3D打印技术的发展及应用

王慧

【摘 要】3D打印是通过三维绘图软件建模，并逐层打印的方式来实现三维立体成型的快速成型技术。本文针对3D打印的特点、应用领域及前景进行了综合分析，介绍了3D打印相比传统制造业来说的优势、缺点，3D打印在目前行业中的需求情况，并对其未来的前景进行展望。

【关键词】3D打印；快速成型；优势；不足；应用领域

3D打印作为材料成型（快速成型）领域中的一种新兴技术，正在快速的走进人们的生活，并且在不久的将来它会像互联网技术一样改变人们的生活。3D打印技术被誉为“第三次工业革命”，已经引起全世界的广泛关注。

1 3D打印概述

3D打印（3 Dimensional Printing，3维打印）的学名叫增材制造（material additive manufacturing）是快速成型技术中的一种，是指将材料一次性熔聚成型的快速制造技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印并叠加不同形状的连续层方式来构造三维的任何物体[1]。

2 3D打印的特点

3D打印作为一种新兴的技术，与传动的制造技术相比具有以下特点：

2.1 应用优势

2.1.1 制造工艺简单

传统的制造业中，无论哪种成型工艺都离不开模具，而且制造工艺纷繁复杂，3D打印借助CAD绘图软件，将图形转换成实体，不仅省去了模具的制作，还大大减少了成型工艺的步骤，使得成型变成了一件简单的事，而且3D打印把三维降成二维，打印的过程简单，可以打印形状复杂的物件，便于实现个性化设计。

2.1.2 精度高

对于目前的技术来说，3D打印可以将零件的精度控制在0.3mm以下，这完全可以满足大部分零件的加工要求。对于精度要求较高的零件，可以大大减少加工余量，节约成本的同时也缩短了加工时间。3D打印还采用了自上而下的堆叠形式，形成自然无缝对接，结构之间的稳固性和强度要远远高于传统成型方法。

2.1.3 打印材料的多样性

一台3D打印机对应的打印系统通常可以打印不同的材料，比如金属、塑料、石料等。截至 2011 年年底，著名的3D打印成型公司— Objet公司的3D打印材料就已经达到了65 种之多[2]，这也是3D打印广泛应用在各领域的重要原因之一。

2.2 不足

2.2.1 成本高

3D打印的价格是导致3D打印技术得不到大规模应用的主要因素之一。对于国内市场来说，很多东西比如3D打印设备上的主要零部件和材料都需要依靠进口，而且后期的技术维护的成本也很高。以北京隆源自动成型系统有限公司为例，其售价100多万元的3D打印设备需要进口的有10万元的激光器、20万元的光学振镜和近2万元的控制电路。另外，该公司每年还得支付十几万元的软件服务费给欧洲的一家公司[3]，所以从成本上来说3D打印短时间内还无法替代传统制造业。

2.2.2 打印材料的局限性

3D打印的材料是限制3D打印技术广泛应用的关键因素。3D打印材料目前已研发使用的有工程塑料、光敏树脂、橡胶、金属、陶瓷等，由于3D打印设备打印原理的特殊性，所以与普通的打印材料相比3D打印材料的形态一般为粉末状、丝状、层片状、液体状，再加上3D打印技术的特殊性，要求材料的性能也比一般材料性能要求高，所以需要对这些材料进行单独研究。虽然有一部分3D打印材料已研究出来并应用，但相比较国外来说我国对于3D打印材料的研发以及生产企业很少，很多材料特别是金属材料基本上全部依靠进口，这无形之中提高了3D打印的成本。

2.2.3 操作技能的限制

3D打印技术的第一步是要绘制出零件的三维图，通过转换软件转换成相应的格式后，才能送入打印机打印，所以操作者要求具备熟练的三维绘图软件的操作，但是根据目前的情形，能够熟练掌握三维绘图软件的人比较少，这有成为限制3D打印发展的又一个重要因素。

2.2.4 3D打印机本身的限制

3D打印机的大小决定着3D打印零件的大小，现如今应用的3D打印机都是中小型的，所以对于一些大型零件来说是无法实现3D打印的。另外3D打印无法实现薄壁件的打印，这些因素也限制着3D打印技术的发展。

3 3D打印的应用

3D打印近年来取得了很大的发展，它的出现对于传统制造业有很大的抨击作用，使得很多工程师和制造厂商甚至学校都转换了视角。著名的《经济学人》杂志描述3D打印的前景是一种新型的生产方式，能够促成新的工业革命[4]。能够得到如此高的评价并不仅因为3D打印是一种新起的技术，而是由于其应用领域之广，基本上覆盖了我们生活的方方面面。从美国专门从事3D打印技术咨询服务的Wohlers Associates在2012年度报告中可以看出分3D打印技术在消费电子（个性化消费）、汽车、医疗、航空航天等领域已经有了一定的市场需求[5]。其中在医疗特别是医学牙科以及航空航天业的发展最快，当然随着3D打印技术的不断发展，打印速度更快、打印精度更高，打印材料更多，那么3D打印技术将会被运用到越来越多的领域中来。3D打印在各应用领域的产业化规模及应用类型见图1所示。

4 结束语

3D打印是一个非常有前景的新兴产业，随着三维绘图软件的不断创新与发展，3D打印技术将会影响着我们生活的方方面面。3D打印技术的兴起对我们来说是机遇也是挑战，不管国内还是国外，我们都有很多的技术丞待解决，比如说打印速度、精度、打印材料、打印设备的大小以及如何实现设计软件与生产软件的无缝对接等。只有做好这几方面的创新及改善才能为3D打印的普及提供条件。

【參考文献】

[1]3D打印将带来制造业的革命[J].尚普咨询，2013（5）.

[2]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷，2012（9）.

[3]邓超.没长大的3D打印[J].创业家，2012（12）.

[4]余冬梅.3D打印：技术和应用[J].金属世界，2013（60.

[5]Wohlers Associates Inc.Wohlers report 2012[R].2012.

[6]杨永强，叶梓恒，王迪，等.3D打印设备国内产业化可行性分析[J].新材料产业，2013（8）.

[责任编辑：田吉捷]