基于3D打印技术在工程领域中的运用分析

赵家松 杨发展

摘    要：3D打印技术是未来将要进行一场技术革命，虽然我国的技术在不断的发展进步，但是就目前我国3D打印技术的发展现状来看，3D打印技术仍需要不断的完善，本文主要探讨了3D打印技术在工程领域的应用。

关键词：3D打印技术;工程领域;运用

3D打印技术彻底打破了传统打印技术的定义，并且普遍应用在各个领域。在应用过程中，就使3D打印机的制造与耗材研究供应、软件计算模拟等方面的技术不断成熟。

一、3D打印技術在工程领域中的应用现状

3D打印技术已经广泛的应用到工程的各个领域中发展较好的主要为组织工程、建筑工程以及医药工程。航天工程对于3D打印技术的应用最早是在NASA中实现的，并且成功制造了基于3D打印技术而成像的望远镜，为3D打印技术在航天工程上的应用打下了基础。我国在NASA上有探索3D打印火箭喷射器方面的研究，并且已经取得了较好的成效。同时3D打印技术在航空工程领域也有较大的进展，我国基于3D打印技术研制出了空间在轨3D打印机，为航天员在空间实验提高了效率，推动了我国航天事业的进步。

3D 打印技术在建筑工程上不仅仅体现在打印房屋建筑零部件材料上，目前已经能够实现通过相应型号的3D打印机，打印出完整的建筑。而且这项技术在2014年已经实现，实际打印出了1100平方米的别墅与一栋6层的居民楼，并且打印的油墨是由建筑垃圾提供。利用3D打印技术来打印建筑，能够极大的提高建筑工程的工作效率。

3D打印技术在医药工程上的应用，推动了医学的进步。利用3D打印技术来打印肝脏、脊髓、心脏、头盖骨以及手掌等，甚至可以打印血管，而且其在实际手术中起到了良好的效果，已经有很多成功的案例。除此之外，3D打印技术在打印药物上也取得了良好的效果，避免了药品在存储过程中发生变质的问题。

二、3D打印技术在工程领域的应用

（一）在农业机械方面

在以往的农业机械研发过程，包括方案的设计与确定、确定技术，对于复杂件的设计以及农机的试验和改进等步骤，而3D打印技术的应用能够显著的改善农业机械的研发效率。应用3D打印技术可以不用考虑工艺的可行性，同时省去了制造模具的环节。

（二）在机械工程方面

我国已经将金属零件3D打印技术列入了973计划、863计划，在总装“十五”和“十一五”预研中也对此项目进行研究。王华明教授带领团队研发出了同轴送粉激光快速成形技术及其装备，并且研制出一系列钛合金结构件。但是随着研究的推进，3D打印技术的问题也在凸显出来，作为先进的制造技术，在制造金属零件上，目前还存在着性价比不高，制成的零件尺寸较小，而且和传统技术之间差距较大。

（三）在水利工程方面

3D打印技术在水利工程应用上具有很大的优势，申明亮等人对溢流堰面特殊部位计算表面曲线轮廓，进行3D打印技术实验，经过实践的研究表明，水利工程的施工结构相对复杂，施工难度较大，而且花费的时间及成本较大，工程质量难以保证，而3D打印技术在水利工程上的应用，能够有效的解决上述问题。利用3D打印技术来浇筑水利工程的混凝土构件时，混泥土通过3D打印机的喷嘴叠加二喷出成型，但是打印厚度是关键问题。3D打印技术在浇筑时，会严格遵从施工图纸来进行，施工的精准度较高，而且3D打印机技术能够在一定程度上避免粉尘、噪音、水体污染，符合目前我国对施工绿色环保的要求。应用3D打印技术浇筑混泥土，能够加大混凝土的抗压程度。

（四）在医药工程方面

3D打印技术已经普遍用在人体器官的模型制作上，也广泛用于仿生模型制造、个性化植入体制造、生物器官打印、手术导板及假肢设计等生物医学工程中。在医学上使用3D打印技术，能够有效提高医学诊断效率，而且在体外器官模型制作上，对实际手术有一定的指导意义，能够提高诊断和手术的水平，达到既省时有省力的目的。3D技术在假肢的制作上，能够满足患者的个性化要求，能够实现量身制作，这样患者使用假肢的舒适度就会提高。在植入性的器官制作上，3D打印技术的应用，不仅能够提高精准度，而且能够实现克隆。经过实践研究，利用牛耳细胞，通过3D打印机能够打印出人造耳朵，这项研究可以用于先天耳朵发育畸形的儿童器官的移植。利用3D打印技术还能够实现与肝组织相似的结构药物的解毒药物模型，由此可见，3D打印技术在医药工程上具有重要的应用价值，我国的科研人员要加大研发力度，为人们健康谋福祉。

（五）在生物工程方面

3D打印技术在以液态光敏树脂为打印原料的 SLA 技术是目前研发的最成熟的技术应用，这项技术在实际应用中性能非常稳定，而且精准度极高，制作的产品力学强度高。它使用原料为高分子材料，包括光敏分子修饰的 PPF、聚碳酸酯以及多糖等天然高分子等，目前有研究显示 SLA 技术制作的多孔支架，其力学性质和人的松质骨相似。

三、结论

3D打印技术在工程领域的应用，在机械制造工程方面，免去了模具制造所需的人力物力，能够在一定程度上节约工程成本。在工程建设方面，能够在提高工程质量的同时，加快工程进度。在医药工程方面，能够满足患者的个性化需求，降低生物器官组织替换的成本资源。3D打印技术正在向人们生产生活的各个领域推进，并对传统加工制造工业产生一定的影响。

参考文献：

[1]邓滨 ， 欧阳汉斌 ， 黄文华 .3D 打印在医学领域的应用进展 [J]. 中国医学物理学杂志 ，2016（4）：389-392.

[2]黄小江，赖斯艺，郑钊杰，彭伟标.3D 打印技术在建筑工程建设中的实践[J].价值工程，2015（36）：176-177.

作者简介：赵家松（1993.10-）男，瑶族，广西桂林，学历：硕士研究生，研究方向：机械设计制造及其自动化。