基于3D打印技術(shù)在工程領(lǐng)域中的運(yùn)用分析

趙家松 楊發(fā)展

摘? ? 要：3D打印技術(shù)是未來(lái)將要進(jìn)行一場(chǎng)技術(shù)革命，雖然我國(guó)的技術(shù)在不斷的發(fā)展進(jìn)步，但是就目前我國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，3D打印技術(shù)仍需要不斷的完善，本文主要探討了3D打印技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);工程領(lǐng)域;運(yùn)用

3D打印技術(shù)徹底打破了傳統(tǒng)打印技術(shù)的定義，并且普遍應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。在應(yīng)用過(guò)程中，就使3D打印機(jī)的制造與耗材研究供應(yīng)、軟件計(jì)算模擬等方面的技術(shù)不斷成熟。

一、3D打印技術(shù)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到工程的各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)展較好的主要為組織工程、建筑工程以及醫(yī)藥工程。航天工程對(duì)于3D打印技術(shù)的應(yīng)用最早是在NASA中實(shí)現(xiàn)的，并且成功制造了基于3D打印技術(shù)而成像的望遠(yuǎn)鏡，為3D打印技術(shù)在航天工程上的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。我國(guó)在NASA上有探索3D打印火箭噴射器方面的研究，并且已經(jīng)取得了較好的成效。同時(shí)3D打印技術(shù)在航空工程領(lǐng)域也有較大的進(jìn)展，我國(guó)基于3D打印技術(shù)研制出了空間在軌3D打印機(jī)，為航天員在空間實(shí)驗(yàn)提高了效率，推動(dòng)了我國(guó)航天事業(yè)的進(jìn)步。

3D 打印技術(shù)在建筑工程上不僅僅體現(xiàn)在打印房屋建筑零部件材料上，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)相應(yīng)型號(hào)的3D打印機(jī)，打印出完整的建筑。而且這項(xiàng)技術(shù)在2014年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際打印出了1100平方米的別墅與一棟6層的居民樓，并且打印的油墨是由建筑垃圾提供。利用3D打印技術(shù)來(lái)打印建筑，能夠極大的提高建筑工程的工作效率。

3D打印技術(shù)在醫(yī)藥工程上的應(yīng)用，推動(dòng)了醫(yī)學(xué)的進(jìn)步。利用3D打印技術(shù)來(lái)打印肝臟、脊髓、心臟、頭蓋骨以及手掌等，甚至可以打印血管，而且其在實(shí)際手術(shù)中起到了良好的效果，已經(jīng)有很多成功的案例。除此之外，3D打印技術(shù)在打印藥物上也取得了良好的效果，避免了藥品在存儲(chǔ)過(guò)程中發(fā)生變質(zhì)的問(wèn)題。

二、3D打印技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面

在以往的農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)過(guò)程，包括方案的設(shè)計(jì)與確定、確定技術(shù)，對(duì)于復(fù)雜件的設(shè)計(jì)以及農(nóng)機(jī)的試驗(yàn)和改進(jìn)等步驟，而3D打印技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著的改善農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)效率。應(yīng)用3D打印技術(shù)可以不用考慮工藝的可行性，同時(shí)省去了制造模具的環(huán)節(jié)。

（二）在機(jī)械工程方面

我國(guó)已經(jīng)將金屬零件3D打印技術(shù)列入了973計(jì)劃、863計(jì)劃，在總裝“十五”和“十一五”預(yù)研中也對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行研究。王華明教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了同軸送粉激光快速成形技術(shù)及其裝備，并且研制出一系列鈦合金結(jié)構(gòu)件。但是隨著研究的推進(jìn)，3D打印技術(shù)的問(wèn)題也在凸顯出來(lái)，作為先進(jìn)的制造技術(shù)，在制造金屬零件上，目前還存在著性價(jià)比不高，制成的零件尺寸較小，而且和傳統(tǒng)技術(shù)之間差距較大。

（三）在水利工程方面

3D打印技術(shù)在水利工程應(yīng)用上具有很大的優(yōu)勢(shì)，申明亮等人對(duì)溢流堰面特殊部位計(jì)算表面曲線輪廓，進(jìn)行3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐的研究表明，水利工程的施工結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，施工難度較大，而且花費(fèi)的時(shí)間及成本較大，工程質(zhì)量難以保證，而3D打印技術(shù)在水利工程上的應(yīng)用，能夠有效的解決上述問(wèn)題。利用3D打印技術(shù)來(lái)澆筑水利工程的混凝土構(gòu)件時(shí)，混泥土通過(guò)3D打印機(jī)的噴嘴疊加二噴出成型，但是打印厚度是關(guān)鍵問(wèn)題。3D打印技術(shù)在澆筑時(shí)，會(huì)嚴(yán)格遵從施工圖紙來(lái)進(jìn)行，施工的精準(zhǔn)度較高，而且3D打印機(jī)技術(shù)能夠在一定程度上避免粉塵、噪音、水體污染，符合目前我國(guó)對(duì)施工綠色環(huán)保的要求。應(yīng)用3D打印技術(shù)澆筑混泥土，能夠加大混凝土的抗壓程度。

（四）在醫(yī)藥工程方面

3D打印技術(shù)已經(jīng)普遍用在人體器官的模型制作上，也廣泛用于仿生模型制造、個(gè)性化植入體制造、生物器官打印、手術(shù)導(dǎo)板及假肢設(shè)計(jì)等生物醫(yī)學(xué)工程中。在醫(yī)學(xué)上使用3D打印技術(shù)，能夠有效提高醫(yī)學(xué)診斷效率，而且在體外器官模型制作上，對(duì)實(shí)際手術(shù)有一定的指導(dǎo)意義，能夠提高診斷和手術(shù)的水平，達(dá)到既省時(shí)有省力的目的。3D技術(shù)在假肢的制作上，能夠滿足患者的個(gè)性化要求，能夠?qū)崿F(xiàn)量身制作，這樣患者使用假肢的舒適度就會(huì)提高。在植入性的器官制作上，3D打印技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠提高精準(zhǔn)度，而且能夠?qū)崿F(xiàn)克隆。經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究，利用牛耳細(xì)胞，通過(guò)3D打印機(jī)能夠打印出人造耳朵，這項(xiàng)研究可以用于先天耳朵發(fā)育畸形的兒童器官的移植。利用3D打印技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)與肝組織相似的結(jié)構(gòu)藥物的解毒藥物模型，由此可見，3D打印技術(shù)在醫(yī)藥工程上具有重要的應(yīng)用價(jià)值，我國(guó)的科研人員要加大研發(fā)力度，為人們健康謀福祉。

（五）在生物工程方面

3D打印技術(shù)在以液態(tài)光敏樹脂為打印原料的 SLA 技術(shù)是目前研發(fā)的最成熟的技術(shù)應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中性能非常穩(wěn)定，而且精準(zhǔn)度極高，制作的產(chǎn)品力學(xué)強(qiáng)度高。它使用原料為高分子材料，包括光敏分子修飾的 PPF、聚碳酸酯以及多糖等天然高分子等，目前有研究顯示 SLA 技術(shù)制作的多孔支架，其力學(xué)性質(zhì)和人的松質(zhì)骨相似。

三、結(jié)論

3D打印技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，在機(jī)械制造工程方面，免去了模具制造所需的人力物力，能夠在一定程度上節(jié)約工程成本。在工程建設(shè)方面，能夠在提高工程質(zhì)量的同時(shí)，加快工程進(jìn)度。在醫(yī)藥工程方面，能夠滿足患者的個(gè)性化需求，降低生物器官組織替換的成本資源。3D打印技術(shù)正在向人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域推進(jìn)，并對(duì)傳統(tǒng)加工制造工業(yè)產(chǎn)生一定的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧濱 ， 歐陽(yáng)漢斌 ， 黃文華 .3D 打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展 [J]. 中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志 ，2016（4）：389-392.

[2]黃小江，賴斯藝，鄭釗杰，彭偉標(biāo).3D 打印技術(shù)在建筑工程建設(shè)中的實(shí)踐[J].價(jià)值工程，2015（36）：176-177.

作者簡(jiǎn)介：趙家松（1993.10-）男，瑤族，廣西桂林，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。