3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景

李谷偉

摘 要 3D打印技術(shù)作為一個新興技術(shù)逐漸流行，將對傳統(tǒng)的打印技術(shù)和方式帶來革命性的變革。文章對3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀進行分析，探討其未來的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 3D打印技術(shù)；發(fā)展前景

中圖分類號：TP751 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0002-01

1 什么是3D打印技術(shù)

1.1 3D打印技術(shù)的概念

3D打印機（3D Printers）是近幾年來在打印行業(yè)出現(xiàn)的一個新興名詞，因為它的特點跟傳統(tǒng)打印機有點相似，所以稱它為“打印機”。而3D打印技術(shù)在專業(yè)領(lǐng)域里，它有另一個名稱“疾速成形技能”，又稱疾速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM）技能[1]。

1.2 3D打印技術(shù)的原理

3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料[2]。3D打印技術(shù)的原理通俗點來理解就是：通過計算機軟件，例如3dsmax、CAD等，塑造模型本體，然后把模型分解成無數(shù)個橫截面，最后利用快速成型機將一個個橫截面堆積成一個三維立體的模型，其材料可以是真實、形象的。例如：我們需要打印一個塑料材質(zhì)的香蕉，那么我們可以先在3dsmax里制作一個香蕉模型，然后再3D打印機里倒進塑料材質(zhì)，然后通過打印機就可以把一個計算機里顯示的模型真實的打印出來。

2 3D打印技術(shù)的特點

2.1 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

由3D打印技術(shù)的原理決定了它的優(yōu)勢：①它不需要去切、削物體，也不需要模具；②加工速度極快，生產(chǎn)周期短；③對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積非常小的物體優(yōu)勢最為明顯，傳統(tǒng)手工很難完成的模型對它來說非常簡單，因為它是一體成型的，并不需要去進行二次加工；④可批量，可聯(lián)機，還能實現(xiàn)遠程操控。

2.2 3D打印技術(shù)的缺陷

當(dāng)然3D打印技術(shù)也存在一些缺陷：①打印機的造價非常昂貴，運行和維修的費用也很高；②對成型物體的材料要求很高；③3D處理的軟件數(shù)據(jù)量很大，再加上軟件和實體打印機關(guān)聯(lián)性很強；④軟件操作難度大，打印機操作入門很難。

3 3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景

3.1 3D打印技術(shù)存在的問題

雖然3D打印技術(shù)有著很多優(yōu)點，可以在很多領(lǐng)域釋放人工勞動力；例如：它能夠在制造很復(fù)雜的物品時而不增加任何成本；它能夠讓產(chǎn)品多樣化的同時不增加制造成本；它可以讓產(chǎn)品交付時間大大縮短；它能讓設(shè)計者的設(shè)計空間很廣闊；它不需要人工勞動技能來制造；它占用的空間極小并且可以便攜制造；它可以讓材料之間實現(xiàn)無限組合；它復(fù)制的實體非常精確；但是它也存在很多不足，尤其是材料和打印機之間的關(guān)聯(lián)；目前很多3D打印機只能夠打印簡單構(gòu)造的物體，材料也只支持比較單一的材質(zhì)；而能夠打印較為復(fù)雜的模型的打印機一般都比較昂貴，這當(dāng)中的制造技術(shù)和成本控制還存在一定的問題，因此給3D打印機的普及帶來了嚴(yán)重的阻礙與制約。3D打印的作品的質(zhì)量差強人意，并非所有產(chǎn)品都能有很好的效果，由此可見，3D打印最主要的適用領(lǐng)域以及短板的地方。對于一般要求不高、專業(yè)性不是很強的零部件，3D打印時可以滿足要求的，設(shè)計師能夠?qū)嵱眠@樣的方法把計算機上的圖形圖像快速轉(zhuǎn)換成物理實物模型，甚至可以1：1逼真建模，能夠簡單的對設(shè)計以及其功能進行驗證，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，并且能夠很及時的發(fā)現(xiàn)問題，相比之下，假如使用傳統(tǒng)方式，就必須經(jīng)過繪制圖像、設(shè)計工藝效果、建造模具等多個環(huán)節(jié)和過程，就需要付出比較多的時間以及比較高的制造成本。目前市面上的大多3D打印機打印的物體只能當(dāng)作一般的模型使用，只有荷蘭的FELIX 3D公司研發(fā)的Felix 2.0高精度3D打印機打印的物體可以真正直接作為零部件使用。因為3D打印歸根結(jié)底就是快速成型技術(shù)的一種，所以假如是制造鉆頭等此類高硬度的產(chǎn)品，3D打印明顯力不從心，也沒辦法完美的去完成這一任務(wù)，并且這個不是單純可以靠改進技術(shù)就能夠解決的。

3.2 3D打印技術(shù)的發(fā)展前景

3D打印技術(shù)是一個新時代的新興技術(shù)，它足以引導(dǎo)第三次工業(yè)革命，它的發(fā)展前景可以歸納為以下幾點。

1）基于技術(shù)的革新，其打印速度、打印效率都會得到突飛猛進的發(fā)展。

2）各種新型材質(zhì)的投入使用，比如納米材質(zhì)、新型高聚合材質(zhì)等，可以讓打印的更加多的真實物體。

3）打印機的成本和價格受到技術(shù)提高的影響將大幅度的降低，個別廠商還推出了1萬元以下的民用級別打印機。

4）3D打印技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛，不僅僅是早前的航空、機械、醫(yī)療等范疇，更加廣泛的擴展到家用的廚具、軍事上的機械零件等等領(lǐng)域。

3.3 3D打印技術(shù)對科學(xué)社會發(fā)展帶來的意義

鑒于3D打印技術(shù)的發(fā)展前景如此的宏偉壯麗，猶如一股強烈的科技風(fēng)暴在席卷傳統(tǒng)的制作和加工業(yè)，主要表現(xiàn)為以下幾方面。

1）制造的技術(shù)和工藝出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，老式的制造業(yè)是一種去除多余材料的方式，而3D打印技術(shù)是一種增加方式，通過層層堆砌，層層疊加的方式去塑造整體外形，并且一體成型，不需要二次加工，跟傳統(tǒng)的制造業(yè)相比，在材料上浪費上有了很大的進步。

2）3D打印技術(shù)利用各種新型材質(zhì)進行制造，能夠制造各種材質(zhì)的物體，無論造型有多復(fù)雜，對于它而言，都能精確的制造出來。

3）模式的改變；傳統(tǒng)的工業(yè)都是以大批量為準(zhǔn)，由于生產(chǎn)成本的控制，一般都會采取一個模具生產(chǎn)好幾樣成品；制造幾個不同的物體就需要幾個不同的模具去生產(chǎn)，成本很高，而3D打印技術(shù)將這傳統(tǒng)的模式打破，完全不受任何約束，可以自由的進行個性化人工定制，而且速度非?？?，可以根據(jù)設(shè)計師設(shè)計的模型，經(jīng)過計算機軟件渲染，短短數(shù)小時內(nèi)就可以將其打印出來。

綜上所述，3D打印技術(shù)是一種新興的革命性的技術(shù)，雖然它有很多的不足，但是它的優(yōu)勢和特點對未來的制造工藝發(fā)展可以帶來更大的影響力。3D打印技術(shù)在未來必定成為新時代的標(biāo)桿技術(shù)之一，我們應(yīng)該提前去了解并掌握和發(fā)展其技術(shù)，放眼未來，把握新興技術(shù)的氣息，積極有效的讓3D打印技術(shù)為我國的制造業(yè)服務(wù)。

參考文獻

[1]（美）Brian Evans.解析3D打印機：3D打印機的科學(xué)與藝術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2014.

[2]郭少豪.3D打?。焊淖兪澜绲男聶C遇新浪潮[M].清華大學(xué)出版社，2013.endprint