3D打印技术在工程领域中的运用研究

宋国强

(武汉城市职业学院，湖北 武汉 430064)

1 3D打印技术的相关概述

1.1 概念原理

从一定意义上来讲，3D打印技术立足于数字模型文件，在具体的制作过程中通过粉末状金属、塑料等相关具有一定粘合性质的材料逐层打印，以此构造出相应的物体。据调查显示，通过3D打印技术成型原理的差异化特征，我们可以将其分为立体平版印刷技术、熔化沉积技术、分层激光烧结技术、逐层轮廓成型技术以及光掩膜技术5个主要类型。

戊戌维新至辛亥革命期间，变法维新的斗士谭嗣同在其《仁学》中说：“吾贵知，不贵行也。知者，灵魂之事也；行者，体魄之事也。”此处谭嗣同重点强调了“知”。但此后这一思想被更为激进的资产阶级革命派所驳斥，资产阶级革命派认为社会变革不能等待开民智完成之后才去进行。他们驳斥了维新派民智未开不能行革命的观点，在“知行之辩”上强调“行”。章太炎说：“人心之智慧，自竞争而后发生，今日之民智，不必恃他事以开之，而但恃革命以开之……公理之未明，即以革命明之；旧俗之俱在，即以革命去之。”[4]认为通过“行”可以由“不知”转化为“知”。

1.2 方法步骤

根据上文我们可以看出，3D打印技术基于现代信息技术的发展背景有针对性地渗透结合了互联网信息技术、图像处理技术、自动化技术、数控技术、仿真技术、材料成型、机电控制等相关技术，在实际应用过程中凸显出一定的数字化、信息化、立体化的特征，同时3D打印技术成本较低，不会对周边环境造成污染，更好地迎合了国家节能环保的目标任务。相比于传统的打印技术，其整体制作精度较高、周期短，能够充分发挥出其个性特征，使用的材料也具有一定的多样性。正是由于其上述特征，也被称之为第三次工艺革命。3D打印技术是从快速成型技术所转变发展形成的，具体而言，快速成型技术我们也称之为RP技术，其利用三维走向叠加的方式实现产品的快速制造。而在日常生活中较为常见的快速成型技术包括激光束技术、电子束技术、挤出喷嘴式技术、熔融沉积法。

2 3D打印技术在工程领域中的具体应用

2.1 农业机械

我国著名研究学者裴进灵对3D打印技术在农业机械生产过程中发挥的重要价值进行了深入研究，明确提出在传统的机械研发过程中通常采用方案设计、方案确定、技术选择、制作复杂件、农机试验、后期改进等相关的模块，整体较为复杂，对工艺及设计方法要求较高。在这样的背景下，通过有效引入3D打印技术能够改变传统的制造模式、制造方法，相关技术人员也不用过多地思考工艺的科学性、可行性，同时也省去了生产制造活动开展前模具创作这一环节。

2.2 机械工程

3D打印技术在机械工程中也发挥着至关重要的作用。基于金属零件的3D打印技术发展曾光等研究学者明确提出将3D打印技术运用于机械工程，然后快速形成设备及装备，在条件允许的情况下也能够制作出钛合金结构。与此同时，国家相关管理部门也针对3D打印技术在机械工程中的运用提出了973计划、863计划以及“十五”“十一五”预研项目。众所周知，金属零件的3D打印技术在目前社会中仍然属于先进技术，相比于其他发达国家，我国整体起步时间较晚、发展较为缓慢，在后期的研究过程中应当着重考虑性价比问题，解决成型零件尺寸不符，与传统加工技术脱节等相关的实际问题。

微电网运行与控制IEC标准进展与分析//张建华,史佳琪,郑德化,别朝红,栾文鹏,马文媛,刘阳//(24):1

相关研究学者申明亮基于水利工程进行了3D打印技术的深入研究，尤其是针对溢流堰面特殊部位，通过一定的方式方法分析其表面的曲线轮廓，通过3D打印的方式总结了具体实施步骤及重要环节，在此基础上进一步凸显3D打印技术在水利水电工程中的重要现实意义及作用。根据相关的实践调查研究我们可以看出，大多数水利水电工程整体结构较为复杂，形势多变，施工难度较大，不管是建设单位还是施工单位，都必须耗费大量的时间和成本，因此即便工程完工，或多或少也会存在一定的质量问题。在这样的背景下，积极引入3D打印技术能够有针对性地切实解决水利水电工程在施工环节面临的一系列问题和困境。值得注意的是，在具体的设计实施过程中，打印的厚度必须根据施工的实际需求科学合理地把控，目前部分先进的设备设施已经能够打印出5 mm左右的混凝土层。3D打印技术在水利水电工程中的实施由于其精准度较高，整个过程标准化、严格化，主要采用打印机进行工程的设计，在很大程度上规避了环境污染，也是目前使用较最多的绿色环保方式。

2.3 水利工程

（1）鼓励课堂上的良好习惯。利用正面的支持和强化来相对弱化课堂上的不和谐因素，使学生在正面力量的感染下，积极向良好的行为习惯靠拢。

2.4 医学工程

随着现代科学技术的飞速发展，3D打印技术在人体器官模拟制造、仿生制造、手术导板、假肢个性化植入、支架制造等生物医学行业都发挥着至关重要的作用。川大的周长春教授立足于我国医学行业发展的实际需求，有针对性地渗透融入了3D打印技术，寻求其在生物工程中的重要作用。其明确提出3D打印技术通过体外器官模型能够进一步提高手术水平，节省医疗成本及时间成本，医护人员在进行诊断时利用3D打印技术能够快速找到病灶所在，整个过程高效直观。与此同时，3D打印技术在进行假肢的制作时，能够充分凸显出其个性化，甚至可以为患者量身定做，极大程度地提高了患者的满意度、舒适度。

2.5 生物工程

SLA技术作为3D打印技术的重要组成部分，其通过液态光敏树脂作为主要原材料，具有一定的高性能、高精度等优势和特征，也是目前社会中较为常见、使用的打印技术之一。对于生物工程而言，利用3D打印技术实施工程设计的主要原材料包括去光敏分子修饰形成的PPF、PLA、蛋白质、多糖等等高分子材料。研究学者认为，3D打印技术中的SLA技术在具体使用过程中引入了多孔支架这一原理，其在一定程度上与松质骨具有一定的相似力学特征。

3 结语

综上所述，3D打印技术在农业机械、机械工程、水利工程、医学工程、生物工程都有着极其突出的优势价值，其能够节省构建的技术成本，优化技术理念，同时也能够精简工程加工的具体模具。众所周知，在工程领域发展过程中，模具一直占据着重要的地位，不管是设计应用还是后期的修改都必须耗用大量的资金资源。在这样的背景下，通过引入3D打印技术减少了这一环节的成本支出，从而增加了企业的经济效益。由此可见，3D打印技术在现代社会已经逐渐渗透到人们的日常生活和工作中，从最初的高精端军工发展转变为人类生活必需品的加工，对我国传统加工制造业起到一定的促进作用。