3D打印技術及應用趨勢研究

趙瓅曄

摘 要：3D打印（3D printing），即快速成型技術的一種，其實質是增材制造技術，被譽為是第三次工業(yè)革命的重要標志之一。隨著科技的飛速發(fā)展，3D打印技術獲得了越來越廣泛的應用，已涉及工業(yè)、教育、醫(yī)學及日常生活等眾多領域，通過與互聯(lián)網(wǎng)、生物科技等技術手段的有機結合，引發(fā)了各行業(yè)領域的創(chuàng)新發(fā)展以及革命性變革，本文首先對3D打印技術進行了概述，進而探討了3D打印技術的應用及發(fā)展趨勢。

關鍵詞：3D打印技術 應用 趨勢

中圖分類號：TP334.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0077-02

3D打印是一種通過材料的堆積，實現(xiàn)產(chǎn)品快速成形的技術。與傳統(tǒng)技術手段相比，3D打印能夠生產(chǎn)出各種復雜形態(tài)的產(chǎn)品。經(jīng)過近些年的發(fā)展，尤其是各類新材料的出現(xiàn)，3D打印技術獲得了越來越多的應用，已覆蓋工業(yè)、教育、醫(yī)學及日常生活等諸多領域，本文就3D打印技術及應用趨勢展開研究。

1 3D打印技術概述

1.1 3D打印技術

3D打印，又被稱之為添加制造（AM，Additive Manufacturing），也就是利用計算機技術的三維設計方法，結合各類軟件工具，將特定的材料逐層堆積到一起，最終生成想要的模型的一種快速成形技術，它與傳統(tǒng)領域中的切割、焊接等技術是完全不同的。

1.2 相關原理

（1）數(shù)字建模。首先，要利用goSCAN等3D掃描設備獲得相應的三維數(shù)據(jù)，接著采取數(shù)字化的方式來構建三維模型，當然，也能夠使用AutoCAD等工具來實現(xiàn)三維數(shù)字建模，或者是應用已有的3D模型用作參考。

（2）模型分層。將得到的3D模型輸入計算機后，并不可以直接操作，還要借助一些軟件來進行相應的設置，將得到的模型分成一層一層的，而每層的厚度等是由相關材料的屬性以及打印裝置的類型來決定的。

（3）打印噴涂。打印機能夠將材料逐層熔結，因為運行原理的區(qū)別，即能夠通過噴一層膠水的形式實現(xiàn)，也能夠通過激光技術來對材料進行融化，此外，因為選擇的模型不同、復雜性有差異、打印材質耗時不同等，最終花費的時間會存在一定差別，可能僅需要幾分鐘，也有可能需要幾天。

（4）后期加工。通過3D打印得到的產(chǎn)品是非常粗糙的，還需要進行后續(xù)的加工與處理，主要是通過固化、剖離、調整，以及上色等操作，來制作得到最終的模型。

1.3 3D打印技術的應用

隨著3D打印技術的發(fā)展成熟，已在多個領域獲得了應用，為相關技術的改造升級提供了重要的支持。目前，應用3D打印技術可制作得到多種類型的材料，已深入到工業(yè)生產(chǎn)、教育、醫(yī)療等領域，以及人們的日常生活當中。實踐表明，3D打印有著很大的應用優(yōu)勢，在市場上表現(xiàn)出越來越強大的競爭力，而且這一技術的研究時間還不長，可以說在未來有著無窮的潛力，等待人們去挖掘。

2 3D打印的應用

2.1 工業(yè)應用

著名的“空氣單車”是由英國科學家應用3D打印技術“打印”出來的，其制作材料是一種特殊的尼龍材料，不管是硬度還是韌性都與普通材料類似，密度卻要小的多，所以說重量遠遠輕于普通自行車。最特殊的地方在于，“空氣單車”的車輪、軸承等都是一次打印得到的，不需要先去生產(chǎn)零件再進行組裝，打印完成，就可以使用了。其生產(chǎn)工藝就像我們打印書刊一樣簡單，而且，3D打印以其優(yōu)異的技術特點，能夠打印得到空間上不相連的三維立體模型。

2.2 教育應用

發(fā)展至今，3D打印技術已取得了眾多令人矚目的成就，在多個行業(yè)領域獲得了普遍的應用。對于教育領域來說，其最重要的作用就在于幫助人們更加直觀、更加清晰地認識到事物的本質，這正是以往我們想要實現(xiàn)又很難實現(xiàn)的。3D打印技術能夠非常直接地打印出三維立體模型，這為人們的學習與研究提供了更多的可能。我們可以從教師的角度來探討3D打印技術在教育中的意義。在授課過程中，教師可以借助3D打印得來的教學工具，有效地拓展學生的思維，大大增強他們的觸覺體驗，從而彌補了常規(guī)教學缺乏直接經(jīng)驗的問題。而且，教師也將書本知識與復雜的理論更加顯性化，使抽象的知識理論變得更加的具體，具體的知識變得更加形象，視覺復雜的知識變得簡單易懂。這就使得學生的學習思路更加清楚，并不斷提升學生的邏輯思維能力，進而從根本上推動了我國的教育教學改革，也進一步提升了學生的學習效率。

2.3 醫(yī)學應用

近年來，國內外在醫(yī)療科技方面都取得了很大的成就，而其中也離不開3D打印技術的應用。通過3D打印生成的毛細血管，是由雙光子聚合物以及特定的生物材料組成的，有著很好的人體相容性，在替換人體壞死的血管方面有著極高的應用價值。此外，通過將3D打印與人造器官有機的結合起來，能夠在多種藥物的研究中降低動物的死亡率，對生態(tài)環(huán)境保護有著一定的積極作用。

2.4 日常生活應用

“3D食物打印機”是由美國學者研發(fā)的可用來“打印”食物的設備。與常用的打印機類似，通過設置相應的工作模式，再將各種材料、配料放到特定的容器內（類似于打印機的墨盒），選擇食譜后，利用CAD軟件就可以生產(chǎn)制造出想要的食物。可以說，通過這種創(chuàng)造性的烹飪方法，人們可以創(chuàng)造出之前難以想象的菜肴，事物的生產(chǎn)速度也將大大加快。而且，應用“3D食物打印機”，可以在很大程度上縮減事物制作的繁瑣步驟，進而有效的減少了生產(chǎn)成本。

3 3D打印技術的發(fā)展趨勢

3D打印技術在各個行業(yè)領域中的應用，也進一步的促進了相關技術的發(fā)展與研究。技術上的成熟使得其生產(chǎn)成本不斷下降，也提高了3D打印技術的市場競爭力，促使其飛速的發(fā)展，逐漸成為各個領域學者共同關心的學術課題。通過3D打印得到的立體模型、醫(yī)療器材或者是日常用品等，都已引起人們的重視。

國內來說，最先研究3D打印的學者是華中科大的史玉升主任，他甚至認為，在不久的將來，只需在計算機終端上點擊按鍵，就能夠通過3D打印設備生產(chǎn)出人們所需要的產(chǎn)品。當前來說，許多鑄造企業(yè)已開始研究激光燒結3D打印機，希望利用3D打印技術，有效的縮減復雜零件的生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率，擴大企業(yè)效益。

隨著科技的發(fā)展進步，3D打印技術獲得了越來越多的突破，生產(chǎn)速度也是越來越快、產(chǎn)品尺寸越來越大，質量更是越來越好。一般來說，復雜零件的生產(chǎn)要用到幾百或者幾千張設計圖紙來描述，但今天應用的3D打印技術，只需一張圖就可以生產(chǎn)一個零件。所以說，3D打印技術能夠從根本上改變制造業(yè)的發(fā)展趨勢。

同時，3D打印技術的應用可以提升產(chǎn)品的快速成型能力，大大的節(jié)省了生產(chǎn)成本，打破了許多技術上的限制，復雜產(chǎn)品的設計都可以利用計算機技術來實現(xiàn)，而且還可以通過直觀的感觸，有效的調動起使用者的興趣，能夠將設計方案與實測結果相聯(lián)系，進而加深人們的認知能力。

4 結語

總的來說，3D打印技術作為一種匯集了數(shù)字技術、控制技術、信息技術等眾多高新技術的綜合體，有著很好的發(fā)展前景。雖然與國外相比，我國的3D打印技術還比較落后，但相信通過不斷的學習與應用，3D打印技術必將打破各種技術上的限制，實現(xiàn)更加的精密化、數(shù)字化，以適應我國經(jīng)濟發(fā)展的需要。

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