3D打印技術(shù)及其應(yīng)用分析

程貴順

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)走進(jìn)人們的生活中，改變著人們的生產(chǎn)生活方式，受到社會(huì)各界的關(guān)注。3D打印是一種快速成型的技術(shù)，建立在二維平面的基礎(chǔ)上，利用空間疊加的方式，在三維空間制作出立體產(chǎn)品。文章通過對(duì)3D打印技術(shù)涉及的領(lǐng)域進(jìn)行分析，探討3D打印技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的方向，最后說明3D打印技術(shù)存在的問題。

關(guān)鍵詞 3D打印技術(shù)；發(fā)展規(guī)劃；領(lǐng)域

中圖分類號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）222-0078-02

如今，3D打印技術(shù)作為一種發(fā)展蒸蒸日上的新事物，涉及信息、材料、儀器等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。作為多種科學(xué)交叉的技術(shù)，在發(fā)展過程中一定會(huì)受到阻礙，遇到各種不同的問題。比如在制造精準(zhǔn)度、速度和材料的種類上都有些問題。以目前的技術(shù)還不完全解決，堅(jiān)信隨著日后科技發(fā)展的不斷進(jìn)步，這些問題會(huì)迎刃而解。

1 3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著世界人口的不斷增加，建筑領(lǐng)域要不斷引進(jìn)新型技術(shù)來提高工作效率，把3D打印技術(shù)應(yīng)用到在建筑行業(yè)中打印出建筑模型，使設(shè)計(jì)的建筑以模型的方式直觀出現(xiàn)在建筑師的面前，這種方法不僅快捷、低成本而且精美度高，得到了設(shè)計(jì)師的廣泛認(rèn)同。在設(shè)計(jì)階段能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師多種創(chuàng)意想法，對(duì)不同建筑類型的可行性進(jìn)行分析。對(duì)特殊、復(fù)雜的設(shè)計(jì)及時(shí)提出有效的預(yù)估，找出缺陷并彌補(bǔ)不足，保障建筑工程最終的安全、可行的實(shí)施。現(xiàn)如今大多設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的場(chǎng)館利用3D打印技術(shù)提前制作模型來對(duì)建筑的實(shí)用性進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。3D打印技術(shù)在國外的應(yīng)用也取得相當(dāng)大的成就，如荷蘭的DUS公司利用3D打印技術(shù)打印了一座8平米的小屋，不僅完美的符合設(shè)計(jì)者的需求，而且也降低了大量成本。

1.2 文物領(lǐng)域的應(yīng)用

由于文物埋藏的年代久遠(yuǎn)，挖掘的考古文物受到多種因素的影響，相當(dāng)?shù)囊徊糠治奈锒汲霈F(xiàn)了或多或少的損壞。而利用3D打印技術(shù)可以對(duì)文物進(jìn)行掃描，采集樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，作出合適的模型，很好的還原文物的外在特征，從而方便研究和觀賞。文物都具有較大的價(jià)值特點(diǎn)，甚至一些貴為國寶被保護(hù)，如司母戊鼎、馬踏飛燕以及國外的蒙娜麗莎。本著保護(hù)文物的理念，很多博物館都應(yīng)用3D打印技術(shù)復(fù)制文物，替代真實(shí)文物來展出，以免文物受到人為或者環(huán)境的不必要傷害。此技術(shù)還原的模型相似度和精確度都非常高，而且不需要后期處理，單憑肉眼較難發(fā)現(xiàn)其中的差別，隨著3D打印技術(shù)的成熟和進(jìn)一步推廣，在文物發(fā)掘和文物保護(hù)方面會(huì)越來越多的應(yīng)用。

1.3 工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在工業(yè)制造方面，3D打印技術(shù)為汽車電子、航天領(lǐng)域等制作出部分重要材料的生產(chǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)工藝而言，這種技術(shù)具有成本低、生產(chǎn)要求不高的特點(diǎn)，適合小規(guī)模生產(chǎn)。像國外某宇航局制造的第一臺(tái)成像望遠(yuǎn)鏡，其望遠(yuǎn)鏡材料由鋁和鈦制成，僅僅需要3D打印技術(shù)制造4個(gè)零件即可，在提高制造速度的同時(shí)也大大提高了效率。此外在模具的制作上，將傳統(tǒng)模具制造和3D打印技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)零件的三維設(shè)計(jì)進(jìn)行逐層打印，大大降低了制造成本和產(chǎn)品的不良率，其次3D打印技術(shù)不再進(jìn)行設(shè)計(jì)與求證的過程，縮短制造時(shí)間，滿足市場(chǎng)的需求。最主要的是提高了復(fù)雜模具的冷卻效率，這是傳統(tǒng)制造模式難以比擬的。

1.4 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著3D打印技術(shù)的不斷應(yīng)用，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上發(fā)揮著越來越重要的作用，可以制作出符合人體的器官模型。將3D打印技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)行業(yè)利用相關(guān)技術(shù)制作人體器官模型，進(jìn)而植入患者體內(nèi)有效的解決了器官移植的問題。具體應(yīng)用有3D打印脊椎、3D打印心臟、3D打印胸腔等，比如在我國一名小男孩成功的植入了3D打印脊椎，而且研究人員還設(shè)立了微孔洞，不僅有效的結(jié)合周圍的骨骼組織還能幫助骨骼在合金間很好的生長。此外美國應(yīng)用3D打印心臟救活2周大的先心病嬰兒，對(duì)打印的模型提前規(guī)劃手術(shù)步驟和應(yīng)急措施，極大地降低了嬰兒手術(shù)次數(shù)，使生命垂危的嬰兒過上了正常的生活。這種治療方法也在一定程度打破傳統(tǒng)觀念的束縛，使得人們逐漸接受這種新型治療模式。

2 3D打印技術(shù)存在的問題

2.1 材料因素的限制

目前3D打印技術(shù)雖然能實(shí)現(xiàn)某些塑料、金屬、樹脂等材料的打印，但是大多數(shù)高貴材料無法達(dá)到要求，這就無法適應(yīng)工業(yè)上生產(chǎn)上的各種材料的需求。另外特定的3D打印機(jī)要設(shè)定一種或幾種專屬材料，材料種類特定性少，在多種材料種類的產(chǎn)品上就顯得力不足心了，也就降低了3D打印機(jī)的通用性。因此材料的擴(kuò)展問題，在一定程度上是決定3D打印技術(shù)能力的關(guān)鍵因素。

2.2 安全因素的限制

我們享受3D打印技術(shù)帶來的便利，如加強(qiáng)國防建設(shè)、提高工業(yè)發(fā)展、甚至挽救生命。隨著技術(shù)的普及不僅使社會(huì)生產(chǎn)更加效率化，一方面更多的家庭也逐漸使用這一技術(shù)，方便快捷的生產(chǎn)想要的家用產(chǎn)品。另一方面由于個(gè)人化的隱私性過重，監(jiān)管力度就顯得薄弱，3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)也被某些不法分子用來制作一些危害性極大的產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道國外的不法分子利用3D打印技術(shù)制造槍支武器，過多的交易使這些武器流通世界各地，為安全性帶來了危害也極大地加大了世界安全的不穩(wěn)定性。

2.3 規(guī)模化因素的限制

相比自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)，3D打印技術(shù)在規(guī)?；a(chǎn)方面顯得力不從心，傳統(tǒng)規(guī)?；a(chǎn)具有大批量、低成本、高效的優(yōu)點(diǎn)。拿家電制造業(yè)來說，同一時(shí)間能分別制造不同零件的生產(chǎn)，而且流水線的有機(jī)組合也能大大加快速度，但是3D打印機(jī)本身價(jià)格昂貴，不可能大規(guī)模應(yīng)用，另外對(duì)于復(fù)雜材料組合的產(chǎn)品技術(shù)上也不具備生產(chǎn)的條件，就算技術(shù)日后成熟、完善，但打印一臺(tái)家電花費(fèi)的時(shí)間過多，而且成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大規(guī)模生產(chǎn)家電時(shí)分?jǐn)偟矫恳慌_(tái)家電上的成本。所以說3D打印技術(shù)適合單項(xiàng)化、定制化的生產(chǎn)方向，不僅更加經(jīng)濟(jì)也能解決傳統(tǒng)生產(chǎn)上的某些難題。

2.4 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擔(dān)憂

隨著人們對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的日益重視，越來越多的發(fā)明和知識(shí)受到專項(xiàng)保護(hù)，3D打印技術(shù)也會(huì)涉及這一問題，因此對(duì)3D打印制作的東西如何保護(hù)和怎樣制定相關(guān)的法律法規(guī)也成為一項(xiàng)需要解決的問題?，F(xiàn)實(shí)中網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，對(duì)信息和物品傳播也更加廣泛，人們利用3D打印技術(shù)隨意復(fù)制東西，沒有規(guī)范不僅對(duì)市場(chǎng)的規(guī)則和運(yùn)轉(zhuǎn)帶來沖擊，而且也是對(duì)他人知識(shí)產(chǎn)權(quán)的肆意使用。雖然現(xiàn)在并沒有完全推廣，但是隨著時(shí)間的推移，會(huì)有越來越多3D打印機(jī)走進(jìn)每一個(gè)家庭，所以及時(shí)制定相關(guān)政策能以備不時(shí)之需。

3 3D打印技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃

3.1 制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

常言道無規(guī)則不成方圓，現(xiàn)如今3D打印原型機(jī)就像是一個(gè)工具，隨便拿來使用沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在國家對(duì)于3D打印行業(yè)還未制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，最為急迫的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)還未發(fā)布。3D打印作為中國制造2025戰(zhàn)略的重要組成部分，將在以后工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著更大的作用。相對(duì)于個(gè)人級(jí)3D打印發(fā)展較慢的問題，國家工業(yè)級(jí)的有著較好的政策，因此發(fā)展前景也較良好。所以及時(shí)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不僅可以使行業(yè)規(guī)范化也能抓住快速發(fā)展的先機(jī)。

3.2 軟件的開發(fā)

在制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)后，3D打印行業(yè)也將引來新春，打開相對(duì)自我封閉發(fā)展的行業(yè)現(xiàn)狀。3D打印行業(yè)離不開設(shè)備的升級(jí)和軟件的開發(fā)，這無疑帶動(dòng)了一批新型產(chǎn)業(yè)的崛起。在提高3D打印水平的同時(shí)，提高某些重要性能，在標(biāo)準(zhǔn)下產(chǎn)生更多實(shí)用、高效、靈通的創(chuàng)新，也促進(jìn)了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的多元化，有望在供需兩端均實(shí)現(xiàn)發(fā)展突破。

3.3 發(fā)展原型機(jī)實(shí)驗(yàn)室

對(duì)于3D打印的產(chǎn)品要設(shè)立專門的實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)如今原型機(jī)打印并沒有受到太大的重視，很多醫(yī)療器械商在一個(gè)臟亂的地方儲(chǔ)存打印設(shè)備，這對(duì)打印產(chǎn)品的衛(wèi)生狀況無疑是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。有效的發(fā)展商業(yè)化3D打印實(shí)驗(yàn)室，為打印產(chǎn)品提供一個(gè)專業(yè)性的場(chǎng)所，不僅為企業(yè)打印出質(zhì)量更高的原型機(jī)，也能帶動(dòng)新興經(jīng)濟(jì)體系鏈的發(fā)展。

4 結(jié)論

綜上所述，目前很多的領(lǐng)域中都有3D打印技術(shù)的應(yīng)用。其以單向性強(qiáng)的特點(diǎn)，生產(chǎn)著一些重要的零件和模型，不僅很好的解決的高端領(lǐng)域的個(gè)別難題，也能在醫(yī)學(xué)上解決器官移植的問題。但任何事都兩面性，由于3D打印技術(shù)的不成熟，也存在著一些不足，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這也加大了一些不確定性因素。此外3D打印機(jī)在操作中也會(huì)釋放一些傷害人們健康的物質(zhì)。隨著3D打印技術(shù)日后的不斷應(yīng)用，必然更加精密、安全和智能化。3D打印技術(shù)作為現(xiàn)代代表性技術(shù)，受到了國內(nèi)外的普遍關(guān)注，相信在未來的世界舞臺(tái)上3D打印技術(shù)會(huì)擁有不可替代的地位。

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