3D打印現(xiàn)狀及在各行業(yè)的應(yīng)用研究

馮 帆

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京 210031）

一、3D打印概述

1 什么是3D打印

3D打印是對這種打印方式通俗的叫法，3D打印最先在美國興起，在80年代的時候美國就產(chǎn)生了一種新型的打印技術(shù)稱為3D打印。簡單來說，3D打印就是斷層激光掃描燒結(jié)的逆過程，其運作方式是通過對被打印體進行切片掃描，將目標體分解成無數(shù)層轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息，在打印過程中在將切片層層疊加，從而完整的復(fù)制目標體。相比較與傳統(tǒng)的制造工藝，3D打印是一種增加材料制造的過程，而傳統(tǒng)的制造工藝為減材料的過程。愛因斯坦的激光原理是3D打印技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

2 3D打印的發(fā)展歷程

3D打印雖然在近幾年才流行起來，但其發(fā)展歷程卻可以追溯到19世紀末的美國。中國有關(guān)組織和學(xué)者稱其為19世紀的思想，20世紀的技術(shù)，這個世紀的市場，由此可見其悠久的發(fā)展歷程。1986年，美國科學(xué)家查爾斯·胡爾麗發(fā)明了世界上第一臺3D打印機，3D打印第一次正式進入實踐當中，隨后，胡爾利用這種技術(shù)成立了世界上第一家3D打印設(shè)備公司。隨后，3D打印技術(shù)就進入了高速發(fā)展的階段，并在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，美國甚至將3D打印和人工智能、機器人列為振興美國制造業(yè)的三大支柱，可見3D打印的巨大潛力。隨后，3D打印在醫(yī)療與食品等領(lǐng)域也取得了進步。

二、3D打印現(xiàn)狀

1 3D打印的優(yōu)勢

3D打印技術(shù)的快速發(fā)展也推動了各行各業(yè)的發(fā)展，不僅僅是模型制造業(yè)，在醫(yī)療領(lǐng)域，個性化領(lǐng)域等都有3D打印的身影。相對于傳統(tǒng)的模型制造，3D打印有以下方面的優(yōu)勢。

①制作精度高。3D打印技術(shù)經(jīng)過幾年的發(fā)展，在制作精度方面有了長足的發(fā)展，在市場上主流的3D打印技術(shù)中，打印精度可以控制在0.3mm以下，這種精度完全可以滿足大多數(shù)產(chǎn)品的要求。相較于減材料的傳統(tǒng)模型制造，3D打印在精度方面具有無可比擬的優(yōu)勢。

②制作周期短。在傳統(tǒng)的模型制造業(yè)中，完成一件作品需要經(jīng)過模具的設(shè)計、制作、制造模型、修正等幾個必要步驟，繁瑣的過程必然會導(dǎo)致制作周期的延長，影響模型制作的速度。3D打印在制作模型時省去了模具的制作時間，大大的減少模型的制作周期。其次，由于3D打印的高精確度，在模型成型后也省去了修整的時間。

③高度的自由性。隨著社會的發(fā)展，人們在追求高效率的同時，對產(chǎn)品的個性化程度也有了較高的要求。傳統(tǒng)的制造技術(shù)由于使用模具進行生產(chǎn)，使得產(chǎn)品在外觀等方面較單一，無法提高藝術(shù)性，無法滿足人們?nèi)遮叾鄻踊男枨蟆?D打印由于擺脫了模具的限制，因此可以根據(jù)個人的需求進行自由設(shè)計，完全可以滿足不同需求群體的不同需求。另外，3D打印在制作成本、制作材料等方面也都有傳統(tǒng)模型制造業(yè)無法比擬的優(yōu)勢。

2 應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印由于其靈活性與功能的多樣性，在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

①醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。2010年，美國成功利用3D打印技術(shù)打印了活體器官，為3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用打開了一扇嶄新的門。利用3D打印的人體器官等不會與患者本身產(chǎn)生排斥反應(yīng)，可以與患者完美融合，3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展為廣大患者帶來了福音。在我國，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院成功的利用3D打印技術(shù)為一位患有骨盆腫瘤的患者打印了一幅完整的骨盆模型并成功的進行了移植，目前，該患者已經(jīng)可以自由行走。3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

②工業(yè)制造業(yè)。3D打印技術(shù)的日趨成熟也促進了工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展。在當今社會，人們已經(jīng)不再滿足于基本的生活需求，而是開始追求高質(zhì)量的生活享受。3D打印技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用為工廠進行小批量生產(chǎn)提供了可能性，也為人們訂購滿足于自身需求產(chǎn)品提供了可能性。另外，3D打印技術(shù)在制造業(yè)上的廣泛應(yīng)用也大大的降低了工廠的生產(chǎn)周期和成本，提高了生產(chǎn)效率，在減少手工工人數(shù)量的同時又保證了生產(chǎn)的精確度和高效率。隨著3D打印材料性能的提高、打印工藝的日漸完善，3D打印在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將會越來越廣泛與普遍。

③航空航天領(lǐng)域。3D打印在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。日前，美國的一個研究小組在火箭發(fā)動機的3D打印技術(shù)領(lǐng)域取得了階段性的進展，有關(guān)學(xué)者和專家預(yù)測，3D打印將會顛覆火箭的設(shè)計與制造，具有廣闊的發(fā)展前景。

三、3D打印的發(fā)展前景

在未來，3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒋蟠笸貙?，不僅僅是取代某一個制造業(yè)，而是將要取代整個制造業(yè)。3D打印要想獲得長遠發(fā)展，提高應(yīng)用性，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化將是必須經(jīng)歷的階段，只有形成一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，才能一步步獲得更快、更長遠的發(fā)展。未來的制造業(yè)將會有很大的變化，3D打印技術(shù)雖然有很多的優(yōu)勢，但卻不一定會取代傳統(tǒng)的制造業(yè)，但可以確定的是3D打印將會和制造業(yè)緊緊的聯(lián)系在一起，密不可分，成為制造業(yè)的必要補充。3D打印在推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、提高制造業(yè)制作水平方面也將會發(fā)揮重要的作用。

結(jié)語

3D打印雖然有廣闊的發(fā)展前景，但目前卻僅僅處于起步階段，但其發(fā)展速度卻十分迅速，在未來幾年內(nèi)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈也是完全有可能的。相對來說，我國的3D打印起步較晚，在實際應(yīng)用方面與國外的企業(yè)相比還有較大的差距。國外在3D打印方面起步較早，積累了多年的經(jīng)驗，因此，國內(nèi)的3D打印公司在追求發(fā)展的過程中可以借鑒國外企業(yè)的發(fā)展思路，吸收國外公司的成功經(jīng)驗，找到技術(shù)發(fā)展的契合點，了解市場的需求情況，才能真正的將3D打印技術(shù)做大做強。

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[3]王忠宏，李揚帆，張曼茵.中國3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路，2013（01）：90-93.