3D打印技術在工程領域中的運用研究

宋國強

(武漢城市職業(yè)學院，湖北 武漢 430064)

1 3D打印技術的相關概述

1.1 概念原理

從一定意義上來講，3D打印技術立足于數(shù)字模型文件，在具體的制作過程中通過粉末狀金屬、塑料等相關具有一定粘合性質的材料逐層打印，以此構造出相應的物體。據(jù)調查顯示，通過3D打印技術成型原理的差異化特征，我們可以將其分為立體平版印刷技術、熔化沉積技術、分層激光燒結技術、逐層輪廓成型技術以及光掩膜技術5個主要類型。

戊戌維新至辛亥革命期間，變法維新的斗士譚嗣同在其《仁學》中說：“吾貴知，不貴行也。知者，靈魂之事也；行者，體魄之事也。”此處譚嗣同重點強調了“知”。但此后這一思想被更為激進的資產階級革命派所駁斥，資產階級革命派認為社會變革不能等待開民智完成之后才去進行。他們駁斥了維新派民智未開不能行革命的觀點，在“知行之辯”上強調“行”。章太炎說：“人心之智慧，自競爭而后發(fā)生，今日之民智，不必恃他事以開之，而但恃革命以開之……公理之未明，即以革命明之；舊俗之俱在，即以革命去之。”[4]認為通過“行”可以由“不知”轉化為“知”。

1.2 方法步驟

根據(jù)上文我們可以看出，3D打印技術基于現(xiàn)代信息技術的發(fā)展背景有針對性地滲透結合了互聯(lián)網(wǎng)信息技術、圖像處理技術、自動化技術、數(shù)控技術、仿真技術、材料成型、機電控制等相關技術，在實際應用過程中凸顯出一定的數(shù)字化、信息化、立體化的特征，同時3D打印技術成本較低，不會對周邊環(huán)境造成污染，更好地迎合了國家節(jié)能環(huán)保的目標任務。相比于傳統(tǒng)的打印技術，其整體制作精度較高、周期短，能夠充分發(fā)揮出其個性特征，使用的材料也具有一定的多樣性。正是由于其上述特征，也被稱之為第三次工藝革命。3D打印技術是從快速成型技術所轉變發(fā)展形成的，具體而言，快速成型技術我們也稱之為RP技術，其利用三維走向疊加的方式實現(xiàn)產品的快速制造。而在日常生活中較為常見的快速成型技術包括激光束技術、電子束技術、擠出噴嘴式技術、熔融沉積法。

2 3D打印技術在工程領域中的具體應用

2.1 農業(yè)機械

我國著名研究學者裴進靈對3D打印技術在農業(yè)機械生產過程中發(fā)揮的重要價值進行了深入研究，明確提出在傳統(tǒng)的機械研發(fā)過程中通常采用方案設計、方案確定、技術選擇、制作復雜件、農機試驗、后期改進等相關的模塊，整體較為復雜，對工藝及設計方法要求較高。在這樣的背景下，通過有效引入3D打印技術能夠改變傳統(tǒng)的制造模式、制造方法，相關技術人員也不用過多地思考工藝的科學性、可行性，同時也省去了生產制造活動開展前模具創(chuàng)作這一環(huán)節(jié)。

2.2 機械工程

3D打印技術在機械工程中也發(fā)揮著至關重要的作用。基于金屬零件的3D打印技術發(fā)展曾光等研究學者明確提出將3D打印技術運用于機械工程，然后快速形成設備及裝備，在條件允許的情況下也能夠制作出鈦合金結構。與此同時，國家相關管理部門也針對3D打印技術在機械工程中的運用提出了973計劃、863計劃以及“十五”“十一五”預研項目。眾所周知，金屬零件的3D打印技術在目前社會中仍然屬于先進技術，相比于其他發(fā)達國家，我國整體起步時間較晚、發(fā)展較為緩慢，在后期的研究過程中應當著重考慮性價比問題，解決成型零件尺寸不符，與傳統(tǒng)加工技術脫節(jié)等相關的實際問題。

微電網(wǎng)運行與控制IEC標準進展與分析//張建華,史佳琪,鄭德化,別朝紅,欒文鵬,馬文媛,劉陽//(24):1

相關研究學者申明亮基于水利工程進行了3D打印技術的深入研究，尤其是針對溢流堰面特殊部位，通過一定的方式方法分析其表面的曲線輪廓，通過3D打印的方式總結了具體實施步驟及重要環(huán)節(jié)，在此基礎上進一步凸顯3D打印技術在水利水電工程中的重要現(xiàn)實意義及作用。根據(jù)相關的實踐調查研究我們可以看出，大多數(shù)水利水電工程整體結構較為復雜，形勢多變，施工難度較大，不管是建設單位還是施工單位，都必須耗費大量的時間和成本，因此即便工程完工，或多或少也會存在一定的質量問題。在這樣的背景下，積極引入3D打印技術能夠有針對性地切實解決水利水電工程在施工環(huán)節(jié)面臨的一系列問題和困境。值得注意的是，在具體的設計實施過程中，打印的厚度必須根據(jù)施工的實際需求科學合理地把控，目前部分先進的設備設施已經(jīng)能夠打印出5 mm左右的混凝土層。3D打印技術在水利水電工程中的實施由于其精準度較高，整個過程標準化、嚴格化，主要采用打印機進行工程的設計，在很大程度上規(guī)避了環(huán)境污染，也是目前使用較最多的綠色環(huán)保方式。

2.3 水利工程

（1）鼓勵課堂上的良好習慣。利用正面的支持和強化來相對弱化課堂上的不和諧因素，使學生在正面力量的感染下，積極向良好的行為習慣靠攏。

2.4 醫(yī)學工程

隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，3D打印技術在人體器官模擬制造、仿生制造、手術導板、假肢個性化植入、支架制造等生物醫(yī)學行業(yè)都發(fā)揮著至關重要的作用。川大的周長春教授立足于我國醫(yī)學行業(yè)發(fā)展的實際需求，有針對性地滲透融入了3D打印技術，尋求其在生物工程中的重要作用。其明確提出3D打印技術通過體外器官模型能夠進一步提高手術水平，節(jié)省醫(yī)療成本及時間成本，醫(yī)護人員在進行診斷時利用3D打印技術能夠快速找到病灶所在，整個過程高效直觀。與此同時，3D打印技術在進行假肢的制作時，能夠充分凸顯出其個性化，甚至可以為患者量身定做，極大程度地提高了患者的滿意度、舒適度。

2.5 生物工程

SLA技術作為3D打印技術的重要組成部分，其通過液態(tài)光敏樹脂作為主要原材料，具有一定的高性能、高精度等優(yōu)勢和特征，也是目前社會中較為常見、使用的打印技術之一。對于生物工程而言，利用3D打印技術實施工程設計的主要原材料包括去光敏分子修飾形成的PPF、PLA、蛋白質、多糖等等高分子材料。研究學者認為，3D打印技術中的SLA技術在具體使用過程中引入了多孔支架這一原理，其在一定程度上與松質骨具有一定的相似力學特征。

3 結語

綜上所述，3D打印技術在農業(yè)機械、機械工程、水利工程、醫(yī)學工程、生物工程都有著極其突出的優(yōu)勢價值，其能夠節(jié)省構建的技術成本，優(yōu)化技術理念，同時也能夠精簡工程加工的具體模具。眾所周知，在工程領域發(fā)展過程中，模具一直占據(jù)著重要的地位，不管是設計應用還是后期的修改都必須耗用大量的資金資源。在這樣的背景下，通過引入3D打印技術減少了這一環(huán)節(jié)的成本支出，從而增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益。由此可見，3D打印技術在現(xiàn)代社會已經(jīng)逐漸滲透到人們的日常生活和工作中，從最初的高精端軍工發(fā)展轉變?yōu)槿祟惿畋匦杵返募庸ぃ瑢ξ覈鴤鹘y(tǒng)加工制造業(yè)起到一定的促進作用。