3D打印技術優劣分析與前景展望

秦志遠+張慧

摘 要：3D打印是最近興起的一種快速成型的技術，現在已經引起了社會的廣泛關注。3D打印技術相比傳統制造技術具有不可超越的優勢，但也存在著一些不足之處。本文對3D打印技術的優劣進行了分析和比較，對其發展前景進行展望，也對其發展方向提出一些可行性建議。

關鍵詞：3D打印；優勢與劣勢；發展前景

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.257

3D打印技術被普遍認為是“第三次工業革命”的重要標志之一，因為它已經在各個領域給全世界帶來不可預估的重大革新[1]。依據3D打印的理念，我們能夠制造各種各樣我們能夠設計出來的東西。

1 3D打印技術簡介

3D打印技術，在學術上又被稱為“添加制造”技術，也可稱做增材或增量制造。3D打印技術的主要工藝類型有以下幾種，如：光固成型技術、立體光刻技術、PVC塑料復膜燙印技術以及熔融擠出成型技術和三維噴繪打印技術等[2]。產品的類型則主要有桌面級和工業級兩個級別，其中桌面級可以直觀闡述3D打印技術所包含的工藝原理與流程，工業級3D打印機可劃分為直接產品制造和快速原型制造兩種類型。

2 3D打印技術的主要應用

3D打印技術可以應用到各個行業，只要這個行業能夠提供模型或者是原型。目前，3D打印技術已經在工業設計、航空航天、機械制造、文化藝術、軍事等領域得到了較為廣泛的應用。隨著技術自身的發展，它的應用領域將繼續擴展。這些應用主要表現在以下四個方面：

（1）設計功能原型：設計師通過制造的原型去證明設計的合理性，同時還可以使用三維組件進行性能的測試和細致的工程評價。原型組件的制作可以大幅度提高生產效率，一般可以提升數小時到數十個小時，而且還便快速找出缺點，避免因為后期出現的工程性變更而付出不應有的代價。

（2）模型工具制造：在企業的制造工序中，如果需要模型、夾具、測量儀器、樣品、鉆模等工具，就可以使用3D打印技術進行制作，就不需要在購買和安裝機器上消耗大量時間和經濟成本。進行鑄型或澆鑄，3D技術打印設備在工作制作方面有助于節約時間，減少不必要的支出，同時優化生產操作，減少人為因素的影響。

（3）制造成品：3D打印現已成為產品制造行業的主導技術，3D打印技術與傳統生產技術相比，能夠大幅度降低生產成本，加快生產周期。同時可以忽略時間和空間的限制，在有必要的時候對產品進行模型修改，可以給企業在開拓小批量定制產品方面提供技術保障。

3 3D打印技術的優勢與不足

3.1 3D打印技術的優勢

（1）產品的數字化制造。通過CAD/CAM等可將產品結構數字化，直接將模型甚至是圖紙制造成零件。其中將零件模型化或圖紙化還具有可通過互聯網技術快速傳播的優勢，將有效推廣產品制造快速化和分散化的生產優勢。

（2）產品的降維優化制造。3D打印技術可將原來的三維結構的零件解構成二維結構，然后分層進行打印即可形成成品零部件。根據3D打印技術的制造原理，任何一個復雜解構的零件都可以被制造出來，并且制造更為簡單方便，更適應未來市場的發展。

（3）產品的直接制造。對于某些復雜的零部件，傳統的制造方法并不能一次成型，而是需要制造出各個零件進行后期裝配，但3D打印技術的出現改變了這一狀況，它可實現任意零部件的一次成型。

3.2 3D打印技術存在的問題

（1）現有材料種類過少。目前限制3D打印技術推廣的最主要因素是可用材料的缺乏。現在看來，適用于3D打印的材料只有樹脂、金屬和塑料等為數不多的幾種。但是要實現3D打印技術在更大范圍的推廣，就必須研究更多的可用之“材”。現在最迫切需求的是3D打印可用的金屬材料，例如鈦合金、鎳基合金、不銹鋼等，但是這些材料的使用還在研究當中。

（2）不完善的3D打印工藝。因為現今的3D打印工藝還不能滿足生產實際的需要，打印出來的零部件精度和表面質量難以達到使用要求，所以只能作為生產制造模型使用。3D打印產品采用逐層打印的工藝，但是即使每層連接都很緊密，仍然不能和傳統的鍛件相比。

（3）成品使用性能差：3D打印技術目前還處在初級階段，所以制造產品的使用性能較差，在精度、剛度和強度等方面還存在較多不足。以目前的技術情況， 3D打印技術只能達到幾十毫米的精度。因此，3D打印技術不大適合使用在精度較高的研究領域[2]。

4 前景展望

根據國際快速制造行業權威提出的報告顯示，全世界的3D打印產業的總產值在1988～2010年間保持著26.2%的速度快速增長。同時該報告還指出，未來五年時間內3D打印產業的總產值還將繼續快速增長，到2016年將設備制造和服務計算在內，行業的總產值將達到31億美元，到2020年可達52億美元。隨著3D打印技術的發展和商業應用崛起，“個性化定制”產品的大批量生產將成為典型的生產模式。將3D打印應用于現代服務業，可以細分出更多的新興行業和商業運作模式，從而催生更多的經濟發展機遇[4]。3D打印技術的發展同時會帶動行業內制造技術、產品加工技術改進和管理水平的提升，使企業能夠快速響應市場需求，及時調整產品戰略。

5 結語

3D打印技術作為“第三次工業革命”的重要標志，已經不再依靠概念炒作，而是逐步進入人們的生活，體現在生活的方方面面。不難看出，3D打印技術蘊含著無限的潛力，在未來必將掀起傳統制造業界內的重大變革。3D打印技術與傳統制造技術應當形成優勢互補，而并非只是簡單的替代關系。同時我國科技工作者應該及時抓住發展機遇，注重產學研相結合以及自身創新意識的培養，注重和先進國家和地區的技術交流，不可錯過3D打印技術以及諸多新技術發展的機遇期。

參考文獻：

[1]王雪瑩.3D打印技術與產業的發展及前景分析[J].中國高新技術企業（中旬刊），2012（09）：3-5.

[2]李小麗，馬劍雄，李萍等.3D打印技術及應用趨勢[J].自動化儀表，2014，35（01）：1-5.

[3]王文濤，劉燕華.3D打印制造技術發展趨勢及對我國結構轉型的影響[J].科技管理研究，2014，34（06）：22-25，30.

[4]吳春蘭，韓曉紅.3D打印技術對我國制造業帶來的機遇探討[J].蘭州交通大學學報，2014（02）：128-130.

作者簡介：秦志遠，男，山東泰安人，碩士研究生。endprint