3D打印技术及应用趋势研究

强邵雯

摘 要：3D打印技术是快速成形技术的一种，通常是运用数字材料打印机来实现。就目前的情况来看，该技术已经被运用到了产品的直接制造过程中，得到了不断的发展和普及。本文主要从3D打印技术和3D打印机，3D打印技术的应用两方面的内容进行了阐述。

关键词：3D 打印技术 应用趋势

中图分类号：TG669 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0096-02

在短短的几年时间内，3D打印机在我国已经取得了很大的发展进步，被广泛地运用到飞机零件、珠宝、医疗行业等各类产品制造全过程中。目前，3D打印技术已经得到了国内外专业研究人员、知名企业的接受和认可。3D打印技术作为一项具有变革意义的新技术，它的出现和普及也许会引发第三次工业革命的到来，在各领域应用中发挥着更大的作用。

1 3D打印技术和3D打印机

单从字面意思上来看，3D打印技术和3D打印机并没有多大的区别，但事实上它们两者之间有着很大的区别。3D印刷是一种立体印刷，主要是对人眼间距进行模拟，从而出现空间差，然后把各角度、各层次的像素在感光材料上记录下来，再通过光栅材料，将二维平面图以三维立体的形式呈现出来，在这一过程中，人们不需要使用任何工具设备，直接用眼睛就可以观察到立体的图像[1]。而3D打印技术主要指的是使用光固化和纸层叠等技术，再借助电脑，将各种“打印材料”层层叠加，将电脑上的蓝图转化为实物。3D打印技术最显著的优势是，不需要任何的模具设备，也不需要经过任何机械的加工，各种形状的零件都能够直接从计算机数据中生成，大大减少了产品研制生产的时间，节约产品生产成本，提高产品生产质量和效率。3D打印技术的工作原理如下。

1.1 以三维打印技术为基础的3D打印机

该技术在3D打印机的运用，首先需要原料存储的地方提供一些原材料粉末，将这些原材料加工成很薄的一层，然后打印机会加工的区域推送一种私合药品。这时，当原材料粉末和药品相遇的时候就会牢牢连在一起。在加工的每一环节中，每一层完成加工之后，加工平台就会自动下降，加工的时长、形状等全部由切片控制，直到真实的物体被打印出来为止。三维打印技术的主要优势是，不一定要在工厂才能完成操作，人们可以根据自己的需要，随时随地进行放置。值得注意的是，当打印的全部工序被完成之后，应该将剩余的粉末清理干净，只有这样，才能够获得真实的立体物体[2]。

1.2 以熔融沉积制造技术为基础的3D打印机

该技术的主要工作原理是：将由CAD生产的实物数据由控制软件处导入，经过相应处理之后生产热喷头和支撑材料，接着热喷头会根据三维截面轮廓，在电脑软件的控制下做相应的运动，热塑性材料会经过供丝结构传送到热喷头，在热喷头内被快速的加热直至熔化，同时喷洒于工作平台上，在工作平臺上使其冷却，并形成0.1mm厚的薄片，即3D打印截面。通过这样的方式，来获取想要得到的物体[3]。

2 3D打印技术的应用

3D打印技术作为一种新型的模拟技术，同普通的机械加工技术存在着很大的不同，3D打印技术在很多领域都取得了很大的发展和应用，被国内外各界人士所接受。3D打印技术能够制作出各种精密度高的各种产品，尤其是在欧美等等经济发达地区已取得了很大的成效，能够打印出的材料种类很多，包括灯罩、人体各器官组织、建筑物、汽车飞机零部件、手机、打印枪、小提琴、照相馆、昆虫标本、仿生耳、食品等。

2.1 航天和国防

3D打印技术在航天和国防领域得到了广泛的运用，并取得了一定的成效。国防部人员使用3D打印机成功的将航空发动机的各种重要零部件“打印”了出来。同传统的零部件制造业比较，该技术的运用不仅缩减了零部件的生产成本，而且也大大缩短了制造的时间。据国外相关媒体报道，英国皇家海军将在15年之内推出表面无人小型3D打印战舰[4]。

2.2 教育中的作用

3D打印技术在不断地发展变化过程中已经取得了很大的发展，例如，将3D打印技术运用到教育行业，可以对各种事物进行更加具体、直观的研究，而在以前的教育中是无法实现的。在实际教学的过程中，利用3D打印技术能够制作出各种教学用具，丰富课堂教学的内容，吸引学生的注意，增加学生的立体感受，弥补传统课堂知识传授方式的不足。与此同时，3D打印技术的运用能够使抽象的知识概念变得具体形象化，使学生解题思路更加明晰，利于学生更好地掌握和理解知识。从根本上改变教学体制，提高学生的学习效率，推动教育事业的健康稳定发展[5]。

2.3 医学应用

虽然，利用3D打印技术打印人体器官还在不断地实践研究中，但是，就目前的情况来看，已经基本实现了一些头骨替换、打印干细胞、仿生耳等基本替换工作。国外研究人员通过截取人类的小腿细胞聚合物与纳米颗粒制成了可以重新代替人类听觉的接收器，这种类似于无线电信号的“仿生耳”也就此诞生。

以干细胞为例，干细胞又叫起源细胞，是一类具备自我复制功能的多潜能细胞，在一定的条件下，能够将其分为多种功能细胞。它是一种没有经过充分分化，还不成熟的细胞，具备再生各类组织器官等的潜在功能[6]。虽然，3D打印技术在医学领域中还未得到先进水平，但是科学家们依然在进行不断地探索和实践研究。

2.4 日常生活应用

在日常生活中，3D打印技术也有着非常重要的作用。以“3D食物打印机”为例，该打印机是由美国某大学开发研究的，主要是用于对各类食物进行制造。“3D打印机”和平时的打印机的工作原理有着一定的相似之处，属于一种工作模式。当选择好相应的食谱之后，就可以使用CAD软件将各种各样的美食“打印”出来，这样的一种食物打印方式，能够节省时间和支出成本，是传统烹饪体制上的一大变革。“3D打印机”通过将各种不同的美食打印出来，更新了传统的菜品样式，满足不同消费者的需求，给人一种美的视觉感受，吸引了广大消费者的注意，推动了餐饮业的不断发展。

3 结语

总而言之，3D打印技术的出现和普及，在各种领域都得到了广泛的运用，但是，基于打印材料的有限性，产品一般都停留在对模型的制作上。换句话说，3D打印技术还未得到全面的优化，只是初步实现了模型的制作，具有缩短设计时间节约生产成本的作用。在传统的产品制造过程中，不管是什么领域，设计师在进行产品的设计时，都需要以设计图纸为标准，将其拆分为各个元素之后去开模，再进行组装。这样需要花费很多的时间，增加了设计师的工作量，而将3D打印技术运用到产品设计中，就能够将实体物体快速地制作出来，开模以及大规模地进行生产。经过不断的发展研究过程中，相信在未来3D打印技术将会向更高层次的方向发展，成为时代发展的必然趋势。

参考文献

[1] 刘厚才，莫健华，刘海涛.三维打印快速成形技术及其应用[J].机械科学与技术，2015（16）：256-259.

[2] 刘欣灵，张晓峰.3D打印机及其主要工作原理[J].网络与信息，2015（25）：158-162.

[3] 潘巍，张明和，周萍萍.3D打印机的应用：进入主流指日可待[J].微电脑世界，2014（32）：95-99.

[4] 汤敏，张军成，朱力杨.3D打印机将极大冲击中国市场[J].上海企业，2016（19）：115-118.

[5] 江洪，康学萍，曾顺伟.3D打印技术的发展趋势分析研究[J].新材料产业，2017（16）：158-162.

[6] 李小丽，马剑雄，李萍，等.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，3014（11）：133-136.endprint