王慧

【摘 要】3D打印是通過(guò)三維繪圖軟件建模，并逐層打印的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)三維立體成型的快速成型技術(shù)。本文針對(duì)3D打印的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域及前景進(jìn)行了綜合分析，介紹了3D打印相比傳統(tǒng)制造業(yè)來(lái)說(shuō)的優(yōu)勢(shì)、缺點(diǎn)，3D打印在目前行業(yè)中的需求情況，并對(duì)其未來(lái)的前景進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】3D打?。豢焖俪尚?；優(yōu)勢(shì)；不足；應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印作為材料成型（快速成型）領(lǐng)域中的一種新興技術(shù)，正在快速的走進(jìn)人們的生活，并且在不久的將來(lái)它會(huì)像互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣改變?nèi)藗兊纳睢?D打印技術(shù)被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”，已經(jīng)引起全世界的廣泛關(guān)注。

1 3D打印概述

3D打?。? Dimensional Printing，3維打印）的學(xué)名叫增材制造（material additive manufacturing）是快速成型技術(shù)中的一種，是指將材料一次性熔聚成型的快速制造技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印并疊加不同形狀的連續(xù)層方式來(lái)構(gòu)造三維的任何物體[1]。

2 3D打印的特點(diǎn)

3D打印作為一種新興的技術(shù)，與傳動(dòng)的制造技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)：

2.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1.1 制造工藝簡(jiǎn)單

傳統(tǒng)的制造業(yè)中，無(wú)論哪種成型工藝都離不開(kāi)模具，而且制造工藝紛繁復(fù)雜，3D打印借助CAD繪圖軟件，將圖形轉(zhuǎn)換成實(shí)體，不僅省去了模具的制作，還大大減少了成型工藝的步驟，使得成型變成了一件簡(jiǎn)單的事，而且3D打印把三維降成二維，打印的過(guò)程簡(jiǎn)單，可以打印形狀復(fù)雜的物件，便于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。

2.1.2 精度高

對(duì)于目前的技術(shù)來(lái)說(shuō)，3D打印可以將零件的精度控制在0.3mm以下，這完全可以滿足大部分零件的加工要求。對(duì)于精度要求較高的零件，可以大大減少加工余量，節(jié)約成本的同時(shí)也縮短了加工時(shí)間。3D打印還采用了自上而下的堆疊形式，形成自然無(wú)縫對(duì)接，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)成型方法。

2.1.3 打印材料的多樣性

一臺(tái)3D打印機(jī)對(duì)應(yīng)的打印系統(tǒng)通?？梢源蛴〔煌牟牧?，比如金屬、塑料、石料等。截至 2011 年年底，著名的3D打印成型公司— Objet公司的3D打印材料就已經(jīng)達(dá)到了65 種之多[2]，這也是3D打印廣泛應(yīng)用在各領(lǐng)域的重要原因之一。

2.2 不足

2.2.1 成本高

3D打印的價(jià)格是導(dǎo)致3D打印技術(shù)得不到大規(guī)模應(yīng)用的主要因素之一。對(duì)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，很多東西比如3D打印設(shè)備上的主要零部件和材料都需要依靠進(jìn)口，而且后期的技術(shù)維護(hù)的成本也很高。以北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司為例，其售價(jià)100多萬(wàn)元的3D打印設(shè)備需要進(jìn)口的有10萬(wàn)元的激光器、20萬(wàn)元的光學(xué)振鏡和近2萬(wàn)元的控制電路。另外，該公司每年還得支付十幾萬(wàn)元的軟件服務(wù)費(fèi)給歐洲的一家公司[3]，所以從成本上來(lái)說(shuō)3D打印短時(shí)間內(nèi)還無(wú)法替代傳統(tǒng)制造業(yè)。

2.2.2 打印材料的局限性

3D打印的材料是限制3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。3D打印材料目前已研發(fā)使用的有工程塑料、光敏樹(shù)脂、橡膠、金屬、陶瓷等，由于3D打印設(shè)備打印原理的特殊性，所以與普通的打印材料相比3D打印材料的形態(tài)一般為粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀，再加上3D打印技術(shù)的特殊性，要求材料的性能也比一般材料性能要求高，所以需要對(duì)這些材料進(jìn)行單獨(dú)研究。雖然有一部分3D打印材料已研究出來(lái)并應(yīng)用，但相比較國(guó)外來(lái)說(shuō)我國(guó)對(duì)于3D打印材料的研發(fā)以及生產(chǎn)企業(yè)很少，很多材料特別是金屬材料基本上全部依靠進(jìn)口，這無(wú)形之中提高了3D打印的成本。

2.2.3 操作技能的限制

3D打印技術(shù)的第一步是要繪制出零件的三維圖，通過(guò)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的格式后，才能送入打印機(jī)打印，所以操作者要求具備熟練的三維繪圖軟件的操作，但是根據(jù)目前的情形，能夠熟練掌握三維繪圖軟件的人比較少，這有成為限制3D打印發(fā)展的又一個(gè)重要因素。

2.2.4 3D打印機(jī)本身的限制

3D打印機(jī)的大小決定著3D打印零件的大小，現(xiàn)如今應(yīng)用的3D打印機(jī)都是中小型的，所以對(duì)于一些大型零件來(lái)說(shuō)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)3D打印的。另外3D打印無(wú)法實(shí)現(xiàn)薄壁件的打印，這些因素也限制著3D打印技術(shù)的發(fā)展。

3 3D打印的應(yīng)用

3D打印近年來(lái)取得了很大的發(fā)展，它的出現(xiàn)對(duì)于傳統(tǒng)制造業(yè)有很大的抨擊作用，使得很多工程師和制造廠商甚至學(xué)校都轉(zhuǎn)換了視角。著名的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志描述3D打印的前景是一種新型的生產(chǎn)方式，能夠促成新的工業(yè)革命[4]。能夠得到如此高的評(píng)價(jià)并不僅因?yàn)?D打印是一種新起的技術(shù)，而是由于其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，基本上覆蓋了我們生活的方方面面。從美國(guó)專(zhuān)門(mén)從事3D打印技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)的Wohlers Associates在2012年度報(bào)告中可以看出分3D打印技術(shù)在消費(fèi)電子（個(gè)性化消費(fèi)）、汽車(chē)、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了一定的市場(chǎng)需求[5]。其中在醫(yī)療特別是醫(yī)學(xué)牙科以及航空航天業(yè)的發(fā)展最快，當(dāng)然隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，打印速度更快、打印精度更高，打印材料更多，那么3D打印技術(shù)將會(huì)被運(yùn)用到越來(lái)越多的領(lǐng)域中來(lái)。3D打印在各應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模及應(yīng)用類(lèi)型見(jiàn)圖1所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

3D打印是一個(gè)非常有前景的新興產(chǎn)業(yè)，隨著三維繪圖軟件的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，3D打印技術(shù)將會(huì)影響著我們生活的方方面面。3D打印技術(shù)的興起對(duì)我們來(lái)說(shuō)是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，不管?chē)?guó)內(nèi)還是國(guó)外，我們都有很多的技術(shù)丞待解決，比如說(shuō)打印速度、精度、打印材料、打印設(shè)備的大小以及如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)軟件與生產(chǎn)軟件的無(wú)縫對(duì)接等。只有做好這幾方面的創(chuàng)新及改善才能為3D打印的普及提供條件。

【參考文獻(xiàn)】

[1]3D打印將帶來(lái)制造業(yè)的革命[J].尚普咨詢(xún)，2013（5）.

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

[3]鄧超.沒(méi)長(zhǎng)大的3D打印[J].創(chuàng)業(yè)家，2012（12）.

[4]余冬梅.3D打?。杭夹g(shù)和應(yīng)用[J].金屬世界，2013（60.

[5]Wohlers Associates Inc.Wohlers report 2012[R].2012.

[6]楊永強(qiáng)，葉梓恒，王迪，等.3D打印設(shè)備國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化可行性分析[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2013（8）.

[責(zé)任編輯：田吉捷]