浅谈3D打印技术的应用与意义

浅谈3D打印技术的应用与意义
3D打印技术的出现，颠覆传统加工业的生产制造模式，以其降低成本、涉及领域广和简化加工流程等优点，被誉为第三次工业革命的标志。

以往难以加工的材料，通过特殊工艺进行层层构建叠加，形成空间复杂的产品，大大缩短加工时间，满足各种不同产品的加工需要。

目前3D打印技术处于刚刚起步阶段，随着技术飞速发展，将来应用于包括产品设计、科学研究、建筑、医疗、制造业、航天、珠宝首饰、个性化饰品等高端技术领域，将极大促进科技进步，体现出3D打印技术的价值意义。

标签：3D打印技术制造应用意义
一、3D打印技术简介
3D打印技术最早出现在20世纪80年代，由查尔斯.赫尔发明将数字资源打印成三维立体模型的技术，并开发了第一台商用3D打印机。

短短的30多年，3D打印技术得到迅猛发展，配套的打印材料、打印设备和应用软件，都不断完善丰富，各个行业与3D打印技术形成的产业链，依靠3D打印技术带来的便利，也产生巨大效益。

近年掀起的3D打印热，更是推动3D打印技术的不断发展。

（一）什么是3D打印
3D打印（3D printing），即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术[1]。

如图1，2所示，3D打印技术是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。

（二）3D打印技术和传统制造工艺的区别
与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。

将制造技术按原理分类，我们可以列出以下表格：
因此，我可以把3D打印也称为“增材制造”，在有些文章里也称为“添加制造”。

二、3D打印技术的应用与意义
3D打印技术作为最新最先进的生产制造模式，采用计算机处理模型蓝本并控制3D打印设备自动化精确加工，利用不同原理打印各类规格材料，实现空间结构高度复杂的立体产品加工，基于多方面的优势，此技术广泛应用于各个领域，充分体现了“没有做不到，只有想不到”的创新理念和意义。

（一）3D打印技术的应用
目前，3D打印技术应用的主流行业领域包括生活消费品、航空航天、医疗、科学研究、建筑等，有些已经实现应用，有些处于摸索和发展阶段。

生活消费品主要是指工艺用品、电子产品、汽车、首饰等。

3D打印技术的出现，随之带动了创客空间（make space）的兴起。

创客们无限发挥自己的想象力，创造出各式各样、不同功能的工艺用品和电子产品；可以根据客户要求，打造出独一无二、个性化订制的首饰；利用整体打印技术，制造汽车的外壳，既可以满足个人外观需求，又增强汽车外壳的安全强度。

医疗将会是3D打印技术应用的重要领域之一。

早在2012年2月，密歇根大学附属 C.S.莫特儿童医院的医疗队，为治疗患有罕见先天“气管支气管软化”疾病的男婴，利用3D打印技术，制作和打印出了一块小“夹板”，用来加固男婴脆弱的气管，同时保持气管畅通。

研究人员称，“夹板”要在男婴胸腔内呆三年，直到破损的气管痊愈。

因为“夹板”使用一种对人体无害的可溶性材料制成，男婴的气管痊愈后，“夹板”便会在其体内溶解掉。

2013年5月，据《新英格兰医学杂志》报道，男婴已在如常人般长大。

另外，比如3D打印的牙齿和骨骼，也已经不是稀奇的事情，已经有了案例。

目前该领域的研究人员试图实现肌肉和内脏器官的3D打印，一旦实现，将造福人类，给病患者带来福音。

在科学研究领域，美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，并利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时还做了比例缩减，从而更适合研究化石的原形[2]。

航空航天方面，目前已经实现用3D打印技术打造各类零件或者工具等。

相关企业和部门，希望借助此优势，实现在外太空和星球上，利用现场已有资源，根据实际情况完成空间站和各种设备的建造，解决突发事件造成的困难，避免由地球往目的地输送材料和设备的麻烦。

建筑材料公司盈创（Winsun ）在苏州使用一台巨大的3D打印机，在24小时内主要利用可回收材料，建造了10栋200平方米的毛坯房，房子长32米、宽10米、高6.6米。

采用3D打印技术，可节约建筑材料30%到60%，工期缩短50%到70%，节约人工50%到80%。

整体建筑成本至少节省50%以上。

如果由3D打印完成的建筑得到人们的广泛认可，将为住房困难和提高住房品质带来解决方案。

（二）3D打印技术的意义
借助于3D打印技术创新性的工作原理，其展现出诸多优势，具体表现在以下几个方面：缩短时间、节约材料、过程简化、产品多样化以及结构复杂化。

以往的产品设计进入论证阶段，从进行样品制作到组装这个过程需要大量的时间，而3D打印技术一体化的打印效果，简化了许多过程，极大地缩短了设计时间，尤其结构复杂的产品越体现出该优势。

3D打印技术最大优势在于材料的节约。

增材制造的性质造就产品进行制作时，除了一些支持部分不得已需要浪费外，几乎做到“产品要多少材料，只用多少材料”，避免了传统熔铸或者车铣制造过程中产生的大量废料，材料使用率极高，为生产成本节约了一大部分开销。

3D打印技术进行制造过程中，无需过多人工管理，步骤简单，过程简化。

从使用3D扫描仪进行产品结构取样，到计算机处理模型，控制制造设备打印，只需简单的设备就可以完成，减少了设备的场地占用面积，降低了人工成本。

3D打印技术的出现，已经被众多具有丰富想象力的创客们使用到不同的场合当中，比如，意大利人使用3D打印意大利面；牙科医生使用3D打印假牙；电子工程师用3D打印电子线路板等，以往只能通过特定制造方式进行加工的产品，如今可以使用3D打印技术进行制造，体现了3D打印技术的产品多样化。

3D打印技术配合3D扫描的使用，依靠逐层增材方式，，实现了复杂结构产品的制作，尤其对于传统加工方式不能完成的不规则产品，通过3D打印技术都可以变成现实，越是不规则、结构复杂的产品，越能体现3D打印技术的优势。

三、结语
3D打印技术呈现出来的巨大优势和广泛应用，伴随着3D打印技术工作原理优化、打印材料范围拓宽、打印设备性能提高和应用领域延伸，必将推动3D
打印技术的进一步发展。

不久的将来，当成熟的3D打印技术普及到一定程度，结合科技、经济和商业形成一条产业链，也必将为人类生活创造更大财富和带来便捷。

参考文献
[1]胡杰.浅析我国3D打印技术的现状及发展方向[J].民营科技，2013，（12）：79.
[2]兰天. 3D打印技术应用的意义[J].内蒙古科技与经济，2014，（2）：106.
[3]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012，（26）：186.
[4]刘欣灵.3D打印机及其工作原理[J].网络与信息，2012，（2）：30～31.
[5]余冬梅，方奥，张建斌. 3D打印：技术和应用[J].金属世界，2013，（6）：6～8.。