譚晗

摘要：3D打印技術(shù)作為快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，目前正迅速發(fā)展，并受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。文章簡(jiǎn)要闡明了3D打印技術(shù)的基本原理，介紹了它所依托的關(guān)鍵技術(shù)，分析了我國3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其未來的發(fā)展趨勢(shì)作了展望。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)數(shù)字模型現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TP391.73

1986年，美國科學(xué)家查克赫爾開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī)，此為3D打印技術(shù)誕生的標(biāo)志。但直到20世紀(jì)90年代才被關(guān)注，應(yīng)用也主要局限在制造業(yè)、航空業(yè)等領(lǐng)域，那時(shí)叫“快速成型”技術(shù)。直到2010年11月，世界上的第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車Urbee問世，3D打印才引起廣泛關(guān)注。目前全球已有不少公司推出了個(gè)人3D打印機(jī)，它已在日常生活中開始普及。傳統(tǒng)制造技術(shù)可謂是“減材制造技術(shù)”，而3D打印則是“增材制造技術(shù)”，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢(shì)。因此，3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化模式一起，推動(dòng)第三次工業(yè)革命的進(jìn)一步發(fā)展。

一、3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介

3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。3D打印機(jī)是這一技術(shù)應(yīng)用的核心設(shè)備。它與普通打印工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層一層地疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。

目前，3D打印技術(shù)常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它被逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶制作、工業(yè)設(shè)計(jì)、藝術(shù)創(chuàng)作、航空航天和地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域都有所應(yīng)用。除此以外，在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、建筑設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，這一技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細(xì)胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重大意義的創(chuàng)新。

二、3D打印所需的關(guān)鍵技術(shù)

3D打印需要依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，至少包括以下幾個(gè)方面：

首先，在信息技術(shù)方面，要有先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件及數(shù)字化工具，輔助設(shè)計(jì)人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并且根據(jù)模型自動(dòng)識(shí)別出打印的幾道工序，以方便自動(dòng)控制打印器材的走向。

其次，在精密機(jī)械方面，3D打印以“每層的疊加”為工作方式，因此，要生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，必須對(duì)打印設(shè)備的精準(zhǔn)程度、穩(wěn)定性有較高的要求，以確保疊加后的效果能符合人們的預(yù)期。

再次，在材料科學(xué)方面，用于3D打印的原材料比較特殊，要求必須能夠液態(tài)化、粉末化和絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來，這一過程對(duì)于原材料具有合格的物理和化學(xué)性質(zhì)方面提出了比較高的要求。

三、我國3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國積極探索3D打印技術(shù)的研發(fā)，初步取得成效。自20世紀(jì)90年代初以來，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校，在3D打印設(shè)備制造技術(shù)、3D打印材料技術(shù)、3D設(shè)計(jì)與成型軟件開發(fā)、3D打印工業(yè)應(yīng)用研究等方面，開展了積極的探索，并取得了一些關(guān)鍵性的突破。其中，激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機(jī)械性能，有望率先應(yīng)用于航天、航空設(shè)備制造；生物細(xì)胞3D打印技術(shù)取得顯著進(jìn)展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尖端科學(xué)研究提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。而高校在技術(shù)研發(fā)過程中，通過專利授予和技術(shù)入股等方式成立公司，加快了3D打印技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化。目前，國內(nèi)涌現(xiàn)出數(shù)十家3D打印制造設(shè)備與服務(wù)企業(yè)，已初步形成小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。3D打印產(chǎn)業(yè)正成為投資熱點(diǎn)。不少原來從事數(shù)字化技術(shù)、材料技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)的企業(yè)紛紛考慮投資開發(fā)3D打印設(shè)備生產(chǎn)和服務(wù)。目前，中國已成為美國、日本、德國之后的3D打印設(shè)備擁有國。

當(dāng)然，目前我國3D打印產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，存在一些影響3D打印產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的問題。首先是缺乏宏觀規(guī)劃和引導(dǎo)。3D打印技術(shù)涉及的各大領(lǐng)域，也屬于新能源新技術(shù)的研發(fā)行列中年，但在我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、發(fā)展智能制造業(yè)、進(jìn)入創(chuàng)新型國家的相關(guān)規(guī)劃中，對(duì)3D打印這一交叉學(xué)科的技術(shù)總體規(guī)劃與重視不夠。其次，企業(yè)對(duì)技術(shù)研發(fā)投入顯得不足。我國雖已有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設(shè)備，但企業(yè)規(guī)模普遍較小，研發(fā)力量不足。在加工流程穩(wěn)定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術(shù)等諸多具體環(huán)節(jié)，存在缺陷，難以完全滿足制造的需求。

四、3D打印技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)

3D打印技術(shù)將淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，縮短制作周期，大大減少生產(chǎn)廢料，所需原材料用量即將減少到原來的三分之一甚至更少。這一技術(shù)在節(jié)約成本，提高制作精密度的基礎(chǔ)上，還彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制造的諸多不足。它將在民用市場(chǎng)迅速推廣，開啟制造業(yè)的新的歷史開端，并同時(shí)為印刷工業(yè)帶來機(jī)遇。

隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的材料技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推動(dòng)式地發(fā)展。將來，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出通用化、智能化和精密化等主要的趨勢(shì)。3D打印技術(shù)的速度和尺寸在不斷提高，其技術(shù)在不斷優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，特別在圖形藝術(shù)領(lǐng)域，三維模型能夠更好地將制作者的想法意圖表達(dá)出來。一張圖可以勝于成百上千個(gè)文字的描述。專業(yè)人士堅(jiān)信，個(gè)性化或定制化的3D打印可以將一個(gè)所想象的三維模型很快呈現(xiàn)在眼前，能夠以最快的速度對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，增長的幅度將超出人們的想象?？傊?，3D打印技術(shù)將會(huì)極大地改變社會(huì)各種應(yīng)用的未來！

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