淺談3D打印技術(shù)

劉舉新

摘 要：3D打印技術(shù)是一種生產(chǎn)率高、成本低的新興技術(shù)，有非常廣闊的市場發(fā)展前景，本文對其優(yōu)勢、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展現(xiàn)狀及未來前景進(jìn)行了分析與展望。

關(guān)鍵詞：3D打??；優(yōu)勢；不足；應(yīng)用領(lǐng)域；現(xiàn)狀；未來前景

中圖分類號：TP334.8；TJ07 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）11-0279-01

一、3D打印簡介

3D打印技術(shù)是一種以數(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，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)，無需機(jī)械加工或任何模具就能直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生產(chǎn)任何形狀的零件，從而極大地縮短，產(chǎn)品的生產(chǎn)周期提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。3D打印機(jī)則出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，即一種利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實物。如今這一技術(shù)在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用，人們用它來制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。

它的過程原理也比較好明白，每一層的打印過程分為兩步，一開始需要在成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水。依據(jù)的是膠水的本身很小，且不易擴(kuò)散的原理。然后是噴灑一層均勻的粉末。粉末遇到膠水會迅速固化粘結(jié)。而沒有膠水的區(qū)域仍然保持松散狀態(tài)。這樣在一層一層的粉末的交替下，實體模型將會被打印成型。打印完畢后只要掃除松散的粉末即可刨出模型。而且出于節(jié)省，剩余的粉末還可以循環(huán)利用。

其主要優(yōu)勢是節(jié)省材料。不用剔除邊角料，提高了材料的利用率，通過摒棄生產(chǎn)線而降低了成本；能做到較高的精度和很高的復(fù)雜程度，可以制造出采用傳統(tǒng)方法制造不出來的、非常復(fù)雜的制件；不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具、機(jī)床或任何模具，就能直接把計算機(jī)的任何形狀的三維CAD圖形生成實物產(chǎn)品；它可以自動、快速、直接和比較精確地將計算機(jī)中的三維設(shè)計轉(zhuǎn)化為實物模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。3D打印無需集中的、固定的制造車間，具有分布式生產(chǎn)的特點(diǎn)；3D打印能在數(shù)小時內(nèi)成形，它讓設(shè)計人員和開發(fā)人員實現(xiàn)了從平面圖到實體的飛躍；它能打印出組裝好的產(chǎn)品，因此，它降低了組裝成本，甚至可以挑戰(zhàn)大規(guī)模生產(chǎn)方式。制作的物體可以根據(jù)人們的需求來完成，也可以說是私人定制，避免與很多物體重復(fù)，理論來說只要是人們需要的形狀，再通過電腦設(shè)計出來打印機(jī)都可以打印出來。這樣獨(dú)特生產(chǎn)吸引了眾多關(guān)注。

其面臨的問題主要是受打印材料局限，因為目前為止，打印材料只有塑料，樹脂？？，和金屬，骨骼等有機(jī)原料。不像工廠生產(chǎn)中材料多種多樣。而且不得不考慮打印出來的東西強(qiáng)度問題。房子，車子固可以打印出來，但是否能抵擋風(fēng)雨，是否可以在路上行駛。還有精度問題，由于分層制作，存在“臺階效應(yīng)”每個層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會形成，具有一定厚度，如果需要制造對象表面是圓弧形，那么就會造成精度上有偏差。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

人們已經(jīng)使用該技術(shù)打印出了燈罩、身體器官、珠寶、根據(jù)球員腳型定制的足球靴、賽車零件、固態(tài)電池以及為個人定制的手機(jī)、小提琴等，有些人甚至使用該技術(shù)制造出了機(jī)械設(shè)備。比如，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的博士生彼得·施密特就打印出了一個類似于祖父輩使用的鐘表的物品。在進(jìn)行了幾次嘗試之后，他最終用打印機(jī)打印出了塑料鐘表，將其掛在墻上，結(jié)果，鐘開始滴答滴答地走。

3D打印技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域應(yīng)用，它可以直接生成器官結(jié)構(gòu)，打印出立體模型，醫(yī)生據(jù)此判斷、實施復(fù)雜的手術(shù)?；颊叩男呐K手術(shù)非常復(fù)雜，醫(yī)生需要根據(jù)需要選擇適合型號的醫(yī)療器械。在術(shù)前，打印出患者的心臟模型，醫(yī)生可以對患者的心臟結(jié)構(gòu)有了更精確的判斷，研究、選擇好要放置的PDA封堵器，再加上嫻熟的技術(shù)能大大提升治療成功率，使很多原本不可能的手術(shù)成為可能。三維打印機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也在隨著技術(shù)進(jìn)步而不斷擴(kuò)展。美國科學(xué)家已研發(fā)出了能打印皮膚、軟骨、骨頭和身體其他器官的三維“生物打印機(jī)”。人們還使用三維打印機(jī)來制造雕塑并修復(fù)雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三維物體并打印出了食品。

三、現(xiàn)狀

3D打印近些年來收到世界各國的關(guān)注，中國也不例外，經(jīng)常出臺相關(guān)政策鼓勵扶持其技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，就目前形勢來看，3D打印發(fā)展火熱，其應(yīng)用也非常廣泛，航天、醫(yī)療、汽車這些產(chǎn)業(yè)3D打印都有涉及。2016年3D打印行業(yè)出現(xiàn)了洗牌的跡象，老牌企業(yè)業(yè)績大幅下滑，技術(shù)創(chuàng)新不夠、工藝水平落后、價格居高不下，這是同質(zhì)化競爭導(dǎo)致的。

目前全球3D打印行業(yè)整體現(xiàn)狀處于“小而散”的格局當(dāng)中，還沒有絕對的龍頭企業(yè)和龍頭人物產(chǎn)生。既缺乏成熟的商業(yè)模式引領(lǐng)，也沒有有效打開應(yīng)用市場。原因在于3D打印技術(shù)本身不是一項替代性很強(qiáng)的技術(shù)，大家還沒有找準(zhǔn)市場定位，對于3D打印技術(shù)認(rèn)識也有誤區(qū)，這項技術(shù)也不是萬能的。“小而散”的行業(yè)格局，不利于新興技術(shù)發(fā)展。

業(yè)界的普遍共識是，誰先將應(yīng)用市場打開，誰就有可能走在3D打印技術(shù)的最前沿。目前國內(nèi)和國際3D打印行業(yè)的差距，在材料上，技術(shù)上，在生產(chǎn)工藝上還有不小的差距，但是機(jī)會還是在我們這邊，關(guān)鍵是我們能否將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級結(jié)合起來，推動3D打印技術(shù)在當(dāng)前艱巨的結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮重要的引領(lǐng)作用

四、未來的前景

從戰(zhàn)略層面看，3D打印可幫助國內(nèi)企業(yè)從設(shè)計、制造層面實現(xiàn)彎道超車。其可以規(guī)避規(guī)?；a(chǎn)的部分缺點(diǎn)如強(qiáng)周期波動、產(chǎn)品同質(zhì)化等，在某些領(lǐng)域可能成為未來“分布式制造”的基石。作為國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要一環(huán)，政策支持預(yù)期開始明朗。

指導(dǎo)教師：任碩，潘暢