3D打印技術(shù)的發(fā)展及其軟件實現(xiàn)

黃坤城

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快發(fā)展，我國的3D打印技術(shù)也有了很大的進(jìn)步。目前它已經(jīng)改變了以前單材均質(zhì)加工技術(shù)的局限性，成為了可以直接采用多種材料以及多色及真彩表面紋理軟件制造，同時跨越了多個尺度，并且在傳統(tǒng)的加工工藝上進(jìn)行改進(jìn)，已經(jīng)達(dá)到了多種兼顧精度和形狀復(fù)雜度的最新加工方式。本文對3D打印技術(shù)的發(fā)展以及軟件的具體實現(xiàn)展開探討研究，以供相關(guān)人員參考學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；發(fā)展；軟件實現(xiàn)

一、3D打印技術(shù)的概念

3D打印是目前最為先進(jìn)一種能夠快速成型的加工技術(shù)，它還有個別名叫做“增材制造”，這項加工技術(shù)跟傳統(tǒng)的制造方法有很大的改變，它可以在不需要磨具的情況采用分層制造和逐層疊加的方法去實現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)。3D打印這個名稱，是由分層制造的過程跟噴墨打印十分相同應(yīng)用由來。自從有了該技術(shù)，使用者只需要利用CAD設(shè)計軟件設(shè)計出產(chǎn)品的3D模型，再去選擇適合的甲供材料，就可以制造出客戶需要的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的制造方式一直遵從“去除型”原則，這根如今的3D打印技術(shù)的理念大不相同，以前的數(shù)控制造必須要有材料的基礎(chǔ)下，才可以施行相關(guān)的去除工作，得到需要的零部件，在經(jīng)過拼裝和焊接等等環(huán)節(jié)才能得到客戶想要的產(chǎn)品。但是如今的3D打印技術(shù)發(fā)生了很大的改變，它可以不需要模具和原胚，再利用計算機(jī)軟件制作出來的圖形數(shù)據(jù)，在增加使用的材料就可以制造出客戶想要的產(chǎn)品，采用該技術(shù)，不僅對產(chǎn)品的加工程序進(jìn)行了減少優(yōu)化，同時還減少了制造花費(fèi)的時間，對生產(chǎn)效率有了很大的提高。

二、3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中應(yīng)用情況

創(chuàng)意燈罩、人物頭像、趣味掛件等3D打印作品，每一個都栩栩如生，讓人不禁感嘆“跟真的一樣”。據(jù)了解，目前很多國家已開始在教育領(lǐng)域推廣3D打印。如美、英、德、日等發(fā)達(dá)國家已將3D打印作為中小學(xué)選修課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手能力，激發(fā)他們對數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、設(shè)計等相關(guān)課程的興趣，提升綜合素養(yǎng)。在中國，基礎(chǔ)教育領(lǐng)域也在積極推進(jìn)相關(guān)課程的開發(fā)與實施。

當(dāng)然，開展3D打印教育也非大城市的特權(quán)，中小城市教育主管部門也在立足本位，積極探索，引領(lǐng)各中小學(xué)校積極落實與開展3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)與課程建設(shè)。如蘇錫常等城市依托經(jīng)濟(jì)和區(qū)位優(yōu)勢，開展技術(shù)與教育融合的交流展示活動，讓師生參與活動并接受專業(yè)的知識講解和技術(shù)分享，切實感受3D打印的魅力，進(jìn)而激發(fā)自身探索的內(nèi)驅(qū)力，以點帶面、由內(nèi)向外地推動3D打印教育的推廣和普及。

三、3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.在民用領(lǐng)域發(fā)展不足

當(dāng)前我國已經(jīng)有個別幾家公司能夠獨立生產(chǎn)3D打印設(shè)備，可是每個企業(yè)的規(guī)模并不是很大，對于研發(fā)環(huán)節(jié)的力量還是不夠，在制造的流程上穩(wěn)定性還是不固定，并且在工件支撐材料制造以及相關(guān)問題的處理方面還有很大的欠缺，對于特殊材料的生產(chǎn)技術(shù)并沒有完全掌握，因此，無法完全滿足民用產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。

2.在軍事領(lǐng)域發(fā)展先進(jìn)

當(dāng)前我國的軍事科技已經(jīng)超過了其他的國家，有著更長遠(yuǎn)的發(fā)展，尤其是激光直接加工金屬技術(shù)的發(fā)展十分樂觀，不管什么特種設(shè)備零部件的機(jī)械制造它都能夠完成，這對于我國的發(fā)展提供了重要的幫助。

3.3D打印在教育中對教師的作用

利用3D打印機(jī)打印制作的教學(xué)用具，可以擴(kuò)展學(xué)習(xí)者的感覺和知覺增強(qiáng)觸覺體驗，彌補(bǔ)常態(tài)課堂直接經(jīng)驗不足的劣勢。將隱性知識和認(rèn)知結(jié)構(gòu)顯性化，使學(xué)習(xí)資料由抽象化轉(zhuǎn)變成為具體化，具體化轉(zhuǎn)變成為形象化，視覺復(fù)雜化轉(zhuǎn)變成為認(rèn)知簡單化。

四、3D打印技術(shù)的軟件實現(xiàn)

1.面向3D打印的產(chǎn)品設(shè)計方法

以前的面向制造和裝配設(shè)計的最初目的，就是為了方便制造和裝配的產(chǎn)品，在減少研發(fā)的時間時還能降低生產(chǎn)成本。自從3D打印技術(shù)的應(yīng)用，不管遇到多復(fù)雜的形狀都能制造出來，個別商家為了提升自家產(chǎn)品的性能，經(jīng)常會使用到更加復(fù)雜的幾何外形，造成模型的特征數(shù)量有了很大的提升。除此之外，像宏觀和微觀類似工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加工，是以前的3D技術(shù)不能滿足的。該技術(shù)和軟件以前最為重視的就是對復(fù)雜外形特征進(jìn)行模擬建設(shè)，構(gòu)造技術(shù)是重要的主導(dǎo)技術(shù)，但是當(dāng)時的有關(guān)技術(shù)只能適用于形狀簡單的實體進(jìn)行模建，對于一些高難度，圖形復(fù)雜的工藝結(jié)構(gòu)就很難達(dá)到客戶的需求，如今最新型的3D打印設(shè)計方法更為先進(jìn)，它設(shè)計的最終目的就是設(shè)計出產(chǎn)品的外觀以及尺度等等進(jìn)行綜合的設(shè)計，這種設(shè)計方法，不光減少了零部件的數(shù)量和裝配的問題，同時還能提升產(chǎn)品的綜合性能，實現(xiàn)個人定制化的最終需求。

2.UG軟件實現(xiàn)

UG這是一個交互式CAD/CAM（計算機(jī)輔助設(shè)計與計算機(jī)輔助制造）系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計的一個主流應(yīng)用。它可以通過一個給定過程的有效模擬，應(yīng)用于自然科學(xué)或工程、數(shù)學(xué)分析和數(shù)值數(shù)學(xué)及計算機(jī)科學(xué)的知識。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這是因為組合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交叉學(xué)科的知識。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學(xué)家研究，同時隨著計算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)展，特別是大型并行計算機(jī)的開發(fā)帶來了許多新的可能。

五、結(jié)束語

綜上所述，3D打印技術(shù)作為目前最先進(jìn)的打印技術(shù)，它的發(fā)展十分可觀，自從應(yīng)用該項技術(shù)，給我們的生產(chǎn)以及生活方式都帶來了很大的改變。

參考文獻(xiàn)

[1]史玉升，張李超，白宇，et al.3D打印技術(shù)的發(fā)展及其軟件實現(xiàn)[J].中國科學(xué)：信息科學(xué)，2015，45（2）：197-203.

[2]劉道春.3D打印技術(shù)的發(fā)展與前景[J].印刷質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化，2015（10）：8-13.