3D打印技術及其應用分析

程貴順

摘 要 隨著科學技術的不斷發展，3D打印技術走進人們的生活中，改變著人們的生產生活方式，受到社會各界的關注。3D打印是一種快速成型的技術，建立在二維平面的基礎上，利用空間疊加的方式，在三維空間制作出立體產品。文章通過對3D打印技術涉及的領域進行分析，探討3D打印技術發展規劃的方向，最后說明3D打印技術存在的問題。

關鍵詞 3D打印技術；發展規劃；領域

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）222-0078-02

如今，3D打印技術作為一種發展蒸蒸日上的新事物，涉及信息、材料、儀器等多個技術領域。作為多種科學交叉的技術，在發展過程中一定會受到阻礙，遇到各種不同的問題。比如在制造精準度、速度和材料的種類上都有些問題。以目前的技術還不完全解決，堅信隨著日后科技發展的不斷進步，這些問題會迎刃而解。

1 3D打印技術的應用領域

1.1 建筑領域的應用

隨著世界人口的不斷增加，建筑領域要不斷引進新型技術來提高工作效率，把3D打印技術應用到在建筑行業中打印出建筑模型，使設計的建筑以模型的方式直觀出現在建筑師的面前，這種方法不僅快捷、低成本而且精美度高，得到了設計師的廣泛認同。在設計階段能實現設計師多種創意想法，對不同建筑類型的可行性進行分析。對特殊、復雜的設計及時提出有效的預估，找出缺陷并彌補不足，保障建筑工程最終的安全、可行的實施。現如今大多設計機構的場館利用3D打印技術提前制作模型來對建筑的實用性進行相關測試。3D打印技術在國外的應用也取得相當大的成就，如荷蘭的DUS公司利用3D打印技術打印了一座8平米的小屋，不僅完美的符合設計者的需求，而且也降低了大量成本。

1.2 文物領域的應用

由于文物埋藏的年代久遠，挖掘的考古文物受到多種因素的影響，相當的一部分文物都出現了或多或少的損壞。而利用3D打印技術可以對文物進行掃描，采集樣本數據進行處理，作出合適的模型，很好的還原文物的外在特征，從而方便研究和觀賞。文物都具有較大的價值特點，甚至一些貴為國寶被保護，如司母戊鼎、馬踏飛燕以及國外的蒙娜麗莎。本著保護文物的理念，很多博物館都應用3D打印技術復制文物，替代真實文物來展出，以免文物受到人為或者環境的不必要傷害。此技術還原的模型相似度和精確度都非常高，而且不需要后期處理，單憑肉眼較難發現其中的差別，隨著3D打印技術的成熟和進一步推廣，在文物發掘和文物保護方面會越來越多的應用。

1.3 工業領域的應用

在工業制造方面，3D打印技術為汽車電子、航天領域等制作出部分重要材料的生產。相對于傳統工藝而言，這種技術具有成本低、生產要求不高的特點，適合小規模生產。像國外某宇航局制造的第一臺成像望遠鏡，其望遠鏡材料由鋁和鈦制成，僅僅需要3D打印技術制造4個零件即可，在提高制造速度的同時也大大提高了效率。此外在模具的制作上，將傳統模具制造和3D打印技術相結合，根據零件的三維設計進行逐層打印，大大降低了制造成本和產品的不良率，其次3D打印技術不再進行設計與求證的過程，縮短制造時間，滿足市場的需求。最主要的是提高了復雜模具的冷卻效率，這是傳統制造模式難以比擬的。

1.4 醫學領域的應用

隨著3D打印技術的不斷應用，在醫學領域上發揮著越來越重要的作用，可以制作出符合人體的器官模型。將3D打印技術應用到醫學行業利用相關技術制作人體器官模型，進而植入患者體內有效的解決了器官移植的問題。具體應用有3D打印脊椎、3D打印心臟、3D打印胸腔等，比如在我國一名小男孩成功的植入了3D打印脊椎，而且研究人員還設立了微孔洞，不僅有效的結合周圍的骨骼組織還能幫助骨骼在合金間很好的生長。此外美國應用3D打印心臟救活2周大的先心病嬰兒，對打印的模型提前規劃手術步驟和應急措施，極大地降低了嬰兒手術次數，使生命垂危的嬰兒過上了正常的生活。這種治療方法也在一定程度打破傳統觀念的束縛，使得人們逐漸接受這種新型治療模式。

2 3D打印技術存在的問題

2.1 材料因素的限制

目前3D打印技術雖然能實現某些塑料、金屬、樹脂等材料的打印，但是大多數高貴材料無法達到要求，這就無法適應工業上生產上的各種材料的需求。另外特定的3D打印機要設定一種或幾種專屬材料，材料種類特定性少，在多種材料種類的產品上就顯得力不足心了，也就降低了3D打印機的通用性。因此材料的擴展問題，在一定程度上是決定3D打印技術能力的關鍵因素。

2.2 安全因素的限制

我們享受3D打印技術帶來的便利，如加強國防建設、提高工業發展、甚至挽救生命。隨著技術的普及不僅使社會生產更加效率化，一方面更多的家庭也逐漸使用這一技術，方便快捷的生產想要的家用產品。另一方面由于個人化的隱私性過重，監管力度就顯得薄弱，3D打印技術的優點也被某些不法分子用來制作一些危害性極大的產品。據報道國外的不法分子利用3D打印技術制造槍支武器，過多的交易使這些武器流通世界各地，為安全性帶來了危害也極大地加大了世界安全的不穩定性。

2.3 規模化因素的限制

相比自動化產業，3D打印技術在規模化生產方面顯得力不從心，傳統規模化生產具有大批量、低成本、高效的優點。拿家電制造業來說，同一時間能分別制造不同零件的生產，而且流水線的有機組合也能大大加快速度，但是3D打印機本身價格昂貴，不可能大規模應用，另外對于復雜材料組合的產品技術上也不具備生產的條件，就算技術日后成熟、完善，但打印一臺家電花費的時間過多，而且成本遠遠高于大規模生產家電時分攤到每一臺家電上的成本。所以說3D打印技術適合單項化、定制化的生產方向，不僅更加經濟也能解決傳統生產上的某些難題。

2.4 知識產權的擔憂

隨著人們對知識產權的日益重視，越來越多的發明和知識受到專項保護，3D打印技術也會涉及這一問題，因此對3D打印制作的東西如何保護和怎樣制定相關的法律法規也成為一項需要解決的問題。現實中網絡發展迅速，對信息和物品傳播也更加廣泛，人們利用3D打印技術隨意復制東西，沒有規范不僅對市場的規則和運轉帶來沖擊，而且也是對他人知識產權的肆意使用。雖然現在并沒有完全推廣，但是隨著時間的推移，會有越來越多3D打印機走進每一個家庭，所以及時制定相關政策能以備不時之需。

3 3D打印技術的發展規劃

3.1 制定統一的標準

常言道無規則不成方圓，現如今3D打印原型機就像是一個工具，隨便拿來使用沒有統一的標準。現在國家對于3D打印行業還未制定統一的標準，最為急迫的設備標準還未發布。3D打印作為中國制造2025戰略的重要組成部分，將在以后工業發展中發揮著更大的作用。相對于個人級3D打印發展較慢的問題，國家工業級的有著較好的政策，因此發展前景也較良好。所以及時制定相關標準不僅可以使行業規范化也能抓住快速發展的先機。

3.2 軟件的開發

在制定統一標準后，3D打印行業也將引來新春，打開相對自我封閉發展的行業現狀。3D打印行業離不開設備的升級和軟件的開發，這無疑帶動了一批新型產業的崛起。在提高3D打印水平的同時，提高某些重要性能，在標準下產生更多實用、高效、靈通的創新，也促進了市場經濟的多元化，有望在供需兩端均實現發展突破。

3.3 發展原型機實驗室

對于3D打印的產品要設立專門的實驗室，現如今原型機打印并沒有受到太大的重視，很多醫療器械商在一個臟亂的地方儲存打印設備，這對打印產品的衛生狀況無疑是一項挑戰。有效的發展商業化3D打印實驗室，為打印產品提供一個專業性的場所，不僅為企業打印出質量更高的原型機，也能帶動新興經濟體系鏈的發展。

4 結論

綜上所述，目前很多的領域中都有3D打印技術的應用。其以單向性強的特點，生產著一些重要的零件和模型，不僅很好的解決的高端領域的個別難題，也能在醫學上解決器官移植的問題。但任何事都兩面性，由于3D打印技術的不成熟，也存在著一些不足，沒有統一的行業標準，這也加大了一些不確定性因素。此外3D打印機在操作中也會釋放一些傷害人們健康的物質。隨著3D打印技術日后的不斷應用，必然更加精密、安全和智能化。3D打印技術作為現代代表性技術，受到了國內外的普遍關注，相信在未來的世界舞臺上3D打印技術會擁有不可替代的地位。

參考文獻

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