3D打印技術的發展及應用

王慧

【摘 要】3D打印是通過三維繪圖軟件建模，并逐層打印的方式來實現三維立體成型的快速成型技術。本文針對3D打印的特點、應用領域及前景進行了綜合分析，介紹了3D打印相比傳統制造業來說的優勢、缺點，3D打印在目前行業中的需求情況，并對其未來的前景進行展望。

【關鍵詞】3D打印；快速成型；優勢；不足；應用領域

3D打印作為材料成型（快速成型）領域中的一種新興技術，正在快速的走進人們的生活，并且在不久的將來它會像互聯網技術一樣改變人們的生活。3D打印技術被譽為“第三次工業革命”，已經引起全世界的廣泛關注。

1 3D打印概述

3D打印（3 Dimensional Printing，3維打印）的學名叫增材制造（material additive manufacturing）是快速成型技術中的一種，是指將材料一次性熔聚成型的快速制造技術，它以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印并疊加不同形狀的連續層方式來構造三維的任何物體[1]。

2 3D打印的特點

3D打印作為一種新興的技術，與傳動的制造技術相比具有以下特點：

2.1 應用優勢

2.1.1 制造工藝簡單

傳統的制造業中，無論哪種成型工藝都離不開模具，而且制造工藝紛繁復雜，3D打印借助CAD繪圖軟件，將圖形轉換成實體，不僅省去了模具的制作，還大大減少了成型工藝的步驟，使得成型變成了一件簡單的事，而且3D打印把三維降成二維，打印的過程簡單，可以打印形狀復雜的物件，便于實現個性化設計。

2.1.2 精度高

對于目前的技術來說，3D打印可以將零件的精度控制在0.3mm以下，這完全可以滿足大部分零件的加工要求。對于精度要求較高的零件，可以大大減少加工余量，節約成本的同時也縮短了加工時間。3D打印還采用了自上而下的堆疊形式，形成自然無縫對接，結構之間的穩固性和強度要遠遠高于傳統成型方法。

2.1.3 打印材料的多樣性

一臺3D打印機對應的打印系統通常可以打印不同的材料，比如金屬、塑料、石料等。截至 2011 年年底，著名的3D打印成型公司— Objet公司的3D打印材料就已經達到了65 種之多[2]，這也是3D打印廣泛應用在各領域的重要原因之一。

2.2 不足

2.2.1 成本高

3D打印的價格是導致3D打印技術得不到大規模應用的主要因素之一。對于國內市場來說，很多東西比如3D打印設備上的主要零部件和材料都需要依靠進口，而且后期的技術維護的成本也很高。以北京隆源自動成型系統有限公司為例，其售價100多萬元的3D打印設備需要進口的有10萬元的激光器、20萬元的光學振鏡和近2萬元的控制電路。另外，該公司每年還得支付十幾萬元的軟件服務費給歐洲的一家公司[3]，所以從成本上來說3D打印短時間內還無法替代傳統制造業。

2.2.2 打印材料的局限性

3D打印的材料是限制3D打印技術廣泛應用的關鍵因素。3D打印材料目前已研發使用的有工程塑料、光敏樹脂、橡膠、金屬、陶瓷等，由于3D打印設備打印原理的特殊性，所以與普通的打印材料相比3D打印材料的形態一般為粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀，再加上3D打印技術的特殊性，要求材料的性能也比一般材料性能要求高，所以需要對這些材料進行單獨研究。雖然有一部分3D打印材料已研究出來并應用，但相比較國外來說我國對于3D打印材料的研發以及生產企業很少，很多材料特別是金屬材料基本上全部依靠進口，這無形之中提高了3D打印的成本。

2.2.3 操作技能的限制

3D打印技術的第一步是要繪制出零件的三維圖，通過轉換軟件轉換成相應的格式后，才能送入打印機打印，所以操作者要求具備熟練的三維繪圖軟件的操作，但是根據目前的情形，能夠熟練掌握三維繪圖軟件的人比較少，這有成為限制3D打印發展的又一個重要因素。

2.2.4 3D打印機本身的限制

3D打印機的大小決定著3D打印零件的大小，現如今應用的3D打印機都是中小型的，所以對于一些大型零件來說是無法實現3D打印的。另外3D打印無法實現薄壁件的打印，這些因素也限制著3D打印技術的發展。

3 3D打印的應用

3D打印近年來取得了很大的發展，它的出現對于傳統制造業有很大的抨擊作用，使得很多工程師和制造廠商甚至學校都轉換了視角。著名的《經濟學人》雜志描述3D打印的前景是一種新型的生產方式，能夠促成新的工業革命[4]。能夠得到如此高的評價并不僅因為3D打印是一種新起的技術，而是由于其應用領域之廣，基本上覆蓋了我們生活的方方面面。從美國專門從事3D打印技術咨詢服務的Wohlers Associates在2012年度報告中可以看出分3D打印技術在消費電子（個性化消費）、汽車、醫療、航空航天等領域已經有了一定的市場需求[5]。其中在醫療特別是醫學牙科以及航空航天業的發展最快，當然隨著3D打印技術的不斷發展，打印速度更快、打印精度更高，打印材料更多，那么3D打印技術將會被運用到越來越多的領域中來。3D打印在各應用領域的產業化規模及應用類型見圖1所示。

4 結束語

3D打印是一個非常有前景的新興產業，隨著三維繪圖軟件的不斷創新與發展，3D打印技術將會影響著我們生活的方方面面。3D打印技術的興起對我們來說是機遇也是挑戰，不管國內還是國外，我們都有很多的技術丞待解決，比如說打印速度、精度、打印材料、打印設備的大小以及如何實現設計軟件與生產軟件的無縫對接等。只有做好這幾方面的創新及改善才能為3D打印的普及提供條件。

【參考文獻】

[1]3D打印將帶來制造業的革命[J].尚普咨詢，2013（5）.

[2]王燦才.3D打印的發展現狀分析[J].絲網印刷，2012（9）.

[3]鄧超.沒長大的3D打印[J].創業家，2012（12）.

[4]余冬梅.3D打印：技術和應用[J].金屬世界，2013（60.

[5]Wohlers Associates Inc.Wohlers report 2012[R].2012.

[6]楊永強，葉梓恒，王迪，等.3D打印設備國內產業化可行性分析[J].新材料產業，2013（8）.

[責任編輯：田吉捷]