3D打印技术的现在与未来

谭晗

摘要：3D打印技术作为快速成型领域的一种新兴技术，目前正迅速发展，并受到社会的广泛关注。文章简要阐明了3D打印技术的基本原理，介绍了它所依托的关键技术，分析了我国3D打印技术的发展现状，并对其未来的发展趋势作了展望。

关键词：3D打印技术数字模型现状发展趋势

中图分类号：TP391.73

1986年，美国科学家查克赫尔开发了第一台商业3D印刷机，此为3D打印技术诞生的标志。但直到20世纪90年代才被关注，应用也主要局限在制造业、航空业等领域，那时叫“快速成型”技术。直到2010年11月，世界上的第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世，3D打印才引起广泛关注。目前全球已有不少公司推出了个人3D打印机，它已在日常生活中开始普及。传统制造技术可谓是“减材制造技术”，而3D打印则是“增材制造技术”，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势。因此，3D打印技术将与其他数字化模式一起，推动第三次工业革命的进一步发展。

一、3D打印技术简介

3D打印是快速成型技术的一种，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，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。3D打印机是这一技术应用的核心设备。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层一层地叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

目前，3D打印技术常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它被逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝制作、工业设计、艺术创作、航空航天和地理信息系统等领域都有所应用。除此以外，在医疗产业、建筑设计、服装设计等领域，这一技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。如2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。

二、3D打印所需的关键技术

3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术，至少包括以下几个方面：

首先，在信息技术方面，要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并且根据模型自动识别出打印的几道工序，以方便自动控制打印器材的走向。

其次，在精密机械方面，3D打印以“每层的叠加”为工作方式，因此，要生产高精度的产品，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求，以确保叠加后的效果能符合人们的预期。

再次，在材料科学方面，用于3D打印的原材料比较特殊，要求必须能够液态化、粉末化和丝化，在打印完成后又能重新结合起来，这一过程对于原材料具有合格的物理和化学性质方面提出了比较高的要求。

三、我国3D打印技术的发展现状

近年来，我国积极探索3D打印技术的研发，初步取得成效。自20世纪90年代初以来，清华大学、西安交通大学、华中科技大学、北京航空航天大学等高校，在3D打印设备制造技术、3D打印材料技术、3D设计与成型软件开发、3D打印工业应用研究等方面，开展了积极的探索，并取得了一些关键性的突破。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能，有望率先应用于航天、航空设备制造；生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键技术支撑。而高校在技术研发过程中，通过专利授予和技术入股等方式成立公司，加快了3D打印技术成果的产业化。目前，国内涌现出数十家3D打印制造设备与服务企业，已初步形成小规模的产业市场。3D打印产业正成为投资热点。不少原来从事数字化技术、材料技术、精密机械技术的企业纷纷考虑投资开发3D打印设备生产和服务。目前，中国已成为美国、日本、德国之后的3D打印设备拥有国。

当然，目前我国3D打印产业尚处于起步阶段，存在一些影响3D打印产业快速发展的问题。首先是缺乏宏观规划和引导。3D打印技术涉及的各大领域，也属于新能源新技术的研发行列中年，但在我国工业转型升级、发展智能制造业、进入创新型国家的相关规划中，对3D打印这一交叉学科的技术总体规划与重视不够。其次，企业对技术研发投入显得不足。我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多具体环节，存在缺陷，难以完全满足制造的需求。

四、3D打印技术未来的发展趋势

3D打印技术将淘汰传统生产线，缩短制作周期，大大减少生产废料，所需原材料用量即将减少到原来的三分之一甚至更少。这一技术在节约成本，提高制作精密度的基础上，还弥补了传统制造的诸多不足。它将在民用市场迅速推广，开启制造业的新的历史开端，并同时为印刷工业带来机遇。

随着智能制造的进一步发展成熟，新的材料技术、控制技术和信息技术等不断被广泛应用在制造業领域，3D打印技术也将被推动式地发展。将来，3D打印技术的发展将体现出通用化、智能化和精密化等主要的趋势。3D打印技术的速度和尺寸在不断提高，其技术在不断优化，应用领域在不断扩展，特别在图形艺术领域，三维模型能够更好地将制作者的想法意图表达出来。一张图可以胜于成百上千个文字的描述。专业人士坚信，个性化或定制化的3D打印可以将一个所想象的三维模型很快呈现在眼前，能够以最快的速度对现有产品进行改进，增长的幅度将超出人们的想象。总之，3D打印技术将会极大地改变社会各种应用的未来！

参考文献：

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2.王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷，2012，（9）.

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