楊 勇

（南陽職業(yè)學(xué)院，河南 西峽 474500）

0 引言

3D打印技術(shù)又稱為“增材制造”技術(shù)，它是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)的一種快速成型技術(shù)，3D打印技術(shù)在很多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，如工程建筑、汽車、導(dǎo)航、教育等等。近年來，我國3D打印技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。2020年5月5日，我國一艘搭載著3D打印機的運載火箭長征五號成功發(fā)射，這也是世界上首例在太空中進行3D打印技術(shù)實驗的案例，標志著我國在此領(lǐng)域已經(jīng)位于世界前列。3D打印技術(shù)發(fā)展前景廣闊，許多國家都在進行這方面的開發(fā)和實驗，由此可見，3D打印技術(shù)在未來的發(fā)展已形成不可阻擋的趨勢。

1 3D打印技術(shù)目前存在的主要問題

1.1 3D打印材料單一

3D打印技術(shù)有一個很重要的制約因素是材料問題，材料單一性讓3D打印技術(shù)只能在某些特定環(huán)節(jié)內(nèi)使用，亦或投入到尖端市場，由于其技術(shù)使用的高額支出更是制約了其發(fā)展空間，而面向大眾的中低端市場則選擇使用工廠流水線式生產(chǎn)。因為材料的單一從某種方面阻止了3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無法展示出3D打印技術(shù)其開發(fā)和利用價值，讓其看起來只是模具化生產(chǎn)模式的進一步開發(fā)和轉(zhuǎn)型。目前用于3D打印技術(shù)的主要材料有塑料、橡膠和金屬等，其中3D打印技術(shù)對金屬的要求比較迫切，急需在金屬領(lǐng)域有突破性進展來打破這個材料單一、消耗量大的局面。

1.2 3D打印的價格不穩(wěn)定，優(yōu)勢不明顯

3D打印技術(shù)的主要原理是通過大數(shù)據(jù)進行計算建模，直接設(shè)計出所需物件圖示，然后將材料加工立體呈現(xiàn)出來，因其利用現(xiàn)代高科學(xué)技術(shù)，在材料加工為實際物體過程中誤差極小，在進行精密零件制造時具有無法替代的優(yōu)勢。3D打印技術(shù)在單件小批量或個性化設(shè)計等方面的制造價格與傳統(tǒng)制造的價格相差無幾，其生產(chǎn)效率卻是傳統(tǒng)制造的幾倍。但在一些特殊領(lǐng)域或大批量生產(chǎn)等方面，成本又相對較高，總體呈現(xiàn)出價格不穩(wěn)定的問題。因此，在某些方面，目前3D打印技術(shù)還不能完全取代傳統(tǒng)生產(chǎn)，這也導(dǎo)致3D打印的價格不穩(wěn)定，其價格優(yōu)勢不能完全表現(xiàn)出來。在傳統(tǒng)工業(yè)制造中，制作工藝是使用模具統(tǒng)一生產(chǎn)加工，在機械設(shè)備使用過程中不可避免地會出現(xiàn)零件損壞和設(shè)備零件老化等問題，而單獨開模所或重新購置機械設(shè)備需要花費大量資金。3D打印技術(shù)則沒有這樣的問題，其操作便利，隨時可以打印不同的模型，模型主要由電腦數(shù)字化構(gòu)建，建模成本較低，而且在獨特性強的物品生產(chǎn)中也展現(xiàn)出價格優(yōu)勢，有利于贏取市場的位置。

1.3 3D打印操作技術(shù)要求高

3D打印技術(shù)需要借助數(shù)字模擬技術(shù)進行生產(chǎn)制造，因此，操作技術(shù)對操作者的要求較高，需要用戶自身具備一定程度的專業(yè)知識或?qū)I(yè)技術(shù)才能正常投入生產(chǎn)。對于普通用戶來說，特別是首次接觸3D打印技術(shù)的用戶，操作難度較大，因為他們往往很難理解操作原理。此外，3D打印技術(shù)涉及知識面較廣，操作人員需要具備較深厚的知識基礎(chǔ)，尤其是涉及大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)字建模技術(shù)和3D打印設(shè)備使用等多種技術(shù)，從業(yè)人員需要對多個領(lǐng)域的知識都有涉獵。針對這種情況，加快培育具備較強理論知識的3D打印專業(yè)性人才是重中之重，只有這樣才能為未來3D打印技術(shù)發(fā)展作出鋪墊[1]。

1.4 3D打印機型號較少，產(chǎn)品型號缺少統(tǒng)一標準

據(jù)報道，目前一共只有6種可以進行多種材料打印的3D打印機，分別是FDM，SLA，3DP，SLS，LOM，PCM。由于目前3D打印技術(shù)尚處于發(fā)展階段，所制造的快速成型零件的質(zhì)量和精度不能達到直接使用的標準，產(chǎn)品型號缺少統(tǒng)一標準，只能作為原型使用，最終還是離不開傳統(tǒng)制造。

1.5 3D打印產(chǎn)品數(shù)字化模型受到知識產(chǎn)權(quán)保護

使用3D打印技術(shù)的很多都是現(xiàn)代化藝術(shù)品制造業(yè)，其取勝關(guān)鍵不是生產(chǎn)規(guī)模，而是取決于產(chǎn)品創(chuàng)意，所以對知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性要求較高，在創(chuàng)意性產(chǎn)品方面容易面臨盜版威脅，會出現(xiàn)模仿者過多，市場產(chǎn)品雷同的狀況。同時也對知識產(chǎn)權(quán)的管理提出了要求，這是傳統(tǒng)制造行業(yè)所不會出現(xiàn)的新問題。

2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢

2.1 3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，3D打印技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是電子行業(yè)，在汽車、航空航天、商品機器這些領(lǐng)域也呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢。2019年，中國3D打印設(shè)備產(chǎn)業(yè)規(guī)模達70億元，相比2018年增長了28.3%。3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速增長，標志著3D打印技術(shù)已經(jīng)成為拉動我國經(jīng)濟增長的重要因素之一。目前，美國仍然是3D打印設(shè)備安裝的第一大國，其次是日本，雖然我國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)增長速度很快，但是與美國和日本相比仍有較大差距。由此可見，3D打印技術(shù)在我國擁有較為廣闊的發(fā)展空間。

例如，在航空領(lǐng)域，3D打印除了在航空發(fā)動機制造上得到廣泛應(yīng)用之外，在解決航空發(fā)動機維修的零部件采購以及提升航空維修部門再制造能力和戰(zhàn)場應(yīng)急搶修過程中也發(fā)揮著越來越重要的作用。在大數(shù)據(jù)的背景下，工作人員可以使用精密儀器對損壞部位進行精準定位，及時檢測到破損部位，并利用3D打印技術(shù)打印出匹配的修復(fù)材料，提高維修的精確性，減少人員的工作量，大幅度提高航空維修的效率。航空發(fā)動機長期處于高溫高壓的環(huán)境下，零部件極易發(fā)生嚴重磨損，這在很大程度上影響了航空發(fā)動機的維修周期以及維修成本。采用3D打印技術(shù)制作發(fā)動機零部件，可以有效解決航空發(fā)動機維修所需備件的采購難題，讓航空發(fā)動機維修企業(yè)快速提升航空設(shè)備零部件的制造能力和供給能力。對于小批量需求的航空發(fā)動機維修企業(yè)來說，3D打印可以有效節(jié)約制造成本，縮短維修周期，提高航空發(fā)動機維修中零部件再制造能力。在大數(shù)據(jù)背景下，應(yīng)用3D打印技術(shù)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和及時保修。隨著3D打印技術(shù)與大數(shù)據(jù)的深度結(jié)合，未來的航空發(fā)動機維修過程將呈現(xiàn)自動化發(fā)展的趨勢[2]。

2.2 3D打印技術(shù)未來發(fā)展重點

2.2.1 簡化生產(chǎn)過程

3D打印技術(shù)的“增材制造”可以很大程度簡化產(chǎn)品的制造過程，縮短產(chǎn)品制造周期，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。但是隨著時間、效率、成本的不斷優(yōu)化，也容易導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題。提高打印成品的質(zhì)量，可以讓3D打印技術(shù)在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，占據(jù)較大的市場份額，這是3D打印技術(shù)在未來主要的發(fā)展方向。同時，發(fā)展還需要解決的重點問題包括模型產(chǎn)權(quán)維護、3D打印機設(shè)備研發(fā)、降低打印價格、優(yōu)化操作技術(shù)、減少材料消耗等，需要在這些方面尋找突破口。

2.2.2 提升材料使用率

相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，3D打印技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)能大幅減少生產(chǎn)材料的消耗。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式常使用車間生產(chǎn)或者流水線式生產(chǎn)，為了避免模具生產(chǎn)出現(xiàn)誤差造成產(chǎn)品檢測不達標，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)會出現(xiàn)大量被機械切割的“邊角料”，材料利用率不高。即使可以對邊角料進行回收重熔再投入生產(chǎn)，回收過程也會增大企業(yè)生產(chǎn)成本。3D打印技術(shù)是直接通過數(shù)字建模將材料轉(zhuǎn)化成為物體的技術(shù)，這種生產(chǎn)方式具有高精密度、高精簡度的特點，能確保所有材料在產(chǎn)品生產(chǎn)中精準使用，材料使用效率高，能從生產(chǎn)環(huán)節(jié)上大大節(jié)省成本，從而增大企業(yè)利潤，尤其是需要使用稀有材料方面，優(yōu)勢更為突出，因此3D打印技術(shù)在高附加值和高精度產(chǎn)品加工生產(chǎn)上有著不可取代的優(yōu)勢[3]。

2.2.3 結(jié)合BIM技術(shù)模擬建筑展示效果

目前，BIM技術(shù)被廣泛運用于工程項目管理。BIM技術(shù)相比于傳統(tǒng)設(shè)計圖紙模式，能在可視化上做出進一步擴展，通過3D數(shù)據(jù)建?？梢灾庇^地展示出建筑的整體構(gòu)造，甚至在裝修行業(yè)也能直接展示預(yù)裝修效果。BIM技術(shù)最大的特征是其整體性、優(yōu)化性和仿真性，而BIM技術(shù)與3D打印技術(shù)同樣需要運用數(shù)字建模技術(shù)。工程單位需要進行房屋預(yù)設(shè)時，往往不能很直觀地讓客戶感受成品效果。將BIM技術(shù)和3D打印技術(shù)結(jié)合，可以直接將BIM建模中的信息直接導(dǎo)入3D打印設(shè)備，通過3D打印技術(shù)將數(shù)據(jù)化的建模實體化，讓企業(yè)和客戶能直觀感受到預(yù)期生產(chǎn)效果，從而提出針對性修改或建設(shè)方案，提升交易成功率。

3 結(jié)語

綜上所述，3D打印技術(shù)在許多方面都有廣泛的應(yīng)用，發(fā)展空間廣闊。同時也存在一些缺陷，因而，相關(guān)人員需要圍繞材料供應(yīng)、產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)應(yīng)用、提效降本等方面進行重點開發(fā)與研究，讓3D打印技術(shù)為社會各行各業(yè)的發(fā)展作出更多貢獻，為人們的日常生活提供更大的便利。