3D打印技術與傳統制造技術的分析與對比

紀海峰

摘要：3D打印技術作為新興技術，已經進入到現代社會的生產和生活之中，并快速發展和應用。通過調查和研究對傳統制造技術和3D打印技術進行了介紹，將兩者的優缺點進行系統的分析和對比，并展望了3D打印技術未來的發展趨勢，對了解3D打印技術具有一定的指導作用。

關鍵詞：傳統制造技術；3D打印技術；技術對比

中圖分類號：TH14文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.11.002

Analysis and Comparison of 3D Printing Technology and Traditional Manufacturing Technology

JI Haifeng

（Liaoning Building of Career Academy， Liaoyang 111000， China）

Abstract：As an emerging technology， 3D printing technology has entered the production and life of modern society and has been rapidly developed and applied. This paper introduces traditional manufacturing technology and 3D printing technology through investigation and research， compares the advantages and disadvantages of the two systems and compares them systematically， and looks forward to the future development of 3D printing technology. It has certain guidance for understanding 3D printing technology. effect.

Keywords：traditional manufacturing technology；3D print；technical comparison

0引言

3D打?。═hree Dimension Printing，3DP）技術，是一種快速成型技術，又稱增材制造技術。它是一種以數字化模型文件為基礎，運用粉末狀塑料、金屬或可粘合材料，通過逐層打印的方法來構建物體的技術[1]。與傳統的去除材料的加工制造技術相比，3D打印技術作為一種全新的制造技術，隨著計算機輔助設計（CAD）技術的成熟與推廣，3D打印技術也日趨完善。3D打印技術作為一種新興且實用的技術，目前已經得到廣泛的應用。本文主要對3D打印技術與傳統制造技術的不同進行分析與探討。

1傳統制造技術

在機械行業中，以車、銑、刨、磨和模具生產等傳統的去除材料加工為代表的制造業生產方式至今仍在沿用，雖然目前均已使用數控系統對原有機床進行升級和革新，但是員工的個人操作技術因素還是對生產質量有一定的影響，而使用模具來生產零部件的生產模式至今還在廣泛大面積的應用。以上兩種典型的生產制造方式都存在工作環境差，生產周期較長、制造成本高，對員工個人技術要求較高等多種因素，這些因素的存在使得傳統制造技術與現代化快節奏的社會需求模式不相適應。

23D打印技術

3D打印技術的起源可以追溯到19世紀末的美國，其在行業內的學名為“快速成型技術”，但是由于僅僅是一次單純的打印，其昂貴價格就已經讓此項技術只能是面向一些企業級的用戶，所以一直只在行業內小范圍的群體里傳播。直到20世紀80年代才出現成熟的技術方案并逐漸被業界關注。3D打印技術，與傳統的去除材料加工技術不同，它是一種增材制造技術，也是一種快速成形技術，其主要是以數字模型文件作為加工生產的依據，運用特殊蠟材、塑料或粉末狀金屬等可粘合材料，將分層打印的物質用粘合材料來進行連接和加固，從而實現生產制造三維物體的目的。

33D打印技術與傳統制造技術對比

3.1生產制造流程對比

傳統的制造技術有一整套嚴格嚴密的生產加工制造流程。首先是進行概念設計，隨后進行外觀和結構設計，接下來是圖紙設計（目前均已使用CAD技術進行輔助設計），隨后工作人員按照圖紙使用數控機床來對零件進行加工，最后生成產品。如果所生產的產品是塑料等非金屬產品，還需進行模具設計，試模成功后方可進行大量生產。而且整個流程對操作者的專業技術知識要求非常高，如有一處環節產生問題，則會影響后續的很多相應環節，屬于剛性生產，同時生產加工的環境比較惡劣。

而3D打印技術的流程則十分簡單，首先使用計算機進行輔助設計（CAD設計），隨后將數據傳入3D打印機，進行簡單的設置，完成打印后即可得到所加工產品，與傳統的制造技術相比，3D打印技術由于操作簡單，對操作者專業知識要求不高，而生產過程簡單，生產的產品多樣化，生產方式靈活，且工作環境良好，由于其可以達到無圖紙設計、生產方式較環保的特點，所以得到廣泛的關注。下圖是傳統制造技術最基本的操作流程與3D打印技術的操作流程對比。

圖操作流程對比

3.2綜合技術對比

傳統制造技術目前已經比較完善，可以滿足絕大多數行業的要求。同時，傳統制造技術也在升級轉型，由原有的傳統制造技術向現代制造技術進行轉化和融合，但是傳統制造技術的生產模式也在現代制造技術中有很多的體現，例如生產效率低，制造成本較高；勞動強度大，加工人員眾多；加工周轉次數頻繁，生產工序眾多；工作環境較差并具有危險性；廢品率較高、對材料有較多浪費等。

而3D打印技術有以下特點：第一，無圖紙設計，可以利用先進的數字化建模軟件進行前期的模型設計，利用CAD 模型直接驅動，實現實體零件數字化[2]；第二，材料利用率較高，無需加工前對毛坯進行處理；第三，無需大型的自動化生產線，無需固定的生產制造車間，降低生產成本；第四，無需傳統的切削刀具、固定夾具、加工機床或模具，可直接按照模型數據生成實物產品，簡單方便靈活，從而有效地縮短了產品研發周期；第五，能夠將采用傳統方法制造不便的復雜零件或產品，輕松的制造出來；第六，加工生產環境安全無污染。以上是其特點的分析，可以看出3D打印技術相比傳統制造技術，優勢明顯。下表是3D打印技術與傳統制造技術各項的綜合對比。

4.13D打印技術目前的技術缺點

雖然3D打印技術有著諸多的優勢，但是其自身也存在著一些亟需改善的缺點。在當下使用3D打印技術制造單件或小批量的產品，成本比較昂貴，這是由于在目前，打印材料仍然主要局限于塑料、石膏、樹脂、陶瓷、砂和金屬等，所以能用于3D打印的材料則顯得非常有限，同時用于增材制造的材料研發難度較大、而使用量卻不大等因素，導致3D打印制造在現階段成本較高；由于3D打印技術屬于增材制造，在加工制造中采用的是逐層制造，層與層之間是粘合疊加的方式來生成產品，所以導致產品或零件的外觀精度（如尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度等）、物理性能（如強度、剛度、耐疲勞性等）和自身化學性能等重要指標均無法達到傳統制造技術所生產的產品質量和性能。所以目前使用3D打印技術制造出來的產品多為工藝品、玩具或試驗件居多，無法替代傳統制造業產品。

4.23D打印技術未來展望

3D打印技術是一種全新的生產制造技術，隨著關鍵技術的突破，將會被越來越多的人或行業接受和認可，也會在今后的多個領域得到大范圍的應用[3，4]。目前已經實現金屬材料的3D打印，國外一些國家已經使用3D打印機進行醫學輔助器官的打印嘗試，例如美國明尼蘇達大學研究人員正在嘗試使用3D打印技術制出生物工程脊髓、多倫多大學研究人員正在嘗試生物3D打印機打印出復雜血管組織等；還有很多行業和領域例如建筑、教育、制造業、航空航天和人工智能等都在致力于3D打印技術的研究。由此可見，未來會有更多的行業和領域應用3D打印技術，相信隨著技術的不斷進步，很多相關問題都會得到解決，也會有更多的人接受和使用3D打印技術制造出來的產品。

5結論

綜上所述，可以看出傳統制造技術經過數百年幾代人的研究、應用和發展，已經積累了非常豐富的生產制造經驗，具有完善的標準體系，當然其也有著很多的缺點和需要改進的地方，但很長一段時間內，傳統的制造技術仍然是無法完全被替代的。3D打印技術作為新興技術，非常適合目前快節奏、需求多和發展迅速的社會使用，但是目前3D打印技術還處在由研究向工業應用轉化的階段，如果想要真正的解決現今多樣化和復雜化的產品需求和生產制造的需要，還有很長的一段路要走，還有很多的關鍵技術（例如新型打印材料的研發）要突破。

參考文獻：

[1]官云琴. 3D打印技術在三維建模課程中的應用[J].西部素質教育，2018（6）：169.

[2]姚清. 3D打印技術對機械制造業的影響分析[J]. 中國新技術新產品，2018（18）：13.

[3]劉玥濮.3D打印技術應用前景展望[J].計算機應用工程技術，2018（7）：21.

[4]程俊廷，張懌，盧建軍.淺談3D打印技術的應用與發展[J]. 機電信息，2018（9）：97.

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