浅谈3D打印及其未来

何天佑

摘要：很难想象活在一个3D打印的世界是一种什么样的体验吧？本文就来探讨一下3D 打印作为一门技术它的应用以及它的现在和未来。3D打印的原理是什么？与传统的制造技术相比它的优势在哪里？ 3D打印作为一个飞速发展的技术产业所其面临的问题究竟有哪些呢？本文将会基于个人见解做出基本分析。

关键词：3D打印；原理；发展；材料

一、3D打印的概念及原理

3D打印首先来说是一门技术，3D打印又称三维打印，它是以电脑中所预先设计出来的数据模型为蓝图和基础，运用逐层打印方式，将塑料或者粉末金属一些列粘合材料通过激光束、热熔嘴等技术将物体快速构造成型的一种技术。

SLS工艺原理图

三维，我们可以理解成坐标轴的三个轴。例如我们手上有一堆书，将所有的书平铺在一张桌面上，这时展现在我们面前的可以看做为一个二维平面；如果将所有书竖直堆成一个柱子，那么这个柱子就可以被看做一个三维物体。所以三维与二维的最主要区别就是：一个是立体的，一个是平面上的。

简单来说，3D打印是一种增材制造技术（一层层增加材料），将打印材料一层层叠加起来，最终将计算机上设计的3D图纸打印为实物。与传统的减材制造技术（车、刨、钻、磨）相比，它的优点是节省材料成本和材料加工时间，使制造精细的物品更加容易。

二、3D打印的现状及未来

目前而言，3D打印技术在很多国家都被认为是第三次工业革命的标准之一，因此而引起了全世界的广泛关注。就我国的现状来看，发展3D打印产业，可以提升工业领域的产品开发水平、增强工业设计能力；有助于攻克各种难以攻克的技术难关；同时形成新的经济增长点，从而进一步促进就业。

三、3D打印与生活

时下3D打印这个词在我们的日常生活当中经常会出现，在国内外媒体的新闻资讯中，也大量对也对3D打印进行大量的报道。例如3D打印经常出现在科幻电影的情节里面，现实中出现的3D打印房子，3D打印汽车，还有3D打印服饰，3D打印器官等。

近年来，3D打印正以惊人的速度向我们日常生活的每个角落渗透着。前不久，推特的联合创始人比兹.斯通（Biz Stone）发文称：依据目前3D打印的发展趋势，10年后耐克将会成为一家纯粹的软件公司。言外之意就是说，我们的生活用品及工业品10年后将极有可能实现3D打印。眼下发生在我们身边的比如，新百伦和阿迪目前都在尝试使用3D技术来更新自己的产品，服务客户的同时提高效益。

四、3D打印与工业

3D打印技术以其突出的技术特点，已迅速融入到现代制造体系中。近年来，美国宇航局一直尝试将3D打印技术用于航空航天领域关键零部件的制造，并且已经取得了可喜的进展。

美国宇航局尝试用3D打印技术制造火箭发动机喷嘴零部件，由于需要在极端温度和特定压力环境中运行，火箭发动机喷嘴的制造复杂且昂贵。然而，与其它航空航天零部件一样，3D打印技术能够有效地减少喷嘴制作的成本和时间。最近，美国宇航局马歇尔太空飞行中心的一支研发团队就开发出了一款3D打印的火箭发动机喷嘴。目前，该技术已经获得了专利并且将逐渐进入商业应用阶段。工程师们还对3D打印的喷嘴零件进行了热燃烧测试。它在高燃烧室压力和温度下能够持续工作1040秒以上。相信这项技术，一定会对该领域的探索起到关键性的作用。

五、3D打印与医疗

随着现代科技和医疗越来越紧密的结合，3D打印在医疗领域的作用也日渐突显。3D打印的“个性化定制”与医疗行业的“对症下药”的契合性主要体现在以下四个方面：

一是手术前练习，采用3d打印技术恢复患者的现场模型，因为，医生可以以此更直观地了解病理结构，提高手术的成功率；二是医疗器械，包括助听器、防护设备、假肢等外部设备，以及关节、软骨、支架等内部植物；三是“量身制药”，根据患者的生理特性来调配药物，提高药物的疗效；四是生物打印，修复、替换和重建受损组织和器官，可以用人造血管、心脏、神经和皮肤等在医疗领域中，3D打印虽然还受着成本，精度，材料和标准等的制约，市场规模也比较小，但考虑到巨大的需求潜力和极小的医疗需求弹性，3D打印的应用将不断扩大，在实施更准确的诊断和治疗方案以及提供更充分的器官移植等方面大放光彩

六、3D打印与军事

3D打印机在将来可打印出军事武器用于战场？美国《武装部队月刊》（Armed Forces Journal）发表了美国海军上尉指挥官兰萨（Michael Llenza）的观点：3D打印技术可能会颠覆我们在海上军事部署、补给线 以及战略方面的固有看法。不仅仅在美国，中国军方也已经宣布已经开始利用3D打印技术打造下一代战机零件。

七、3D打印所面临的的发展问题

3D打印材料作为3D打印行业发展的动力支持，在行业发展中始终扮演着举足轻重的角色，因此3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，从一定程度上来讲，材料的发展决定了3D打印是否能得到更广泛的应用。近年来，随着3D打印需求的增加，3D打印材料得到了迅速发展，主要包括金属材料、高分子材料、无机非金属材料等三大类。但与传统材料相比，3D打印材料的种类还比较少。现阶段随着技术和研发的推进，目前有300多种材料可用于3D打印制造，目前，90%的3D打印机用户使用桌面级产品，因此，ABS和PLA等材料的消费占这两种塑料材料的50%以上。目前，高分子材料的生產主要集中在ABS和PLA以及尼龙材料上。

以金属3D打印为例，可用材料仅有不锈钢、钛合金、铝合金等为数不多的几种。另外，3D打印对材料的形态也有着严格的要求，一般为粉末状、丝状、液体状等，相比普通材料价格比较昂贵，根本无法满足个人与工业化生产的需要。足够多“买得起”的材料才能为技术的发展提供足够多的选择空间、为应用的扩展提供足够多的想象空间。

未来，3D打印材料将成为研究开发的焦点、资本涌入的风口，材料种类、形态将得到进一步拓展，价格下降可期，精度、强度、稳定性、安全性也更加有保障。