淺談3D打印的發展現狀分析

摘 要：隨著我國科學技術水平的不斷提升，我國對于新興技術的研發實力也不斷增強，3D 打印技術也是日益成熟，尤其在國家提出的“2025智能制造”這個大背景下，技術水平更是突飛猛進，在各個行業都占有很重要的的地位，本文從3D打印技術特點入手，來分析3D打印的發展現狀，希望對促進其應用做出積極貢獻。

關鍵詞：3D打印;智能制造;發展現狀

3D打印（3DP）即快速成型技術的一種，又稱增材制造 ，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，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。完全顛覆了傳統加工制造行業減材制造的理念和模式，零件的制造從以往的減材變成了增材，同時也提高了零件的制造速度與對復雜零件的可行性。正因為它擁有這些優點，所以它才能在這激烈的市場競爭環境里，在各個行業里面占有一席之地。

1.3D打印的發展

3D打印技術出現在20世紀90年代中期，當時打印機內部裝上液體或粉末的材料，然后通過電腦控制把“打印材料”疊加在一起，這就是被稱為3D立體打印技術。但是早期只是用于少數人的實驗中，在技術的不斷積累，美國科學家開發了一臺商業3D打印機，美國公司也緊跟著開始開發3D打印機，，此后 3D 打印技術進入了飛速發展階段，各個國家的3D技術正在逐步提高，我國也緊隨其后發明了用于打印塑料制品的 3D 打印機。21世紀，更是達到一個小高峰。

打印材料上，從以前打印塑料到現在尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、https：//baike.baidu.com/item/%E9%95%80%E9%93%B6樹脂、石膏都能夠打印，美國出現了3D打印汽車，3D打印飛機，以及3D打印金屬手槍，以及現在也出現了3D打印的器官，打印方式上，也出現了很多類型，擠壓、線、粒狀、粉末層噴頭、層壓、光聚合。

2.3D打印的特點

（1）降低制造成本

3D 打印與傳統制造方式完全不同，傳統的機加工都是使用的減材加工，而3D打印技術則是增材加工，而且傳統技術需要工廠往往需要購入大量的加工設備， 3D 打印技術中所用到的加工手段很少，3D 打印機就是具備普適與高效特點的加工設備，加工手段可以適用于很多類型產品的加工。在完成產品的數字建模之后，就可使用3D打印機來進行加工，所以在目前的制造業中，3D 打印技術所具有很大的成本優勢，就是其受歡迎的原因之一，科學合理的使用 3D 打印技術進行加工可以有效地降低企業制造成本，提高企業的競爭力。

（2）提高產品質量

3D打印體現一種“降維制造”的思想，具體表現為三維電子模型轉化為二維層片，然后進行分層 制造，通過逐層累積形成三維實體。正因為這獨特的思想，與傳統的工業制造方式相比，3D打印能夠制造更加復雜的產品，這使3D打印能夠在醫療等高端產業的廣泛運用，例如打印人類心臟，骨骼。3D打印的基礎材料也是非常多和打印的方式類型也是很豐富，不同的材料和不同的打印類型打印出來的產品也有很多不同的性質，需求者可以根據自己的需求制造自己想要的產品屬性。現在工業越來越成熟，產品的數量的需求量越來越多和生產的產品越來越復雜，產品質量成了制造業中的核心競爭力。3D打印正好能滿足要求，能以更快的速度進行生產時也保證了產品質量合格且穩定。

（3）提高產品效率

在實際生產過程中3D打印技術可實現快速制造，快速修改，快速實驗的特點，例如在模具制造過程中，前期的實驗驗證階段，則可以選用3D打印快速制造，模型初步確定之后就可以制造出來驗證，然后進行對三維模型快速修改。3D 打印的方式能夠大大減少這類產品制造周期，可以消除制造過程中對于工藝摸索、提升的過程，能夠在短時間內即實現對某種工件的穩定生產。

3.3D打印的現狀

（1）醫學領域

3D打印憑借著它能打印多種材料的功能和它獨特的制造思想，在醫學領域承擔了很重要的責任。在西班牙，一位患胸壁肉瘤的病人也獲得了3D打印技術的幫助，他身上的這種腫瘤形成于骨骼、軟組織和軟骨當中。醫生不得不切除病人的胸骨和部分肋骨，以此阻止癌細胞擴散。在沒有找到合適得替代品時，醫生選擇了3D打印來制造其被切除部分，術后病人狀況一切良好。不光是打印器官，3D打印進一步向制藥領域發展，通過3D打印制藥生產出來得藥片內部具有豐富得孔洞，具有極高得表面積，能在短時間內迅速水融化，可以幫助吞咽患者帶去莫大得幫助。

（2）教育事業

隨著技術逐漸得成熟，3D打印又是信息技術、新材料技術與制造技術多學科融合發展的產物。現在很多得教育機構也在開始利用3D打印，來輔助教育、培養新型復合性人才。大學里，在 “機械原理”課程中，鉸鏈機構的運動很經典，老師單靠圖片、仿真動畫學生難以理解這些復雜的概念，難以想象出復雜零件的形狀、機械系統結構以及工作原理。老師可以使用3D打印，打印出機構，用實物給同學們進行演示，也可讓同學們實際操作。培養同學們得興趣。不光是大學教育如此，中學教育也是可以得，比如利用3D打印來進行數學模型的演示，讓抽象的數學文字變成有趣的模型，有利于提高學生的積極性，還可以用于中學教育對學生的創新能力的培養。

（3）汽車行業

3D打印在汽車行業的運用也是很廣泛，用3D打印技術打印一輛斯特拉提轎車并完成組裝只需44小時。因為打印的零件可以更加的復雜，材料的機械性能更好，整車的零件可以變的更少，相較傳統汽車20000多個零件來說可謂十分簡潔。其車身的線條可直接用三維建模軟件畫出，通過3D打印技術，省去了制造模具的成本。

（4）食品方面

俗話說“民以食為天”，3D打印同樣也滲透到了我們的食品領域，TNO公司還利用豬肉醬打印出特定形狀和尺寸的食品。使用3D 打印還可以將具有一些特殊功能的食品，降低脂肪和卡路里，提高鈣吸收。通過這項技術，可將一定量的蔬菜、水果、維生素和礦物質等功能化合物加入食品配方中混合，打印出營養豐富的產品，使食物的營養和外觀都更加吸引人。因此，3D打印在食品中應用，使得在食品生產和生活中制造個性化食品并打印所需的產品成為一種趨勢。

3D打印技術現在正在不斷地提高，很多很多的領域都在使用，作為一個新型的技術，現在還是存在一些缺陷：3D打印模具的零件尺寸受限，如果需要很大的零件，3D打印還是很困難。3D打印模具制品的力學性能難保證，雖然現在可打印的材料很多，但是因為制造的需求日益增大，質量也要求越來越高，有些力學性能還不能得到滿足。 3D打印技術在當前所能達到的尺寸精度和表面粗糙度還無法完全滿足精密模具生產的設計要求，這是也成為限制3D打印技術在模具生產中的一個關鍵問題。

4.結語

當前我國正處于社會主義初級階段，主要矛盾為落后生產力和人民日益增長的物質文化需求的矛盾，因此，提升我國的綜合生產力便尤為重要。3D 打印技術從誕生之初至今，已經在機械提高生產力方面有了很大的發展。它的各種優點都促使各個行業對他的青睞，但是它也是存在一些局限性，這是正是我們應該去改進的地方，在后面的發展中，我們應該認真分析3D打印技術的利弊，避免盲目跟風，提高我國3D打印技術。

參考文獻：

[1]紀紅.3D打印的發展與制造領域可行性應用探討.天津職業院校聯合學報.2019.

[2]張文平.3D打印及其教育運用.現代信息科技.2019.

[3]彭翀.3D 打印技術在機械學科教學中的應用研究.實驗科學與技術.2017.

作者簡介：

劉斌（1999—），男，漢族，四川遂寧，本科，研究方向：農業機械化及其自動化。