3D打印技術(shù)的發(fā)展探討

胡師柿

中圖分類號：TP334.8 文獻標識碼：A 文章編號：1004-0226（2021）12-0103-03

3D打印技術(shù)也稱為增材制造技術(shù)，它將粉末狀金屬和塑料等材料通過逐層疊加的方式直接構(gòu)成三維實體。3D打印技術(shù)已經(jīng)受到各國的重視，我國也是大力支持該技術(shù)的研究與發(fā)展。

國外的雜志認為3D打印技術(shù)是第三次工業(yè)革命的重要標志之一，具有十分廣闊的市場空間。相比傳統(tǒng)的制造技術(shù)，3D打印技術(shù)可以減少復(fù)雜的工藝流程，提高生產(chǎn)效率。3D打印技術(shù)的廣泛使用也有利于設(shè)計人員選擇合理的材料，在保證產(chǎn)品強度的情況下降低成本。同時，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)可以使產(chǎn)品的生產(chǎn)過程簡化，可以促進制造業(yè)的發(fā)展。

1國內(nèi)外3D打印技術(shù)的發(fā)展情況

上個世紀70年代，美國和日本的科學(xué)家提出了材料疊加成型的概念，即3D打印技術(shù)。1988年，美國3D Systems公司生產(chǎn)出了第一臺3D打印機。上世紀80年代美國研發(fā)了激光燒結(jié)成型技術(shù)，用激光將粉末材料燒結(jié)成型成為產(chǎn)品。90年代，德國激光研究所研發(fā)出了激光熔化成型技術(shù)，使用激光先將粉末材料熔化后再凝固成型，并且做成了產(chǎn)品。美國高校利用電子束將金屬粉末熔化再凝固成型。1993年，美國SACHS發(fā)明三維打印成型技術(shù)，可以將金屬和陶瓷等粉末逐層成型，并獲得了3D打印機的生產(chǎn)許可。

我國政府將3D打印技術(shù)列為重點發(fā)展項目，要求在2020年我國的3D打印產(chǎn)業(yè)的銷售收入達到兩百億元，技術(shù)達到國際水平。相比國外，我國3D打印技術(shù)起步很晚，主要以清華大學(xué)、北航、華中科大等高校，以及無錫飛爾康、湖南華曙高科等企業(yè)研究該技術(shù)。目前國內(nèi)3D打印企業(yè)規(guī)模普遍較小，技術(shù)水平較低。

2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用

目前，歐美國家的奔馳、寶馬、大眾、豐田、奧迪和保時捷等汽車企業(yè)都在研究3D打印技術(shù)。國內(nèi)長安、東風汽車和玉柴機器等公司在發(fā)動機缸體和缸蓋，以及變速箱里的齒輪零部件進行3D打印技術(shù)研究，并已取得一定成績。不過，由于3D打印技術(shù)的使用成本較高，一定程度上影響了該技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用。但是，3D打印技術(shù)相比傳統(tǒng)制造行業(yè)有自身的個性化特點。所以，在制造行業(yè)中，目前3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于汽車的研發(fā)。

在醫(yī)學(xué)行業(yè)，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用在人體器官、仿生模型和骨科植入體打印等方面。2012年，CHRZAN使用3D打印技術(shù)打印了假體植入患者體內(nèi)，效果很不錯。國外公司還利用3D打印技術(shù)打印了肝臟組織，并且具有正常人肝臟的功能。國內(nèi)清華大學(xué)利用3D打印技術(shù)打印了細胞，這對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是一個全新的突破。有些專家預(yù)測在20年內(nèi)可以打印出心臟，雖然目前3D打印技術(shù)在打印復(fù)雜的血管存在一定的困難。除此之外，2014年國內(nèi)有醫(yī)院成功為患者植入3D打印的假體;3D打印技術(shù)可以打印植入物用于患者的顱骨修補，提高手術(shù)效果，減少手術(shù)的并發(fā)癥：3D打印腦血管模型可以為醫(yī)生模擬手術(shù)環(huán)境，減少風險。

在陶瓷行業(yè)，3D打印可以用來制作模型，現(xiàn)在可以生產(chǎn)真實的陶瓷產(chǎn)品。外國公司在3D打印技術(shù)生產(chǎn)陶瓷產(chǎn)品方面有不小的突破。2012年有公司展示了自己研發(fā)的3D打印設(shè)備成功打印出來的陶瓷產(chǎn)品，這些產(chǎn)品質(zhì)量不錯。雖然陶瓷產(chǎn)品打印出現(xiàn)了很多困難，但是具有很大的潛力，值得我們關(guān)注。

在建筑行業(yè)，3D打印技術(shù)可以打印房子。相信不久后人們可以住進3D打印機打印的房子。對于建筑工人而言，3D打印技術(shù)可以減輕勞動強度，同時也會受到挑戰(zhàn)。

3D打印還可以在模具制造中優(yōu)化設(shè)計，解決模具制造中的不少問題。由于3D打印技術(shù)采用逐層疊加的原理，可以減少復(fù)雜產(chǎn)品的加工時間。

3 3D打印技術(shù)存在的問題

雖然3D打印技術(shù)不斷發(fā)展，但在實際應(yīng)用時仍然存在很多不足。

第一，很多3D打印機還不能構(gòu)造復(fù)雜的產(chǎn)品，只能構(gòu)造簡單的物體。

第二，3D打印的材料成本比較高，設(shè)備和打印服務(wù)價格昂貴，在制造技術(shù)方面會制約該技術(shù)的發(fā)展。這樣就不利于3D打印技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

第三，3D打印技術(shù)所構(gòu)造的產(chǎn)品質(zhì)量不是十分理想，粉末材料的球形度、流動性等會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。同時，3D打印的設(shè)備和檢測方法目前沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準。

第四，目前主要是歐美國家的企業(yè)在生產(chǎn)3D打印機，我國生產(chǎn)3D打印機的企業(yè)數(shù)量仍較少，并且3D打印機的生產(chǎn)效率比較低，打印時間長，只能生產(chǎn)尺寸較小的產(chǎn)品。3D打印技術(shù)可以選擇的材料比較單一，很多可選擇的材料不能直接從生活中獲取。

最后，3D打印所需要的軟件很多，軟件的操作難度較大，對于學(xué)習(xí)者而言，入門會比較難。

所以，目前3D打印技術(shù)不成熟，有很多技術(shù)問題急需解決。

4 3D打印技術(shù)的未來前景

3D打印技術(shù)被稱為第三次工業(yè)革命的標志之一，是新時代的一種新興技術(shù)。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用范圍會越來越廣泛。3D打印技術(shù)在不斷革新的同時，3D打印設(shè)備和材料的成本必然會降低，越來越多的新型材料將得到應(yīng)用，這樣也有利于3D打印技術(shù)的快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，3D打印技術(shù)的效率也可以實現(xiàn)較快發(fā)展。

5結(jié)語

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)必將推動社會發(fā)展進步，不斷改變著我們的生活和促進科技的發(fā)展，且3D打印技術(shù)的個性化的特點也有利于其發(fā)展。與此同時，3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)目前還不成熟，需要加大創(chuàng)新研究力度。只有通過長期的大量應(yīng)用，才可以解決3D打印技術(shù)現(xiàn)存的問題。

未來，3D打印技術(shù)將會朝著材料多元化、智能化和個性化方向發(fā)展。