嘿?菠蘿—讓制造更便捷

行業資訊
淺談3D打印技術的應用現狀及發展前景

  一個快速成型技術的一種新型行業――3D打印,逐漸吸引了人們的眼球,成爲國內外學者研究的重點。它以無縫制造、快速成型,並且適用于制造各種各樣複雜結構産品的優勢區別于傳統的生産加工方式。同時,3D打印也是集計算機科學、材料科學、機械加工技術以及掃描等科學領域的知識于一體的綜合性技術,是現代化社會綜合發展的一項重要標志。


  一、3D打印技術的特點及原理

  3D打印技術與傳統打印機的不同之處在于:第一,它不像傳統打印機一樣以水墨爲材料,而是以粉末狀或絲狀塑料以及玻璃、面粉和尼龍等物質爲打印材料的。第二,3D打印機之所以成爲“3D”,是因爲其成果不再局限于文本形式,而是能夠將與之相連的計算機內虛擬的三維圖形轉化成具體的實物。因此,3D打印是屬于增材制造與快速成型的一種高科技技術。其主要優勢包括:可以隨時進行生産,尤其是當零件批量較小的情況下,避免了由生産線頻繁啓動而造成的成本浪費;由3D打印技術的原理決定了其在制造過程中不受産品結構的制約,可以制造出結構極其複雜的實物,這是傳統的機械加工方法很難實現的;與傳統的減材制造方法相比,增材制造減少了材料的浪費,從而有效降低了加工成本。

  3D打印技術的基本原理主要分爲三個步驟:首先要在計算機內設計出要打印的物體的三維電子模型,包括其形狀和各個尺寸等,這個步驟可以通過現有的一些畫圖軟件來實現,比如CAD、3Dmax等。其次,在與計算機連接的前提下,3D打印機會將建立好的三維圖形信息進行層層分割,分割的密度與打印機以及材料有關。最後,根據分割之後的每層平面的信息,3D打印機自動確定打印路徑並逐層打印,直到最終成型。其中打印的方式根據機器種類的不同,可以是通過高溫或激光燈手段將材料熔化,再一層一層的堆積成型;也可以利用膠水將材料層層粘合。

  二、3D打印技術的應用現狀

  近年來,隨著3D打印技術的不斷完善,3D打印機應用在越來越多的領域,包括機械制造領域、生物醫療領域、建築行業、考古領域、食品行業等。

  1.機械制造領域。隨著全球化的到來,産品的需求越來越多樣化,這就促使了多品種小批量、甚至單件生産的制造方式的轉變。3D打印技術能夠打印複雜結構零件、啓動成本較低的優勢爲單件生産方式的發展帶來了機遇。

  2.生物醫療領域。近年來已經有一些國家利用3D打印技術制作出了沒有任何排斥作用的器官,此外,骨骼打印以及牙齒的打印也都相繼實現,爲醫學的進步作出了一定的貢獻。

  3.建築行業。目前,3D打印技術在建築行業的應用主要是用來制造模型。建築設計師能夠將其設計的建築模型通過3D打印機一次性的完美的呈現出來,並完成相應的功能評價,與其他制造模型的方法相比,具有速度較快,制作成本較低的優點。除此之外,3D打印技術還能制造出直接供人居住的房屋。

  4.考古領域。當某些古文物受到損壞,比如出現缺口或者裂縫時,可以通過3D打印技術對其進行檢測和修複。

  5.食品行業。目前,市場上已經存在3D打印機打印簡單食物的應用,例如煎餅等食品。這種技術不僅可以減少人工的體力勞動量,而且打印出的實物外觀更加精細,與普通做法的味道也幾乎沒有差別。


  三、3D打印技術的發展前景

  隨著社會的發展和科學技術的進步,3D打印也會受到越來越多的人的重視,其技術水平也會不斷提高,功能不斷完善,其發展前景主要包括以下幾個方面:

  1.打印材料的多樣化

  材料是打印産品的基礎,3D打印的發展必須有相應性能的使用材料爲前提條件。據統計,目前此項技術在制造業中所占的份額還非常少,其中的一個重要原因就是由于打印材料種類的局限性。[5]因此,未來3D打印的材料一定會向著多樣化的趨勢發展,新型材料的研發能夠使得打印機能夠適用于更多産品的生産和制造。

  2.打印技術的創新

  如果說材料的多樣化是3D打印發展的基礎,那麽技術的創新和提高則是3D打印發展的關鍵。這主要體現在打印出産品的精度、打印速度、打印産品的種類及其智能化水平等方面。

  3.應用範圍的擴展

  目前,雖然3D打印在很多領域都已經得到應用,但其使用並不普遍也不成熟,例如只有極少數種類的食品的制作應用到了3D打印技術;在建築、醫學等領域其應用也具有很大的局限性;還有一些行業由于各種原因並未涉足此項技術的應用。因此,隨著科學技術的飛速發展,未來的3D打印將普遍應用于各行各業,爲更多的領域發揮其巨大的作用。

  4.打印機價格的控制

  雖然與傳統方式相比,3D打印節省了材料,縮短了生産時間,從而在一定程度上降低了加工産品的成本。但是現階段3D打印機本身的價格還是比較昂貴的,尤其是功能強大、精度要求較高的打印機,這對一些規模較小的企業來說是非常困難的。因此,隨著技術和材料的不斷完善,3D打印機本身的制作成本將會降低,使得設備不再是技術應用的難題。

  四、結論

  3D打印技術克服了長期以來傳統生産方式的局限性,將是我國乃至全世界技術史上又一偉大飛躍,它爲人們的生産生活以及社會的發展帶來了新的機遇。同時,由于其還處于新興和起步階段,各方面還不是很成熟,因此,政府從政策和經濟上也在加大推動3D打印發展的力度,鼓勵人們去積極的探索,爭取早日爲人類文明作出貢獻。

  ?