3D打印技術(shù)及應(yīng)用趨勢(shì)研究

強(qiáng)邵雯

摘 要：3D打印技術(shù)是快速成形技術(shù)的一種，通常是運(yùn)用數(shù)字材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。就目前的情況來(lái)看，該技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用到了產(chǎn)品的直接制造過(guò)程中，得到了不斷的發(fā)展和普及。本文主要從3D打印技術(shù)和3D打印機(jī)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用兩方面的內(nèi)容進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：3D 打印技術(shù) 應(yīng)用趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TG669 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（b）-0096-02

在短短的幾年時(shí)間內(nèi)，3D打印機(jī)在我國(guó)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展進(jìn)步，被廣泛地運(yùn)用到飛機(jī)零件、珠寶、醫(yī)療行業(yè)等各類產(chǎn)品制造全過(guò)程中。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)得到了國(guó)內(nèi)外專業(yè)研究人員、知名企業(yè)的接受和認(rèn)可。3D打印技術(shù)作為一項(xiàng)具有變革意義的新技術(shù)，它的出現(xiàn)和普及也許會(huì)引發(fā)第三次工業(yè)革命的到來(lái)，在各領(lǐng)域應(yīng)用中發(fā)揮著更大的作用。

1 3D打印技術(shù)和3D打印機(jī)

單從字面意思上來(lái)看，3D打印技術(shù)和3D打印機(jī)并沒有多大的區(qū)別，但事實(shí)上它們兩者之間有著很大的區(qū)別。3D印刷是一種立體印刷，主要是對(duì)人眼間距進(jìn)行模擬，從而出現(xiàn)空間差，然后把各角度、各層次的像素在感光材料上記錄下來(lái)，再通過(guò)光柵材料，將二維平面圖以三維立體的形式呈現(xiàn)出來(lái)，在這一過(guò)程中，人們不需要使用任何工具設(shè)備，直接用眼睛就可以觀察到立體的圖像[1]。而3D打印技術(shù)主要指的是使用光固化和紙層疊等技術(shù)，再借助電腦，將各種“打印材料”層層疊加，將電腦上的藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為實(shí)物。3D打印技術(shù)最顯著的優(yōu)勢(shì)是，不需要任何的模具設(shè)備，也不需要經(jīng)過(guò)任何機(jī)械的加工，各種形狀的零件都能夠直接從計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中生成，大大減少了產(chǎn)品研制生產(chǎn)的時(shí)間，節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和效率。3D打印技術(shù)的工作原理如下。

1.1 以三維打印技術(shù)為基礎(chǔ)的3D打印機(jī)

該技術(shù)在3D打印機(jī)的運(yùn)用，首先需要原料存儲(chǔ)的地方提供一些原材料粉末，將這些原材料加工成很薄的一層，然后打印機(jī)會(huì)加工的區(qū)域推送一種私合藥品。這時(shí)，當(dāng)原材料粉末和藥品相遇的時(shí)候就會(huì)牢牢連在一起。在加工的每一環(huán)節(jié)中，每一層完成加工之后，加工平臺(tái)就會(huì)自動(dòng)下降，加工的時(shí)長(zhǎng)、形狀等全部由切片控制，直到真實(shí)的物體被打印出來(lái)為止。三維打印技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是，不一定要在工廠才能完成操作，人們可以根據(jù)自己的需要，隨時(shí)隨地進(jìn)行放置。值得注意的是，當(dāng)打印的全部工序被完成之后，應(yīng)該將剩余的粉末清理干凈，只有這樣，才能夠獲得真實(shí)的立體物體[2]。

1.2 以熔融沉積制造技術(shù)為基礎(chǔ)的3D打印機(jī)

該技術(shù)的主要工作原理是：將由CAD生產(chǎn)的實(shí)物數(shù)據(jù)由控制軟件處導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理之后生產(chǎn)熱噴頭和支撐材料，接著熱噴頭會(huì)根據(jù)三維截面輪廓，在電腦軟件的控制下做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，熱塑性材料會(huì)經(jīng)過(guò)供絲結(jié)構(gòu)傳送到熱噴頭，在熱噴頭內(nèi)被快速的加熱直至熔化，同時(shí)噴灑于工作平臺(tái)上，在工作平臺(tái)上使其冷卻，并形成0.1mm厚的薄片，即3D打印截面。通過(guò)這樣的方式，來(lái)獲取想要得到的物體[3]。

2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用

3D打印技術(shù)作為一種新型的模擬技術(shù)，同普通的機(jī)械加工技術(shù)存在著很大的不同，3D打印技術(shù)在很多領(lǐng)域都取得了很大的發(fā)展和應(yīng)用，被國(guó)內(nèi)外各界人士所接受。3D打印技術(shù)能夠制作出各種精密度高的各種產(chǎn)品，尤其是在歐美等等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已取得了很大的成效，能夠打印出的材料種類很多，包括燈罩、人體各器官組織、建筑物、汽車飛機(jī)零部件、手機(jī)、打印槍、小提琴、照相館、昆蟲標(biāo)本、仿生耳、食品等。

2.1 航天和國(guó)防

3D打印技術(shù)在航天和國(guó)防領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，并取得了一定的成效。國(guó)防部人員使用3D打印機(jī)成功的將航空發(fā)動(dòng)機(jī)的各種重要零部件“打印”了出來(lái)。同傳統(tǒng)的零部件制造業(yè)比較，該技術(shù)的運(yùn)用不僅縮減了零部件的生產(chǎn)成本，而且也大大縮短了制造的時(shí)間。據(jù)國(guó)外相關(guān)媒體報(bào)道，英國(guó)皇家海軍將在15年之內(nèi)推出表面無(wú)人小型3D打印戰(zhàn)艦[4]。

2.2 教育中的作用

3D打印技術(shù)在不斷地發(fā)展變化過(guò)程中已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，例如，將3D打印技術(shù)運(yùn)用到教育行業(yè)，可以對(duì)各種事物進(jìn)行更加具體、直觀的研究，而在以前的教育中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際教學(xué)的過(guò)程中，利用3D打印技術(shù)能夠制作出各種教學(xué)用具，豐富課堂教學(xué)的內(nèi)容，吸引學(xué)生的注意，增加學(xué)生的立體感受，彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂知識(shí)傳授方式的不足。與此同時(shí)，3D打印技術(shù)的運(yùn)用能夠使抽象的知識(shí)概念變得具體形象化，使學(xué)生解題思路更加明晰，利于學(xué)生更好地掌握和理解知識(shí)。從根本上改變教學(xué)體制，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，推動(dòng)教育事業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展[5]。

2.3 醫(yī)學(xué)應(yīng)用

雖然，利用3D打印技術(shù)打印人體器官還在不斷地實(shí)踐研究中，但是，就目前的情況來(lái)看，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了一些頭骨替換、打印干細(xì)胞、仿生耳等基本替換工作。國(guó)外研究人員通過(guò)截取人類的小腿細(xì)胞聚合物與納米顆粒制成了可以重新代替人類聽覺的接收器，這種類似于無(wú)線電信號(hào)的“仿生耳”也就此誕生。

以干細(xì)胞為例，干細(xì)胞又叫起源細(xì)胞，是一類具備自我復(fù)制功能的多潛能細(xì)胞，在一定的條件下，能夠?qū)⑵浞譃槎喾N功能細(xì)胞。它是一種沒有經(jīng)過(guò)充分分化，還不成熟的細(xì)胞，具備再生各類組織器官等的潛在功能[6]。雖然，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中還未得到先進(jìn)水平，但是科學(xué)家們依然在進(jìn)行不斷地探索和實(shí)踐研究。

2.4 日常生活應(yīng)用

在日常生活中，3D打印技術(shù)也有著非常重要的作用。以“3D食物打印機(jī)”為例，該打印機(jī)是由美國(guó)某大學(xué)開發(fā)研究的，主要是用于對(duì)各類食物進(jìn)行制造。“3D打印機(jī)”和平時(shí)的打印機(jī)的工作原理有著一定的相似之處，屬于一種工作模式。當(dāng)選擇好相應(yīng)的食譜之后，就可以使用CAD軟件將各種各樣的美食“打印”出來(lái)，這樣的一種食物打印方式，能夠節(jié)省時(shí)間和支出成本，是傳統(tǒng)烹飪體制上的一大變革。“3D打印機(jī)”通過(guò)將各種不同的美食打印出來(lái)，更新了傳統(tǒng)的菜品樣式，滿足不同消費(fèi)者的需求，給人一種美的視覺感受，吸引了廣大消費(fèi)者的注意，推動(dòng)了餐飲業(yè)的不斷發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和普及，在各種領(lǐng)域都得到了廣泛的運(yùn)用，但是，基于打印材料的有限性，產(chǎn)品一般都停留在對(duì)模型的制作上。換句話說(shuō)，3D打印技術(shù)還未得到全面的優(yōu)化，只是初步實(shí)現(xiàn)了模型的制作，具有縮短設(shè)計(jì)時(shí)間節(jié)約生產(chǎn)成本的作用。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造過(guò)程中，不管是什么領(lǐng)域，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，都需要以設(shè)計(jì)圖紙為標(biāo)準(zhǔn)，將其拆分為各個(gè)元素之后去開模，再進(jìn)行組裝。這樣需要花費(fèi)很多的時(shí)間，增加了設(shè)計(jì)師的工作量，而將3D打印技術(shù)運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，就能夠?qū)?shí)體物體快速地制作出來(lái)，開模以及大規(guī)模地進(jìn)行生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展研究過(guò)程中，相信在未來(lái)3D打印技術(shù)將會(huì)向更高層次的方向發(fā)展，成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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