浅谈3D打印技术在电子信息实验中的应用

刘安吉 李林福

摘 要 伴随着5G时代的到来，3D打印技术被越来越多的人知晓和接受，在很多工程实践中该项技术也获得了運用。对于3D打印技术的相关研究也获得了国家的大力支持，很多研究单位和高校都设有单独的实验室开展相关研究。本文分析了3D打印技术面临的问题、主要优势、现阶段取得的成就，进一步探讨了3D打印技术在电子信息类学科在专业实验中的应用。

关键词 3D打印;电子信息;实验应用

引言

近年来，随着检测手段和检测仪器以及新材料研究技术的突破发展，促进了3D打印技术的极大进步。3D打印技术在研究领域和生产生活中得到重视，3D打印技术经过长时间的发展沉淀，凭借着独特的优势逐渐被大多数人所接受，在各大媒体版面上也持续占领着一席之地。3D打印技术在电子信息技术实验方面也体现出了其高精度、高效率、高品质的生产方式的同时又节约了设计和制造成本。3D打印技术融入电子信息设计领域，无疑改变了漫长的设计周期和流程。在平时实验运行中，对于实验室里损坏的部分元器件，可以通过扫描构建损坏的电子元件的3D视图模型，再凭借构建好的数字化模型进行3D打印，及时补充实验元件的缺损，同时3D打印技术也为电子器件的设计提供了更多样的选择。

13D打印的主要优势

1.1 材料利用率高

由于3D打印技术的实现属于“增材制造”的过程，所以材料的利用率很高。举一个常见的例子，雕刻技术就是一种典型的“减材制造”。它将材料进行切割削减和打磨，材料是逐渐减少的，最后的成品最大的特点就是十分精细。但越精细的产品，由于属于“减材制造”的原因，制造过程中产生的废弃材料也越多。而3D打印凭借其“增材制造”的优势，使得产品在制造的过程中很少产生废弃材料，与此同时制作出来的成品依然保证了“减材制造”的精细化。

1.2 满足个性化需求

在生活中买到的商品除了设计师本人之外，总有让用户不满意的地方。在生产中有些元件的使用中会发现这样那样的问题，但由于重新设计模具十分困难，即使发现问题也难于修改。而有了3D打印机后，用户就可以根据自己的想法和思路，进行商品和元件的模型设计，不满意的话还可以多次修改。既锻炼了用户创新能力，又让人们都体验到了自己设计的东西呈现在眼前的快乐，同时更方便验证想法的可行性。

1.3 减少产品制造的流程

一般的产品制造完成，需要经过设计、开模、加工、再加工等一系列烦琐的步骤。而3D打印能够做到在设计完成之后，一步成形，无须多次加工，减少了后续的工作量，节约了成型时间和人工成本的同时，避免了烦琐的后期加工引起的一系列问题，特别适合某些要求高精尖技术的行业，比如航天、军工行业、核电领域等。

2目前3D打印技术存在的问题

3D打印有着不可估量的前景，从近几年来国家对3D打印技术的投入和关注度来看3D打印当前正处于一个快速发展的阶段，3D打印缺乏的是技术以及材料上的突破。随着3D打印所存在问题的逐步获得解决，3D打印技术也迎来了再一次发展的高潮，但是目前来看3D打印技术仍有一些问题需要解决[1]。

2.1 材料问题

3D打印无论在世界上哪个国家发展和应用，面临的首要问题都是材料问题。这也是普遍存在的一个难点。到现在为止，虽然加工和制造技术已经发展的十分完善了，但是相对而言，各种工艺制造所能够加工的材料种类仍然非常少，特别的是一些特殊材料加工难度大，还有部分材料本身需要处理的技术比较复杂。例如PEEK材料，是目前在医学上应用前景比较广阔的，可惜只有少数的厂家能做这种材料的加工处理。除此之外还有很多高要求的企业上需要用到的特殊材料，有些因为其在自然界中比较稀有，或者对材料进行处理时需到达到很苛刻的要求，甚至需要经过很多次高标准的加工才能符合生产制造的需求。

2.2 实用性有待提高

就现阶段来看，3D打印技术在学校研究院所和一些专业的实验室内比较常见，对与设备生产厂家来说都是小范围小批量生产，机器制造量较少;并且3D打印技术目前主要体现在设备制造方面，材料的制造与软件设计等还缺乏相对齐全的配备[2]。对于一部分设计出来的产品，由于材料和精度的限制，通常只能够打印部分零件或者配件的模型，比较难实现原本的机器部件所具有的全部功能。这就极大影响了3D打印产品的实用性，因此这一技术模式下的产品实用性有待进一步提高。

2.3 打印效率需要提高

目前技术水平而言，普通的3D打印机在面对大规模加工时的效率较低，即使是一个尺寸只有几厘米的小零件，要实现高精度的打印，也要花费好几个小时才能打印出来，与传统的加工方式相比存在明显的劣势，因此3D打印技术很多时候常用于制作模型。由于技术水平的限制，目前速度快的3D打印机价格十分昂贵，一般普通高校实验室和规模不大的小型加工企业无法承担其昂贵的使用成本。因此提高打印效率，高速高精度的3D打印技术发展十分必要。

33D打印在电子信息实验中的应用

除了常规广泛的3D打印骨科植入体、人体器官（心脏）、血管等一系列应用于医药学中的3D打印的应用，凭借3D打印能够在工业制造实际应用中实现，随着该项技术的进一步发展，当大众关心的一系列精度、成本问题得到解决，3D打印的性能将会得到大幅度提升。作为新兴且具有一定优势的一项制造技术，它就必然能够为今后的制造业带来一波强烈的冲击，在电子信息实验中的应用只是其多种应用领域中一方面的体现。

3.1 修复损坏零件

从技术上来看，经过最近几年的发展，在全球市场上，3D打印已经能够满足大多数工业应用场景的需求，金属及其更多的工程塑料等3D打印材料被研发出来。当面对电子信息实验室中，各种材料组成的损坏元器件时，想要制造出一模一样的元件，只需要准备好原材料就可以利用3D打印机的逆向工程技术制造出来。

例如在电子信息的实验室中，由于做实验学生多，元件損耗较大。特别是使用不当、电路问题等原因导致的元器件损坏较多，而实验室中大大小小各式各样因不同原因而坏掉的实验箱，有的版本老旧修复不容易，全部换新又成本太高。这时有了3D打印机就可以通过3D打印的逆向思维，把坏掉的电子元件的3D视图模型构建出来，再凭借构建好的数字化模型进行3D打印，实现部分元件的修复。

3.2 打印设计电路

3D打印技术在解决了诸多问题与创造了诸多有利因素的条件下，正在朝着大规模制造和小众零件的制造发展。对于众多发烧友及电子专业的学生来说，电路板的设计是电子技术实验的基础并重要的部分，每一种关于电子的设备都会使用到电路板。以前的生产方式，通常是要经过一系列的技术处理，如高温铜膜蒸镀、化学试剂蚀刻等。耗费的人力物力财力都较大。对于刚接触3D打印的人来说，会认为3D打印机只能打印出一些工艺品和生活中常见的物品。实际上3D打印技术除了可以打印一般的日常所见之物，还可以打印PCB。中国在这方面已经有了先进的技术，北京梦之墨便是其中的代表。梦之墨是一种液态金属墨水，墨水可以导电，置入3D打印机中，便可精确地把PCB打印出来[3]。此项技术打破了电子制造技术的瓶颈和壁垒，使打印机在低成本下快速、随意地制作电子电路。为电路设计提供了更多的可能性。有了3D打印，实验室里所用到的电路板都可以快速高效打印出来，并且保证了成品的精度。另外电子信息实验室中的电路板因为其实现的功能多样而电路板也随着变化。当电路需要改动时只需要对软件中建立的数字模型进行更改，就可以在最短的时间内打印出成品。这解决了学生通过手动焊接电路板的安全问题和美观问题，并且大大节约了时间。

4结束语

综上所述，3D打印技术的发展虽然有一些制约因素，但是随着科学技术的发展，人们终将解决这些问题，这一技术正朝着满足精密精细仪器制造和小众个性化产品制造的方向发展。3D打印技术在电子信息实验中的应用也越来越便捷和广泛，为电路设计乃至芯片设计提供必要的技术基础支撑，加强3D打印技术在生产生活中的应用，十分有利于促进我国制造业和电子信息技术产业的发展。

参考文献

[1] 黄天凤.国内3D打印技术发展现状及存在的问题分析[J].山东工业技术，2017（18）：149.

[2] 王忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横，2013（1）：90-93.

[3] Graham，Warwick.打破3D打印技术发展壁垒[J].国际航空，2014（1）：25.

作者简介

刘安吉（1998-），女，贵州兴义人;毕业院校：贵州民族大学，学历：本科，现就职单位：贵州民族大学，研究方向：电路设计与数字信号处理。