3D打印技术应用研究

逯恒良

摘 要：3D打印技术已成为各国在技术应用方面必争之领域。3D打印技术的广泛应用，可能带来第三次工业革命它将引领时代潮流，将带动新材料、精益制造、工业设计等多个领域颠覆性的改变。

关键词：3D打印技术；应用；研究

3D打印思想起源于19世纪末的美国，在20世纪80年代得以发展和推广。被称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。3D打印 （3D printing）技术，也称为“增量技术”“增材技术”。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，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体的快速成型技术。3D打印技术最突出的优点是直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体无需机械加工或模具，极大缩短产品的研制周期，提高生产率，降低生产成本。

一、我國3D打印技术的发展

在我国20世纪90年代初，以高校为主的先行者，研究新材料，用树脂来做零件，为3D打印技术的发展奠定了基础，成为继欧美之后第三个可以生产快速原型装备的国家，并且取代了进口。基础研发上薄弱，缺乏完整的产业链。现在国内已经形成了3D打印的联盟，大家协同分工，相互交流，相互补充，促进发展。我国生产出目前世界上最大的3D打印机；天宫一号的零部件，也使用了3D打印技术。由于涉及到材料、控制、软件等各方面的限制，发展缓慢，3D打印技术目前发展还不够成熟，有待突破。

二、3D打印技术应用

3D打印技术现在一直呈良性发展态势，被应用于以下方面：

（一）工业应用

利用轻型材质，已经陆续生产出世界上第一辆3D打印自行车、第一辆3D打印汽车、第一款3D打印电动汽车Strati；世界上首款3D打印超级跑车“刀锋（Blade）”。它们生产时间短，造价低，质量轻，耐用。

（二）医药应用

3D打印技术受到了医疗行业的青睐。就目前而言，3D打印技术在医疗方面的成功运用主要在3D打印肝脏模型、3D打印头盖骨、3D打印脊椎植入人体、3D打印手掌治疗残疾、3D打印心脏、3D打印制药、3D打印胸腔尤其是世界首创的3D生物血管打印机由四川蓝光英诺生物科技股份有限公司成功研制问世，仅仅2分钟便打出10厘米长的血管。

（三）日常生活应用

美国纽约康奈尔大学研制的食物制造设备“3D食物打印机”，将食材和配料预先放入容器内中，只需输入所需食谱，通过所配套的CAD软件就能把美食“印”出来；一个设计工作室已经成功使用3D打印技术制作出服装，服装外观新颖舒适合体；2015年8月27日，利用3D打印深圳美女创客SexyCyborg发明了“无影高跟鞋”。

（四）IT应用

迪士尼的研究人员利用3D打印技术以低廉造价打印出了LCD屏幕与多种传感器，实现了IT应用中的新突破；利用3D打印光导管制造出高科技的国际象棋，棋子可以侦测并显示当前位置；利用3D打印技术还能够打印出多种传感器，通过红外光来侦测触摸、振动等刺激，并将结果输出。3D打印技术必将为智慧生活和智慧城市创造出更多的IT应用。

（五）军事应用

美国海军利用3D打印技术快速制造舰艇零件，提升执行任务速度并降低成本。2014年6月24日至6月26日，开展了一系列“打印舰艇”研讨会，向水手及其他相关人员介绍了3D打印及增材制造技术。

（六）航空航天

美国航空航天局（NASA）利用3D打印完成首个整台仪器成像望远镜；2014年8月31日，完成了3D打印火箭喷射器的测试，验证了3D打印技术在火箭发动机制造上的可行性；2015年4月21日制造首个全尺寸铜合金火箭发动机零件以节约成本，这是航空航天领域3D打印技术应用的新里程碑。2014年10月11日，英国一个团队用3D打印技术制出了一枚火箭，他们还准备让这个世界上第一个打印出来的火箭升空。2015年6月22日，俄罗斯技术集团公司以3D打印技术制造出一架无人机样机，重3.8公斤，翼展2.4米，飞行时速可达90至100公里，续航能力1至1.5小时。

（七）房屋建筑

2014年1月，3D打印技术建造的一栋面积1100平方米的别墅和一栋6层居民楼建筑亮相苏州工业园区；2014年8月，一台大型3D打印机仅花费24小时层层叠加喷绘而成10幢建筑在上海张江高新青浦园区内交付使用，作为当地动迁工程的办公用房；2014年9月5日，在荷兰首都阿姆斯特丹，利用可再生的生物基材料制造全球首栋3D打印房屋；2015年7月17日上午，由3D打印的模块新材料别墅现身西安，在三个小时完成了精装别墅的搭建，只要摆上家具就能拎包入住。

三、发展前景

事实证明，生活中的汽车、电器以及房子，甚至是军事上使用的飞机、大炮、潜艇等武器装备，皆可被打印出来。可想器官损坏，无需找匹配的器官源，只需在患者身上取一些干细胞培养成为打印原料，然后打印出一个一模一样的器官进行移植；一台超大型的3D打印机放在建筑工地就可以打印楼房；发射几台3D打印机到太空，就可打印一个空间站。3D打印对我国的制造业至关重要，若想成为制造强国，必须在3D技术上占领制高点。2015年8月23日，中共中央政治局常委、国务院总理李克强主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等問题。我国的增材制造产业销售收入实现快速增长，年均增长速度30%以上。按照中国3D打印技术产业联盟的预测，中国3D打印的市场规模到2016年时将扩大到100亿元人民币，达到2012年（10亿元人民币）的10倍，从而使中国超越美国成为全球最大的3D打印市场，此可见3D打印技术的前景非常广阔。

四、结论

3D打印一直在给人们惊喜，3D打印应该有适合自己的发展道路。它已经做出了杰出贡献，真的可能带来第三次工业革命。当然，3D打印还有很多的不足，但是这就是3D打印给予人们想象和突破的空间。3D打印对于一个国家制造业的发展有着重要推动作用，是各国争相发展的技术。伴随3D打印机的普及，生活中对质量要求不高的物品都可以通过3D打印机来解决，就会对日常生活带来翻天覆地的变化，值得我们深入研究。

参考文献：

[1]刘星.工业设计在三维打印时代面临的发展变化[J].包装工程，2011（12）.

[2]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）.

[3]乔益民.3D打印技术在包装容器成型中的应用[J].包装工程，2012（22）.

（作者单位：齐齐哈尔工程学院）