3D打印技術(shù)優(yōu)劣分析與前景展望

秦志遠(yuǎn)+張慧

摘 要：3D打印是最近興起的一種快速成型的技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。3D打印技術(shù)相比傳統(tǒng)制造技術(shù)具有不可超越的優(yōu)勢(shì)，但也存在著一些不足之處。本文對(duì)3D打印技術(shù)的優(yōu)劣進(jìn)行了分析和比較，對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望，也對(duì)其發(fā)展方向提出一些可行性建議。

關(guān)鍵詞：3D打印；優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)；發(fā)展前景

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.257

3D打印技術(shù)被普遍認(rèn)為是“第三次工業(yè)革命”的重要標(biāo)志之一，因?yàn)樗呀?jīng)在各個(gè)領(lǐng)域給全世界帶來(lái)不可預(yù)估的重大革新[1]。依據(jù)3D打印的理念，我們能夠制造各種各樣我們能夠設(shè)計(jì)出來(lái)的東西。

1 3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介

3D打印技術(shù)，在學(xué)術(shù)上又被稱(chēng)為“添加制造”技術(shù)，也可稱(chēng)做增材或增量制造。3D打印技術(shù)的主要工藝類(lèi)型有以下幾種，如：光固成型技術(shù)、立體光刻技術(shù)、PVC塑料復(fù)膜燙印技術(shù)以及熔融擠出成型技術(shù)和三維噴繪打印技術(shù)等[2]。產(chǎn)品的類(lèi)型則主要有桌面級(jí)和工業(yè)級(jí)兩個(gè)級(jí)別，其中桌面級(jí)可以直觀闡述3D打印技術(shù)所包含的工藝原理與流程，工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)可劃分為直接產(chǎn)品制造和快速原型制造兩種類(lèi)型。

2 3D打印技術(shù)的主要應(yīng)用

3D打印技術(shù)可以應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，只要這個(gè)行業(yè)能夠提供模型或者是原型。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)設(shè)計(jì)、航空航天、機(jī)械制造、文化藝術(shù)、軍事等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)自身的發(fā)展，它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)擴(kuò)展。這些應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)功能原型：設(shè)計(jì)師通過(guò)制造的原型去證明設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)還可以使用三維組件進(jìn)行性能的測(cè)試和細(xì)致的工程評(píng)價(jià)。原型組件的制作可以大幅度提高生產(chǎn)效率，一般可以提升數(shù)小時(shí)到數(shù)十個(gè)小時(shí)，而且還便快速找出缺點(diǎn)，避免因?yàn)楹笃诔霈F(xiàn)的工程性變更而付出不應(yīng)有的代價(jià)。

（2）模型工具制造：在企業(yè)的制造工序中，如果需要模型、夾具、測(cè)量?jī)x器、樣品、鉆模等工具，就可以使用3D打印技術(shù)進(jìn)行制作，就不需要在購(gòu)買(mǎi)和安裝機(jī)器上消耗大量時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。進(jìn)行鑄型或澆鑄，3D技術(shù)打印設(shè)備在工作制作方面有助于節(jié)約時(shí)間，減少不必要的支出，同時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)操作，減少人為因素的影響。

（3）制造成品：3D打印現(xiàn)已成為產(chǎn)品制造行業(yè)的主導(dǎo)技術(shù)，3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)相比，能夠大幅度降低生產(chǎn)成本，加快生產(chǎn)周期。同時(shí)可以忽略時(shí)間和空間的限制，在有必要的時(shí)候?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行模型修改，可以給企業(yè)在開(kāi)拓小批量定制產(chǎn)品方面提供技術(shù)保障。

3 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足

3.1 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）產(chǎn)品的數(shù)字化制造。通過(guò)CAD/CAM等可將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)字化，直接將模型甚至是圖紙制造成零件。其中將零件模型化或圖紙化還具有可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速傳播的優(yōu)勢(shì)，將有效推廣產(chǎn)品制造快速化和分散化的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

（2）產(chǎn)品的降維優(yōu)化制造。3D打印技術(shù)可將原來(lái)的三維結(jié)構(gòu)的零件解構(gòu)成二維結(jié)構(gòu)，然后分層進(jìn)行打印即可形成成品零部件。根據(jù)3D打印技術(shù)的制造原理，任何一個(gè)復(fù)雜解構(gòu)的零件都可以被制造出來(lái)，并且制造更為簡(jiǎn)單方便，更適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)的發(fā)展。

（3）產(chǎn)品的直接制造。對(duì)于某些復(fù)雜的零部件，傳統(tǒng)的制造方法并不能一次成型，而是需要制造出各個(gè)零件進(jìn)行后期裝配，但3D打印技術(shù)的出現(xiàn)改變了這一狀況，它可實(shí)現(xiàn)任意零部件的一次成型。

3.2 3D打印技術(shù)存在的問(wèn)題

（1）現(xiàn)有材料種類(lèi)過(guò)少。目前限制3D打印技術(shù)推廣的最主要因素是可用材料的缺乏。現(xiàn)在看來(lái)，適用于3D打印的材料只有樹(shù)脂、金屬和塑料等為數(shù)不多的幾種。但是要實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)在更大范圍的推廣，就必須研究更多的可用之“材”。現(xiàn)在最迫切需求的是3D打印可用的金屬材料，例如鈦合金、鎳基合金、不銹鋼等，但是這些材料的使用還在研究當(dāng)中。

（2）不完善的3D打印工藝。因?yàn)楝F(xiàn)今的3D打印工藝還不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，打印出來(lái)的零部件精度和表面質(zhì)量難以達(dá)到使用要求，所以只能作為生產(chǎn)制造模型使用。3D打印產(chǎn)品采用逐層打印的工藝，但是即使每層連接都很緊密，仍然不能和傳統(tǒng)的鍛件相比。

（3）成品使用性能差：3D打印技術(shù)目前還處在初級(jí)階段，所以制造產(chǎn)品的使用性能較差，在精度、剛度和強(qiáng)度等方面還存在較多不足。以目前的技術(shù)情況， 3D打印技術(shù)只能達(dá)到幾十毫米的精度。因此，3D打印技術(shù)不大適合使用在精度較高的研究領(lǐng)域[2]。

4 前景展望

根據(jù)國(guó)際快速制造行業(yè)權(quán)威提出的報(bào)告顯示，全世界的3D打印產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值在1988～2010年間保持著26.2%的速度快速增長(zhǎng)。同時(shí)該報(bào)告還指出，未來(lái)五年時(shí)間內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值還將繼續(xù)快速增長(zhǎng)，到2016年將設(shè)備制造和服務(wù)計(jì)算在內(nèi)，行業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)到31億美元，到2020年可達(dá)52億美元。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)應(yīng)用崛起，“個(gè)性化定制”產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)將成為典型的生產(chǎn)模式。將3D打印應(yīng)用于現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，可以細(xì)分出更多的新興行業(yè)和商業(yè)運(yùn)作模式，從而催生更多的經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇[4]。3D打印技術(shù)的發(fā)展同時(shí)會(huì)帶動(dòng)行業(yè)內(nèi)制造技術(shù)、產(chǎn)品加工技術(shù)改進(jìn)和管理水平的提升，使企業(yè)能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品戰(zhàn)略。

5 結(jié)語(yǔ)

3D打印技術(shù)作為“第三次工業(yè)革命”的重要標(biāo)志，已經(jīng)不再依靠概念炒作，而是逐步進(jìn)入人們的生活，體現(xiàn)在生活的方方面面。不難看出，3D打印技術(shù)蘊(yùn)含著無(wú)限的潛力，在未來(lái)必將掀起傳統(tǒng)制造業(yè)界內(nèi)的重大變革。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)應(yīng)當(dāng)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，而并非只是簡(jiǎn)單的替代關(guān)系。同時(shí)我國(guó)科技工作者應(yīng)該及時(shí)抓住發(fā)展機(jī)遇，注重產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合以及自身創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，注重和先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)的技術(shù)交流，不可錯(cuò)過(guò)3D打印技術(shù)以及諸多新技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇期。

參考文獻(xiàn)：

[1]王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)（中旬刊），2012（09）：3-5.

[2]李小麗，馬劍雄，李萍等.3D打印技術(shù)及應(yīng)用趨勢(shì)[J].自動(dòng)化儀表，2014，35（01）：1-5.

[3]王文濤，劉燕華.3D打印制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)我國(guó)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的影響[J].科技管理研究，2014，34（06）：22-25，30.

[4]吳春蘭，韓曉紅.3D打印技術(shù)對(duì)我國(guó)制造業(yè)帶來(lái)的機(jī)遇探討[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（02）：128-130.

作者簡(jiǎn)介：秦志遠(yuǎn)，男，山東泰安人，碩士研究生。endprint