3D打印現狀及在各行業的應用研究

馮 帆

（南京農業大學工學院，江蘇 南京 210031）

一、3D打印概述

1 什么是3D打印

3D打印是對這種打印方式通俗的叫法，3D打印最先在美國興起，在80年代的時候美國就產生了一種新型的打印技術稱為3D打印。簡單來說，3D打印就是斷層激光掃描燒結的逆過程，其運作方式是通過對被打印體進行切片掃描，將目標體分解成無數層轉化為數據信息，在打印過程中在將切片層層疊加，從而完整的復制目標體。相比較與傳統的制造工藝，3D打印是一種增加材料制造的過程，而傳統的制造工藝為減材料的過程。愛因斯坦的激光原理是3D打印技術的理論基礎。

2 3D打印的發展歷程

3D打印雖然在近幾年才流行起來，但其發展歷程卻可以追溯到19世紀末的美國。中國有關組織和學者稱其為19世紀的思想，20世紀的技術，這個世紀的市場，由此可見其悠久的發展歷程。1986年，美國科學家查爾斯·胡爾麗發明了世界上第一臺3D打印機，3D打印第一次正式進入實踐當中，隨后，胡爾利用這種技術成立了世界上第一家3D打印設備公司。隨后，3D打印技術就進入了高速發展的階段，并在商業領域的應用越來越廣泛，美國甚至將3D打印和人工智能、機器人列為振興美國制造業的三大支柱，可見3D打印的巨大潛力。隨后，3D打印在醫療與食品等領域也取得了進步。

二、3D打印現狀

1 3D打印的優勢

3D打印技術的快速發展也推動了各行各業的發展，不僅僅是模型制造業，在醫療領域，個性化領域等都有3D打印的身影。相對于傳統的模型制造，3D打印有以下方面的優勢。

①制作精度高。3D打印技術經過幾年的發展，在制作精度方面有了長足的發展，在市場上主流的3D打印技術中，打印精度可以控制在0.3mm以下，這種精度完全可以滿足大多數產品的要求。相較于減材料的傳統模型制造，3D打印在精度方面具有無可比擬的優勢。

②制作周期短。在傳統的模型制造業中，完成一件作品需要經過模具的設計、制作、制造模型、修正等幾個必要步驟，繁瑣的過程必然會導致制作周期的延長，影響模型制作的速度。3D打印在制作模型時省去了模具的制作時間，大大的減少模型的制作周期。其次，由于3D打印的高精確度，在模型成型后也省去了修整的時間。

③高度的自由性。隨著社會的發展，人們在追求高效率的同時，對產品的個性化程度也有了較高的要求。傳統的制造技術由于使用模具進行生產，使得產品在外觀等方面較單一，無法提高藝術性，無法滿足人們日趨多樣化的需求。3D打印由于擺脫了模具的限制，因此可以根據個人的需求進行自由設計，完全可以滿足不同需求群體的不同需求。另外，3D打印在制作成本、制作材料等方面也都有傳統模型制造業無法比擬的優勢。

2 應用領域

3D打印由于其靈活性與功能的多樣性，在各個領域都有廣泛的應用。

①醫學領域。2010年，美國成功利用3D打印技術打印了活體器官，為3D打印技術在醫療領域的應用打開了一扇嶄新的門。利用3D打印的人體器官等不會與患者本身產生排斥反應，可以與患者完美融合，3D打印技術在醫療領域的發展為廣大患者帶來了福音。在我國，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院成功的利用3D打印技術為一位患有骨盆腫瘤的患者打印了一幅完整的骨盆模型并成功的進行了移植，目前，該患者已經可以自由行走。3D打印在醫療領域具有廣闊的發展前景。

②工業制造業。3D打印技術的日趨成熟也促進了工業制造業的發展。在當今社會，人們已經不再滿足于基本的生活需求，而是開始追求高質量的生活享受。3D打印技術在制造業的應用為工廠進行小批量生產提供了可能性，也為人們訂購滿足于自身需求產品提供了可能性。另外，3D打印技術在制造業上的廣泛應用也大大的降低了工廠的生產周期和成本，提高了生產效率，在減少手工工人數量的同時又保證了生產的精確度和高效率。隨著3D打印材料性能的提高、打印工藝的日漸完善，3D打印在制造業領域的應用將會越來越廣泛與普遍。

③航空航天領域。3D打印在航空航天領域的應用也越來越廣泛。日前，美國的一個研究小組在火箭發動機的3D打印技術領域取得了階段性的進展，有關學者和專家預測，3D打印將會顛覆火箭的設計與制造，具有廣闊的發展前景。

三、3D打印的發展前景

在未來，3D打印的應用領域將大大拓寬，不僅僅是取代某一個制造業，而是將要取代整個制造業。3D打印要想獲得長遠發展，提高應用性，實現產業化將是必須經歷的階段，只有形成一個完整的產業鏈條，才能一步步獲得更快、更長遠的發展。未來的制造業將會有很大的變化，3D打印技術雖然有很多的優勢，但卻不一定會取代傳統的制造業，但可以確定的是3D打印將會和制造業緊緊的聯系在一起，密不可分，成為制造業的必要補充。3D打印在推動產業結構的調整、提高制造業制作水平方面也將會發揮重要的作用。

結語

3D打印雖然有廣闊的發展前景，但目前卻僅僅處于起步階段，但其發展速度卻十分迅速，在未來幾年內形成完整的產業鏈也是完全有可能的。相對來說，我國的3D打印起步較晚，在實際應用方面與國外的企業相比還有較大的差距。國外在3D打印方面起步較早，積累了多年的經驗，因此，國內的3D打印公司在追求發展的過程中可以借鑒國外企業的發展思路，吸收國外公司的成功經驗，找到技術發展的契合點，了解市場的需求情況，才能真正的將3D打印技術做大做強。

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