塑料齒輪對(duì)他們的3D模型原型進(jìn)行打印，這有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。由于3D打印技術(shù)可以實(shí)際地向?qū)W生進(jìn)行展示，所以學(xué)生能夠更好地理解3D打印的概念。

3.2 3D打印技術(shù)的發(fā)展前景

（1）制造業(yè)。3D打印行業(yè)將迎來前所未有的市場(chǎng)增長(zhǎng)，市場(chǎng)分析人士預(yù)測(cè)，制造行業(yè)將同比增長(zhǎng)18%。預(yù)計(jì)到2025年，3D打印零件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到84億美元。汽車零部件和航空航天[2]將在零部件銷售預(yù)測(cè)中處于領(lǐng)先地位。

（2）3D打印器官。干細(xì)胞研究與3D打印技術(shù)的結(jié)合，將在未來產(chǎn)生可移植的人體器官[3]。真正的身體功能部件將能夠通過3D打印制造出來。

（3）貿(mào)易。亞馬遜建立了一個(gè)3D打印機(jī)商店，消費(fèi)者可以以自己的數(shù)字3D設(shè)計(jì)文件為基礎(chǔ)打印產(chǎn)品并向商店支付費(fèi)用，這將徹底改變產(chǎn)品的供應(yīng)方式。

結(jié)束語：

3D打印行業(yè)正步入增長(zhǎng)軌道，隨著研究的不斷深入，3D打印的應(yīng)用越來越廣泛。亞馬遜提出的商店模型證明了3D打印將改變?nèi)藗冑?gòu)買產(chǎn)品的方式，3D打印技術(shù)的貿(mào)易領(lǐng)域的領(lǐng)跑人絕對(duì)是一個(gè)游戲規(guī)則的改變者。筆者認(rèn)為，有很多3D打印技術(shù)的前景是值得期待的。

參考文獻(xiàn)

[1]申超，全斌義，雷振華.3D打印在汽車零部件中的應(yīng)用[J].時(shí)代汽車，2019，03：143-145.

[2]明越科，段玉崗，王奔，肖鴻，張小輝.高性能纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料3D打印[J].航空制造技術(shù)，2019，6204：34-38+46.

[3]唐超蘭，溫竟青，張偉祥，楚瑞坤，孫梅.鈦合金3D打印成形技術(shù)及缺陷[J].航空材料學(xué)報(bào)，2019，3901：38-47.

作者簡(jiǎn)介：曹晨茜（1990-），女，漢族，陜西西安；陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，碩士研究生，研究方向：工程設(shè)計(jì)。

（作者單位：陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院）