基于3D打印技術在工程領域中的運用分析

趙家松 楊發(fā)展

摘? ? 要：3D打印技術是未來將要進行一場技術革命，雖然我國的技術在不斷的發(fā)展進步，但是就目前我國3D打印技術的發(fā)展現(xiàn)狀來看，3D打印技術仍需要不斷的完善，本文主要探討了3D打印技術在工程領域的應用。

關鍵詞：3D打印技術;工程領域;運用

3D打印技術徹底打破了傳統(tǒng)打印技術的定義，并且普遍應用在各個領域。在應用過程中，就使3D打印機的制造與耗材研究供應、軟件計算模擬等方面的技術不斷成熟。

一、3D打印技術在工程領域中的應用現(xiàn)狀

3D打印技術已經(jīng)廣泛的應用到工程的各個領域中發(fā)展較好的主要為組織工程、建筑工程以及醫(yī)藥工程。航天工程對于3D打印技術的應用最早是在NASA中實現(xiàn)的，并且成功制造了基于3D打印技術而成像的望遠鏡，為3D打印技術在航天工程上的應用打下了基礎。我國在NASA上有探索3D打印火箭噴射器方面的研究，并且已經(jīng)取得了較好的成效。同時3D打印技術在航空工程領域也有較大的進展，我國基于3D打印技術研制出了空間在軌3D打印機，為航天員在空間實驗提高了效率，推動了我國航天事業(yè)的進步。

3D 打印技術在建筑工程上不僅僅體現(xiàn)在打印房屋建筑零部件材料上，目前已經(jīng)能夠實現(xiàn)通過相應型號的3D打印機，打印出完整的建筑。而且這項技術在2014年已經(jīng)實現(xiàn)，實際打印出了1100平方米的別墅與一棟6層的居民樓，并且打印的油墨是由建筑垃圾提供。利用3D打印技術來打印建筑，能夠極大的提高建筑工程的工作效率。

3D打印技術在醫(yī)藥工程上的應用，推動了醫(yī)學的進步。利用3D打印技術來打印肝臟、脊髓、心臟、頭蓋骨以及手掌等，甚至可以打印血管，而且其在實際手術中起到了良好的效果，已經(jīng)有很多成功的案例。除此之外，3D打印技術在打印藥物上也取得了良好的效果，避免了藥品在存儲過程中發(fā)生變質的問題。

二、3D打印技術在工程領域的應用

（一）在農(nóng)業(yè)機械方面

在以往的農(nóng)業(yè)機械研發(fā)過程，包括方案的設計與確定、確定技術，對于復雜件的設計以及農(nóng)機的試驗和改進等步驟，而3D打印技術的應用能夠顯著的改善農(nóng)業(yè)機械的研發(fā)效率。應用3D打印技術可以不用考慮工藝的可行性，同時省去了制造模具的環(huán)節(jié)。

（二）在機械工程方面

我國已經(jīng)將金屬零件3D打印技術列入了973計劃、863計劃，在總裝“十五”和“十一五”預研中也對此項目進行研究。王華明教授帶領團隊研發(fā)出了同軸送粉激光快速成形技術及其裝備，并且研制出一系列鈦合金結構件。但是隨著研究的推進，3D打印技術的問題也在凸顯出來，作為先進的制造技術，在制造金屬零件上，目前還存在著性價比不高，制成的零件尺寸較小，而且和傳統(tǒng)技術之間差距較大。

（三）在水利工程方面

3D打印技術在水利工程應用上具有很大的優(yōu)勢，申明亮等人對溢流堰面特殊部位計算表面曲線輪廓，進行3D打印技術實驗，經(jīng)過實踐的研究表明，水利工程的施工結構相對復雜，施工難度較大，而且花費的時間及成本較大，工程質量難以保證，而3D打印技術在水利工程上的應用，能夠有效的解決上述問題。利用3D打印技術來澆筑水利工程的混凝土構件時，混泥土通過3D打印機的噴嘴疊加二噴出成型，但是打印厚度是關鍵問題。3D打印技術在澆筑時，會嚴格遵從施工圖紙來進行，施工的精準度較高，而且3D打印機技術能夠在一定程度上避免粉塵、噪音、水體污染，符合目前我國對施工綠色環(huán)保的要求。應用3D打印技術澆筑混泥土，能夠加大混凝土的抗壓程度。

（四）在醫(yī)藥工程方面

3D打印技術已經(jīng)普遍用在人體器官的模型制作上，也廣泛用于仿生模型制造、個性化植入體制造、生物器官打印、手術導板及假肢設計等生物醫(yī)學工程中。在醫(yī)學上使用3D打印技術，能夠有效提高醫(yī)學診斷效率，而且在體外器官模型制作上，對實際手術有一定的指導意義，能夠提高診斷和手術的水平，達到既省時有省力的目的。3D技術在假肢的制作上，能夠滿足患者的個性化要求，能夠實現(xiàn)量身制作，這樣患者使用假肢的舒適度就會提高。在植入性的器官制作上，3D打印技術的應用，不僅能夠提高精準度，而且能夠實現(xiàn)克隆。經(jīng)過實踐研究，利用牛耳細胞，通過3D打印機能夠打印出人造耳朵，這項研究可以用于先天耳朵發(fā)育畸形的兒童器官的移植。利用3D打印技術還能夠實現(xiàn)與肝組織相似的結構藥物的解毒藥物模型，由此可見，3D打印技術在醫(yī)藥工程上具有重要的應用價值，我國的科研人員要加大研發(fā)力度，為人們健康謀福祉。

（五）在生物工程方面

3D打印技術在以液態(tài)光敏樹脂為打印原料的 SLA 技術是目前研發(fā)的最成熟的技術應用，這項技術在實際應用中性能非常穩(wěn)定，而且精準度極高，制作的產(chǎn)品力學強度高。它使用原料為高分子材料，包括光敏分子修飾的 PPF、聚碳酸酯以及多糖等天然高分子等，目前有研究顯示 SLA 技術制作的多孔支架，其力學性質和人的松質骨相似。

三、結論

3D打印技術在工程領域的應用，在機械制造工程方面，免去了模具制造所需的人力物力，能夠在一定程度上節(jié)約工程成本。在工程建設方面，能夠在提高工程質量的同時，加快工程進度。在醫(yī)藥工程方面，能夠滿足患者的個性化需求，降低生物器官組織替換的成本資源。3D打印技術正在向人們生產(chǎn)生活的各個領域推進，并對傳統(tǒng)加工制造工業(yè)產(chǎn)生一定的影響。

參考文獻：

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作者簡介：趙家松（1993.10-）男，瑤族，廣西桂林，學歷：碩士研究生，研究方向：機械設計制造及其自動化。