淺析3D打印技術(shù)原理及應(yīng)用

于秉利

摘 要：3D打印技術(shù)，也被稱作增材制造技術(shù)，是一種新興的制造技術(shù)，它的工作原理和普通打印機(jī)相同，唯一不同的就是利用粉末狀金屬，塑料等代替紙張和墨水作為原材料。它的出現(xiàn)顛覆了長(zhǎng)久以來(lái)制造業(yè)中傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)，對(duì)現(xiàn)存制造業(yè)起到革命性的發(fā)展作用。本文對(duì)3D打印技術(shù)的原理進(jìn)行介紹，并概況了3D打印技術(shù)在航空、汽車制造，服飾、首飾設(shè)計(jì)，生物工程和醫(yī)學(xué)、體育方面等多個(gè)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；增材制造技術(shù)；原理；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP334.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）05-0203-01

3D打印，即3 Dimensional printing，其特點(diǎn)是能通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)直接打印出任何復(fù)雜形狀的零件，從而降低成本，減小開支，被美國(guó)《時(shí)代》周刊稱為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”。2012年，英國(guó)著名雜志《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》在報(bào)告中指出，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)正在經(jīng)歷的第三次工業(yè)革命中制造業(yè)的發(fā)展，將會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。

1 3D打印技術(shù)的原理

3D打印技術(shù)（3 Dimensional Printing），也被稱為增材制造技術(shù)（material additive manufacturing），或者添加制造技術(shù)（additive manufacturing）。是快速成型技術(shù)的一種。它的定義為：它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或者塑料等可黏合的材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。日常生活中使用的普通打印機(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物體，而所謂的3D打印機(jī)其實(shí)與普通打印機(jī)工作原理相同，區(qū)別在于打印所使用的原料不同。普通打印機(jī)使用的打印材料是紙張和墨水，3D打印機(jī)使用的打印材料是粉末狀金屬、陶瓷、塑料、砂等實(shí)實(shí)在在存在的物體。當(dāng)打印機(jī)與電腦連后，通過(guò)電腦的控制，把打印材料一層層疊加在一起，將電腦設(shè)計(jì)的藍(lán)圖變成實(shí)物。

在以前，想要制作一件模型，需要先設(shè)計(jì)圖紙，尋找材料慢慢制作而成。現(xiàn)代的3D打印技術(shù)，和過(guò)去傳統(tǒng)的模型制作相比，不僅在制作時(shí)間上大大縮短，而且在制作的精密度上也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)制作技術(shù)。所以，在現(xiàn)代生活工作中，人們更加依賴于3D打印技術(shù)。

2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用

2.1 航空、汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

由于3D打印技術(shù)可以制作出規(guī)格小、精密度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、原材料昂貴的零件，因此在航空和汽車制造業(yè)中獨(dú)占鰲頭。3D打印技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在直接產(chǎn)品制作、外形檢驗(yàn)、精密熔具鑄造等方面。現(xiàn)如今，歐美大多數(shù)國(guó)家在航空制造業(yè)中，已經(jīng)把3D打印技術(shù)列為關(guān)鍵技術(shù)之一。從開始運(yùn)用3D打印技術(shù)至今，美國(guó)波音公司已經(jīng)利用這一先進(jìn)技術(shù)成功制作300多架飛機(jī)的零部件。美國(guó)佛吉尼亞大學(xué)的一名學(xué)生通過(guò)3D打印技術(shù)成功制造出一架模型飛機(jī)并且成功試飛，這架飛機(jī)所有的零部件都是通過(guò)3D技術(shù)打印出來(lái)，如果飛機(jī)任何部件出現(xiàn)破損，都可以通過(guò)3D技術(shù)打印出來(lái)進(jìn)行替換。在汽車制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)應(yīng)用在汽車零部件的制造中。全球首輛從表面到零部件全部都由3D打印機(jī)制造出來(lái)的汽車“Urbee”于今日問(wèn)世，這一成果的展示無(wú)不極好的展示了3D打印技術(shù)的強(qiáng)大。

2.2 服飾、首飾設(shè)計(jì)、體育方面的應(yīng)用

2011年，法國(guó)巴黎時(shí)裝周上，一位荷蘭設(shè)計(jì)師所設(shè)計(jì)的3D打印技術(shù)制作的時(shí)尚服飾展示在人們眼前，震驚了世人，它所制作出來(lái)的服飾完美的解決了布料衣服難以詮釋的立體感，使得世界服裝進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。首飾設(shè)計(jì)方面，發(fā)達(dá)國(guó)家也出現(xiàn)了以14K金和純銀為原材料，運(yùn)用3D打印技術(shù)制作出來(lái)的名貴首飾，3D打印技術(shù)的特殊立體感也是人類手工所達(dá)不到的。另外NIKE公司是第一個(gè)將3D打印技術(shù)運(yùn)用在鞋子生產(chǎn)中的企業(yè)，它所制作出來(lái)的鞋子質(zhì)量更為貼合運(yùn)動(dòng)員腳部，用這一技術(shù)做出的鞋子質(zhì)量只有158.7g，相當(dāng)于3個(gè)雞蛋的重量，這在當(dāng)時(shí)是絕無(wú)僅有的。

2.3 生物工程和醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，這一技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓展到了生物醫(yī)學(xué)方面。2009年，美國(guó)ganovo公司首次運(yùn)用3D打印技術(shù)制造出人造血管。2010年，美國(guó)和澳大利亞合作，采用3D打印技術(shù)，以活體細(xì)胞為原材料，打印出人體組織和器官。美國(guó)梅約診所運(yùn)用3D打印技術(shù)為病人制作了一個(gè)3D打印的髖關(guān)節(jié)，使病人可以更好的適應(yīng)植入物。在未來(lái)的發(fā)展中，隨著3D打印技術(shù)的提升，將會(huì)制作出質(zhì)量更好的3D骨骼，幫助外科醫(yī)生對(duì)病人進(jìn)行骨骼損傷的修復(fù)。3D打印技術(shù)同樣適用于牙科病人，根據(jù)不同的人不同的牙齒形狀，用3D技術(shù)打印出來(lái)的人類牙齒幫助牙科醫(yī)生滿足不同病人的需求。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的逐步提升，3D打印技術(shù)也會(huì)發(fā)展的越來(lái)越好，在人們今后的生活中，會(huì)成為一項(xiàng)必不可缺的技術(shù)。比如在服務(wù)行業(yè)中，人們會(huì)利用3D打印技術(shù)制作出更符合個(gè)人需求，個(gè)人品味的各種各樣的物品來(lái)滿足不同人的要求，由此會(huì)產(chǎn)生出許多新興的職業(yè)，創(chuàng)造出新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)滿足個(gè)人生活需求，推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，起著至關(guān)重要的作用。特別是面對(duì)世界各地的客戶群體，遠(yuǎn)程操控和遠(yuǎn)程制造，銷售，對(duì)傳統(tǒng)銷售模式起到?jīng)Q定性的變化。3D打印技術(shù)，會(huì)是人類發(fā)展過(guò)程中，極其重要的組成部分之一。

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