淺談3D打印及其未來

何天佑

摘要：很難想象活在一個3D打印的世界是一種什么樣的體驗吧？本文就來探討一下3D 打印作為一門技術它的應用以及它的現在和未來。3D打印的原理是什么？與傳統的制造技術相比它的優勢在哪里？ 3D打印作為一個飛速發展的技術產業所其面臨的問題究竟有哪些呢？本文將會基于個人見解做出基本分析。

關鍵詞：3D打印；原理；發展；材料

一、3D打印的概念及原理

3D打印首先來說是一門技術，3D打印又稱三維打印，它是以電腦中所預先設計出來的數據模型為藍圖和基礎，運用逐層打印方式，將塑料或者粉末金屬一些列粘合材料通過激光束、熱熔嘴等技術將物體快速構造成型的一種技術。

SLS工藝原理圖

三維，我們可以理解成坐標軸的三個軸。例如我們手上有一堆書，將所有的書平鋪在一張桌面上，這時展現在我們面前的可以看做為一個二維平面；如果將所有書豎直堆成一個柱子，那么這個柱子就可以被看做一個三維物體。所以三維與二維的最主要區別就是：一個是立體的，一個是平面上的。

簡單來說，3D打印是一種增材制造技術（一層層增加材料），將打印材料一層層疊加起來，最終將計算機上設計的3D圖紙打印為實物。與傳統的減材制造技術（車、刨、鉆、磨）相比，它的優點是節省材料成本和材料加工時間，使制造精細的物品更加容易。

二、3D打印的現狀及未來

目前而言，3D打印技術在很多國家都被認為是第三次工業革命的標準之一，因此而引起了全世界的廣泛關注。就我國的現狀來看，發展3D打印產業，可以提升工業領域的產品開發水平、增強工業設計能力；有助于攻克各種難以攻克的技術難關；同時形成新的經濟增長點，從而進一步促進就業。

三、3D打印與生活

時下3D打印這個詞在我們的日常生活當中經常會出現，在國內外媒體的新聞資訊中，也大量對也對3D打印進行大量的報道。例如3D打印經常出現在科幻電影的情節里面，現實中出現的3D打印房子，3D打印汽車，還有3D打印服飾，3D打印器官等。

近年來，3D打印正以驚人的速度向我們日常生活的每個角落滲透著。前不久，推特的聯合創始人比茲.斯通（Biz Stone）發文稱：依據目前3D打印的發展趨勢，10年后耐克將會成為一家純粹的軟件公司。言外之意就是說，我們的生活用品及工業品10年后將極有可能實現3D打印。眼下發生在我們身邊的比如，新百倫和阿迪目前都在嘗試使用3D技術來更新自己的產品，服務客戶的同時提高效益。

四、3D打印與工業

3D打印技術以其突出的技術特點，已迅速融入到現代制造體系中。近年來，美國宇航局一直嘗試將3D打印技術用于航空航天領域關鍵零部件的制造，并且已經取得了可喜的進展。

美國宇航局嘗試用3D打印技術制造火箭發動機噴嘴零部件，由于需要在極端溫度和特定壓力環境中運行，火箭發動機噴嘴的制造復雜且昂貴。然而，與其它航空航天零部件一樣，3D打印技術能夠有效地減少噴嘴制作的成本和時間。最近，美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的一支研發團隊就開發出了一款3D打印的火箭發動機噴嘴。目前，該技術已經獲得了專利并且將逐漸進入商業應用階段。工程師們還對3D打印的噴嘴零件進行了熱燃燒測試。它在高燃燒室壓力和溫度下能夠持續工作1040秒以上。相信這項技術，一定會對該領域的探索起到關鍵性的作用。

五、3D打印與醫療

隨著現代科技和醫療越來越緊密的結合，3D打印在醫療領域的作用也日漸突顯。3D打印的“個性化定制”與醫療行業的“對癥下藥”的契合性主要體現在以下四個方面：

一是手術前練習，采用3d打印技術恢復患者的現場模型，因為，醫生可以以此更直觀地了解病理結構，提高手術的成功率；二是醫療器械，包括助聽器、防護設備、假肢等外部設備，以及關節、軟骨、支架等內部植物；三是“量身制藥”，根據患者的生理特性來調配藥物，提高藥物的療效；四是生物打印，修復、替換和重建受損組織和器官，可以用人造血管、心臟、神經和皮膚等在醫療領域中，3D打印雖然還受著成本，精度，材料和標準等的制約，市場規模也比較小，但考慮到巨大的需求潛力和極小的醫療需求彈性，3D打印的應用將不斷擴大，在實施更準確的診斷和治療方案以及提供更充分的器官移植等方面大放光彩

六、3D打印與軍事

3D打印機在將來可打印出軍事武器用于戰場？美國《武裝部隊月刊》（Armed Forces Journal）發表了美國海軍上尉指揮官蘭薩（Michael Llenza）的觀點：3D打印技術可能會顛覆我們在海上軍事部署、補給線 以及戰略方面的固有看法。不僅僅在美國，中國軍方也已經宣布已經開始利用3D打印技術打造下一代戰機零件。

七、3D打印所面臨的的發展問題

3D打印材料作為3D打印行業發展的動力支持，在行業發展中始終扮演著舉足輕重的角色，因此3D打印材料是3D打印技術發展的重要物質基礎，從一定程度上來講，材料的發展決定了3D打印是否能得到更廣泛的應用。近年來，隨著3D打印需求的增加，3D打印材料得到了迅速發展，主要包括金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料等三大類。但與傳統材料相比，3D打印材料的種類還比較少。現階段隨著技術和研發的推進，目前有300多種材料可用于3D打印制造，目前，90%的3D打印機用戶使用桌面級產品，因此，ABS和PLA等材料的消費占這兩種塑料材料的50%以上。目前，高分子材料的生產主要集中在ABS和PLA以及尼龍材料上。

以金屬3D打印為例，可用材料僅有不銹鋼、鈦合金、鋁合金等為數不多的幾種。另外，3D打印對材料的形態也有著嚴格的要求，一般為粉末狀、絲狀、液體狀等，相比普通材料價格比較昂貴，根本無法滿足個人與工業化生產的需要。足夠多“買得起”的材料才能為技術的發展提供足夠多的選擇空間、為應用的擴展提供足夠多的想象空間。

未來，3D打印材料將成為研究開發的焦點、資本涌入的風口，材料種類、形態將得到進一步拓展，價格下降可期，精度、強度、穩定性、安全性也更加有保障。