淺談3D打印技術在電子信息實驗中的應用

劉安吉 李林福

摘 要 伴隨著5G時代的到來，3D打印技術被越來越多的人知曉和接受，在很多工程實踐中該項技術也獲得了運用。對于3D打印技術的相關研究也獲得了國家的大力支持，很多研究單位和高校都設有單獨的實驗室開展相關研究。本文分析了3D打印技術面臨的問題、主要優勢、現階段取得的成就，進一步探討了3D打印技術在電子信息類學科在專業實驗中的應用。

關鍵詞 3D打印;電子信息;實驗應用

引言

近年來，隨著檢測手段和檢測儀器以及新材料研究技術的突破發展，促進了3D打印技術的極大進步。3D打印技術在研究領域和生產生活中得到重視，3D打印技術經過長時間的發展沉淀，憑借著獨特的優勢逐漸被大多數人所接受，在各大媒體版面上也持續占領著一席之地。3D打印技術在電子信息技術實驗方面也體現出了其高精度、高效率、高品質的生產方式的同時又節約了設計和制造成本。3D打印技術融入電子信息設計領域，無疑改變了漫長的設計周期和流程。在平時實驗運行中，對于實驗室里損壞的部分元器件，可以通過掃描構建損壞的電子元件的3D視圖模型，再憑借構建好的數字化模型進行3D打印，及時補充實驗元件的缺損，同時3D打印技術也為電子器件的設計提供了更多樣的選擇。

13D打印的主要優勢

1.1 材料利用率高

由于3D打印技術的實現屬于“增材制造”的過程，所以材料的利用率很高。舉一個常見的例子，雕刻技術就是一種典型的“減材制造”。它將材料進行切割削減和打磨，材料是逐漸減少的，最后的成品最大的特點就是十分精細。但越精細的產品，由于屬于“減材制造”的原因，制造過程中產生的廢棄材料也越多。而3D打印憑借其“增材制造”的優勢，使得產品在制造的過程中很少產生廢棄材料，與此同時制作出來的成品依然保證了“減材制造”的精細化。

1.2 滿足個性化需求

在生活中買到的商品除了設計師本人之外，總有讓用戶不滿意的地方。在生產中有些元件的使用中會發現這樣那樣的問題，但由于重新設計模具十分困難，即使發現問題也難于修改。而有了3D打印機后，用戶就可以根據自己的想法和思路，進行商品和元件的模型設計，不滿意的話還可以多次修改。既鍛煉了用戶創新能力，又讓人們都體驗到了自己設計的東西呈現在眼前的快樂，同時更方便驗證想法的可行性。

1.3 減少產品制造的流程

一般的產品制造完成，需要經過設計、開模、加工、再加工等一系列煩瑣的步驟。而3D打印能夠做到在設計完成之后，一步成形，無須多次加工，減少了后續的工作量，節約了成型時間和人工成本的同時，避免了煩瑣的后期加工引起的一系列問題，特別適合某些要求高精尖技術的行業，比如航天、軍工行業、核電領域等。

2目前3D打印技術存在的問題

3D打印有著不可估量的前景，從近幾年來國家對3D打印技術的投入和關注度來看3D打印當前正處于一個快速發展的階段，3D打印缺乏的是技術以及材料上的突破。隨著3D打印所存在問題的逐步獲得解決，3D打印技術也迎來了再一次發展的高潮，但是目前來看3D打印技術仍有一些問題需要解決[1]。

2.1 材料問題

3D打印無論在世界上哪個國家發展和應用，面臨的首要問題都是材料問題。這也是普遍存在的一個難點。到現在為止，雖然加工和制造技術已經發展的十分完善了，但是相對而言，各種工藝制造所能夠加工的材料種類仍然非常少，特別的是一些特殊材料加工難度大，還有部分材料本身需要處理的技術比較復雜。例如PEEK材料，是目前在醫學上應用前景比較廣闊的，可惜只有少數的廠家能做這種材料的加工處理。除此之外還有很多高要求的企業上需要用到的特殊材料，有些因為其在自然界中比較稀有，或者對材料進行處理時需到達到很苛刻的要求，甚至需要經過很多次高標準的加工才能符合生產制造的需求。

2.2 實用性有待提高

就現階段來看，3D打印技術在學校研究院所和一些專業的實驗室內比較常見，對與設備生產廠家來說都是小范圍小批量生產，機器制造量較少;并且3D打印技術目前主要體現在設備制造方面，材料的制造與軟件設計等還缺乏相對齊全的配備[2]。對于一部分設計出來的產品，由于材料和精度的限制，通常只能夠打印部分零件或者配件的模型，比較難實現原本的機器部件所具有的全部功能。這就極大影響了3D打印產品的實用性，因此這一技術模式下的產品實用性有待進一步提高。

2.3 打印效率需要提高

目前技術水平而言，普通的3D打印機在面對大規模加工時的效率較低，即使是一個尺寸只有幾厘米的小零件，要實現高精度的打印，也要花費好幾個小時才能打印出來，與傳統的加工方式相比存在明顯的劣勢，因此3D打印技術很多時候常用于制作模型。由于技術水平的限制，目前速度快的3D打印機價格十分昂貴，一般普通高校實驗室和規模不大的小型加工企業無法承擔其昂貴的使用成本。因此提高打印效率，高速高精度的3D打印技術發展十分必要。

33D打印在電子信息實驗中的應用

除了常規廣泛的3D打印骨科植入體、人體器官（心臟）、血管等一系列應用于醫藥學中的3D打印的應用，憑借3D打印能夠在工業制造實際應用中實現，隨著該項技術的進一步發展，當大眾關心的一系列精度、成本問題得到解決，3D打印的性能將會得到大幅度提升。作為新興且具有一定優勢的一項制造技術，它就必然能夠為今后的制造業帶來一波強烈的沖擊，在電子信息實驗中的應用只是其多種應用領域中一方面的體現。

3.1 修復損壞零件

從技術上來看，經過最近幾年的發展，在全球市場上，3D打印已經能夠滿足大多數工業應用場景的需求，金屬及其更多的工程塑料等3D打印材料被研發出來。當面對電子信息實驗室中，各種材料組成的損壞元器件時，想要制造出一模一樣的元件，只需要準備好原材料就可以利用3D打印機的逆向工程技術制造出來。

例如在電子信息的實驗室中，由于做實驗學生多，元件損耗較大。特別是使用不當、電路問題等原因導致的元器件損壞較多，而實驗室中大大小小各式各樣因不同原因而壞掉的實驗箱，有的版本老舊修復不容易，全部換新又成本太高。這時有了3D打印機就可以通過3D打印的逆向思維，把壞掉的電子元件的3D視圖模型構建出來，再憑借構建好的數字化模型進行3D打印，實現部分元件的修復。

3.2 打印設計電路

3D打印技術在解決了諸多問題與創造了諸多有利因素的條件下，正在朝著大規模制造和小眾零件的制造發展。對于眾多發燒友及電子專業的學生來說，電路板的設計是電子技術實驗的基礎并重要的部分，每一種關于電子的設備都會使用到電路板。以前的生產方式，通常是要經過一系列的技術處理，如高溫銅膜蒸鍍、化學試劑蝕刻等。耗費的人力物力財力都較大。對于剛接觸3D打印的人來說，會認為3D打印機只能打印出一些工藝品和生活中常見的物品。實際上3D打印技術除了可以打印一般的日常所見之物，還可以打印PCB。中國在這方面已經有了先進的技術，北京夢之墨便是其中的代表。夢之墨是一種液態金屬墨水，墨水可以導電，置入3D打印機中，便可精確地把PCB打印出來[3]。此項技術打破了電子制造技術的瓶頸和壁壘，使打印機在低成本下快速、隨意地制作電子電路。為電路設計提供了更多的可能性。有了3D打印，實驗室里所用到的電路板都可以快速高效打印出來，并且保證了成品的精度。另外電子信息實驗室中的電路板因為其實現的功能多樣而電路板也隨著變化。當電路需要改動時只需要對軟件中建立的數字模型進行更改，就可以在最短的時間內打印出成品。這解決了學生通過手動焊接電路板的安全問題和美觀問題，并且大大節約了時間。

4結束語

綜上所述，3D打印技術的發展雖然有一些制約因素，但是隨著科學技術的發展，人們終將解決這些問題，這一技術正朝著滿足精密精細儀器制造和小眾個性化產品制造的方向發展。3D打印技術在電子信息實驗中的應用也越來越便捷和廣泛，為電路設計乃至芯片設計提供必要的技術基礎支撐，加強3D打印技術在生產生活中的應用，十分有利于促進我國制造業和電子信息技術產業的發展。

參考文獻

[1] 黃天鳳.國內3D打印技術發展現狀及存在的問題分析[J].山東工業技術，2017（18）：149.

[2] 王忠宏，李揚帆，張曼茵.中國3D打印產業的現狀及發展思路[J].經濟縱橫，2013（1）：90-93.

[3] Graham，Warwick.打破3D打印技術發展壁壘[J].國際航空，2014（1）：25.

作者簡介

劉安吉（1998-），女，貴州興義人;畢業院校：貴州民族大學，學歷：本科，現就職單位：貴州民族大學，研究方向：電路設計與數字信號處理。