3D打印技術(shù)在工程領(lǐng)域中的運(yùn)用研究

宋國強(qiáng)

(武漢城市職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430064)

1 3D打印技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 概念原理

從一定意義上來講，3D打印技術(shù)立足于數(shù)字模型文件，在具體的制作過程中通過粉末狀金屬、塑料等相關(guān)具有一定粘合性質(zhì)的材料逐層打印，以此構(gòu)造出相應(yīng)的物體。據(jù)調(diào)查顯示，通過3D打印技術(shù)成型原理的差異化特征，我們可以將其分為立體平版印刷技術(shù)、熔化沉積技術(shù)、分層激光燒結(jié)技術(shù)、逐層輪廓成型技術(shù)以及光掩膜技術(shù)5個主要類型。

戊戌維新至辛亥革命期間，變法維新的斗士譚嗣同在其《仁學(xué)》中說：“吾貴知，不貴行也。知者，靈魂之事也；行者，體魄之事也?！贝颂幾T嗣同重點強(qiáng)調(diào)了“知”。但此后這一思想被更為激進(jìn)的資產(chǎn)階級革命派所駁斥，資產(chǎn)階級革命派認(rèn)為社會變革不能等待開民智完成之后才去進(jìn)行。他們駁斥了維新派民智未開不能行革命的觀點，在“知行之辯”上強(qiáng)調(diào)“行”。章太炎說：“人心之智慧，自競爭而后發(fā)生，今日之民智，不必恃他事以開之，而但恃革命以開之……公理之未明，即以革命明之；舊俗之俱在，即以革命去之?！盵4]認(rèn)為通過“行”可以由“不知”轉(zhuǎn)化為“知”。

1.2 方法步驟

根據(jù)上文我們可以看出，3D打印技術(shù)基于現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展背景有針對性地滲透結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、圖像處理技術(shù)、自動化技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、仿真技術(shù)、材料成型、機(jī)電控制等相關(guān)技術(shù)，在實際應(yīng)用過程中凸顯出一定的數(shù)字化、信息化、立體化的特征，同時3D打印技術(shù)成本較低，不會對周邊環(huán)境造成污染，更好地迎合了國家節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)任務(wù)。相比于傳統(tǒng)的打印技術(shù)，其整體制作精度較高、周期短，能夠充分發(fā)揮出其個性特征，使用的材料也具有一定的多樣性。正是由于其上述特征，也被稱之為第三次工藝革命。3D打印技術(shù)是從快速成型技術(shù)所轉(zhuǎn)變發(fā)展形成的，具體而言，快速成型技術(shù)我們也稱之為RP技術(shù)，其利用三維走向疊加的方式實現(xiàn)產(chǎn)品的快速制造。而在日常生活中較為常見的快速成型技術(shù)包括激光束技術(shù)、電子束技術(shù)、擠出噴嘴式技術(shù)、熔融沉積法。

2 3D打印技術(shù)在工程領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

2.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械

我國著名研究學(xué)者裴進(jìn)靈對3D打印技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中發(fā)揮的重要價值進(jìn)行了深入研究，明確提出在傳統(tǒng)的機(jī)械研發(fā)過程中通常采用方案設(shè)計、方案確定、技術(shù)選擇、制作復(fù)雜件、農(nóng)機(jī)試驗、后期改進(jìn)等相關(guān)的模塊，整體較為復(fù)雜，對工藝及設(shè)計方法要求較高。在這樣的背景下，通過有效引入3D打印技術(shù)能夠改變傳統(tǒng)的制造模式、制造方法，相關(guān)技術(shù)人員也不用過多地思考工藝的科學(xué)性、可行性，同時也省去了生產(chǎn)制造活動開展前模具創(chuàng)作這一環(huán)節(jié)。

2.2 機(jī)械工程

3D打印技術(shù)在機(jī)械工程中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?；诮饘倭慵?D打印技術(shù)發(fā)展曾光等研究學(xué)者明確提出將3D打印技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械工程，然后快速形成設(shè)備及裝備，在條件允許的情況下也能夠制作出鈦合金結(jié)構(gòu)。與此同時，國家相關(guān)管理部門也針對3D打印技術(shù)在機(jī)械工程中的運(yùn)用提出了973計劃、863計劃以及“十五”“十一五”預(yù)研項目。眾所周知，金屬零件的3D打印技術(shù)在目前社會中仍然屬于先進(jìn)技術(shù)，相比于其他發(fā)達(dá)國家，我國整體起步時間較晚、發(fā)展較為緩慢，在后期的研究過程中應(yīng)當(dāng)著重考慮性價比問題，解決成型零件尺寸不符，與傳統(tǒng)加工技術(shù)脫節(jié)等相關(guān)的實際問題。

微電網(wǎng)運(yùn)行與控制IEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展與分析//張建華,史佳琪,鄭德化,別朝紅,欒文鵬,馬文媛,劉陽//(24):1

相關(guān)研究學(xué)者申明亮基于水利工程進(jìn)行了3D打印技術(shù)的深入研究，尤其是針對溢流堰面特殊部位，通過一定的方式方法分析其表面的曲線輪廓，通過3D打印的方式總結(jié)了具體實施步驟及重要環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步凸顯3D打印技術(shù)在水利水電工程中的重要現(xiàn)實意義及作用。根據(jù)相關(guān)的實踐調(diào)查研究我們可以看出，大多數(shù)水利水電工程整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，形勢多變，施工難度較大，不管是建設(shè)單位還是施工單位，都必須耗費(fèi)大量的時間和成本，因此即便工程完工，或多或少也會存在一定的質(zhì)量問題。在這樣的背景下，積極引入3D打印技術(shù)能夠有針對性地切實解決水利水電工程在施工環(huán)節(jié)面臨的一系列問題和困境。值得注意的是，在具體的設(shè)計實施過程中，打印的厚度必須根據(jù)施工的實際需求科學(xué)合理地把控，目前部分先進(jìn)的設(shè)備設(shè)施已經(jīng)能夠打印出5 mm左右的混凝土層。3D打印技術(shù)在水利水電工程中的實施由于其精準(zhǔn)度較高，整個過程標(biāo)準(zhǔn)化、嚴(yán)格化，主要采用打印機(jī)進(jìn)行工程的設(shè)計，在很大程度上規(guī)避了環(huán)境污染，也是目前使用較最多的綠色環(huán)保方式。

2.3 水利工程

（1）鼓勵課堂上的良好習(xí)慣。利用正面的支持和強(qiáng)化來相對弱化課堂上的不和諧因素，使學(xué)生在正面力量的感染下，積極向良好的行為習(xí)慣靠攏。

2.4 醫(yī)學(xué)工程

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，3D打印技術(shù)在人體器官模擬制造、仿生制造、手術(shù)導(dǎo)板、假肢個性化植入、支架制造等生物醫(yī)學(xué)行業(yè)都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。川大的周長春教授立足于我國醫(yī)學(xué)行業(yè)發(fā)展的實際需求，有針對性地滲透融入了3D打印技術(shù)，尋求其在生物工程中的重要作用。其明確提出3D打印技術(shù)通過體外器官模型能夠進(jìn)一步提高手術(shù)水平，節(jié)省醫(yī)療成本及時間成本，醫(yī)護(hù)人員在進(jìn)行診斷時利用3D打印技術(shù)能夠快速找到病灶所在，整個過程高效直觀。與此同時，3D打印技術(shù)在進(jìn)行假肢的制作時，能夠充分凸顯出其個性化，甚至可以為患者量身定做，極大程度地提高了患者的滿意度、舒適度。

2.5 生物工程

SLA技術(shù)作為3D打印技術(shù)的重要組成部分，其通過液態(tài)光敏樹脂作為主要原材料，具有一定的高性能、高精度等優(yōu)勢和特征，也是目前社會中較為常見、使用的打印技術(shù)之一。對于生物工程而言，利用3D打印技術(shù)實施工程設(shè)計的主要原材料包括去光敏分子修飾形成的PPF、PLA、蛋白質(zhì)、多糖等等高分子材料。研究學(xué)者認(rèn)為，3D打印技術(shù)中的SLA技術(shù)在具體使用過程中引入了多孔支架這一原理，其在一定程度上與松質(zhì)骨具有一定的相似力學(xué)特征。

3 結(jié)語

綜上所述，3D打印技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)械工程、水利工程、醫(yī)學(xué)工程、生物工程都有著極其突出的優(yōu)勢價值，其能夠節(jié)省構(gòu)建的技術(shù)成本，優(yōu)化技術(shù)理念，同時也能夠精簡工程加工的具體模具。眾所周知，在工程領(lǐng)域發(fā)展過程中，模具一直占據(jù)著重要的地位，不管是設(shè)計應(yīng)用還是后期的修改都必須耗用大量的資金資源。在這樣的背景下，通過引入3D打印技術(shù)減少了這一環(huán)節(jié)的成本支出，從而增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，3D打印技術(shù)在現(xiàn)代社會已經(jīng)逐漸滲透到人們的日常生活和工作中，從最初的高精端軍工發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟惿畋匦杵返募庸ぃ瑢ξ覈鴤鹘y(tǒng)加工制造業(yè)起到一定的促進(jìn)作用。