3D打印技術應用研究

逯恒良

摘 要：3D打印技術已成為各國在技術應用方面必爭之領域。3D打印技術的廣泛應用，可能帶來第三次工業革命它將引領時代潮流，將帶動新材料、精益制造、工業設計等多個領域顛覆性的改變。

關鍵詞：3D打印技術；應用；研究

3D打印思想起源于19世紀末的美國，在20世紀80年代得以發展和推廣。被稱作“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”。3D打印 （3D printing）技術，也稱為“增量技術”“增材技術”。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，采用分層加工、迭加成形的方式逐層增加材料來生成3D實體的快速成型技術。3D打印技術最突出的優點是直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的物體無需機械加工或模具，極大縮短產品的研制周期，提高生產率，降低生產成本。

一、我國3D打印技術的發展

在我國20世紀90年代初，以高校為主的先行者，研究新材料，用樹脂來做零件，為3D打印技術的發展奠定了基礎，成為繼歐美之后第三個可以生產快速原型裝備的國家，并且取代了進口。基礎研發上薄弱，缺乏完整的產業鏈?，F在國內已經形成了3D打印的聯盟，大家協同分工，相互交流，相互補充，促進發展。我國生產出目前世界上最大的3D打印機；天宮一號的零部件，也使用了3D打印技術。由于涉及到材料、控制、軟件等各方面的限制，發展緩慢，3D打印技術目前發展還不夠成熟，有待突破。

二、3D打印技術應用

3D打印技術現在一直呈良性發展態勢，被應用于以下方面：

（一）工業應用

利用輕型材質，已經陸續生產出世界上第一輛3D打印自行車、第一輛3D打印汽車、第一款3D打印電動汽車Strati；世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒（Blade）”。它們生產時間短，造價低，質量輕，耐用。

（二）醫藥應用

3D打印技術受到了醫療行業的青睞。就目前而言，3D打印技術在醫療方面的成功運用主要在3D打印肝臟模型、3D打印頭蓋骨、3D打印脊椎植入人體、3D打印手掌治療殘疾、3D打印心臟、3D打印制藥、3D打印胸腔尤其是世界首創的3D生物血管打印機由四川藍光英諾生物科技股份有限公司成功研制問世，僅僅2分鐘便打出10厘米長的血管。

（三）日常生活應用

美國紐約康奈爾大學研制的食物制造設備“3D食物打印機”，將食材和配料預先放入容器內中，只需輸入所需食譜，通過所配套的CAD軟件就能把美食“印”出來；一個設計工作室已經成功使用3D打印技術制作出服裝，服裝外觀新穎舒適合體；2015年8月27日，利用3D打印深圳美女創客SexyCyborg發明了“無影高跟鞋”。

（四）IT應用

迪士尼的研究人員利用3D打印技術以低廉造價打印出了LCD屏幕與多種傳感器，實現了IT應用中的新突破；利用3D打印光導管制造出高科技的國際象棋，棋子可以偵測并顯示當前位置；利用3D打印技術還能夠打印出多種傳感器，通過紅外光來偵測觸摸、振動等刺激，并將結果輸出。3D打印技術必將為智慧生活和智慧城市創造出更多的IT應用。

（五）軍事應用

美國海軍利用3D打印技術快速制造艦艇零件，提升執行任務速度并降低成本。2014年6月24日至6月26日，開展了一系列“打印艦艇”研討會，向水手及其他相關人員介紹了3D打印及增材制造技術。

（六）航空航天

美國航空航天局（NASA）利用3D打印完成首個整臺儀器成像望遠鏡；2014年8月31日，完成了3D打印火箭噴射器的測試，驗證了3D打印技術在火箭發動機制造上的可行性；2015年4月21日制造首個全尺寸銅合金火箭發動機零件以節約成本，這是航空航天領域3D打印技術應用的新里程碑。2014年10月11日，英國一個團隊用3D打印技術制出了一枚火箭，他們還準備讓這個世界上第一個打印出來的火箭升空。2015年6月22日，俄羅斯技術集團公司以3D打印技術制造出一架無人機樣機，重3.8公斤，翼展2.4米，飛行時速可達90至100公里，續航能力1至1.5小時。

（七）房屋建筑

2014年1月，3D打印技術建造的一棟面積1100平方米的別墅和一棟6層居民樓建筑亮相蘇州工業園區；2014年8月，一臺大型3D打印機僅花費24小時層層疊加噴繪而成10幢建筑在上海張江高新青浦園區內交付使用，作為當地動遷工程的辦公用房；2014年9月5日，在荷蘭首都阿姆斯特丹，利用可再生的生物基材料制造全球首棟3D打印房屋；2015年7月17日上午，由3D打印的模塊新材料別墅現身西安，在三個小時完成了精裝別墅的搭建，只要擺上家具就能拎包入住。

三、發展前景

事實證明，生活中的汽車、電器以及房子，甚至是軍事上使用的飛機、大炮、潛艇等武器裝備，皆可被打印出來。可想器官損壞，無需找匹配的器官源，只需在患者身上取一些干細胞培養成為打印原料，然后打印出一個一模一樣的器官進行移植；一臺超大型的3D打印機放在建筑工地就可以打印樓房；發射幾臺3D打印機到太空，就可打印一個空間站。3D打印對我國的制造業至關重要，若想成為制造強國，必須在3D技術上占領制高點。2015年8月23日，中共中央政治局常委、國務院總理李克強主持國務院專題講座，討論加快發展先進制造與3D打印等問題。我國的增材制造產業銷售收入實現快速增長，年均增長速度30%以上。按照中國3D打印技術產業聯盟的預測，中國3D打印的市場規模到2016年時將擴大到100億元人民幣，達到2012年（10億元人民幣）的10倍，從而使中國超越美國成為全球最大的3D打印市場，此可見3D打印技術的前景非常廣闊。

四、結論

3D打印一直在給人們驚喜，3D打印應該有適合自己的發展道路。它已經做出了杰出貢獻，真的可能帶來第三次工業革命。當然，3D打印還有很多的不足，但是這就是3D打印給予人們想象和突破的空間。3D打印對于一個國家制造業的發展有著重要推動作用，是各國爭相發展的技術。伴隨3D打印機的普及，生活中對質量要求不高的物品都可以通過3D打印機來解決，就會對日常生活帶來翻天覆地的變化，值得我們深入研究。

參考文獻：

[1]劉星.工業設計在三維打印時代面臨的發展變化[J].包裝工程，2011（12）.

[2]王雪瑩.3D打印技術與產業的發展及前景分析[J].中國高新技術企業，2012（26）.

[3]喬益民.3D打印技術在包裝容器成型中的應用[J].包裝工程，2012（22）.

（作者單位：齊齊哈爾工程學院）