淺析3D打印技術(shù)在納米材料中的應用

周鋆寬

摘要 隨著經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印這一新型技術(shù)也正在迅猛發(fā)展，并廣泛地應用于生活、工程設(shè)計等各個方面。同時，正在以新生之勢發(fā)展著的納米材料也應用較為廣泛，以其微小卻能量大的獨特性質(zhì)受到追捧。而將3D打印技術(shù)與納米材料相結(jié)合，將成為科技領(lǐng)域的一大成就和潮流。本文則是從3D打印技術(shù)在納米材料中的應用入手，簡要分析3D打印技術(shù)的創(chuàng)新性、在納米材料中的具體應用、應用優(yōu)勢以及為其帶來的影響，以期為3D打印技術(shù)在納米材料中的深化應用提供參考。

關(guān)鍵詞 3D打印技術(shù)；納米材料；應用優(yōu)勢；影響

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）17—0056—01

眾所周知，在科學技術(shù)不斷發(fā)展的當代，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)無疑是科技領(lǐng)域的又一次革新，它被譽為“第三次工業(yè)革命重要標志之一”。與此同時，納米材料近幾年的發(fā)展也是不容小覷，納米材料成功應用在人類的衣食住行等方面，更是被預言為是當今世界最有發(fā)展前景的決定性技術(shù)材料。但納米材料的應用存在著單一性、數(shù)量少等局限性。因此，3D打印技術(shù)以其多樣性、豐富性彌補了這一缺陷。二者完美契合，必定會為技術(shù)產(chǎn)品帶來新面貌。

1 3D打印技術(shù)的概況

1.1概念及原理

簡單來說，3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，在國外它被稱為“增材制造”。其原理是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運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，并且可以把復雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列的二維制造的疊加。

1.2發(fā)展及特點

據(jù)了解，3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程大致如下：1984年的數(shù)字資源打印成三維立體模型技術(shù)、1993年創(chuàng)造出的7三維打印技術(shù)（3DP）、1996年第一次使用“3D打印機”、2005年世界上第一臺離精度彩色3D打印機——Spe。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)打印技術(shù)最大的區(qū)別在于適應的材料上，傳統(tǒng)的打印機使用的無外乎是墨水等原料，而如今的高科技3D打印技術(shù)依賴于基于計算機科學的CAD技術(shù)，通過預先的CAD設(shè)計，繼而在打印過程中完成一系列的數(shù)字切片程序；再將這些信息傳入到計算機，其次在打印機中進行分層打印，最后將這些分層打印出來的薄片傳送給打印機直至其堆疊出來一個成型的物體。

2什么是納米材料

納米材料就是在100nm以內(nèi)的空間內(nèi)從微觀粒子的角度對材料進行加工和修飾，這些粒子包括分子、原子和離子等，這種材料與傳統(tǒng)宏觀意義上的材料不同。近些年來，納米材料如雨后春筍般地涌現(xiàn)出來，廣泛地應用于醫(yī)療等領(lǐng)域。而這都歸功于納米技術(shù)的高速發(fā)展，納米技術(shù)的發(fā)展“刷新”了人們對物質(zhì)世界的傳統(tǒng)認知。納米材料具有表面效應、小尺寸效應以及量子隧道效應等，融合了物理學中力、光以及電磁等技術(shù)，具備催化的性能。由此不難看出，納米材料在21世紀將有著最廣闊的應用前景。

3 3D打印技術(shù)應用在納米材料中的優(yōu)勢

1）精細性。3D打印技術(shù)依托于計算機，將復雜的三維設(shè)計轉(zhuǎn)化為實物模型。納米材料中的細微粒子正是基于其自身的小尺寸特點產(chǎn)生巨大效應，3D打印技術(shù)融入其中，可增加納米材料的光、電、熱等獨特功能，從精準細微出發(fā)，可有效縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

2）多樣性。3D打印技術(shù)擁有多樣化的材料，可以滿足納米材料在發(fā)展中的復雜要求，從而使納米材料獲得更多如反射、催化等意想不到的高性能特點，增加了其附加值。

3）循環(huán)性。3D打印技術(shù)中的可循環(huán)利用特性為納米材料帶來了福利。據(jù)了解，納米在抗菌、保鮮、除臭等方面有著重要功效，而3D打印技術(shù)利用循環(huán)性，正好可以延長納米材料的使用壽命，增加其使用值，為社會生活做出更多貢獻。

4）環(huán)保性。3D打印技術(shù)在環(huán)保方面最主要的表現(xiàn)為節(jié)能、毒素排放量少且功耗消耗較少。由于3D打印技術(shù)來自于電力供電，又因為其精確度高。所以在能耗的使用上，能夠最大程度地優(yōu)化資源，避免浪費和污染環(huán)境。近年來，運用納米技術(shù)研發(fā)的復合稀土化合物，其粉體作用可以凈化汽車尾氣?？梢娫谶@一點上納米材料與3D打印技術(shù)不謀而合。二者的融合會進一步減少污染氣體排放量，有效地優(yōu)化資源，避免資源浪費帶來的環(huán)境污染。由此不難看出，二者結(jié)合非常完美。

4 3D打印技術(shù)對納米材料的影響

1）3D打印技術(shù)促進了納米材料成本的降低。納米材料在諸多方面運用得十分廣泛，而細微納米粒子雖小但能量大。3D打印技術(shù)因其自身的精準度可以大大避免材料浪費，從而使每一顆納米粒子都得以成功發(fā)揮作用。例如利用納米材料，在玻璃或墻面涂上納米薄層，進行白潔，且還可有效吸收對人體有害的紫外線。3D打印技術(shù)在最開始計算玻璃或墻的精確度，使測量精準，不浪費每一顆納米粒子，從而降低成本。

2）3D打印技術(shù)促進了納米材料設(shè)計技術(shù)的革新。3D打印技術(shù)的運用加快了納米材料的設(shè)計進程，使得納米材料在設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域不斷發(fā)展與完善。簡單舉個例子來說，納米材料制成的納米陶瓷對汽車、飛機等交通工具的發(fā)動機部件有著重要作用，可有效提高發(fā)動機的功率。將3D技術(shù)應用于納米材料的設(shè)計中，更是將高科技與制造業(yè)設(shè)計的結(jié)合推向了一個新的高度，加快了納米技術(shù)產(chǎn)品制造的發(fā)展與創(chuàng)新。

3）3D打印技術(shù)有利于縮短納米材料制作周期。3D打印技術(shù)本身具有快速性、精準性，在納米材料制成品中更是大有益處。通過3D打印技術(shù)準確地計算所需模型材料，并且大大地縮短了納米材料的制作周期。與傳統(tǒng)的材料設(shè)計相比，3D打印技術(shù)下往往將信息輸入進去，一個“回車”發(fā)送指令，就可以在很短的時間內(nèi)完成納米材料的制作。例如納米材料做的無菌餐具、無菌食品包裝用品，將其結(jié)合3D打印技術(shù)，既可以有效縮短生產(chǎn)周期，又可以物盡其用，有益于資源合理配置。

4）3D打印技術(shù)促進納米材料應用的人性化發(fā)展。由于3D打印技術(shù)可以通過模型的設(shè)計轉(zhuǎn)化為實物模型，以此來最大程度上滿足納米材料應用的設(shè)計者及使用者的需求，改變了一般意義上的死板設(shè)計。例如，利用納米材料技術(shù)制成的微型機器人，首先運用3D打印技術(shù)勾勒三維模型，精準機器人的一切尺寸，通過計算機轉(zhuǎn)化為實物模型。并且此納米機器人可疏散病人腦血管中的血栓，清除其心臟動脈內(nèi)的脂肪和沉淀雜質(zhì)物，成為人類健康生活的小助手。

5結(jié)論

總而言之，3D打印技術(shù)具有很好的發(fā)展前景，并且隨著3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，納米材料的應用進程必將呈現(xiàn)出更加快速度的發(fā)展。但是，目前該技術(shù)在納米材料的應用方面仍然存在著諸如3D打印機本身成本較高、環(huán)保不完善等缺陷。不過我們相信，3D打印技術(shù)終將會克服這些弊端，在未來的某一天定然能夠看到更加完善的3D打印技術(shù)，為納米材料的應用乃至人類社會帶來更大的經(jīng)濟效益與社會效益。