浅析3D打印技术原理及应用

于秉利

摘 要：3D打印技术，也被称作增材制造技术，是一种新兴的制造技术，它的工作原理和普通打印机相同，唯一不同的就是利用粉末状金属，塑料等代替纸张和墨水作为原材料。它的出现颠覆了长久以来制造业中传统的减材制造技术，对现存制造业起到革命性的发展作用。本文对3D打印技术的原理进行介绍，并概况了3D打印技术在航空、汽车制造，服饰、首饰设计，生物工程和医学、体育方面等多个方面的应用。

关键词：3D打印技术；增材制造技术；原理；应用

中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0203-01

3D打印，即3 Dimensional printing，其特点是能通过计算机图形数据直接打印出任何复杂形状的零件，从而降低成本，减小开支，被美国《时代》周刊称为“美国十大增长最快的工业”。2012年，英国著名杂志《经济学人》在报告中指出，3D打印技术的出现对正在经历的第三次工业革命中制造业的发展，将会产生巨大的影响。

1 3D打印技术的原理

3D打印技术（3 Dimensional Printing），也被称为增材制造技术（material additive manufacturing），或者添加制造技术（additive manufacturing）。是快速成型技术的一种。它的定义为：它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可黏合的材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物体，而所谓的3D打印机其实与普通打印机工作原理相同，区别在于打印所使用的原料不同。普通打印机使用的打印材料是纸张和墨水，3D打印机使用的打印材料是粉末状金属、陶瓷、塑料、砂等实实在在存在的物体。当打印机与电脑连后，通过电脑的控制，把打印材料一层层叠加在一起，将电脑设计的蓝图变成实物。

在以前，想要制作一件模型，需要先設计图纸，寻找材料慢慢制作而成。现代的3D打印技术，和过去传统的模型制作相比，不仅在制作时间上大大缩短，而且在制作的精密度上也远远超过传统制作技术。所以，在现代生活工作中，人们更加依赖于3D打印技术。

2 3D打印技术的应用

2.1 航空、汽车制造领域的应用

由于3D打印技术可以制作出规格小、精密度高、结构复杂、原材料昂贵的零件，因此在航空和汽车制造业中独占鳌头。3D打印技术在航空领域的应用主要体现在直接产品制作、外形检验、精密熔具铸造等方面。现如今，欧美大多数国家在航空制造业中，已经把3D打印技术列为关键技术之一。从开始运用3D打印技术至今，美国波音公司已经利用这一先进技术成功制作300多架飞机的零部件。美国佛吉尼亚大学的一名学生通过3D打印技术成功制造出一架模型飞机并且成功试飞，这架飞机所有的零部件都是通过3D技术打印出来，如果飞机任何部件出现破损，都可以通过3D技术打印出来进行替换。在汽车制造领域，3D打印技术应用在汽车零部件的制造中。全球首辆从表面到零部件全部都由3D打印机制造出来的汽车“Urbee”于今日问世，这一成果的展示无不极好的展示了3D打印技术的强大。

2.2 服饰、首饰设计、体育方面的应用

2011年，法国巴黎时装周上，一位荷兰设计师所设计的3D打印技术制作的时尚服饰展示在人们眼前，震惊了世人，它所制作出来的服饰完美的解决了布料衣服难以诠释的立体感，使得世界服装进入了一个新的时代。首饰设计方面，发达国家也出现了以14K金和纯银为原材料，运用3D打印技术制作出来的名贵首饰，3D打印技术的特殊立体感也是人类手工所达不到的。另外NIKE公司是第一个将3D打印技术运用在鞋子生产中的企业，它所制作出来的鞋子质量更为贴合运动员脚部，用这一技术做出的鞋子质量只有158.7g，相当于3个鸡蛋的重量，这在当时是绝无仅有的。

2.3 生物工程和医学的应用

随着3D打印技术的快速发展，这一技术的应用领域已经拓展到了生物医学方面。2009年，美国ganovo公司首次运用3D打印技术制造出人造血管。2010年，美国和澳大利亚合作，采用3D打印技术，以活体细胞为原材料，打印出人体组织和器官。美国梅约诊所运用3D打印技术为病人制作了一个3D打印的髋关节，使病人可以更好的适应植入物。在未来的发展中，随着3D打印技术的提升，将会制作出质量更好的3D骨骼，帮助外科医生对病人进行骨骼损伤的修复。3D打印技术同样适用于牙科病人，根据不同的人不同的牙齿形状，用3D技术打印出来的人类牙齿帮助牙科医生满足不同病人的需求。

3 结语

随着科学技术的逐步提升，3D打印技术也会发展的越来越好，在人们今后的生活中，会成为一项必不可缺的技术。比如在服务行业中，人们会利用3D打印技术制作出更符合个人需求，个人品味的各种各样的物品来满足不同人的要求，由此会产生出许多新兴的职业，创造出新的经济增长点，对满足个人生活需求，推动国家经济发展，起着至关重要的作用。特别是面对世界各地的客户群体，远程操控和远程制造，销售，对传统销售模式起到决定性的变化。3D打印技术，会是人类发展过程中，极其重要的组成部分之一。

参考文献

[1]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业.2012，（33）22：68-72.

[2]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷，2012（9）：39-43.

[3]克里斯安德森.创客[M]，北京：中信出版社，2012.

[4]杨恩泉.3D打印技术对航空制造业发展的影响[J].航空科学技术，2013（1）：13-17.