3D打印核心技術及應用現(xiàn)狀研究

張玉福

摘要：3D打印技術的發(fā)展和應用，是科技進步、造福民眾的一項重要體現(xiàn)。3D打印實現(xiàn)了多材質(zhì)、多梯度、多文理的直接制造，而且應用范圍非常廣泛。本文將針對3D打印技術進行分析闡述，重點針對其技術優(yōu)勢和應用途徑進行分析，從而系統(tǒng)系的梳理3D打印技術的應用與發(fā)展趨勢。

關鍵詞：3D打印；多尺度工藝結構；技術應用

近年來，3D打印技術引起了世界各國的廣泛關注，以美、德兩國為代表的3D打印正在風靡全球。該技術以前言科技為依托，改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式，并且正在成為觸發(fā)第三次工業(yè)革命的推助力。3D打印技術廣泛應用與航天、醫(yī)學、制造、考古、時尚等多個領域，成為不同領域技術創(chuàng)新的引爆點。

一、3D打印概述

3D打印技術的核心特征在于快速成型，通過3D打印機利用三維數(shù)字模型建立打印模板，通過金屬粉末、塑料粉末、樹脂粉末等不同類型的粉末物質(zhì)進行粘合，并通過逐層打印以形成實物構架。通過3D打印不但能夠具備高度精準性，同時打印厚度最薄能夠?qū)崿F(xiàn)0.025mm，這一特點決定了即使低性能的3D打印機也能夠完成高質(zhì)量實物打印。

二、3D打印的優(yōu)勢分析

（一）簡便高效，打印精準

3D打印無需考慮打印物體的復雜結構，打印物體的大小決定了3D打印的時間、技術應用、材料選擇等因素，但是與事物本身的結構復雜沒有關系。同時也不需要考慮打印物體的多樣性，通常來說，采用3D打印無需考慮規(guī)模經(jīng)濟特點，在3D打印技術下，生產(chǎn)100個同種產(chǎn)品和生產(chǎn)100個不同種類的產(chǎn)品成本是一樣的，這一模式改變了傳統(tǒng)制造業(yè)以規(guī)模求效益的特點，因此3D打印技術具有免費、多樣性技術優(yōu)勢。但這并不意味著3D打印是完全免費的，而是從成本價值來說更有利于品種多樣化生產(chǎn)。3D打印無需投入大量人力物力進行組裝，通過打印能夠一次性成型，從而減少了生產(chǎn)過程的復雜性和繁瑣性，生產(chǎn)成本更低，生產(chǎn)誤差更小。

（二）沒有專業(yè)技能門檻限制

3D打印對所生產(chǎn)的產(chǎn)品沒有復雜度要求，這一點往往是傳統(tǒng)制造業(yè)所不具備的。例如通過3D打印機能夠鼻部的可植入金屬假體，這一假體在傳統(tǒng)制造中工藝及其復雜，操作流程繁瑣，但是通過3D打印則能夠高效率、高精準度的完成假體打印。同時3D打印操作沒有專業(yè)技術限制，及時是沒有經(jīng)過專業(yè)培訓的普通人，也能夠使用3D打印機完成精密零件制造。而專業(yè)人士則能夠利用3D打印進行技術創(chuàng)新，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和應用價值。

（三）綠色環(huán)保，生態(tài)價值顯著

隨著3D打印技術的不斷完善，在尺寸方面已經(jīng)沒有任何限制，不但能夠打印與打印機規(guī)模相當?shù)奈矬w，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)微型和大型物體的打印，如微小至沙粒或者龐大到建筑物。3D打印所產(chǎn)生的肥料很少，特別是金屬打印材料應用更加充分，無需進行材料雕刻，而是通過材料堆積形成成品，耗材總量與產(chǎn)品實際材料用量相當。而且3D打印對于材料色度沒有限制，通過顏色組合能夠形成新顏色，也能夠通過基質(zhì)材料融合形成新的打印材料。

三、3D打印技術的應用前景

（一）高科技領域的應用

3D打印技術在高科技領域應用廣泛，例如在醫(yī)學領域方面，通過3D打印能夠制作出人體器官替代品，如骨骼。通過3D打印能夠制造出與人體骨骼相同的替代品，植入體內(nèi)之后能夠起到良好的支撐作用，有利于人體骨細胞恢復生長，修復破損，在人體骨骼修復正常之后，3D骨骼會自然溶解，不會對人體造成不良影響。在航天領域3D打印技術的應用能夠生產(chǎn)出更精密的零部件，從而改變傳統(tǒng)工業(yè)制造精準度不達標的缺陷。美國曾在2013年利用3D打印技術制造出火箭噴射器，并且實驗圓滿成功，不斷縮短了發(fā)射器研發(fā)生產(chǎn)周期，同時也有效降低了精密部件的制造成本。考古領域?qū)τ?D打印技術也有廣泛應用，例如在修復破損古文物方面已經(jīng)取得了良好成效。通過3D打印復原古文物，通過3D掃描建立數(shù)據(jù)模型，從而使古文物復原更加精準。

（二）在生產(chǎn)制造業(yè)領域的應用

3D打印技術應用與制造業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景，以食品行業(yè)為例，3D打印能夠打印出任何食物，這些打印食物不但造型美觀、口感良好，而且還能減縮食品制造過程。食物打印機與網(wǎng)絡連接，用戶能夠自主制作食譜，而且能夠制造出面包、餃子、巧克力等多種事物。在制造業(yè)方面，3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模型高效生產(chǎn)模式，提高產(chǎn)品精密度的同時，還有利于降低制作成本。3D打印已經(jīng)實現(xiàn)了從技術概念向?qū)嶋H產(chǎn)品有效轉化，3D打印皮劃艇、3D汽車等已經(jīng)相繼投入生產(chǎn)，為造福社會、發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟、節(jié)約人力資源拓展出一條新途徑。

（三）在日常生活中的應用

3D打印技術應用于日常生活中能夠提高個性化生活品質(zhì)，譬如在生活日用品制造上采用3D打印，能夠制造出個性化的打火機、筆筒以及各種飾品等。通過3D打印還能生產(chǎn)各類電線、擴音器磁體等，這些物品屬于集成系統(tǒng)，具有一定的市場消費價值。

近年來，3D打印技術在教育領域也嘗試引進，不少教育機構正在著力探索3D打印技術應用與現(xiàn)代教育的愚孝手段。屆時，學生不但能夠在學習過程中體驗到3D打印技術的便捷性，同時還有利于激發(fā)學生的探索創(chuàng)新熱情，提高學生的學習積極性。

結語

在3D打印技術不斷發(fā)展的今天，制作成本持續(xù)下降，而技術精準度逐步提高，可以預見，3D打印技術講述未來生產(chǎn)創(chuàng)新的核心要素。3D打印機具有可移動、便捷靈活的操作特點，通過網(wǎng)絡就能夠?qū)ζ溥M行指揮，并為不同地點的客戶提供完備的配送服務，是“云制造”發(fā)展應用的主流趨勢，為公眾生產(chǎn)生活質(zhì)量的提高創(chuàng)造了更優(yōu)越的技術環(huán)境。

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