3D打印技術的發(fā)展及其軟件實現(xiàn)

黃坤城

摘 要：隨著科學技術的快發(fā)展，我國的3D打印技術也有了很大的進步。目前它已經(jīng)改變了以前單材均質(zhì)加工技術的局限性，成為了可以直接采用多種材料以及多色及真彩表面紋理軟件制造，同時跨越了多個尺度，并且在傳統(tǒng)的加工工藝上進行改進，已經(jīng)達到了多種兼顧精度和形狀復雜度的最新加工方式。本文對3D打印技術的發(fā)展以及軟件的具體實現(xiàn)展開探討研究，以供相關人員參考學習。

關鍵詞：3D打印技術；發(fā)展；軟件實現(xiàn)

一、3D打印技術的概念

3D打印是目前最為先進一種能夠快速成型的加工技術，它還有個別名叫做“增材制造”，這項加工技術跟傳統(tǒng)的制造方法有很大的改變，它可以在不需要磨具的情況采用分層制造和逐層疊加的方法去實現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)。3D打印這個名稱，是由分層制造的過程跟噴墨打印十分相同應用由來。自從有了該技術，使用者只需要利用CAD設計軟件設計出產(chǎn)品的3D模型，再去選擇適合的甲供材料，就可以制造出客戶需要的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的制造方式一直遵從“去除型”原則，這根如今的3D打印技術的理念大不相同，以前的數(shù)控制造必須要有材料的基礎下，才可以施行相關的去除工作，得到需要的零部件，在經(jīng)過拼裝和焊接等等環(huán)節(jié)才能得到客戶想要的產(chǎn)品。但是如今的3D打印技術發(fā)生了很大的改變，它可以不需要模具和原胚，再利用計算機軟件制作出來的圖形數(shù)據(jù)，在增加使用的材料就可以制造出客戶想要的產(chǎn)品，采用該技術，不僅對產(chǎn)品的加工程序進行了減少優(yōu)化，同時還減少了制造花費的時間，對生產(chǎn)效率有了很大的提高。

二、3D打印技術在教育領域中應用情況

創(chuàng)意燈罩、人物頭像、趣味掛件等3D打印作品，每一個都栩栩如生，讓人不禁感嘆“跟真的一樣”。據(jù)了解，目前很多國家已開始在教育領域推廣3D打印。如美、英、德、日等發(fā)達國家已將3D打印作為中小學選修課程，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和動手能力，激發(fā)他們對數(shù)學、科學、工程、設計等相關課程的興趣，提升綜合素養(yǎng)。在中國，基礎教育領域也在積極推進相關課程的開發(fā)與實施。

當然，開展3D打印教育也非大城市的特權，中小城市教育主管部門也在立足本位，積極探索，引領各中小學校積極落實與開展3D打印技術的學習與課程建設。如蘇錫常等城市依托經(jīng)濟和區(qū)位優(yōu)勢，開展技術與教育融合的交流展示活動，讓師生參與活動并接受專業(yè)的知識講解和技術分享，切實感受3D打印的魅力，進而激發(fā)自身探索的內(nèi)驅(qū)力，以點帶面、由內(nèi)向外地推動3D打印教育的推廣和普及。

三、3D打印技術的發(fā)展現(xiàn)狀

1.在民用領域發(fā)展不足

當前我國已經(jīng)有個別幾家公司能夠獨立生產(chǎn)3D打印設備，可是每個企業(yè)的規(guī)模并不是很大，對于研發(fā)環(huán)節(jié)的力量還是不夠，在制造的流程上穩(wěn)定性還是不固定，并且在工件支撐材料制造以及相關問題的處理方面還有很大的欠缺，對于特殊材料的生產(chǎn)技術并沒有完全掌握，因此，無法完全滿足民用產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。

2.在軍事領域發(fā)展先進

當前我國的軍事科技已經(jīng)超過了其他的國家，有著更長遠的發(fā)展，尤其是激光直接加工金屬技術的發(fā)展十分樂觀，不管什么特種設備零部件的機械制造它都能夠完成，這對于我國的發(fā)展提供了重要的幫助。

3.3D打印在教育中對教師的作用

利用3D打印機打印制作的教學用具，可以擴展學習者的感覺和知覺增強觸覺體驗，彌補常態(tài)課堂直接經(jīng)驗不足的劣勢。將隱性知識和認知結(jié)構顯性化，使學習資料由抽象化轉(zhuǎn)變成為具體化，具體化轉(zhuǎn)變成為形象化，視覺復雜化轉(zhuǎn)變成為認知簡單化。

四、3D打印技術的軟件實現(xiàn)

1.面向3D打印的產(chǎn)品設計方法

以前的面向制造和裝配設計的最初目的，就是為了方便制造和裝配的產(chǎn)品，在減少研發(fā)的時間時還能降低生產(chǎn)成本。自從3D打印技術的應用，不管遇到多復雜的形狀都能制造出來，個別商家為了提升自家產(chǎn)品的性能，經(jīng)常會使用到更加復雜的幾何外形，造成模型的特征數(shù)量有了很大的提升。除此之外，像宏觀和微觀類似工藝結(jié)構的設計和加工，是以前的3D技術不能滿足的。該技術和軟件以前最為重視的就是對復雜外形特征進行模擬建設，構造技術是重要的主導技術，但是當時的有關技術只能適用于形狀簡單的實體進行模建，對于一些高難度，圖形復雜的工藝結(jié)構就很難達到客戶的需求，如今最新型的3D打印設計方法更為先進，它設計的最終目的就是設計出產(chǎn)品的外觀以及尺度等等進行綜合的設計，這種設計方法，不光減少了零部件的數(shù)量和裝配的問題，同時還能提升產(chǎn)品的綜合性能，實現(xiàn)個人定制化的最終需求。

2.UG軟件實現(xiàn)

UG這是一個交互式CAD/CAM（計算機輔助設計與計算機輔助制造）系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應用取得了迅猛的增長，已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設計的一個主流應用。它可以通過一個給定過程的有效模擬，應用于自然科學或工程、數(shù)學分析和數(shù)值數(shù)學及計算機科學的知識。然而，所有這些技術在復雜應用中的使用并不是太容易。這是因為組合所有這些方法需要巨大的復雜性及交叉學科的知識。一些非常成功的解偏微分方程的技術，特別是自適應網(wǎng)格加密和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學家研究，同時隨著計算機技術的巨大進展，特別是大型并行計算機的開發(fā)帶來了許多新的可能。

五、結(jié)束語

綜上所述，3D打印技術作為目前最先進的打印技術，它的發(fā)展十分可觀，自從應用該項技術，給我們的生產(chǎn)以及生活方式都帶來了很大的改變。

參考文獻

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