浅析3D打印技术在纳米材料中的应用

周鋆宽

摘要 随着经济和科学技术的不断发展，3D打印这一新型技术也正在迅猛发展，并广泛地应用于生活、工程设计等各个方面。同时，正在以新生之势发展着的纳米材料也应用较为广泛，以其微小却能量大的独特性质受到追捧。而将3D打印技术与纳米材料相结合，将成为科技领域的一大成就和潮流。本文则是从3D打印技术在纳米材料中的应用入手，简要分析3D打印技术的创新性、在纳米材料中的具体应用、应用优势以及为其带来的影响，以期为3D打印技术在纳米材料中的深化应用提供参考。

关键词 3D打印技术；纳米材料；应用优势；影响

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 2095—6363（2016）17—0056—01

众所周知，在科学技术不断发展的当代，3D打印技术的出现无疑是科技领域的又一次革新，它被誉为“第三次工业革命重要标志之一”。与此同时，纳米材料近几年的发展也是不容小觑，纳米材料成功应用在人类的衣食住行等方面，更是被预言为是当今世界最有发展前景的决定性技术材料。但纳米材料的应用存在着单一性、数量少等局限性。因此，3D打印技术以其多样性、丰富性弥补了这一缺陷。二者完美契合，必定会为技术产品带来新面貌。

1 3D打印技术的概况

1.1概念及原理

简单来说，3D打印技术是一种快速成型技术，在国外它被称为“增材制造”。其原理是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，通过逐层打印的方式来构造物体，并且可以把复杂的三维制造转化为一系列的二维制造的叠加。

1.2发展及特点

据了解，3D打印技术的发展历程大致如下：1984年的数字资源打印成三维立体模型技术、1993年创造出的7三维打印技术（3DP）、1996年第一次使用“3D打印机”、2005年世界上第一台离精度彩色3D打印机——Spe。3D打印技术与传统打印技术最大的区别在于适应的材料上，传统的打印机使用的无外乎是墨水等原料，而如今的高科技3D打印技术依赖于基于计算机科学的CAD技术，通过预先的CAD设计，继而在打印过程中完成一系列的数字切片程序；再将这些信息传入到计算机，其次在打印机中进行分层打印，最后将这些分层打印出来的薄片传送给打印机直至其堆叠出来一个成型的物体。

2什么是纳米材料

纳米材料就是在100nm以内的空间内从微观粒子的角度对材料进行加工和修饰，这些粒子包括分子、原子和离子等，这种材料与传统宏观意义上的材料不同。近些年来，纳米材料如雨后春笋般地涌现出来，广泛地应用于医疗等领域。而这都归功于纳米技术的高速发展，纳米技术的发展“刷新”了人们对物质世界的传统认知。纳米材料具有表面效应、小尺寸效应以及量子隧道效应等，融合了物理学中力、光以及电磁等技术，具备催化的性能。由此不难看出，纳米材料在21世纪将有着最广阔的应用前景。

3 3D打印技术应用在纳米材料中的优势

1）精细性。3D打印技术依托于计算机，将复杂的三维设计转化为实物模型。纳米材料中的细微粒子正是基于其自身的小尺寸特点产生巨大效应，3D打印技术融入其中，可增加纳米材料的光、电、热等独特功能，从精准细微出发，可有效缩短产品研发周期。

2）多样性。3D打印技术拥有多样化的材料，可以满足纳米材料在发展中的复杂要求，从而使纳米材料获得更多如反射、催化等意想不到的高性能特点，增加了其附加值。

3）循环性。3D打印技术中的可循环利用特性为纳米材料带来了福利。据了解，纳米在抗菌、保鲜、除臭等方面有着重要功效，而3D打印技术利用循环性，正好可以延长纳米材料的使用寿命，增加其使用值，为社会生活做出更多贡献。

4）环保性。3D打印技术在环保方面最主要的表现为节能、毒素排放量少且功耗消耗较少。由于3D打印技术来自于电力供电，又因为其精确度高。所以在能耗的使用上，能够最大程度地优化资源，避免浪费和污染环境。近年来，运用纳米技术研发的复合稀土化合物，其粉体作用可以净化汽车尾气。可见在这一点上纳米材料与3D打印技术不谋而合。二者的融合会进一步减少污染气体排放量，有效地优化资源，避免资源浪费带来的环境污染。由此不难看出，二者结合非常完美。

4 3D打印技术对纳米材料的影响

1）3D打印技术促进了纳米材料成本的降低。纳米材料在诸多方面运用得十分广泛，而细微纳米粒子虽小但能量大。3D打印技术因其自身的精准度可以大大避免材料浪费，从而使每一颗纳米粒子都得以成功发挥作用。例如利用纳米材料，在玻璃或墙面涂上纳米薄层，进行白洁，且还可有效吸收对人体有害的紫外线。3D打印技术在最开始计算玻璃或墙的精确度，使测量精准，不浪费每一颗纳米粒子，从而降低成本。

2）3D打印技术促进了纳米材料设计技术的革新。3D打印技术的运用加快了纳米材料的设计进程，使得纳米材料在设计技术领域不断发展与完善。简单举个例子来说，纳米材料制成的納米陶瓷对汽车、飞机等交通工具的发动机部件有着重要作用，可有效提高发动机的功率。将3D技术应用于纳米材料的设计中，更是将高科技与制造业设计的结合推向了一个新的高度，加快了纳米技术产品制造的发展与创新。

3）3D打印技术有利于缩短纳米材料制作周期。3D打印技术本身具有快速性、精准性，在纳米材料制成品中更是大有益处。通过3D打印技术准确地计算所需模型材料，并且大大地缩短了纳米材料的制作周期。与传统的材料设计相比，3D打印技术下往往将信息输入进去，一个“回车”发送指令，就可以在很短的时间内完成纳米材料的制作。例如纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品，将其结合3D打印技术，既可以有效缩短生产周期，又可以物尽其用，有益于资源合理配置。

4）3D打印技术促进纳米材料应用的人性化发展。由于3D打印技术可以通过模型的设计转化为实物模型，以此来最大程度上满足纳米材料应用的设计者及使用者的需求，改变了一般意义上的死板设计。例如，利用纳米材料技术制成的微型机器人，首先运用3D打印技术勾勒三维模型，精准机器人的一切尺寸，通过计算机转化为实物模型。并且此纳米机器人可疏散病人脑血管中的血栓，清除其心脏动脉内的脂肪和沉淀杂质物，成为人类健康生活的小助手。

5结论

总而言之，3D打印技术具有很好的发展前景，并且随着3D打印技术的迅速发展，纳米材料的应用进程必将呈现出更加快速度的发展。但是，目前该技术在纳米材料的应用方面仍然存在着诸如3D打印机本身成本较高、环保不完善等缺陷。不过我们相信，3D打印技术终将会克服这些弊端，在未来的某一天定然能够看到更加完善的3D打印技术，为纳米材料的应用乃至人类社会带来更大的经济效益与社会效益。