3D打印技術(shù)概述及其發(fā)展

3D打印技術(shù)及其發(fā)展何為3D打印技術(shù)？3D打印技術(shù)屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)，過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件，意味著“3D打印”這項技術(shù)的普及。3D打印技術(shù)的原理基本分為三部分：1、三維設(shè)計3D打印的設(shè)計過程是：先通過計算機輔助設(shè)計（CAD）或計算機動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分割”成逐層的截面，從而指導(dǎo)打印機逐層打印。設(shè)計軟件和打印機之間協(xié)作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來大致模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描來產(chǎn)生三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。2、打印過程打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而3D打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的3D打印機就可以滿足設(shè)計者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。3、完成目前3D打印機的分辨率對大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法:先用當前的3D打印機打出稍大一點的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技術(shù)可以同時使用多種材料進行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。3D打印技術(shù)的快速發(fā)展給生活帶來了優(yōu)點的同時也帶來了許多缺點，首先，3D打印相比傳統(tǒng)制造的優(yōu)勢在于：速度快。一次性完成而非分步優(yōu)化，產(chǎn)品形狀想象空間更大，可以用軟件做出傳統(tǒng)制造不方便完成的形狀。此外，修改成本小，只需要在軟件中修改部分參數(shù)，就可以快速生產(chǎn)出新版。另外，3D打印缺點是：對于一般要求較低、專業(yè)性不強的部件，3D打印可以滿足要求，但是對于高硬度的產(chǎn)品，3D打印明顯力不從心。首先是材料性能差，強度、剛度、機械加工性等都遠不如傳統(tǒng)加工方式;其次是材料局限，成本高。目前供3D打印機使用的材料非常有限，主要是石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料等。3D打印成品非常“脆弱”，一捏就碎，經(jīng)不起折騰；再次是精度問題。由于分層制造存在臺階效應(yīng)，每個層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會形成具有一定厚度的一級級“臺階”，如果需要制造的對象表面是圓弧形，那么就會造成精度上的偏差。3D打印按需定制、以相對低廉的成本制造產(chǎn)品一度被認為是科幻想象，而現(xiàn)在已經(jīng)變成現(xiàn)實，其發(fā)展趨勢將逐漸加速：1、3D打印技術(shù)將成為工業(yè)化力量3D打印原先只能用于制造產(chǎn)品原型以及玩具，而現(xiàn)在它將成為工業(yè)化力量。你乘坐的飛機將使用3D打印制造的零部件，這些零部件能夠讓飛機變得更輕、更省油。事實上，一些3D打印的零部件已經(jīng)被應(yīng)用于飛機上。該技術(shù)也將被國防、汽車等工業(yè)應(yīng)用于特種零部件的直接制造?？傊?，在你不知不覺的情況下，通過3D打印制造的飛機、汽車乃至家電的零部件數(shù)量將越來越多。2、3D技術(shù)的發(fā)展將使產(chǎn)品創(chuàng)新速度加快從新車型到更好的家電，一切產(chǎn)品的設(shè)計速度都將加快，從而將創(chuàng)新更快地推向消費者。由于運用3D打印的快速原型制造技術(shù)能夠縮短把產(chǎn)品概念轉(zhuǎn)化為成熟產(chǎn)品設(shè)計的時間，設(shè)計人員將能夠?qū)Ｗ⒂诋a(chǎn)品的功能。雖然使用3D打印的快速原型制造技術(shù)并不是新鮮事物，但迅速降低的成本、功能得到改進的設(shè)計軟件以及越來越多的打印材料意味著設(shè)計人員將能更方便地使用3D打印機，使他們能夠在設(shè)計的早期階段就打印出原型產(chǎn)品、進行修改以及重新打印等等,從而加速創(chuàng)新，其結(jié)果將是更好的產(chǎn)品以及更快的設(shè)計速度。3、3D打印機為制造工廠提供助力我們有望在制造工廠里看到3D打印機。一些特殊的零部件已經(jīng)由3D打印機更經(jīng)濟地生產(chǎn)出來了，但僅僅是在小規(guī)模范圍內(nèi)。對于3D打印技術(shù)，很多制造商將開始嘗試原型制造以外的應(yīng)用。隨著3D打印機的性能不斷提高以及制造商將其整合進生產(chǎn)線和供應(yīng)鏈的經(jīng)驗變得更加豐富，我們有望看到集成了3D打印零部件的混合制造工藝。而消費者渴望的那些需要通過3D打印機制造的產(chǎn)品將進一步加速此進程。4、3D打印技術(shù)將用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域通過3D打印制造的醫(yī)療植入物將提高你身邊一些人的生活質(zhì)量，因為3D打印產(chǎn)品可以根據(jù)確切體型匹配定制，如今這種技術(shù)已被應(yīng)用于制造更好的鈦質(zhì)骨植入物、義肢以及矯正設(shè)備。打印制造軟組織的實驗已在進行當中，很快通過3D打印制造的血管和動脈就有可能應(yīng)用于手術(shù)之中。目前，3D打印技術(shù)在醫(yī)療應(yīng)用方面的研究涉及納米醫(yī)學(xué)、制藥乃至器官打印。做最理想的情況是，3D打印技術(shù)在未來某一天有可能使定制藥物成為現(xiàn)實，并緩解（如果不能消除的話）器官供體短缺的問題。對于中國3D打印技術(shù)的發(fā)展，與發(fā)達國家相比，還不算太好，一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)仍存在問題，比如產(chǎn)業(yè)鏈不完整、關(guān)鍵打印材料制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化仍有短板、大功率激光器等核心元件仍依靠進口