劉海濤 謝曉娜

【摘 要】隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展與升級(jí)，市場(chǎng)需求加速，文章通過介紹3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域和局限性，描述3D打印技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與需求，探討三維打印技術(shù)發(fā)展的瓶頸及未來的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù)；優(yōu)勢(shì)；局限性；應(yīng)用領(lǐng)域

一、引言

三維打印技術(shù)是20世紀(jì)70年代末80年代初由快速成型技術(shù)發(fā)展而來的先進(jìn)制造技術(shù)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。它的出現(xiàn)將給現(xiàn)有的制造業(yè)帶來革命性的變化。3D打印，又稱3DP，是一種基于數(shù)字模型文件的技術(shù)，采用粉末狀金屬材料或塑料等粘接材料，然后逐層印刷物體。3D打印技術(shù)是通過將材料添加到一層而產(chǎn)生三維實(shí)體的技術(shù)，它不同于傳統(tǒng)的材料加工技術(shù)，因此也稱為加法制造。當(dāng)前3D打印技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，既可以應(yīng)用于模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域也適用汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。

二、3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)近年來才剛剛開始發(fā)展。企業(yè)已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到這種加工模式，但并沒有將之應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)中，一方面是因?yàn)槠髽I(yè)不能擺脫傳統(tǒng)的制造思維模式，另一方面由于加工成本高，國(guó)內(nèi)打印機(jī)的發(fā)展還存在一系列的缺陷，如：教育培訓(xùn)不足、社會(huì)推廣不足、技術(shù)研發(fā)投入不足、產(chǎn)業(yè)鏈整體發(fā)展乏力等。3D打印技術(shù)主要存在如下問題：

（一）加工設(shè)備成本高。目前，3D打印設(shè)備的高價(jià)格導(dǎo)致了其在工業(yè)化生產(chǎn)過程中的諸多困難，因此對(duì)其快速應(yīng)用和推廣有所挑戰(zhàn)。

（二）制造的精度低下。由于其原理是融化高溫液體或粉末凝固，難以控制其冷卻成型，因此制造成品的精度不高，加工效率低。

（三）材料選擇局限。3D打印使用的材料品種主要是金屬、樹脂、塑料，難以融化的材料不能應(yīng)用，現(xiàn)有材料的物理化學(xué)性能也不能很好地滿足要求。

（四）能源浪費(fèi)。3D打印使用聚合物材料，工業(yè)規(guī)模3D打印機(jī)使用激光器處理，與注塑機(jī)的注塑工藝相比，會(huì)多產(chǎn)生約65%的廢注塑材料，并且打印過程消耗大量能源。

（五）社會(huì)問題。3D打印技術(shù)即將走進(jìn)尋常百姓家。它只需要槍支和3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)圖紙，可以生產(chǎn)槍支本身，這對(duì)公安有很大的影響。3D打印技術(shù)的利與弊[1]。

三、3D打印技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用及其案例

（一）生物醫(yī)療

3D打印將會(huì)帶動(dòng)全醫(yī)學(xué)進(jìn)入到新的發(fā)展時(shí)代，將會(huì)成為生物醫(yī)療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本、以色列等諸多國(guó)家正加大3D打印技術(shù)的研究投入。近年來，我國(guó)也一直重視3D打印技術(shù)的研究。在人造器官技術(shù)研究方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。3D打印現(xiàn)如今已有頜骨、器官支架、顱骨、脊柱、骨盆等，均已經(jīng)進(jìn)入臨床。3D打印及時(shí)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也存在問題，特別是人造器官制作方面，比如單細(xì)胞、多種細(xì)胞、細(xì)胞團(tuán)簇的受控三位空間輸送等等[2]。

（二）航天科技

通過采用鈦合金激光3D打印技術(shù)，西北工業(yè)大學(xué)已生產(chǎn)了長(zhǎng)度為5米的飛機(jī)主承力梁。而中航相關(guān)的3D激光打印技術(shù)也可以打印4米×3米×2米的零件，西北工業(yè)大學(xué)與中國(guó)商用飛機(jī)有限公司合作，利用激光立體成形技術(shù)解決了C919飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造問題。

2000年前后，中航重機(jī)激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)開始著手進(jìn)行“3D激光焊接快速成形技術(shù)”研發(fā)工作。目前，中航重機(jī)激光產(chǎn)品已成功在我國(guó)多款新型軍用飛機(jī)上裝備應(yīng)用。除了軍用飛機(jī)，中航重機(jī)激光產(chǎn)品還在不斷開拓大型水面水下艦艇市場(chǎng)[3]。

（三）教育行業(yè)

國(guó)內(nèi)3D答應(yīng)技術(shù)教育推廣還不成熟，3D打印的發(fā)展應(yīng)與教育相輔相成，相互進(jìn)步。3D打印技術(shù)進(jìn)入校園，更能讓學(xué)生直觀的接觸到3D打印技術(shù)。在國(guó)內(nèi)，3D打印在教學(xué)上得到應(yīng)用，建筑系的學(xué)生可以用3D打印技術(shù)簡(jiǎn)便快速的打印出自己設(shè)計(jì)的建筑模型；食品專業(yè)的學(xué)生用3D打印技術(shù)打印他們的產(chǎn)品。生物學(xué)系的學(xué)生可以打印細(xì)胞、器官、病毒等。化學(xué)系學(xué)生可以利用3D打印技術(shù)來制作分子模型，便于更好地觀察。

四、3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3D打印技術(shù)被稱為“改變世界的新制造技術(shù)”，與傳統(tǒng)的“去除”制造不同，“添加材料制造”可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品的制造過程，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高效率和降低成本。伴隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，其在航空航天技術(shù)、汽車工業(yè)、醫(yī)療、電器、影視、玩具等行業(yè)等到廣泛的運(yùn)用。

隨著智能制造業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到制造業(yè)領(lǐng)域中，3D打印技術(shù)也將被推向更高的水平。在未來，我們相信3D打印技術(shù)的發(fā)展將以精確、智能和泛化為主導(dǎo)。智能3D打印技術(shù)的速度將大大提高，有效提高效率和精度。尤其是金屬材料直接成型的技術(shù)在以后可能會(huì)成為常態(tài)化的應(yīng)用。3D打印機(jī)的體型也將會(huì)更小，成本更低廉，操作上也會(huì)更加簡(jiǎn)單。

五、結(jié)語

通過本次對(duì)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r的研究，我從最開始對(duì)3D打印的茫然無知到現(xiàn)在對(duì)3D打印大致了解他的技術(shù)核心、優(yōu)缺點(diǎn)和現(xiàn)在面臨的問題，及現(xiàn)在的應(yīng)用領(lǐng)域、和以后的發(fā)展前景有了大致了解。知道我國(guó)國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段3D技術(shù)的水平，面臨著諸多的困難與瓶頸，這都需要我們當(dāng)代人不斷的研究才能解決的問題，需要我們當(dāng)代人的努力與付出。隨著3D打印技術(shù)的高速發(fā)展，我相信我國(guó)國(guó)內(nèi)的3D打印技術(shù)將會(huì)逐漸成熟，不斷的發(fā)生改變。3D打印技術(shù)能帶給我們現(xiàn)階段想象不到的驚喜，我相信我們?nèi)蘸蟮纳顚?huì)離不開3D打印，在我們的生活中，遍地都是3D打印技術(shù)打印的產(chǎn)品，將會(huì)徹底改變我們的生活。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高海生.3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（44）：32.

[2]江洪，陳亞楊，劉義鶴.3D打印在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用及醫(yī)學(xué)案例[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2017（11）：5-9.

[3]馮穎芳.西工大用3D打印制造3米長(zhǎng)C919飛機(jī)鈦合金部件[J].中國(guó)鈦業(yè)，2013（1），24；