3D打印技术的发展及应用展望

3D打印技术的发展及应用展望

张龙

青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司 山东青岛 266000

摘要：本文首先在针对3D打印各项技术的发展，在航空领域的发展、在汽车零部件的制造领域的发展、在医学领域的发展、在建筑领域的发展等，这几方面的发展进行了阐述，然后有基于此针对3D打印的技术，在未来的实际应用中的展望进行了分析。

关键词：3D打印；打印技术；发展；应用

前言：3D打印属于一种快速成型的制造技术，是通过三维的建模软件，来对零部件的形状展开建模的，再利用软件对三维的模型展开切片，最终由计算机输出的数字信号，对专用的3D打印机实施控制，最终实现产品的快速打印。3D打印技术在近些来发展的很快，在很多的领域中都得到了应用，因此相关部门、技术人员，应该对现有的技术不断的予以改进、完善，并且对新型材料要不间断的进行研究，有利于3D打印技术在未来更好的发展。

1 3D打印各项技术的发展

1.1 航空领域的发展

波音公司使用3D打印的技术，制造出了大约300多种飞机上使用的零部件，而且还正在研究利用3D打印技术，打印飞机的机翼等这种大型的产品。空客公司近期提出了一个计划：“透明飞机的概念”，就是先去打印出一些飞机上的小部件，然后在逐步的去不断发展，大概在2025前后计划，利用3D打印的技术打印出一整架的飞机。由于概念的飞机本身在结构上，就具有一定的复杂性质，使用传统的制造方法是很难去实现的。比如：仿生弯曲的机身、可以让乘客看到周边的蓝天白云的透明机壳等，使用3D打印的技术这些都能得到很好的实现。在国内，西北工业大学采用3D打印的技术，制造出了一个5M钛合金的机翼前缘，而且还通过了中国的商用飞机公司当中的五项测验，在性能上相比较于业界上，常用的锻造件要高出许多，北京航空航天大学的科研团队，这对航空发动机、大型飞机等，这些国家重大战略的项目，经过了多年的研究，在国际上第一次全面的突破了，超高强度钢、钛合金等，这些难加工、大型的、复杂的，整体关键的构件，在激光成型、成套的装备、应用的关键技术，而且已经在飞机大型构件的生产当中，研究发出了5代、10余型的装备系统，已经接受了将近10年，在工程中实际应用的考验，让我国成为了迄今为止，唯一一个掌握大型的，整体钛合金的关键构件在激光成形方面的技术，而且成功的实现了装机工程应用的第一个国家。

1.2 在汽车零部件的制造领域的发展

汽车工业对于国家的经济就发展的角度而言，发挥着重要的支撑作用，汽车在零部件方面的制造，可以说是蕴藏着很大的商机。但是伴随着汽车技术不间断的发展，汽车的零部件在形状可以说是越来越繁琐、复杂，如果还是采取传统的制造技术，去制造汽车中的零部件，不仅要花费的周期很长，而且成本也相对很高。利用3D打印的技术去生产汽车的零部件，可以让汽车实现快速的成形，尤其是在设计的前期对产品，在装配的可行性上进行验证的时候，可以及时的去发现产品在设计中存在的错误，让开发的周期得到缩短、让研发的成本得到降低，对复杂、关键的零部件、样机，在原理、可行性方面实现快速的验证。例如：同步器、缸盖的开发，塑料、橡胶类的零件单件生产，不需要金属的加工、任何模具，省去了模具的锻造、铸造、开发等，这些复杂的工序，在试制环节还节约了设备、人员的大量投入。福特汽车公司采用3D打印的技术，已经制造出了变速器、阻尼器的外壳、混合动力车当中的转子。日本小岩公司运用3D打印的技术，制造出了涡轮增压器等，这些汽车上的零部件。当下我国的国内已经有一部分，汽车零部件的制造企业，使用3D打印的技术制作出了，变速器齿轮、缸盖、缸体等，这些产品用到了研发、使用当中^[1]。

1.3 在医学领域的发展

当下3D打印的技术，在打印骨骼修复、牙齿等，这些方面的技术已经相对很成熟了。因为不同的人在牙齿上的结构都是不同的，不用的患者在骨骼损坏上的程度也不同，如果采取传统修复的方法，不但治疗的成本太高、而且还要花费大量的时间，让患者既承受着疾病的痛苦，又在经济方面带来了极大的压力。然而3D打印的技术，恰恰可以很好的解决这种，高难度、复杂化、个性化的技术需求。3D打印的巨头公司Strsatasys，近期研究出了叫做Veroglaze的一种材料，可以用来打印制造诊断的蜡型、牙冠、牙桥的修复、其他一些牙齿相关的对象。在2014年的3月份，第四军医大学的西京医院的骨科研究团队，把3D打印技术所制造的钛合金假体，分别的移植到了三位患者的体内，对不同部位的骨骼破损起到了修复的作用，这三位患者骨骼破损的部位分别是：锁骨、肩胛骨、骨盆。同时3D打印的技术，在打印器官、软组织、细胞等，这些方面也有着不小的发展，2010年澳大利亚和美国联合，尝试着把活体细胞当作“墨水”，去打印人体当中的器官、组织。2013年杭州电子科技大学等，这些高校的科学家之间研究开发出了，中国首台拥有独立自主的知识产权的细胞组织的3D打印机，这个3D打印机使用的是，活细胞、水凝胶的材料、无机材料、高分子材料等，当前已经成功的打印出了，比例较小的人类肝脏的单元，耳朵的软骨组织等

^[2]。

1.4 在建筑领域的发展

在建筑行业当中，工程师、设计师们都已经逐渐的开始，使用3D打印机去打印那些建筑的模型，这种制作精美、环保、成本低、快速，几乎可以满足设计者的所有要求，还可以让材料得到大量的节省。同时，当下已经有一些公司，使用3D打印的技术，制造出了真实居住的房屋，2014年的3月份，荷兰人采用3D打印的技术，制造出了全球第一个3D打印的房屋。在国内山东的民营企业，尤尼科技有限公司，使用3D打印的技术制造出了，能够让人类进行居住的彩色房屋^[3]。

2 3D打印的技术在未来应用的展望

制造的成本越来越低廉、部件可以实现一次成型，不需要组装，所需要用的物品可以根据需求完成就近的生产，让企业中实物的库存越来越少，有可以减少在长途运输当中所需的成本，在设计方面有着巨大的发挥空间，相当于把创新上的能力，交到了每一个人的手上，在个体在创造力方面得到了极大的提升，而且还可以在远程、极端的情况之下，给人们在生产上提供了崭新的方式。就单位生产在空间的角度而言，相比较传统的制造机器，他们在物理层面需要的空间更小，打印的设备还可以实现自主的移动，打印机器能够制造出比自身体型大的物体，3D打印机在制造方面的能力也会越来越强。

伴随着3D打印技术不间断的发展，以前不能实现混合的原料，以后可以混合成新型的材料，这些材料在色调、种类方面会更加丰富多样，拥有更加独特的功能、属性，同时伴随着打印材料不间断的进步，“净成型”的制造可能会成为加工当中更加环保的方式。

3D打印的技术在未来，会将数字化的精度延伸到实体的世界。扫描技术、3D打印的技术，可以将实体世界、数字世界之间，形态转换的分辨率上得到共同的提高，人们可以对实体对象完成复制、编辑、扫描，创建相互更加精准的优化优化原件、副本。

沃勒斯在2014年的报告中显示，一直到2018年3D打印在行业上的规模，从2013年30.7亿的美元增长到了128亿美元，到了2020年这个数字超过了210以美元。

结束语：综上所述，3D打印技术的不断快速发展，应用的领域也会越来越多，要想让3D打印技术，得到真正意义上的普及，那么最关键的就是要开发新型的材料、降低制造的成本、提高产品的精度等。与此同时对3D打印的产品质量，在影响的因素方面还需要继续的深入研究，制作出能够在力学的性能上满足要求的产品。

参考文献：

[1]王建军,刘红梅,倪红军,米乐.3D打印技术在建筑领域的应用现状与展望[J].建筑技术,2019,50(06):729-732.

[2]刘杰,孙令真,李映,江新凤,詹沛琪.3D打印技术的发展及应用[J].现代制造技术与装备,2019(03):109-111.

[3]杨钱荣,刘巧玲,王中平,蒋正武.3D打印建造技术发展与展望[J].建筑技术,2015,46(12):1076-1080.

作者简介：姓名：张龙（1989年1月）

性别：男

民族：汉

籍贯：山东临沂

职务/职称：工程师

学历：硕士

单位:青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司

研究方向:加工工艺

单位所在的省市:山东青岛

邮编: 266000