3D打印技术应用现状及其在农业中的发展前景

马晓伟　刘彩霞　陈小文　姚淑姣　张天柱

摘要 随着科技日新月异的发展，3D打印技术的重要性逐渐显现，无论是在工业、建筑业还是在医学、食品业方面都已经开始展现出其省时省力、精确度高的技术特点，预计3D打印在农业生产发展中将会产生巨大的推动作用。本文在分析3D技术应用现状的基础上，从农业会展、农业机械研发2个方面阐述了3D打印技术在农业上的应用，并对3D打印技术未来的发展趋势以及在农业中的发展前景进行了展望，以期為进一步促进我国农业发展提供参考。

关键词 3D打印技术；应用现状；农业；发展前景

中图分类号 TP391.7 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）20-0253-02

Abstract With the rapid development of science and technology in the world，3D printing technology has also begun to occupy more and more weight.Whether in industry，construction industry or medicine，food industry，3D printing technology has begun to show its time-saving and high precision technical characteristics.It is expected that 3D printing technology will have a huge impetus in the future development of agricultural production.Based on the analysis of the application status of 3D printing technology，this paper expounded the application of 3D printing technology in agriculture from two aspects of agricultural exhibition and agricultural machinery research，and forecasted the future development trend of 3D printing technology and the prospect of its development in agriculture，in order to provide necessary reference for further improving the sustainable development of China′s agriculture.

Key words 3D printing technology；application status；agriculture；development prospect

3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。与传统的去除型制造不同，3D打印无需原胚和模具，能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，满足个性化需求[1]。中国自古以来就是农业大国，农业在我国生产力发展中也一直发挥着非常重要的作用，如果将3D打印技术与现代化农业生产相结合，不论是农业展览还是农业的科学专利研发，都将会迎来一场前所未有的大革命，3D打印在未来农业生产发展中将会产生巨大的推动作用。将3D打印技术运用到现代化农业生产中，不仅提高了农业会展上建筑设施模型的呈现质量，还进一步加快了农业机械的研发和制造，为农业发展提供了很大的动力[2]。

1 3D打印技术应用现状

3D打印实质上就是一种快速成型技术，它以三维数字模型文件为基础，运用金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。

目前，3D打印技术在医学领域已经可以按患者要求来提供相应部位的打印器官，在生活中，3D打印义肢技术已经非常成熟，并得到了广泛应用。美国生物科技公司Orga-novo曾利用细胞3D打印技术，在细胞培养基座中打印出肝脏所需的细胞组织，但是这个肝脏细胞在经过打印后会失去活性，变成死细胞。

文物对于国家来说是悠久历史文明的象征，但古老的文物也是非常珍贵且很容易受到损害的。为了确保历史文物的完好性，利用3D打印技术可以制作出与其外貌特征几乎一致的实体模型以供参观展览。蜂鸟发现（北京）科技有限公司成立于2017年4月，是一家专门致力于提供3D打印服务的企业，他们的产品曾参加过多个文物展览活动和节目，用3D产品代替文物从而达到保护文物的目的，当然这与他们高超的后期打磨喷色以及细节处理技巧都是分不开的。

在建筑业的应用可以算是3D打印技术使用最大化的表现，用3D打印技术建造房屋等建筑，不仅省时省力，建筑规格的精确度也进一步得到了提高。2014年8月24日，上海张江高新青浦园区内交付使用了10幢3D打印建筑。该建筑是按照电脑设计的图纸和方案，经1台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成，10幢小屋的建筑过程仅花费24 h，建筑墙体则是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”喷绘而成。

尽管目前我国3D打印技术与产业已经取得了长足发展，形成了一批具有较强竞争力的优势企业、高校和院所，但在推动产业高端化发展进程中，仍然存在一些不容忽视的问题，如整体市场容量尚小、缺少原创性的3D打印新技术及装备、应用宽度和深度不足等。

2 3D打印技术在农业上的应用

2.1 农业会展方面

2018年5月，北京军事博物馆举办了科技周展览节，在众多的科学技术展览中，3D打印占据了一席之地。例如，中国海洋研究所战士的深远海探测体系与研究平台、世界首套单体最大煤制油师范装置和中集来福士“蓝鲸1号”海洋可燃冰采集平台等多项科研技术的展示都应用到了3D打印技术，这才能够将每个研究项目的科学构造和运行原理清晰地展示给人们。此外，凌云临近空间高超声速通用试飞平台也是通过3D打印模型组合起来的沙盘，把我国超音速飞机从生产到试飞运行的各个研发阶段十分详细地展现出来，在促进军民科技一体化的同时，也激发了更多科学爱好者学习和研发的动力。

目前，我国农业会展业仍处于起步阶段，其数量、规模、水平及技术应用等都非常滞后[3]，加之农产品生产周期长、不易保鲜和运输，以及农业技术成果涉及环节多、效果难以现实展示等，而针对此现象，3D打印技术就起到了很大的作用。利用3D打印快速成型的特点，可以将农业会展上所需的模型建筑设施等进行等比例缩放，然后打印出实体模型，再通过沙盘模型组给人们带来一揽全局的视觉感受。

2.2 农业机械研发方面

先进的农业机械在研发时常常遇到一次性样品生产、单件制造和零件种类多等高成本难题，以及关键零部件结构复杂、制造难度大等技术难题。对传统的生产制造而言，数量与成本成反比是在研发中亟须解决的问题。农业机械样机试制中有许多一次性样品生产、单件制造以及形状结构复杂的零件需要做锻模或铸模，模具费用相当高，尤其是精密铸造件开一次炉要求具备成千上万件的数量规模。而3D打印应用于农业机械研发中，可以使设计模型更加简明扼要；可以使研究中零件的三维实体设计更容易变为实物；可以有效缩短样机试制周期；可以在短时间内改进、制造、替换田间试验故障零件；可以快速更改技术细节，提高生产效率[4]。

精密播种机是农业机械中要求制造精度较高的一种机具。气吹式精密播种机的风嘴曲面形状、尺寸直接影响精密播种的效果。在研究设计中，通过比较敞口式、三段式和栅栏式出风口对风速的影响，得出栅栏式出风口的轴向风速分布比较均匀的结论。但是传统的加工制作需要制作二维图，并标注详细的1万件以上的数量规模，既不现实，难度也非常大。因此，山西省农业机械化科学研究院利用3D打印辅助制造技术实验室的HTS-400型快速成型机，对风嘴进行设计和制造（成形材料为ABS塑料），仅用时3 h，成本7.2元，便将风嘴零件打印出来，形状、精密度都十分完美[5]。

3 3D打印技术发展趋势及在农业中的发展前景

3.1 提高市场竞争力，促进生产力发展

应用3D打印技术不仅能扩大市场规模，提高销售总额，还能满足人们的个性化需求和企业的低成本需求。该项技术的引入不仅能够缩短产品生产周期、降低产品开发风险、提高产品质量，还能让材料进行无限组合，为公司生产出优质、美观、个性的产品，甚至颠覆商品市场的应用和规模，大大提升产品的市场竞争力[6]。

3.2 为农业发展注入新的活力

3D打印的兴起为我国农业发展注入新的活力，但是人人都了解3D打印是一种增材制造技术，却并不知道3D打印技术与现代制造业的衔接点，以及对软件、材料、精度的标准与要求。这就需要加大专业人才的培训力度，普及3D打印在行业中的应用，创新教育培训，为客户提供3D打印实验室的建设、课程开发和教育培训；提供3D打印技术在一体化制造上的应用与培训；提供3D打印技术在物联网结合方面的教育培训；提供3D打印技术在农业科普教育，如农业科学知识、农业科技、农用工具等创新技术应用方面的培训，包括软件、硬件、应用、材料及质量体系等一系列创新发展。

3.3 设计空间无限

农业生产和研发受制于传统的制造能力。3D打印可以突破极限，开辟巨大的设计研发空间。3D打印不仅可以创新农业机械的设计研发，而且可以扩展设计者的创造性思维[7-8]。3D打印行业在兼顾职业领域的同时，更要追随科学发展的前进步伐，应该多与虚拟现实、AI等新兴科学技术相结合，在不久的将来一定能取得更多、更高的成就。

4 参考文献

[1] 刘红光，杨倩，刘桂锋，等.国内外3D打印快速成型技术的专利情报分析[J].情报杂志，2013，32（6）：40-46.

[2] 张丽.化工材料在3D打印领域的应用与发展[J].化学工业，2017，35（2）：37-41.

[3] 李莉.浅谈农业会展对发展农业的积极意义[J].河南农业，2011（7）：63.

[4] 孙聚杰.3D打印材料及研究热点[J].丝网印刷，2013（12）：34-39.

[5] 王宏仪，托娅.关于3D打印机制作小尺寸建筑模型中存在问题的一些思考[J].中小企业管理与科技，2014（1）：226.

[6] 王忠宏，李扬帆.3D打印产业的实际态势、困境摆脱与可能走向[J].改革，2013（8）：29-36.

[7] 基于3D打印技術的农业机械研发及应用[EB/OL].（2015-07-24）[2018-06-02].https：//wenku.baidu.com/view/d20396ae2f60ddccda38a0

e5.html.

[8] 黄贤页，郝彦琴.3D打印技术在工程领域中的应用[J].南方农机，2017，48（2）：188.