3D打印技术的应用与发展探究
作者：巩振宁
来源：《中国科技纵横》2019年第01期
        摘 要：3D打印技术属于一种新兴的制造技术，其在制造领域展现出较大的发展前景，甚至许多人认为其发展将会对当前的制造业造成革命性的改变。当前3D打印技术已经在许多的领域得到应用，其中包括医学、建筑、航空航天、食品等领域，并在应用中取得较好的效果。但是该项技术在目前的发展应用中也表现出较多的劣势之处，在很大程度上阻碍着其发展与应用，为了能够更好的应用该项技术，还需要不断进行改进与完善。本文首先对当前3D打印技术在实际生活中的应用展开探讨，然后分析在应用中亟待解决的问题，最后对其未来发展做出展望。
        关键词：3D打印技术;应用;发展
        中图分类号：TS80 文献标识码：A 文章編号：1671-2064（2019）01-0245-02
        近年来关于3D打印技术的新闻报道越来越多，许多关于3D打印技术的产品先后问世，也
因此引起人们的广泛关注。许多人认为该项技术的出现将会对现有的生活造成巨大的改变，如同当前的互联网技术一样，成为人们生活中应用十分普遍的一项技术，也有一些人称这项技术为“第三次工业革命”[1]。从当前实际应用现状来看，该项技术虽然在许多领域都得到应用，但是仍旧存在着较多的不足，在未来的发展中还需要针对其中的不足之处做出改进与完善。
        1 3D打印技术概述
        3D打印技术主要指的是通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来实现三维物体的制造。该技术与传统的去除材料生产加工方式有着本质上的区别，因此也被一些人称之为添加制造技术。该技术最早出现于上世纪90年代，从其技术原理来看，与普通的喷墨打印机有着较多相似之处，在3D打印设备的内部填装打印需要使用到的液体或材料粉末，然后通过与计算机设备相连接，按照计算机上绘制出来的图形进行打印，最终将计算机中的3D图像打印成实物。该技术属于一种快速成型技术，相较于传统的加工生产方式在效率上有极大的提升，同时对加工材料的使用也能够达到更高的利用率，据相关统计数据显示，该技术材料利用率能够到达98%以上。众多的优点使得该项技术引起人们的高度关注，不断加强对该技术的研发与应用，促使其得到较为快速的发展。
        2 3D打印技术在实际生活中的应用
        近年来3D打印技术得到十分快速的发展，在许多行业和领域中都应用到该项技术，如：医学、建筑、航空航天、食品等领域，同时在这些领域之中对这项技术也表现出强烈的需求，只是受到目前技术水平的限制，没有得到大面积的推广和应用。
        2.1 在航空领域中的应用
        世界著名飞机制造企业播音公司在飞机零部件制造中，应用3D打印技术已经先后完成300多种零部件制造。目前还在做更加深入的研究，希望能够通过该项技术制造出更加大型的飞机零部件，乃至飞机整体。而另一加大型航空公司——空客公司，则在研究中提出了“透明飞机概念”计划，在该计划中提出了许多新颖的理念，希望通过3D打印技术制造出许多传统制造无法完成的工艺项目，如：生产制造出能够让内部乘客看到外面蓝天白云景象的透明机壳、制造出类似生物结构可以弯曲的机身等[2]。当然目前许多航空领域的应用都还处于理论研究阶段，离实际应用还有着一段较长的距离。
        2.2 在汽车领域中的应用
        随着现代汽车技术的快速发展，汽车内部的零部件更新换代速度不断加快，同时零件结构也变得越来越复杂，采用传统的机械加工生产方式，在满足这方面的生产制造需求时表现出较大的难度，因此许多著名汽车制造企业开始研究新的加工制造工艺，3D打印技术便是其中重点研究的对象，并在研究中各企业取得了巨大的进步。如：美国福特公司采用3D打印技术成功制造出汽车零部件中的转子、变速器、阻尼器外科等;日本的汽车制造企业也成功应用该项技术完成对涡轮增压器、变速器齿轮等零部件的打印。我国虽然在这方面发展较晚，但是也逐渐将该项技术应用于对汽车零部件的研发生产之中，并取得较大的发展。
        2.3 在医学领域中的应用
        目前在医学领域中的应用主要集中在牙齿打印、骨骼制造修复、身体组织打印等上面，并且在研究中已经取得较多成功的案例。例如：在传统的牙齿修补或者更换中，由于患者的个体性差异，在修补时不仅耗时较长，而且质量和效果较差，常常在此过程中给患者带来较大的痛苦。而在采用3D打印技术之后，能够有效缓解这些不良的问题，提升牙齿修复效果[3]。又如：2013年国内研制出首台生物细胞组织的3D打印机，通过该打印设备能够完成对各种细胞组织的打印，其中包括人类的耳朵软骨组织、肝脏单元等。由此可以见，将3D打印
技术应用到医学领域，可以促进医学技术的改革与创新，对各类疑难疾病的救治有着较大的帮助。
        3 3D打印技术在应用中亟待解决的问题
        虽然当前3D打印技术已经在许多领域得到应用，并在实际应用中表现出制造工艺简单、生产制造速度快、生产制造单件成本较低等优点。但是在当前的社会环境中却没有得到大面积的推广应用，究其原因还在于该项技术不够成熟，在实际应用中仍旧存在较多需要解决的问题，对其做进一步分析，需要解决的问题主要表现在几个方面：
        3.1 3D打印设备的问题
        从理论上来讲，应用3D打印技术可以完成任务物品的打印，如：房屋、飞机、轮船等都可以通过3D打印技术来完成。但是在设备的制作上存在着较大的难度，其主要表现出三点需要解决的困难：（1）3D打印设备的空间问题。在利用3D打印技术进行一些大型设备或者建筑物打印时，需要让设备具备充足的内部空间，才能够确保相关物体或产品能够顺利打印完成;（2）3D打印设备的精密度问题。现代的许多机械产品、电子产品等对加工工艺和加工
3d打印未来发展方向精度要求越来越高，以目前3D打印设备来进行加工生产，无法达到相应的精度需求，这也在很大程度上阻碍3D打印技术的推广与应用;（3）3D打印设备的适应性问题。从目前对3D打印技术的研究现状来看，应用3D打印设备进行生产或制造，特定的3D打印设备只能完成相匹配的物体类型打印，在打印其他物体类型时则需要制作专门的打印设备，其在普适性上较差，而3D打印设备又属于高科技产品，在价格上十分昂贵，也进一步造成推广应用的困难[4]。
        3.2 3D打印材料的问题
        3D打印材料是影响3D打印技术的关键性因素，合适的打印材料加上先进的打印设备，才能够顺利完成对需要物体的打印。从当前应用现状来看，目前可作为3D打印材料有金属、陶瓷、橡胶、塑料、树脂等。但是由于3D打印技术的特殊性限制，对各类型材料的要求较高，需要其各方面性能满足生产打印的特殊要求[5]。国外在这方面的研究相对较早，目前已经有许多3D打印材料被研制出来，并在应用中有较好的效果。但是国内在这方面的研究却相对较晚，再加上这方面的技术积累较为薄弱，使得所需材料完全需要依赖于进口，这在很大程度上增加3D打印制造的成本，远远超出应用传统造价方式进行生产的成本费用，这也在很大程度阻碍3D打印技术的发展。
        3.3 3D打印软件的问题
        实际上3D打印软件同3D打印设备面临着同样的问题，3D打印软件是整个3D打印工艺中必不可少的部分，在面对不同类型的产品或物体打印时，由于3D打印设备的改变，在软件制作上也需要做出调整和变化，以目前在3D打印上的技术能力来看，还无法做到3D打印软件的标准化，这无疑也增大对软件的开发成本，影响到最终对3D打印技术的应用。
        4 3D打印技术未来发展展望
        同传统的加工生产工艺相比较，3D打印技术具有非常多的优势之处，有着巨大的发展潜力，这也是其得到世界各国高度重视的主要原因。2014年美国奥巴马总统在一次演讲中着重提出了3D打印技术，其认为在未来的一段时间里，应当加大在该项技术上的研究投入，其有助于促进美国制造业的创新发展;与此同时，欧美一些发达国家在未来的发展规划中，也对3D打印技术表示较高的重视，希望能够促进3D打印的产业化发展;2015年在我国制造业规划之中，也将这项技术列为发展的重点[6]。
        从当前国内外对3D打印技术发展的广泛关注来看，该项技术在未来的时间里将迎来更
加快速的发展。随着更多人力和物力朝这方面倾斜，其在当前发展中表现出来的一些问题也将逐一被解决。首先，在3D打印设备上，其主要将朝着三个方向发展：大型化、精密化以及普适化。为满足大型产品的打印生产，一些3D打印设备其内部空间将会越来越大;为满足生产加工的精度需求，需确保打印出来的产品具有较小的误差，自然需要3D打印设备更加的精密;而普适化主要指的是一台3D打印设备能够实现对多种类型或物体的打印生产，减少在设备上的投入，这也是该项技术能否推广应用到人们生活中的关键。其次，在3D打印材料上，需要以现有材料为基础，积极开发更多新型的3D打印材料，在提升打印产品性能的同时，降低所使用材料的成本，为大面积推广应用奠定基础。再次，在3D打印软件上，需根据改进后的3D打印设备结构需求，制作出与之相匹配的软件系统，为3D打印技术的顺利应用提供方便。
        5 结语
        综上所述，从长远的角度来看，3D打印技术具有十分广阔的发展前景，能够促进传统制造业的改革与创新。但是从现阶段的应用与发展来看，该项技术在离产业化发展上还有着很长一段距离。因此，当前在对待该项技术的态度上，还需要引起较高的重视，积极加大在
该领域的投入，从目前表现出来的问题着手，在加强自主研发的同时，积极引进和学习国外的先进技术，争取能够在该领域实现技术上的领先，在未来的发展中占据更加有利的地位。当然在该领域的发展投入也不能盲目，毕竟目前该项技术还有着较多的不完善之处，盲目的投入也可能会增大回报风险，因此在该项技术的发展中，还需要有计划的开展和实施。
        参考文献
        [1] 程俊廷，张怿，卢建军.浅谈3D打印技术的应用与发展[J].机电信息，2018，（27）：96-97+99.
        [2] 宋彬，及晓阳，任瑞，李雨.3D打印技术在汽车工业发展中的应用[J].金属加工（热加工），2018，（2）：22-24.
        [3] 金晓菁.3D打印技术在建筑领域的发展及应用[A].中国机械工程学会特种加工分会、广东工业大学.特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集（摘要）[C].中国机械工程学会特种加工分会、广东工业大学：中国机械工程学会，2017：1.
        [4] 陈鑫，李方正.生物3D打印技术的应用现状和发展趋势[J].新材料产业，2017，（11）
：2-4.
        [5] 刘敏，谢婷婷，袁超超，王奕迪，张挺，林毅鸿.3D打印技术的发展及其在医学中的应用[J].世界最新医学信息文摘，2017，（75）：193.
        [6] 高艷芳，豆贺，佟晗，温晓鑫，李小海.3D打印技术的发展现状及应用前景[J].中国科技信息，2017，（12）：30-31.