3D打印技术应用及发展研究

摘 要：3D打印是一种快速成型、制造先进的前沿技术，具有堆积制造、快速制造、数字制造以及直接制造等优点，目前已在我国医学、文化、建筑以及工业等行业中得到了推广与应用，特别是在数字模型行业受到了广泛关注。我国众多学者对3D打印技术进行研究后发现，该项打印技术在各个领域中的应用，能够有效推动我国产品制造业的发展，为此认为3D打印技术是推动各行各业快速发展的重要推动力。本文就将结合3D打印技术的应用情况，对其发展展开进一步的研究。

关键词：3D打印技术；应用；发展

3D打印技术是在数字模型的基础上，利用塑料以及粉末金属等材料，运用积层造型方式，快速构造实物对象的一种制造技术。尤其是我国进入信息时代后，数字技术发展十分快速，3D打印技术在数字产品制造方面得到进一步推广，如骨骼制造、航空航天、教育以及工业制造等方面。3D打印技术在各行各业中的广泛应用，标志着该项技术在人们生活中越来越普及，也得到了人们的喜爱与关注。本文对3D打印技术的应用及其发展实况做了阐述，希望3D打印技术能够促进我国各行各业进入新的发展领域。

1 3D打印技术简述

1.1 SLA技术和SLS技术

立体光固化成型法（SLA技术），属于实用类的快速成型技术。首先，使用CAD制图技术设计出实体的三维模型，再利用离散程序对模型做出切片处理，对扫描路径进行设计，这个过程生成的数据将会直接影响激光扫描设备以及升降台的运动轨迹。其次，使用激光光束控制扫描设备，直接照射在树脂表层，固化表层的一层树脂生成零件截面。最后，按照设计路径，对升降台进行适度调整，固化表层再覆盖新的树脂，继续进行扫描，所有固化表层都会与上一层进行稳定粘结，周而复始形成三维实体模型，之后将模型取出进行再次固化、加工、打磨得到成品。该项技术主要应用在模具制造中，成型速度非常快，精确度高[1]。

选择性激光烧结技术（SLS技术）。在实际操作中，首先利用粉末缸将粉末均匀地铺设在成型钢中，利用计算机来控制激光束的扫描轨迹，需要注意的是这里的扫描轨迹是二维的；其次是选择性地烧结粉末，使材料逐渐形成零件层面，完成粉末工作后，再将活塞进行适度的调整，并在铺粉系统中添加新的粉末，再进行激光束的二次扫描；循环往复工作后，形成三维零件，然后再将烧结之后的粉末收回，并将成品取出。SLS技术能够使用的成型材料种类较为广泛，不仅能够节省用料，还不需要复杂系统的支撑，因此该项打印技术的应用最为广泛。

1.2 FDM技术和LOM技术

熔积成型法（FDM技术）。此打印技术首先是利用金属、塑料以及石蜡等材料，通过电加热等方式对材料进行加热，加热至一定程度后，使用计算机进行相应控制，在喷头的作用下将熔融后的材料涂抹在工作台表层，放置一段时间令其自然冷却，形成工件的截面；其次是调整喷头高度，进行下一层的涂抹；最终形成三维工件。该项打印技术使用的材料能够进行回收利用，对环境造成的污染小。

分层实体制造法（LOM技术）。首先是结合计算机整理出工件横截面的相关数据，利用激光切割出内外轮廓；其次是在切割完成后，送料设备会添加第二层的纸，这时会使用热粘设备，将切割完之后的层粘合起来，进行第二次的切割，以此类推，最终形成三维工件。LOM技术使用的材料多为塑料膜或者纸，因此，制作模型的支撑性能较好，使用成本较低，工作效率比较高。

2 3D打印技术的应用实况

一般3D打印技术是通过数字技术来实现的，随着社会的发展进步，现代化科技水平的不断提升，3D打印技术已经逐渐涉及多个领域。

2.1 模具制造

模具制造是较为传统的制造行业，例如我国的玩具制造，以前生产模具需要花费较长时间，并需要很多费用。现在模具在生产过程中，应用了3D打印技术，不仅缩短了模具的开发时间，还提升了生产效率，给玩具制造企业带来了更多的经济收益。3D打印技术应用在模具制造中分为直接制模与间接制模，前者是利用3D打印技术，通过堆积制造生成模具，后者是先使用快速成型零件，在对零件进行不断的复制，最终生成想要的模具[2]。

2.2 医学

医学工作者应用3D打印技术，并结合影像数据，对人体器官或者是骨骼进行模拟制造，使3D打印技术在医学外科手术过程中发挥了重要作用。由于外在因素的影响，有很多人需要装配假肢，才能满足自己日常生活的需要，但是人的身体结构存在个体差异，在制造假肢时需要根据实际情况进行制造。例如，在美国的一家诊所内，医生就是利用3D打印技术，为病人制造出了一个髋关节，并成功植入病人体内。这在医学领域以及制造领域都是一项新的突破。

2.3 教育

3D打印技术除了能够制造出各类实用模型以及人体组织，同样也能渗透到教育领域。例如，教师在课堂上培养学生思维能力的时候，经常会引导学生对实物进行想象，想象能力不好的学生，就会在学习过程中遇到困难，难以真正学会教学内容，这时教师可以利用3D打印技术，将学生的想象转变成现实，不仅能加深学生对所学知识的理解，还能提升课堂的教学效果。这也是推动我国教育水平发展的重要推动力。

2.4 航空航天

3D打印技术能够给无人飞行器添加多类构件，对特殊的组装工具进行加工制造。例如，美国一位大学生就是利用3D打印技术，成功制造出飞机模型，并在多次试验后试飞成功，他所设计的机翼约有2米，使用的零件全是利用3D打印技术制造的，发现零件出现任何破损状况，都可直接利用3D打印技术进行再次制造，予以及时的更替。2014年，我国利用3D打印技术，成功打印出了卫星设备使用的观雪镜片支架、飞机使用的叶轮等。

3 3D打印技术的发展实况

我国3D打印技术的发展已有20多年，与世界上其他发达国家相比，晚10余年的发展时间。现阶段我国的3D打印技术已与其他发达国家的3D打印技术水平同步。

1994年，我国开始研发3D打印技术，到1995年，北京一家公司成功研发出激光快速成型设备；后来华中科技大学的一名教授，带领自己的研发团队，成功研发出了世界上最大的成型快速制造设备，也就是1.2m×1.2m的立体打印机；2012年，湖南一家科技公司研发出了国内首台激光3D打印设备并出口美国；2014年，3D打印技术已经基本成熟，在京东网站已有3D打印设备开始发行销售。

虽然我国的3D打印技术已经能与发达国家的3D打印技术同步，但是制造产业仍处于开始阶段，与发达国家存在的差距，主要是还没有建立一套较为完整的发展产业体系，核心技术也需要加大开发力度，政府也需要加大资金、政策的扶持力度。

为了使3D打印技术能够得到更好的开发利用，2015年，我国政府研究后制定了《国家增材制造产业发展推进计划》，紧抓产业以及科技变革机遇，推进我国增材制造产业的发展，要求将增材制造产业作为我国产业结构升级的重要任务。在《中国制造2025》规划纲要中，对3D打印有了明确要求，由此我们可以看出政府对3D打印技术应用以及发展的重视[3]。

4 结束语

综上所述，3D打印技术是最新型的前沿技术，也是各行各业快速发展的主要推动力，为此，我国政府加强了对3D打印技术的重视。从3D打印技术长远发展角度来看，虽然3D打印技术受到了人们的喜爱与广泛关注，有着较为广阔的发展前景，但是3D打印技术的发展现状仍处于未成熟阶段，与发达国家相比，仍然存在较大差距。因此，应加强对3D打印技术应用以及发展的研究，对其进行不断创新研发，促进我国各行各业得到更好的发展。

参考文献

[1]李小丽，马剑雄，李萍，陈琪，周伟民.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014（01）：1-5.

[2]李昕.3D打印技术及其应用综述[J].凿岩机械气动工具，2014（04）：36-41.

[3]张希平，苏健强，高健.3D打印技术及我国的发展现状[J].信息技术与标准化，2015（06）：17-21.