3D打印技術發展現狀及趨勢分析

劉海濤 謝曉娜

【摘 要】隨著3D打印技術的不斷發展與升級，市場需求加速，文章通過介紹3D打印技術的優點、應用領域和局限性，描述3D打印技術在各個領域的應用現狀與需求，探討三維打印技術發展的瓶頸及未來的發展趨勢。

【關鍵詞】3D打印技術；優勢；局限性；應用領域

一、引言

三維打印技術是20世紀70年代末80年代初由快速成型技術發展而來的先進制造技術，近年來得到了廣泛的應用。它的出現將給現有的制造業帶來革命性的變化。3D打印，又稱3DP，是一種基于數字模型文件的技術，采用粉末狀金屬材料或塑料等粘接材料，然后逐層印刷物體。3D打印技術是通過將材料添加到一層而產生三維實體的技術，它不同于傳統的材料加工技術，因此也稱為加法制造。當前3D打印技術的應用非常廣泛，既可以應用于模具制造、工業設計等領域也適用汽車、醫療等領域。

二、3D打印技術發展現狀

國內3D打印技術近年來才剛剛開始發展。企業已經開始認識到這種加工模式，但并沒有將之應用于實際的生產中，一方面是因為企業不能擺脫傳統的制造思維模式，另一方面由于加工成本高，國內打印機的發展還存在一系列的缺陷，如：教育培訓不足、社會推廣不足、技術研發投入不足、產業鏈整體發展乏力等。3D打印技術主要存在如下問題：

（一）加工設備成本高。目前，3D打印設備的高價格導致了其在工業化生產過程中的諸多困難，因此對其快速應用和推廣有所挑戰。

（二）制造的精度低下。由于其原理是融化高溫液體或粉末凝固，難以控制其冷卻成型，因此制造成品的精度不高，加工效率低。

（三）材料選擇局限。3D打印使用的材料品種主要是金屬、樹脂、塑料，難以融化的材料不能應用，現有材料的物理化學性能也不能很好地滿足要求。

（四）能源浪費。3D打印使用聚合物材料，工業規模3D打印機使用激光器處理，與注塑機的注塑工藝相比，會多產生約65%的廢注塑材料，并且打印過程消耗大量能源。

（五）社會問題。3D打印技術即將走進尋常百姓家。它只需要槍支和3D打印機的設計圖紙，可以生產槍支本身，這對公安有很大的影響。3D打印技術的利與弊[1]。

三、3D打印技術的實際運用及其案例

（一）生物醫療

3D打印將會帶動全醫學進入到新的發展時代，將會成為生物醫療領域的研究熱點。美國、英國、德國、日本、以色列等諸多國家正加大3D打印技術的研究投入。近年來，我國也一直重視3D打印技術的研究。在人造器官技術研究方面已經達到了國際先進水平。3D打印現如今已有頜骨、器官支架、顱骨、脊柱、骨盆等，均已經進入臨床。3D打印及時在生物醫療領域的應用也存在問題，特別是人造器官制作方面，比如單細胞、多種細胞、細胞團簇的受控三位空間輸送等等[2]。

（二）航天科技

通過采用鈦合金激光3D打印技術，西北工業大學已生產了長度為5米的飛機主承力梁。而中航相關的3D激光打印技術也可以打印4米×3米×2米的零件，西北工業大學與中國商用飛機有限公司合作，利用激光立體成形技術解決了C919飛機鈦合金結構件的制造問題。

2000年前后，中航重機激光技術團隊開始著手進行“3D激光焊接快速成形技術”研發工作。目前，中航重機激光產品已成功在我國多款新型軍用飛機上裝備應用。除了軍用飛機，中航重機激光產品還在不斷開拓大型水面水下艦艇市場[3]。

（三）教育行業

國內3D答應技術教育推廣還不成熟，3D打印的發展應與教育相輔相成，相互進步。3D打印技術進入校園，更能讓學生直觀的接觸到3D打印技術。在國內，3D打印在教學上得到應用，建筑系的學生可以用3D打印技術簡便快速的打印出自己設計的建筑模型；食品專業的學生用3D打印技術打印他們的產品。生物學系的學生可以打印細胞、器官、病毒等。化學系學生可以利用3D打印技術來制作分子模型，便于更好地觀察。

四、3D打印技術發展趨勢

3D打印技術被稱為“改變世界的新制造技術”，與傳統的“去除”制造不同，“添加材料制造”可以簡化產品的制造過程，縮短產品開發周期，提高效率和降低成本。伴隨著3D打印技術的發展，其在航空航天技術、汽車工業、醫療、電器、影視、玩具等行業等到廣泛的運用。

隨著智能制造業的不斷發展，越來越多的先進技術被應用到制造業領域中，3D打印技術也將被推向更高的水平。在未來，我們相信3D打印技術的發展將以精確、智能和泛化為主導。智能3D打印技術的速度將大大提高，有效提高效率和精度。尤其是金屬材料直接成型的技術在以后可能會成為常態化的應用。3D打印機的體型也將會更小，成本更低廉，操作上也會更加簡單。

五、結語

通過本次對3D打印技術產業發展狀況的研究，我從最開始對3D打印的茫然無知到現在對3D打印大致了解他的技術核心、優缺點和現在面臨的問題，及現在的應用領域、和以后的發展前景有了大致了解。知道我國國內現階段3D技術的水平，面臨著諸多的困難與瓶頸，這都需要我們當代人不斷的研究才能解決的問題，需要我們當代人的努力與付出。隨著3D打印技術的高速發展，我相信我國國內的3D打印技術將會逐漸成熟，不斷的發生改變。3D打印技術能帶給我們現階段想象不到的驚喜，我相信我們日后的生活將會離不開3D打印，在我們的生活中，遍地都是3D打印技術打印的產品，將會徹底改變我們的生活。

【參考文獻】

[1]高海生.3D打印的發展現狀及前景展望[J].中國戰略新興產業，2017（44）：32.

[2]江洪，陳亞楊，劉義鶴.3D打印在生物醫療領域的應用及醫學案例[J].新材料產業，2017（11）：5-9.

[3]馮穎芳.西工大用3D打印制造3米長C919飛機鈦合金部件[J].中國鈦業，2013（1），24；