張彥芳

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214121）

3D打印作為一種新型的快速成型技術(shù)，目前正受到越來越多的關(guān)注。2012年英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志制作專題論述了當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域正在經(jīng)歷的第三次革命，認(rèn)為這次革命是互聯(lián)網(wǎng)和新材料、新能源相結(jié)合的工業(yè)革命，3D打印技術(shù)作為“第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志”，將成為改變未來世界新的創(chuàng)造性科技。

1 3D打印的原理

3D打印技術(shù)是添加制造技術(shù)的一種形式，它采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實體，3D打印機是它的核心設(shè)備。3D打印技術(shù)是一種綜合性的應(yīng)用技術(shù)，它綜合了數(shù)字建模、機電控制、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的技術(shù)。3D建模是3D打印的前提，3D建模的質(zhì)量直接決定了3D打印模型的質(zhì)量。CAD等矢量建模軟件可以實現(xiàn)3D建模。3D打印首先將建立的3D模型進行分割，即將模型分割成一層一層的薄片，薄片的厚度一般為幾十微米到幾百微米不等。軟件完成分割工序后，3D打印機即可進行噴墨打印。每一層的打印分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，然后在膠水上噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化粘結(jié)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被粘結(jié)起來，“打印”完成后，需要對打印的模型進行后處理，例如固化處理、剝離、模型的修整等，最終得到所需要的模型[1]。

與傳統(tǒng)模型制作相比，3D打印具有制作精度高和制作周期短等顯著優(yōu)勢。3D打印技術(shù)的歷史由來已久，歷經(jīng)30年的發(fā)展，3D打印技術(shù)正逐步成為最有生命力的先進制造技術(shù)之一，目前已實現(xiàn)在0.01毫米的單層厚度上實現(xiàn)600dpid精細分辨率，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。3D打印的材料也逐漸擴展到金屬、塑料、陶瓷和高分子聚合物等[2]。

2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用

近年來3D打印產(chǎn)業(yè)獲得了飛速發(fā)展?！禬ohlers Report 2011》顯示，全球3D打印技術(shù)產(chǎn)值在1988至2010年間保持著26.2%的年均增速。2011年3D打印產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模為17億美元，預(yù)計到2016年產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達到31億美元。如今，3D打印技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)涉及到很多領(lǐng)域。

2.1 航空、汽車和電子制造領(lǐng)域

3D打印技術(shù)適應(yīng)用于多品種、小批量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、原材料昂貴的結(jié)構(gòu)制造，因此在航空、汽車和電子制造領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在外形驗證、直接產(chǎn)品制造和精密熔模具鑄造的原型制造。歐美已將3D打印技術(shù)視為提升航空航天領(lǐng)域水平的關(guān)鍵技術(shù)之一。波音公司利用三維打印技術(shù)制造了大約300種不同的飛機零部件[3]。2011年，英國南安普頓大學(xué)工程師使用3D打印技術(shù)制造出世界首架無人駕駛飛機[4]。在汽車制造行業(yè)，3D打印技術(shù)多用于制造汽車的零部件。Kor Ecologic公司近日推出世界第一輛從表面到零部件都由3D打印制造的汽車“Urbee”，它的大部分零部件是使用3D打印技術(shù)完成，顯示出3D打印技術(shù)的強大威力。在電子制造方面，我國國內(nèi)多所高校開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)，中國科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。

2.2 生物工程與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

近年來，3D打印技術(shù)已應(yīng)用到生物制造和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。2009年，美國ganovo公司首次使用3D打印技術(shù)制造出人造血管[4]。2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細胞為“墨水”打印人體的組織和器官[5]。英國赫瑞瓦大學(xué)和一家干細胞技術(shù)公司合作，開發(fā)出一種真空閥門式3D打印技術(shù)，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細胞來打印移植用于人體組織和器官稱為可能，相關(guān)論文發(fā)表在2013年2月出版的《生物制造》雜志上。

2.3 服裝和首飾等設(shè)計領(lǐng)域

2011年，荷蘭時尚設(shè)計師Iris van Herpen在巴黎時裝周上展示了由3D打印技術(shù)完成的服裝，開辟了全球時尚界的新時代。3D打印技術(shù)不僅使以往布料難以詮釋的立體造型得以完成，更實現(xiàn)了服裝的完全服帖身形訂制。除服裝設(shè)計外，講求時尚外形的家裝、制鞋和藝術(shù)創(chuàng)作都可成為3D打印的用武之地。2011年，materialse公司提供以14K金和純銀為原材料的3D打印服務(wù)。3D打印技術(shù)正成為設(shè)計師創(chuàng)作的重要工具。

2.4 建筑領(lǐng)域

3D打印技術(shù)日益完善，不僅可以打印小件物品，這項技術(shù)業(yè)已沖擊到傳統(tǒng)的建筑行業(yè)。2011年3月，materialse公司打印出一個微細的工廠模型，植物燃氣公司Linde AG的微縮工廠縮小模型被完全逼真的打印制作出來。2013年1月，荷蘭建筑師與意大利發(fā)明家合作，計劃打印出一些包含沙子和無機粘合劑的6×9（米）的建筑框架，然后用纖維強化混凝土進行填充，該工程預(yù)計在2014年完成，并將參加Europan競賽。

2.5 個性化產(chǎn)品創(chuàng)作領(lǐng)域

3D打印技術(shù)可以打印各種日常小模型，這些模型不同于大批量的流水化產(chǎn)品，它可以完成隨心所欲的個性化設(shè)計。2011年，University of Exeter的研究人員設(shè)計了一臺可以打印巧克力的3D打印機。紐約一家創(chuàng)意消費品公司通過在線征集用戶的設(shè)計方案，以3D打印技術(shù)制成實物產(chǎn)品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品。另外，BCC報道了3D打印機打印出個性化的3D巧克力。

隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟和3D打印材料的擴充，我們相信3D打印將會帶給我們更多的驚喜和沖擊，3D產(chǎn)品將會在我們的生活中觸手可及。

［1］劉欣靈.3D 打印機及其工作原理[J].網(wǎng)絡(luò)與信息，2012，2：30-30.

［2］王燦才.3D 打印的發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].絲網(wǎng)印刷，2012，9：37-41.

［3］楊恩泉.3D打印技術(shù)對航空制造業(yè)發(fā)展的影響[J].航空科學(xué)技術(shù)，2013，1：13-17.

［4］黃健，姜山.3D 打印技術(shù)將掀起“第三次工業(yè)革命”[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2013，1：62-67.

［5］王雪瑩.3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前景預(yù)見[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012（26）：3-5.